專利名稱：機(jī)動(dòng)泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及機(jī)動(dòng)泵。更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有多個(gè)用于改進(jìn)泵操作和性能的獨(dú)特特征的機(jī)動(dòng)泵。
背景技術(shù)：
用于移動(dòng)流體的泵通?？梢杂懈鞣N類型和結(jié)構(gòu)。但是，許多泵類型只適用于低壓用途，因?yàn)橥ǔｋy以實(shí)現(xiàn)高壓。雖然在高壓和低壓用途中已經(jīng)采用通常被稱為正排量泵，但是由于它們具有產(chǎn)生出一些泵類型不能實(shí)現(xiàn)的更高操作壓力的某些獨(dú)特能力，所以它們尤其適用于高壓用途。
通常需要高壓的用途的例子是當(dāng)需要在飲料分配機(jī)中移動(dòng)可飲用流體例如水的時(shí)候。正排量泵(positive displacement pump)例如葉片、活塞泵或者齒輪泵，通常用于這種用途。這些正排量泵通過將大量水壓進(jìn)一個(gè)較小的空間中來實(shí)現(xiàn)其泵送作用。由于高壓要求，所以需要小容差(tight tolerance)，通常為0.0005英寸運(yùn)轉(zhuǎn)間隙或更小，以便保持正確的流體動(dòng)力性能和效率并且防止出現(xiàn)泄漏通道。高壓要求會(huì)限制用于制造該泵的材料選擇。材料的選擇還會(huì)受到所泵送流體的具體類型的影響。另外，這些小容差的用途通常需要精確的磨削和其它制造方法，這些方法妨礙了將多個(gè)特征結(jié)合進(jìn)單個(gè)零件中。因此，在該泵的制造中通常需要許多零件。
除了高壓要求之外，正排量泵還有其它操作和制造難題，包括壓力/載荷不平衡、泵空穴作用、泵過熱、轉(zhuǎn)子軸彎曲、驅(qū)動(dòng)連接件磨損和機(jī)械密封泄漏。不幸的是，由現(xiàn)有技術(shù)泵提出的對(duì)這些難題的解決方案不是最優(yōu)的，并且在一些情況中完全無效。
因此，現(xiàn)在需要一種改進(jìn)的泵，它克服了現(xiàn)有技術(shù)泵的難題和缺點(diǎn)。


現(xiàn)在將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行更詳細(xì)地說明。從下面的詳細(xì)說明、所附權(quán)利要求書和附圖(這些附圖不是按比例繪制的)將更好地理解本發(fā)明的其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)圖1為根據(jù)本發(fā)明的封裝的機(jī)動(dòng)泵的側(cè)視圖；圖2為圖1的封裝的機(jī)動(dòng)泵的端視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的具有回旋葉片式泵頭部的密封機(jī)動(dòng)泵的分解視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的具有回旋葉片式泵頭部的密封機(jī)動(dòng)泵的剖視圖，其中該泵處于低壓狀態(tài)中；圖5為圖4的回旋葉片式泵頭部的打開視圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的端部軸承的立體圖，顯示出成型入口通道；圖7為根據(jù)本發(fā)明的前軸承的立體圖，顯示出成型流體穴；圖8為根據(jù)本發(fā)明的封裝的機(jī)動(dòng)泵的剖視圖，其中泵處于高壓狀態(tài)中；圖9為根據(jù)本發(fā)明的定子屏障罩的剖視圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明具有中空軸的封裝的轉(zhuǎn)子的剖視圖；圖11為根據(jù)本發(fā)明的泵頭部的剖視圖，顯示出泄壓閥；圖12為根據(jù)本發(fā)明的泵頭部分組件的剖視圖，其中為了清楚起見將在定子和轉(zhuǎn)子屏障罩之間的氣隙稍微放大；圖13為根據(jù)本發(fā)明的具有密閉護(hù)罩離心泵頭部的密封機(jī)動(dòng)泵的剖視圖；并且圖14為根據(jù)本發(fā)明具有渦輪泵頭部的密封機(jī)動(dòng)泵的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照這些附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行說明，其中在整個(gè)這些附圖中用相同的參考符號(hào)標(biāo)識(shí)相同或類似的零件。在這里所使用的術(shù)語要按照其最廣義的合理方式來進(jìn)行解釋，盡管它是與本發(fā)明的某些特定優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明相結(jié)合而采用的。下面還對(duì)在這里所使用的一些特定術(shù)語進(jìn)行強(qiáng)調(diào)說明。打算由讀者按照任意限定的方式進(jìn)行解釋的任何術(shù)語將如同在該說明書中那樣加以明確地和具體地限定。
圖1和2分別顯示出根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方案的密封機(jī)動(dòng)泵10的側(cè)視圖和端視圖。泵10包括一泵頭部殼體12，該泵頭部殼體12裝有被安裝到用于容納電動(dòng)機(jī)部件的電動(dòng)機(jī)殼體14上的該泵的內(nèi)部部件。用來接收處于第一壓力下的流體并且輸出處于比第一壓力更大的第二壓力下的流體的泵頭部殼體12通過螺栓16a-d或其它合適的安裝或緊固裝置安裝在電動(dòng)機(jī)殼體14上。安裝托架18連接至電動(dòng)機(jī)殼體14上以便于安裝機(jī)動(dòng)泵10。裝在電動(dòng)機(jī)殼體14中的電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)用來驅(qū)動(dòng)裝在泵頭部殼體12中的泵頭部部件，以產(chǎn)生出供飲料機(jī)使用的泵送流體，例如可飲用水，的流量和壓力。盡管在本發(fā)明的實(shí)施中可以使用其它類型的電動(dòng)機(jī)，但是在圖1和2中所示的特定電動(dòng)機(jī)類型為具有電容殼體(capacitor housing)21的1/2馬力永久分開式電容器(PSC)電動(dòng)機(jī)。
如在圖3的分解視圖中所示一樣，泵頭部22包括泵頭部殼體12、前泵頭部O形環(huán)23、前軸承24、凸輪環(huán)26、具有滑動(dòng)葉片40的泵轉(zhuǎn)子28、銷32和后軸承30。在圖3中所示的特定泵轉(zhuǎn)子28優(yōu)選采用總共八(8)片葉片40，盡管必要時(shí)也可以采用更多或更少的葉片40。為了清楚起見，在圖3中只顯示出其中兩(2)片葉片40。前軸承24、凸輪環(huán)26和后軸承30優(yōu)選由適當(dāng)?shù)牟牧?例如碳、硅、石墨、聚合物、玻璃和鋼)構(gòu)成，并且通過使用位于分別在前軸承24和凸輪環(huán)26的外表面中設(shè)置的凹槽34、36內(nèi)以及在后軸承30中形成的定位凹槽38內(nèi)的銷32優(yōu)選將這些部件相互鎖緊。泵轉(zhuǎn)子28優(yōu)選由不銹鋼構(gòu)成，并且包括多個(gè)狹槽，每個(gè)狹槽包含有一葉片40。后泵頭部O形環(huán)31在泵頭部22和電動(dòng)機(jī)14之間提供密封。
繼續(xù)參照?qǐng)D3，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子42(優(yōu)選為密封轉(zhuǎn)子)包括一軸44(優(yōu)選為中空軸)，該軸44具有穿過分別在后軸承30和泵轉(zhuǎn)子28中形成的開口48、50的鎖定端(keyed end)46。該泵轉(zhuǎn)子開口50被鎖定到轉(zhuǎn)子軸44上，使得轉(zhuǎn)子軸44響應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子的運(yùn)行所產(chǎn)生出的磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過使泵轉(zhuǎn)子28及其葉片40轉(zhuǎn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)泵頭部22。轉(zhuǎn)子軸44的遠(yuǎn)端由與定子屏障罩56的封閉端部54連接的電動(dòng)機(jī)軸承52支撐。電動(dòng)機(jī)軸承O形環(huán)53設(shè)置在電動(dòng)機(jī)軸承52和定子屏障罩56的內(nèi)表面之間。至少一部分定子屏障罩56設(shè)置在電動(dòng)機(jī)58的氣隙中，并且用來防止定子的一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生磁場(chǎng)的元件(包括定子疊片和相關(guān)的勵(lì)磁線圈)與所泵送的流體接觸。該定子屏障罩56還優(yōu)選包括位于殼罩56的開口端附近的凸緣60，該凸緣60由在前電動(dòng)機(jī)端罩64的一個(gè)側(cè)面上形成的環(huán)形底座62接納。優(yōu)選的是，后電動(dòng)機(jī)端罩66或端帽設(shè)置用于封閉電動(dòng)機(jī)58的后部。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4-8，輸入流體在低壓入口20處進(jìn)入泵頭部殼體12。該流體從低壓入口20移動(dòng)進(jìn)入吸入增壓室(plenum chamber)70，該增壓室由圍繞著凸輪環(huán)26的環(huán)形空間限定，而且其一個(gè)側(cè)面由泵頭部殼體12界定并且另一個(gè)側(cè)面由后軸承30的前表面72界定。在后軸承前表面72上形成的相對(duì)的流體吸入通道72a、72b為流體提供了從吸入增壓室70流向在泵轉(zhuǎn)子28和凸輪環(huán)26之間形成的相對(duì)的流體泵送室76a、76b的抽吸區(qū)域74a、74b的流動(dòng)通道。從在前軸承24中形成的穴73a、73b(圖7)中流出的流體流進(jìn)抽吸區(qū)域74a、74b中。在圖6中顯示出后軸承30的流體吸入通道72a、72b，并且在圖7中顯示出前軸承24的流體穴(fluid pocket)73a、73b。在圖6中可以看出，流體吸入通道72a、72b的上游邊緣78a、78b每個(gè)的輪廓優(yōu)選形成為能夠增強(qiáng)流動(dòng)性能、降低噪音并且減少空穴作用。在圖7中同樣顯示出，在前軸承24中形成的穴73a、73b的上游邊緣79a、79b的輪廓也優(yōu)選形成為能夠增強(qiáng)流動(dòng)性能并且降低噪音和空穴作用。
再參照?qǐng)D5，可以通過使泵轉(zhuǎn)子28基本上為圓形并且使凸輪環(huán)26的內(nèi)表面基本上為橢圓形或長方形來形成泵送室76a、76b。在泵送室76a、76b內(nèi)，通過葉片40的刮掃動(dòng)作來使流體移動(dòng)穿過泵送區(qū)域80a、80b，然后進(jìn)入泵送區(qū)域82a、82b。在葉片40被轉(zhuǎn)子28移動(dòng)時(shí)，這些葉片40沿著凸輪環(huán)26的內(nèi)表面滑動(dòng)。在抽吸區(qū)域74a、74b內(nèi)的正在增長的容積用來通過吸力從吸入增壓室70將流體抽進(jìn)泵送室76a、76b。同樣，在泵送區(qū)域82a、82b內(nèi)的正在減少的容積用來使液流穿過一個(gè)或多個(gè)后軸承排出通道84a、84b并且穿過一條或多條前軸承排出通道85a、85b流出泵送區(qū)域82a、82b。穿過通道84a、84b和85a、85b的加壓流體的流動(dòng)產(chǎn)生向內(nèi)作用在前后軸承24、30上的推力，并且后軸承排出通道84a、84b和前軸承排出通道85a、85b的相對(duì)關(guān)系提供了用來使這些軸承24、30、轉(zhuǎn)子28和凸輪環(huán)26保持正確對(duì)準(zhǔn)并且抑制在這些泵送元件之間出現(xiàn)流體泄漏的這個(gè)推力的有利平衡。
在泵送區(qū)域82a、82b中所產(chǎn)生出的壓力載荷大致沿著徑向方向在泵轉(zhuǎn)子28和凸輪環(huán)26上施加力。由于泵送區(qū)域82a、82b彼此相對(duì)，所以壓力載荷基本上對(duì)稱地傳遞給泵轉(zhuǎn)子28和凸輪環(huán)26。載荷的這種基本上均勻的分布傾向于使傳遞給電動(dòng)機(jī)軸44的載荷平衡，由此降低作用在后軸承30上的軸承載荷。該載荷平衡也傾向于抑制泵頭部零件的分離。已經(jīng)觀察到，傳遞給后軸承的不平衡載荷所需要的功率比傳遞相同量的泵輸出的功率大20-30％。使在泵送區(qū)域82a、82b中所產(chǎn)生出的載荷均勻地分布還具有使凸輪環(huán)26在泵頭部殼體12內(nèi)對(duì)中的有利效果。
參照?qǐng)D8并且如上所述，增壓的流體按照平衡的方式通過一個(gè)或多個(gè)前軸承排出通道85a、85b和一個(gè)或多個(gè)后軸承排出通道84a、84b離開泵頭部22。離開通道85a、85b的增壓的流體在它沒有離開泵頭部22的情況下被導(dǎo)向泵頭部出口111(由流動(dòng)箭頭93所示一樣)。離開通道84a、84b的增壓的流體被導(dǎo)向流體循環(huán)通道，該通道的至少一部分位于泵頭部22外面，并且該流體循環(huán)通道終止在泵頭部出口111附近。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該流體循環(huán)通道(由流動(dòng)箭頭100表示)包括一般被稱為氣隙88的電動(dòng)機(jī)14的至少一部分。在穿過將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子42和定子屏障罩56分開的那部分電動(dòng)機(jī)氣隙88之后，增壓的流體流繼續(xù)通過電動(dòng)機(jī)軸承通道102a、102b進(jìn)入后部流體腔室104并且通過中空轉(zhuǎn)子軸44返回位于出口111附近的在泵頭部22中的排出增壓室106。排出增壓室106與泵頭部出口111直接相通。按照這種方式穿過泵10的流體循環(huán)用來在運(yùn)行期間從電動(dòng)機(jī)14除去熱量。流體循環(huán)也使流體循環(huán)至電動(dòng)機(jī)軸承52以保持它的冷卻和清潔。
該定子屏障罩56或襯墊提供了密封，以防止或者抑制增壓的流體與定子疊片90和定子繞組91相接觸。殼罩56由與封閉端54成相對(duì)關(guān)系的開口端92限定，在開口端和封閉端之間有一個(gè)襯體(liner body)。開口端92優(yōu)選包括環(huán)形凸緣60，它作為殼罩56和電動(dòng)機(jī)14之間的唯一連接點(diǎn)。或者采用其他適合的結(jié)構(gòu)將殼罩56固定在電動(dòng)機(jī)14上或者處于其內(nèi)。也如圖9所示的定子屏障罩56優(yōu)選采用深拉延工藝制成一個(gè)單個(gè)的金屬部件，該方法形成一個(gè)在開口端和封閉端之間具有基本均勻的截面的襯體。因此在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，殼罩56不需要焊接。或者殼罩56由兩個(gè)或者多個(gè)例如通過焊接而彼此連接的部件制成。
為了使得氣隙88最小而提高電動(dòng)機(jī)的性能，占據(jù)了電動(dòng)機(jī)氣隙88的殼罩壁94的至少一部分優(yōu)選相對(duì)較薄。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，殼罩壁94被制作得相當(dāng)薄，使得當(dāng)由增壓的液體施加載荷時(shí)它們會(huì)產(chǎn)生變形。通過采用現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)來對(duì)抗/支撐這種變形的傾向。在運(yùn)行中，用于占據(jù)了氣隙88的殼罩壁94的那部分的另外的結(jié)構(gòu)支撐主要由電動(dòng)機(jī)疊片90提供。當(dāng)封閉端54的壁被制作的薄得足以因?yàn)樵鰤旱牧黧w在封閉端54上施加的載荷變形時(shí)，另外的結(jié)構(gòu)支撐也可以由后電動(dòng)機(jī)端罩66或端帽來提供。
對(duì)于泵送的流體可以達(dá)到大約300psi的壓力的高壓應(yīng)用，定子屏障殼罩56優(yōu)選由拉至大約0.015英寸的壁厚的不銹鋼制成。對(duì)于較低壓力的應(yīng)用，殼罩56的壁94可以甚至制作的更薄。
在圖4中，殼罩56被顯示為松弛狀態(tài)，沒有內(nèi)部流體壓力作用在該殼罩56上。當(dāng)由充分增壓的流體作用在殼罩56的內(nèi)表面96上而施加載荷時(shí)，殼罩壁94會(huì)傾向于變形，并靠在定子疊片90上，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，還包括靠在如圖8所示的后電動(dòng)機(jī)端罩66上。但是，端罩66不必承受滿載荷。載荷也由凸緣60以及支撐它的前電動(dòng)機(jī)端罩64和定子疊片90來承受。
殼罩56優(yōu)選被構(gòu)成得在殼罩56和定子疊片90之間具有一個(gè)小間隙配合，以便于組裝。泵10的特定應(yīng)用可以用于確定應(yīng)當(dāng)提供多大的間隙。例如，在泵送流體要用于從電動(dòng)機(jī)14除去熱量的應(yīng)用中，殼罩56和定子疊片90之間的間隙應(yīng)當(dāng)足夠小而能夠提高在殼罩56和疊片90之間的接觸量和導(dǎo)熱率。相反，對(duì)于希望將泵送流體與電動(dòng)機(jī)14進(jìn)行熱隔離的應(yīng)用來說，殼罩56和疊片90之間的間隙應(yīng)當(dāng)更大。
在殼罩56的制造中，已經(jīng)觀察到，由于在殼罩形成時(shí)在材料中經(jīng)受到的應(yīng)力，有時(shí)難以控制殼罩的粗糙度。因此殼罩56的中部通常是不圓的。通常殼罩56在兩端具有受到很好控制的直徑。對(duì)于最好是利用泵送流體來從電動(dòng)機(jī)14除去熱量的應(yīng)用來說，綜合的緊密度容限需要在將殼罩56插入到定子孔內(nèi)的過程中施加適當(dāng)大小的力。當(dāng)殼罩56插入到定子腔(stator bore)中時(shí)，它通常會(huì)完全停下來，并且殼罩56外表面的一個(gè)或者多個(gè)部分與定子疊片90相接觸。當(dāng)泵10產(chǎn)生壓力時(shí)，殼罩56膨脹/變形，更加充分地與電動(dòng)機(jī)疊片90相接觸，與定子孔的形狀更加充分地一致。以這種方式將殼罩56作為成薄和可膨脹的，提供了多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，由于殼罩56是一致的，殼罩56中的制造缺陷會(huì)容易得到補(bǔ)償。第二，殼罩56的薄度使得電動(dòng)機(jī)氣隙的整體尺寸最小化，這改善了電動(dòng)機(jī)的性能。第三，殼罩56能夠利用現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，以改善泵的性能。第四，允許殼罩56膨脹緊靠電動(dòng)機(jī)疊片90并與其相一致，為冷卻電動(dòng)機(jī)提供了從電動(dòng)機(jī)定子向流體的更有效率的熱量轉(zhuǎn)移。
通常的葉片泵采用了位于低壓入口內(nèi)或其附近的泄壓閥，以防止過壓狀況損壞泵。這種泄壓閥結(jié)構(gòu)傾向于不希望有地妨礙流體流進(jìn)泵。如圖11所示，通過將泄壓閥142從低壓入口20和高壓出口111中移出，并且泄壓閥142的任何一部分都不位于入口20和出口111中，本發(fā)明消除了有關(guān)已知泄壓閥結(jié)構(gòu)的難題。泄壓閥是雙向的，允許泵10的高壓區(qū)域和低壓區(qū)域通過泄壓閥142彼此連通。這是通過在泵頭部外殼12中設(shè)置泄壓閥空腔144來實(shí)現(xiàn)的。泄壓閥空腔144的相鄰上端150是與高壓排出增壓室106流體相通的上泄壓閥空腔通道152。下泄壓閥空腔通道154與下壓力吸入增壓室70流體相通。可除去的端帽146為泄壓閥空腔144提供外部進(jìn)出口，端帽O(jiān)形環(huán)148提供了端帽146和泵頭部外殼12之間的流體密封。
泄壓閥142包括提升桿156，它具有借助提升桿彈簧(或其他適當(dāng)?shù)拇賱?dòng)器)保持靠緊流管159的內(nèi)環(huán)形底座157的環(huán)形底座表面。流管159還包括外環(huán)形底座161，它與泄壓閥空腔144的環(huán)形肩部163相嚙合，以形成密封。流管彈簧165(或者其他適當(dāng)?shù)拇賱?dòng)器)的作用為迫使底座161緊靠肩部163，如圖所示。彈簧165所施加的作用力是可以通過帶螺紋的連接件(或其他適當(dāng)?shù)淖饔昧φ{(diào)整裝置)來調(diào)整的，該連接件也具有將泄壓閥142固定在其空腔144內(nèi)的功能。為了防止提升桿156的超程，提升桿156位于泄壓閥空腔144的上端150的附近，使得該上端150起在提升桿156移動(dòng)了最大的可允許距離的時(shí)候與提升桿156嚙合的屏障罩的作用。按照這種方式構(gòu)成提升桿156和泄壓閥空腔144能有利地防止提升桿156被拉入到排出通道152，在該排出通道152提升桿156會(huì)導(dǎo)致泵10的損壞或者導(dǎo)致反常的運(yùn)行條件。
泄壓閥142被構(gòu)成得允許在兩個(gè)方向上流動(dòng)通過泄壓閥空腔144。在低壓泄壓模式中，當(dāng)在入口20處的流體壓力相對(duì)于在出口處111的流體壓力超出了臨界值時(shí)，流體從入口20流到出口111，所述臨界值大于提升閥彈簧158的作用力。換句話說，當(dāng)作用在閥提升桿156上的流體壓力足以克服彈簧158的作用力時(shí)，在低壓吸入增壓室70內(nèi)的低壓流體穿過通道154進(jìn)入到泄壓閥空腔144以及流管159，將提升桿156向上移動(dòng)離開環(huán)形底座157，并通過通道152離開空腔144。在高壓泄壓模式中，當(dāng)在出口處111的流體壓力相對(duì)于在入口20處的流體壓力超出了臨界值時(shí)，流體從出口111流到入口20，其中所述臨界值大于流管彈簧165的作用力。換句話說，當(dāng)作用在閥提升桿156和流管159上的流體壓力足以克服流管彈簧165的作用力時(shí)，上流管159從其坐靠的/封閉的位置向下移動(dòng)，高壓流體通過通道152進(jìn)入空腔144，并通過通道154離開?？朔鞴軓椈?65的作用力所需要的流體壓力的臨界值大于克服提升桿彈簧158的作用力所需要的流體壓力的臨界值。
通常的泵電動(dòng)機(jī)組合采用了泵頭部和單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)。在泵頭部內(nèi)的極度熱載荷條件下，泵頭部會(huì)過熱。盡管大多數(shù)電動(dòng)機(jī)包括熱傳感器/開關(guān)以在電動(dòng)機(jī)過熱時(shí)關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，但是泵頭部內(nèi)的過熱條件不會(huì)由電動(dòng)機(jī)傳感器所檢測(cè)到。結(jié)果，電動(dòng)機(jī)會(huì)持續(xù)驅(qū)動(dòng)過熱的泵頭部直至發(fā)生災(zāi)難性故障。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，電動(dòng)機(jī)過熱傳感器/開關(guān)被構(gòu)成得能夠檢測(cè)泵頭部22以及電動(dòng)機(jī)14內(nèi)的過熱條件。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，這是通過將過熱傳感器開關(guān)130設(shè)置在電動(dòng)機(jī)定子繞組91內(nèi)的靠近泵頭部22的區(qū)域中來實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選地，過熱傳感器/開關(guān)130是雙金屬型，與定子繞組91為一體，以便在檢測(cè)到了臨界值過熱溫度，優(yōu)選大約320度F時(shí)，切斷定子繞組91的回路，并防止電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)不再存在過熱條件時(shí)，雙金屬開關(guān)關(guān)閉，重新開始泵的運(yùn)行。(在另一實(shí)施方案中，在重新開始泵操作之前，必須手動(dòng)重設(shè)雙金屬開關(guān)130)。雙金屬開關(guān)130包括接通位置和切斷位置，在接通位置處，在電動(dòng)機(jī)14的正常操作過程中提供通過定子繞組91的電連接，在切斷位置處，當(dāng)雙金屬開關(guān)130檢測(cè)到過熱條件時(shí)，防止通過定子繞組91的電連接。
當(dāng)然，在本發(fā)明的實(shí)踐中可以采用其他結(jié)構(gòu)的傳感器/開關(guān)130。例如，作為一體式的傳感器/開關(guān)的替代，可以在電動(dòng)機(jī)繞組91內(nèi)的泵頭部22附近或者在傳感器可以檢測(cè)泵頭部22以及電動(dòng)機(jī)14的溫度的其他位置處設(shè)置溫度傳感器。溫度傳感器的輸出提供給處理器，或者在檢測(cè)到臨界值溫度時(shí)啟動(dòng)防止電動(dòng)機(jī)操作的開關(guān)的繼電器。因此本發(fā)明打算使用一個(gè)單個(gè)的傳感裝置，它可以檢測(cè)在泵頭部22或者電動(dòng)機(jī)14內(nèi)的過熱條件的存在，使得在泵10中存在過熱條件的時(shí)候可以采取動(dòng)作來關(guān)閉或者防止泵10的操作。這有助于在空運(yùn)轉(zhuǎn)條件下以及嚴(yán)重的超載條件下防止泵10的損壞。
可以理解，現(xiàn)有技術(shù)的泵不能有效地通過電動(dòng)機(jī)輸送高壓流體以及向泵的低壓區(qū)域(通常是入口)排放高壓流體，而圖8所示的泵10不會(huì)有這種缺點(diǎn)。而是代之以，圖8的泵10通過將液流分開并在泵10中提供實(shí)質(zhì)上兩個(gè)分開的流動(dòng)通路，液流的兩個(gè)部分在同一個(gè)排出增壓室106中重新組合，而將兩個(gè)泵送腔76a，76b的泵送區(qū)82a，82b連接起來。一個(gè)被分開的流動(dòng)通路是從泵送區(qū)82a，82b通過前軸承排出通道85a，85b進(jìn)入排出增壓室106。另一個(gè)被分開的流動(dòng)通路是從泵送區(qū)82a，82b通過后軸承排出通道84a，84b進(jìn)入電動(dòng)機(jī)氣隙88的將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子42和定子屏障罩56分開的那部分中，通過電動(dòng)機(jī)軸承通道102a和102b進(jìn)入后部流體腔室104，通過中空轉(zhuǎn)子軸44，進(jìn)入排出增壓室106，如前所述。
在運(yùn)行中，液流通過泵從泵轉(zhuǎn)子28的兩側(cè)通過排出通道84a，84b，85a，85b排出。排出通道84a，84b，85a，85b內(nèi)的初始?jí)毫κ窍嗟鹊?，它們平衡了泵轉(zhuǎn)子28的推力載荷。而且，排出增壓室106能夠通過在葉片40向外滑動(dòng)到泵送腔室76a和76b中時(shí)形成的葉片槽通道108與泵轉(zhuǎn)子28的兩側(cè)相通。這樣通過給泵轉(zhuǎn)子28的兩側(cè)提供了與在腔室106內(nèi)相等的流體壓力而可以進(jìn)一步平衡推力。從排放通道85a和85b至腔室106的流動(dòng)通路比從排放通道84a和84b至腔室104的流動(dòng)通路短得多。當(dāng)流體從腔室107通至腔室1 09和104時(shí)，存在著由該附加的距離產(chǎn)生的壓力差和由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子42和屏障罩56所形成的受限制的流動(dòng)區(qū)域，如流體流動(dòng)箭頭100所示。這樣傾向于在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子42的泵頭部一側(cè)產(chǎn)生輕微的推力載荷，這傾向于將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子42移動(dòng)離開泵轉(zhuǎn)子28。另外，在運(yùn)行過程中，電動(dòng)機(jī)定子疊片90和轉(zhuǎn)子疊片傾向于在電動(dòng)機(jī)的電中心上對(duì)準(zhǔn)，導(dǎo)致了在兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的進(jìn)一步的移動(dòng)。制造公差和過程變量產(chǎn)生了兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置的進(jìn)一步移動(dòng)。在兩個(gè)轉(zhuǎn)子對(duì)著它們各自的推動(dòng)面而推動(dòng)時(shí)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的這些相對(duì)移動(dòng)需要來自電動(dòng)機(jī)的額外扭矩。為了減少這種傾向，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子42和泵轉(zhuǎn)子28通過滑動(dòng)鍵接端部接頭46而連接，以允許兩個(gè)部件的自由軸向移動(dòng)，這使得系統(tǒng)中的寄生載荷最小化。因此轉(zhuǎn)子軸44基本在高壓流體中漂浮，并可以相對(duì)于泵頭部22和其自己的壓力產(chǎn)生元件軸向移動(dòng)。這樣具有提高作用在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子42上的作用力的平衡的理想效果，反過來又增強(qiáng)了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和效率。應(yīng)當(dāng)指出，經(jīng)過氣隙88的高壓流體流動(dòng)與轉(zhuǎn)子軸44的軸向移動(dòng)無關(guān)。
如圖10詳細(xì)顯示，轉(zhuǎn)子軸42包括中空軸44，其上連接了轉(zhuǎn)子疊片110。轉(zhuǎn)子疊片110通過薄的轉(zhuǎn)子屏障罩(barrier)或者殼罩112與泵送流體相密封或者保護(hù)其不受后者影響。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，殼罩112包括使用不多于3個(gè)連接區(qū)域在轉(zhuǎn)子疊片110的周圍組裝的不多于2個(gè)的部件。如圖10所示，這種殼罩112包括在轉(zhuǎn)子疊片110周圍設(shè)置的主體部分114。主體部分114包括具有用于容納疊片110的開口的插入端115。在主體部分114的另一個(gè)端部是與主體部分114形成為一個(gè)部件的整體形成的端壁117。端壁117包括端壁開口119，它按照防止流體進(jìn)入處在軸44和端壁開口119之間的屏障罩的方式連接至轉(zhuǎn)子軸44。殼罩112也包括具有外圓周121的帽116，該帽116按照防止流體進(jìn)入帽外圓周121和主體部分開口之間的屏障罩的方式連接至主體部分112的大開口。帽116包括中央帽開口123，它按照防止流體進(jìn)入在軸44和帽開口123之間的屏障罩的方式連接至轉(zhuǎn)子軸44。
如果需要，可以采用將疊片110和殼罩112互連的墊片118a-d，以提供附加的結(jié)構(gòu)支撐。通過在三個(gè)連接區(qū)域120處采用剛性的(positive)機(jī)械連接方法(例如焊接、壓力配合或者粘合劑)，可以將殼罩112組裝至軸44上。
由于軸44是中空的，因此它在運(yùn)行過程中有更大偏轉(zhuǎn)的潛在的可能性。電動(dòng)機(jī)具有通常稱之為“側(cè)拉”的特性，這種“側(cè)拉”的特性導(dǎo)致轉(zhuǎn)子42在啟動(dòng)過程中彎曲或者移動(dòng)。當(dāng)由于制造缺陷導(dǎo)致轉(zhuǎn)子42的運(yùn)轉(zhuǎn)中心與定子中心線不一致的時(shí)候，需要特別注意由于側(cè)拉而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子42的彎曲。將轉(zhuǎn)子屏障罩112加到轉(zhuǎn)子42上，同時(shí)結(jié)合剛性的機(jī)械連接120，提供了能明顯改善轉(zhuǎn)子42的整體彎曲抵抗力的額外的剛性。例如，0.5英寸直徑的軸具有大約0.00306(in4)的慣性極矩(polar moment ofinertia)。增加一個(gè)通過軸44的0.25英寸直徑的孔將慣性極矩減少了大約6％，至0.00287(in4)。即使利用中空軸44，增加一個(gè)具有0.014英寸壁厚的轉(zhuǎn)子屏障罩112也將慣性極矩提高至0.597(in4)。這是原始軸剛性的大約15倍。已經(jīng)觀察到，這大約以同樣的比例有效地減少了在啟動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)。
兩件式轉(zhuǎn)子殼罩112結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，端壁117提供了可以用于將主體部分114推在轉(zhuǎn)子疊片上而不會(huì)擠壓破壞主體部分114的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)的殼罩不具有這種端壁，它提供了在組裝過程中可以在其上施加作用力的明顯較小的表面積。這種殼罩所得到的每平方英寸的高作用力可以容易地導(dǎo)致殼罩的爆炸或者其他破壞。利用端壁117，可以在更大的面積上施加作用力，以減少每平方英寸的作用力，并因此減少了在組裝過程中損壞殼罩的可能性。也允許用更薄的壁來制造殼罩112，這樣減少了電動(dòng)機(jī)氣隙88，并改善了電動(dòng)機(jī)性能。
如上所討論的那樣，經(jīng)過泵10的流體流可以導(dǎo)致在泵10內(nèi)的輕微的壓力差。這種壓力差會(huì)在前后電動(dòng)機(jī)腔室107和109中出現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子42的兩端承受了在各腔室107和109內(nèi)的壓力。在泵10安裝在豎直位置中并且泵頭部低于電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，這導(dǎo)致了減小作用在泵轉(zhuǎn)子28和電動(dòng)機(jī)軸承52上的載荷的一推力載荷。
如圖12所示，通過將組件160與前電動(dòng)機(jī)端罩64夾在一起，泵10使得定子阻擋殼罩56能夠組裝在整個(gè)泵頭部22和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子42上?？梢詫?duì)組件160進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試并處理以用于食品應(yīng)用，而不必完全組裝到電動(dòng)機(jī)14上。從邏輯觀點(diǎn)而言，這也是有利的，因?yàn)樗试S泵頭部組件160提前制造，并且組件160可以儲(chǔ)備起來，而不受具體的電動(dòng)機(jī)類型的約束。在所采用的組裝方法方面也可以有更大的靈活性，有助于減少庫存并更容易滿足客戶需要。
可以理解，上述結(jié)構(gòu)的密封機(jī)動(dòng)泵不限于旋轉(zhuǎn)葉片泵頭部。圖13和14顯示了兩種替換類型的泵頭部，它可以代替旋轉(zhuǎn)葉片式泵頭部來使用。圖13顯示了由電動(dòng)機(jī)14驅(qū)動(dòng)的密閉護(hù)罩離心泵頭部的密封機(jī)動(dòng)泵170，圖14顯示了由電動(dòng)機(jī)14驅(qū)動(dòng)的渦輪泵頭部172。流體流通過在定子屏障罩56和密封轉(zhuǎn)子42之間的軸承排出通道84a、84b流出，經(jīng)過電動(dòng)機(jī)軸承通道102a、102b并且通過中空電動(dòng)機(jī)軸44返回至泵頭部170、172，這與上面參照旋轉(zhuǎn)葉片式泵頭部所述的相同。
前面的說明詳細(xì)描述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案并且描述了所想到的最佳模式。但是要理解的是，不論前面的說明如何詳細(xì)，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下可以按照許多方式來實(shí)施本發(fā)明。因此，上面的說明應(yīng)該被認(rèn)為是舉例說明而不是進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種流體泵，包括一泵頭部，用于接收處于一第一壓力下的一流體并且將所述流體增壓至大于所述第一壓力的一第二壓力，所述泵頭部包括一入口，用于接收處于所述第一壓力下的流體；一出口，用于輸出處于所述第二壓力下的流體；一第一通道，用于將處于所述第二壓力下的流體引導(dǎo)到所述出口，并且所述增壓的流體在到達(dá)所述出口之前不會(huì)離開所述泵頭部；以及一第二通道，用于將處于所述第二壓力下的流體引導(dǎo)至一流體循環(huán)通道，所述流體循環(huán)通道至少一部分處在所述泵頭部外面，并且所述流體循環(huán)通道終止在所述出口附近；以及一電動(dòng)機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)所述泵頭部，以將所述流體的壓力提高至所述第二壓力；其中通過所述第一和第二通道的增壓的流體在沒有被所述泵頭部重新增壓的情況下被引導(dǎo)至所述出口。
2.如權(quán)利要求1所述的泵，其中所述電動(dòng)機(jī)包括一定子，具有一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生元件，所述一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生元件用于響應(yīng)通過所述一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生元件的一電流流動(dòng)而產(chǎn)生出一磁場(chǎng)；一轉(zhuǎn)子，具有用于響應(yīng)由所述定子產(chǎn)生出的所述磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)所述泵頭部的一轉(zhuǎn)子軸；以及一氣隙，位于所述定子和所述轉(zhuǎn)子之間，所述氣隙與來自所述泵頭部的增壓的流體流動(dòng)連通；并且其中所述流體循環(huán)通道包括所述氣隙的至少一部分。
3.如權(quán)利要求2所述的泵，其中所述轉(zhuǎn)子軸可以在泵頭部內(nèi)相對(duì)于壓力產(chǎn)生元件軸向運(yùn)動(dòng)，使得所述轉(zhuǎn)子軸沿著軸線方向自由運(yùn)動(dòng)而與所述壓力產(chǎn)生元件無關(guān)。
4.如權(quán)利要求2所述的泵，其中所述轉(zhuǎn)子軸是中空的，并且被構(gòu)造成容納增壓的流體，其中所述流體循環(huán)通道包括所述中空轉(zhuǎn)子軸。
5.如權(quán)利要求1所述的泵，其中所述泵頭部還包括一泄壓閥空腔，具有與所述入口流體連通的一第一部分和與所述出口流體連通的一第二部分；以及一泄壓閥，設(shè)置在所述泄壓閥空腔中，所述泄壓閥的任何部分都沒有設(shè)在所述入口或所述出口中，所述泄壓閥構(gòu)造成包括一低壓泄壓閥模式，其中當(dāng)在所述入口處的流體壓力比在所述出口處的流體壓力超過一第一臨界值時(shí)，流體從所述入口流向所述出口；以及一高壓泄壓閥模式，其中當(dāng)在所述出口處的流體壓力比在入口處的流體壓力超過一第二臨界值時(shí)，流體從所述出口流向所述入口，所述第二臨界值大于所述第一臨界值。
6.如權(quán)利要求1所述的泵，其中所述電動(dòng)機(jī)還包括設(shè)在所述氣隙中的一襯墊，以防止進(jìn)入所述氣隙的增壓的流體與所述定子的所述一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生元件接觸，所述轉(zhuǎn)子還包括一轉(zhuǎn)子屏障罩，以防止進(jìn)入所述氣隙的加壓流體與所述轉(zhuǎn)子疊片接觸。
7.如權(quán)利要求6所述的泵，其中所述襯墊包括一薄襯墊壁，由于由增壓的流體施加在所述襯墊壁上的載荷的結(jié)果，所述薄襯墊壁在設(shè)備運(yùn)行期間變形，抵靠著所述一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生元件，用做結(jié)構(gòu)支撐。
8.如權(quán)利要求1所述的泵，其中所述第一通道與所述第二通道成相對(duì)關(guān)系，以便使由流經(jīng)第一和第二通道的增壓的流體產(chǎn)生的推力平衡。
9.如權(quán)利要求1所述的泵，其中所述泵頭部還包括一前軸承，具有設(shè)在其中的所述第一通道；一后軸承，位于所述電動(dòng)機(jī)附近并且具有設(shè)在其中的所述第二通道；一泵轉(zhuǎn)子，具有多個(gè)滑動(dòng)葉片并且設(shè)置在所述前后軸承之間；以及一凸輪環(huán)，設(shè)置在所述泵轉(zhuǎn)子和滑動(dòng)葉片的周圍，所述凸輪環(huán)具有一內(nèi)表面，滑動(dòng)葉片被所述轉(zhuǎn)子沿著所述內(nèi)表面移動(dòng)，以產(chǎn)生增壓至所述第二壓力的流體；其中通過滑動(dòng)葉片的移動(dòng)而被增壓的流體被引導(dǎo)穿過所述軸承的所述第一和第二通道。
10.如權(quán)利要求1所述的泵，其中所述泵頭部為一旋轉(zhuǎn)葉片式泵頭部。
11.如權(quán)利要求1所述的泵，其中所述泵頭部為一渦輪式泵頭部。
12.如權(quán)利要求1所述的泵，其中所述泵頭部為一離心式泵頭部。
13.一種用于檢測(cè)在流體泵中是否出現(xiàn)過熱狀態(tài)的設(shè)備，所述設(shè)備包括一泵頭部，用于接收處于一第一壓力下的一流體并且在比所述第一壓力高的一第二壓力下輸出所述流體；一電動(dòng)機(jī)，設(shè)置在所述泵頭部附近，用于驅(qū)動(dòng)所述泵頭部，以給所述流體增壓；以及一過熱傳感器，與所述泵頭部和所述電動(dòng)機(jī)在操作上相關(guān)聯(lián)，以感測(cè)過熱狀態(tài)。
14.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述過熱傳感器位于所述電動(dòng)機(jī)內(nèi)。
15.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述過熱傳感器還可以操作用來在感測(cè)到過熱狀態(tài)時(shí)阻止所述電動(dòng)機(jī)工作。
16.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述過熱傳感器包括形成在所述電動(dòng)機(jī)的所述定子繞組中的一雙金屬開關(guān)，所述雙金屬開關(guān)包括一閉合位置，在所述電動(dòng)機(jī)的正常工作期間提供通過所述定子繞組的電氣連接；以及一打開位置，在所述雙金屬開關(guān)感測(cè)到過熱狀態(tài)時(shí)阻止通過這些定子繞組的電氣連接。
17.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中還包括用于在感測(cè)到過熱條件的時(shí)候防止所述電動(dòng)機(jī)的工作的一開關(guān)。
18.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述過熱傳感器被構(gòu)造成在所述過熱傳感器感測(cè)到大約320°F的臨界溫度時(shí)檢測(cè)過熱狀態(tài)的存在。
19.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述泵頭部是一旋轉(zhuǎn)葉片式泵頭部。
20.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述泵頭部是一渦輪泵頭部。
21.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述泵頭部是一離心泵頭部。
22.一種用于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括一軸；疊片，與所述軸連接，使得一第一軸部分延伸到所述疊片的一端之外，以及一第二軸部分延伸到所述疊片的一相對(duì)端之外；不透過流體的屏障罩，用于保護(hù)所述轉(zhuǎn)子疊片，所述屏障罩包括使用不超過三個(gè)連接區(qū)域在所述疊片的周圍組裝的不超過兩個(gè)的部件，所述連接區(qū)域包括一第一連接區(qū)域，用于將所述第一屏障部件連接至所述第二屏障部件，用于防止流體進(jìn)入處在所述第一連接區(qū)域的所述屏障罩；一第二連接區(qū)域，用于將所述第一屏障部件連接至所述第一軸部分，用于防止流體進(jìn)入處在所述第二連接區(qū)域的所述屏障罩；以及一第三連接區(qū)域，用于將所述第二屏障部件連接至所述第二軸部分，用于防止流體進(jìn)入處在所述第三連接區(qū)域的所述屏障罩。
23.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中還包括一個(gè)或者多個(gè)將所述疊片和所述屏障罩互連的墊圈。
24.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中所述屏障罩通過焊接來組裝。
25.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中所述屏障罩通過壓配合來組裝。
26.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中所述屏障罩通過粘合劑來組裝。
全文摘要
一種機(jī)動(dòng)泵(10)，包括用于加壓流體的泵頭部(22)和用于驅(qū)動(dòng)該泵頭部的電動(dòng)機(jī)。在所述泵頭部中，在兩個(gè)對(duì)稱的泵送區(qū)中產(chǎn)生的徑向力彼此相平衡，以減少應(yīng)力和提高效率。增壓的流體離開該泵，并循著經(jīng)過電動(dòng)機(jī)氣隙的路徑，經(jīng)過帶有中空泵轉(zhuǎn)子軸的遠(yuǎn)端的端部軸承，通過中空轉(zhuǎn)子軸(44)，返回到泵送區(qū)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸(44)可以相對(duì)于泵頭部軸向移動(dòng)，它可以使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有效地漂浮在高壓流體中。電動(dòng)機(jī)定子屏障罩(56)可以抑制流體進(jìn)入電動(dòng)機(jī)定子(90)，轉(zhuǎn)子屏障罩(112)可以抑制流體進(jìn)入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子屏障罩有效地連接至轉(zhuǎn)子軸，其連接方式加強(qiáng)了所述軸，并提高了其彎曲抵抗力。定子屏障罩的壁是薄的，并且在流體壓力之下膨脹，以與定子疊片和電動(dòng)機(jī)端罩相接觸，并由該處獲得結(jié)構(gòu)支撐。通過將熱傳感開關(guān)(130)設(shè)置在電動(dòng)機(jī)內(nèi)的泵頭部(22)的附近，檢測(cè)電動(dòng)機(jī)以及泵頭部內(nèi)的過熱狀態(tài)，以在檢測(cè)到過熱狀態(tài)的時(shí)候關(guān)閉電動(dòng)機(jī)(14)。
文檔編號(hào)F04C29/02GK1643258SQ03806802
公開日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月28日
發(fā)明者羅伯特·R·金伯林, 羅伯特·E·哈維第三, 姜杰, 威廉·M·拉森, 小威廉·C·羅恩斯利 申請(qǐng)人:斯坦德克斯國際公司