技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
离心泵，特别是多级离心泵。
背景技术
[0002] 这种类型的离心泵及不同的改型被认为是属于
现有技术，且本文中参引CR系列的格兰富泵。这些泵以竖直设置的轴操作。因此，足部与头部之间夹着多个泵级且设有护套，护套围绕它们且与设置在彼此之上的多个扩散器一起形成环形通道，从最下面的
叶轮的下侧处的吸入端口通过泵级向上输送的
流体经由该环形通道被引回到泵的输送
接口。承载叶轮的轴穿过泵的头部，并且通过以筒形式整合的机械式轴
密封件来密封。在泵头处引出的轴端部以抗旋转固定的方式连接到电驱动
马达的轴端部，所述驱动马达由设置在泵头部上的马达座来紧固。
[0003] 由于设计的固有性质，沿轴向作用在泵轴上的
力相当大，并且这些力必须由泵或马达的
轴承承担。这些力基本是液压产生的。因此，例如对于格兰富泵CR90，在120米3/秒的输送排出时轴向向下力为900
牛顿的量级，这些力由45KW马达的轴承承担，这意味着决定了轴承的负载，且在设计中必须考虑这一点，否则会带来轴承的高磨损。
发明内容
[0004] 在这样的背景下，本发明的目的是设计通用类型的多级离心泵，以便减小由于作用在泵轴上的轴向力引起的马达侧轴承的负载。
[0005] 该目的通过本发明提供的一种多级离心泵来实现。可以从以下技术方案、随后的描述和
附图中得出本发明的各种有利设计。
[0006] 在本发明的多级离心泵中，多个泵级的叶轮设置在轴上，所述轴可旋转地设置在
泵壳体之内，并且在一端处从所述泵壳体密封地引出以便连接到驱动马达。其中，所述泵壳体中设有被所述轴穿过的室，所述轴中或所述轴上设有轴环，所述轴环固定且密封地连接到所述轴并且所述轴环的一侧至少部分地承受所述泵的压力；其中设有轴向密封件，所述轴向密封件的旋转部由轴环或设置在其上的密封部形成，并且所述轴向密封件的非旋转部由
配对环或设置在其上的密封部形成，并且其中所述配对环相对于所述室被径向密封且在所述室之内能被轴向移动地引导。
[0007] 优选地，所述室的朝向所述轴向密封件的一侧被通道式连接到一泵级的吸入侧，优选连接到第二泵级的吸入侧。
[0008] 优选地，所述室的朝向所述轴环的另一侧被通道式连接到一泵级的吸入侧，优选地连接到第二泵级的吸入侧。
[0009] 优选地，所述轴向密封件设置在所述轴环的面向所述叶轮的一侧。
[0010] 优选地，所述室包括用于供径向密封的柱形内壁部段，在一侧处被液压地连接到最后泵级的压力室，并且在另一侧处包括通向所述泵壳体外部的轴供给通孔。
[0011] 优选地，所述轴向密封件设置在所述轴环的远离所述叶轮的一侧，并且所述轴环使所述室与所述压力室分开。
[0012] 优选地，所述轴向密封件的非旋转部分受到朝向所述轴环的方向的
弹簧力。
[0013] 优选地，通到所述泵壳体外部的所述轴供给通孔包括密封单元，优选地包括整合到所述室的表面壁中的机械式轴密封单元。
[0014] 优选地，所述泵壳体包括头部和足部，所述泵级被夹在所述头部与所述足部之间，所述室设置在所述头部中。
[0015] 优选地，其优选是管线泵，所述管线泵以竖直轴操作，其吸入接口和输送接口设置在足部侧，且所述管线泵形成有环形通道，所述环形通道围绕所述泵级且引导来自最后泵级的出口处的压力室的输送流体，将输送流体从所述头部引导回到所述足部中且引导至所述输送接口，其中所述室的一侧邻近所述压力室。
[0016] 优选地，所述轴环在轴向侧包括形成所述轴向密封件的旋转密封面的环形表面。
[0017] 优选地，所述轴环设有优选能替换的轴向密封环，所述轴向密封环的一个表面侧形成所述轴向密封件的旋转密封面。
[0018] 优选地，所述配对环包括形成所述轴向密封件的非旋转密封面的轴向侧。
[0019] 优选地，所述配对环设有优选能替换的轴向密封环，所述轴向密封环的一个表面侧形成所述轴向密封件的非旋转密封面。
[0020] 优选地，所述配对环与所述室之间整合有O形环，优选整合在室壁中的周边槽中。
[0021] 优选地，所述配对环与所述室之间设有旋转
锁。
[0022] 优选地，所述旋转锁包括金属片部段，所述金属片部段以抗旋转固定的方式形状配合地连接到所述室壁和所述配对环，但是能轴向位移地设置在所述室中。
[0023] 根据本发明的多级离心泵包括轴，该轴上安置有具有多个泵级的叶轮(也称为泵轮)且该轴可旋转地设置在泵壳体内。该轴的一端被密封地引出泵壳体以便连接到驱动马达。根据本发明，泵壳体内设有一室，轴穿过该室，在该室上或室中的一轴环固定且密封地连接到轴，并且轴环的一侧至少部分地承受泵的压力(输送压力)。根据本发明，设有一轴向密封件，该轴向密封件的旋转部由轴环或设置在其上的密封部形成，且该轴向密封件的非旋转部由配对环(counter-ring)或设置在其上的密封部形成。因此，配对环相对于室径向地密封，并且在该室内被以可轴向移动的方式引导。
[0024] 根据本发明的技术方案的基本理念在于产生轴的液压轴向力释放，从而以此方式减少
推力轴承的负载，其在泵侧和/或马达侧。根据本发明的这种液压力补偿与机械式轴密封件组合，由此有利地设计为使得机械式轴密封件自身被设计为纯轴向密封件，而必要的径向密封件仅设置在轴向密封件的非旋转部与室之间，因此是泵壳体的一部分。该径向密封件仅需要承担轴向密封件的非旋转部分的轴向运动，因此动态加载的程度很小，这就是为什么通常O形环或类似的静态密封件是足够的。室与环境之间的轴的实际密封以自身已知的方式实现，例如通过具有整合的机械式轴密封件或其他密封件的密封筒，与现有技术相比具有显著进步，即是说此处的压力级，特别是室中的压力与周围压力之间的压力差相对较低，并且由于这一点，可以安装廉价的密封件，这仅以低摩擦就确保了高
密封性。
[0025] 因此，根据本发明的技术方案包括此处以特别有利的方式相互影响的设计方案。轴环被密封且固定地连接到轴，其一侧承受泵的压力，也就是说优选地承受最后泵级的压力，因此承受泵的输送压力，这意味着实现了期望的力补偿。应当理解，轴环根据面积/表面被设计。轴环的表面相对于轴环的另一侧必须被密封，以便以压力有效的方式设计该表面，并且这有利地通过轴向机械式轴密封件实现。最终，轴向机械式轴密封件的非旋转部沿轴向方向可移动地安装在室壁上，其中该区域可以由设计简单的密封件密封住，例如由O形环密封住，因为该密封件仅需要承担轻微的轴向运动，而非旋转部与非旋转部之间的运动。最后，由该室产生的压力级显著低于压力室的封闭空间，该室设置在泵壳体之内且有利地在通向外部处在轴与泵壳体之间设有另一密封件，并且因此相对于外部被密封。因此，室相对于外部被有利地再次密封，使得流体，特别是在启动泵时穿透尚未设定的密封间隙进入该室中的流体，可以被引导到泵内而非到达外部。另外，该室中可以被设定为泵的吸入侧压力与输送侧压力之间的大致无限的压力级(infinite pressure level)，这一方面适合于轴环的尺寸或者该轴环的有效压力表面，另一方面允许将进入室中的流体引回。
[0026] 根据本发明的有利的进一步改进，室在轴向密封件的一侧被通道式连接到泵级的吸入侧。应理解，轴向密封件的一侧由此不再承受泵的输送压力。因此已经发现，如果室被通道连接到第二泵级的吸入侧则特别有利。这具有以下优点：一方面能够可靠地防止
泄漏，因为将进入室中的流体引回可靠地防止了流体穿过轴与泵壳体之间的外部密封。而且，室自身可以借助这种通道连接经受一定的内部压力，特别是如果该室连接到两个泵级之间的压力级，这意味着机械式轴密封件在某种程度上被释放压力。也可以以适当的方式设定轴环的尺寸和作用于轴上的液压反作用力以及由此引起的力。因此，轴环和机械式轴密封件的尺寸不再仅仅取决于泵的压力(输送压力)。
[0027] 如果轴环设置在室内，则借助将室朝向轴环的另一侧通道式连接到泵级的吸入侧，可以实现前文提到的效果。在这种情况下，室的一部分，特别是朝向轴环一侧的部分，仍然承受泵压力(输送压力)。
[0028] 根据本发明的有利设计，轴向密封件设置在轴环的面向叶轮的一侧上。借助这种设置，轴环设置在室内并且分开室内的压力级。借助该设计，有利的是室包括用于配对环的径向密封的柱形内壁部段，因而形成可以在其中配对环可轴向移动地引导配对环的区域。室则在一侧处液压连接到最后泵级的压力室，并且在另一侧上包括通向泵壳体外部的轴供给通孔，其中该供给通孔同样以密封的方式设计。
[0029] 如果(因为可以是有利的)轴向密封件布置在轴环的远离叶轮的一侧，则轴环将室限定到泵空间，因此设置在室上而非在室中。借助后一种设置，有利的是轴向密封件的非旋转部沿轴环的方向承受弹簧力，以便确保机械式轴密封件的必要压力，其中该压力将通过下文更详细描述的另一个
实施例来液压地聚集。
[0030] 通向泵壳体的外部、因此处于室的通向外部的区域中的轴供给通孔被密封单元有利地密封，该密封单元优选被设计为机械式轴密封筒，并且被一体形成在室的表面壁中。因此，其可以是这种密封单元，其类似于现有技术的方式被应用并且可从外部替换，因而不必从泵移除轴。该密封件可以以更简单的方式确定尺寸，因为室与周围环境之间的压力级显著小于最后泵级的压力(也是泵的输送压力)与室之间的压力级。
[0031] 离心泵自身有利地被设计为泵壳体包括头部和足部，多个泵级被夹在头部与足部之间，其中室有利地设置在头部中，通向外部的轴通孔也位于此处。关于离心泵，有利的是以竖直轴操作的管线泵的情况，该管线泵的吸入接口和输送接口设置在足部侧上，并且通过该管线泵形成围绕泵级的环形通道，所述环形通道引导来自最后泵级的出口处的压力室的输送流体，从头部引回到底部，引到输送接口。因此，室的一侧设置为与最后泵级的压力室相邻。
[0032] 根据本发明的有利的进一步改进，如果轴环在轴向侧包括形成轴向密封件的旋转密封面的环形表面，则轴环自身可以形成轴向密封件的一部分。替代性地，轴环可以设有轴向密封环，该轴向密封环的一个表面侧形成轴向密封件的旋转密封面。这种轴向密封环可以被有利地替换，例如整合在轴环的表面侧的槽中。该设计具有这样的优点：仅轴向密封环自身需要由高耐磨材料(例如
碳化
硅)制造，而在体积方面明显更大的轴环可以由较廉价的材料组成。因此，配对环可以被设计成使得其自身包括一轴向侧，该轴向侧形成轴向密封件的非旋转密封面或设有优选可替换的轴向密封环，轴向密封环的一个表面侧形成轴向密封件的非旋转密封面。
[0033] 有利地，可以通过O形环形成配对环与室之间的径向密封，该O形环可以以廉价和简单的方式组装。有利地，O形环位于室壁的槽中，但配对环的外周中也可以设置周边槽配对环，以便将O形环保持在其
位置。
[0034] 当大致静止状态还未设定时，在轴向密封件中，特别是在启动操作时产生更大的摩擦。根据本发明的有利的进一步改进，此处为了防止密封件的非旋转部被设定为旋转，设有一旋转锁，并且特别有利地设置在配对环与室之间。这种旋转锁可以有利地通过
金属薄板部段形成，该金属薄板部段以抗旋转固定的方式形状配合(positively，正配合)连接到室壁和配对环，但是可轴向移动地设置在室内，使得其可跟随配对环的轴向运动。
[0035] 这种金属薄板部段可以有利地以环形方式设计，使得在其外部区域中，其承载在配对环中的表面侧或肩部上，并且在其内侧处以小距离围绕轴。因此，金属薄板部段与轴或配对环之间的间隙或其他开口的尺寸被选择为，使得在泵启动操作，因而随之建立压力时，首先是金属薄板部段配对环由于压力冲击而轴向移动，且承载在其上的配对环因此轴向移动，直到轴向密封件的密封面彼此承载。配对环还被另外设计为，使得总是产生作用于配对环的迫使朝向轴环的轴向力，也就是说，在由于一侧处占优势的较大压力使轴向密封面彼此承载时，也产生该轴向力。
附图说明
[0036] 下面通过实施例更详细地解释本发明，这些实施例示出于：
[0037] 图1以非常简化的纵向剖视图示出了根据本发明的多级离心泵，其连接有电动马达；
[0038] 图2以放大视图示出了图1中的细节II；
[0039] 图3以放大视图示出了图2中的细节III；
[0040] 图4是具有密封件的泵的头部的分解示图；
[0041] 图5是根据图3的示图中的根据本发明的另一实施例。
[0042] 附图标记
[0043] 1 离心泵
[0044] 2 足部
[0045] 3 吸入接口
[0046] 4 输送接口
[0047] 5 头部
[0048] 6 泵级
[0049] 7 扩散器
[0050] 8 环形通道
[0051] 9 管部段
[0052] 10 马达基部
[0053] 11 电动马达
[0054] 12 泵的轴
[0055] 13 叶轮/泵轮
[0056] 14 联接件
[0057] 15 马达的轴
[0058] 16 第一泵级的吸入端口
[0059] 17 压力室
[0060] 18、18a 室
[0061] 19、19a 轴向密封件
[0062] 20、20a 径向密封件
[0063] 21、21a 密封单元
[0064] 22、22a 轴环
[0065] 23、23a 密封环
[0066] 24、24a 配对环
[0067] 25、25a 配对密封面
[0068] 26 金属片环
[0069] 27 臂
[0070] 28 臂的端部
[0071] 29 凸起部
[0072] 30 凹部
[0073] 31 突出部
[0074] 32 间隙
[0075] 33、33a 室18的柱形部段
[0076] 34、34a 槽
[0077] 35、35a O型环
[0078] 36、36a 通道
[0079] 37 管
[0080] 38 夹紧环
[0081] 39 螺钉
[0082] 40 套筒
[0083] 41 O形环
[0084] 42 旋转锁
[0085] 43 螺钉
具体实施方式
[0086] 关于图1中所示的离心泵，其是多级管线离心泵1的情况，其具有足部2，足部上立着泵且足部包括吸入接口3和与该吸入接口位于相同轴线上的输送接口4。离心泵1在顶部处被头部5封闭。头部5与足部2之间设有多个泵级6，泵级6的多个扩散器7形成环形通道8的内壁，环形通道8的外壁由同样夹在头部5与足部2之间的管部段9形成。此处，头部和足部通过此处未示出的支柱彼此连接。马达座10在顶部处连接到头部5且承载驱动马达，驱动马达呈电动马达11的形式。
[0087] 离心泵1包括以直立方式立起的中
心轴12，这意味着，该中心轴竖直地设置并且承载各个泵级6的叶轮13。轴12密封地穿过泵1的头部5，并且在马达座10的区域中通过联接器14以抗旋转固定的方式联接到马达11的轴。
[0088] 在操作时，输送流体通过吸入接口3到达第一泵级6的吸入端口16，从那里向上，从泵级6到泵级6地增加压力，直到离开最后的泵级，从而进入压力室17。从那里，流体经由环形通道8返回到足部2中，并从足部到达输送接口4，输送流体在输送接口处离开。
[0089] 头部5中设有室18，泵轴12穿过室18，其中根据图1到图4的实施例，室18的下部被通道式连接到压力室17，并且经由轴向密封件19和径向密封件20组成的密封件与室18的其余部分分开。在泵壳体的头部5之外的轴12的出口之间的区域中，另一密封件21相对于泵壳体在顶部处密封该室。关于该密封件，其情况是被看作属于现有技术的密封单元且应用于格兰富CR泵，其在涉及此处时即被引用。
[0090] 在室18的下部区域中，轴12上以密封且固定的方式设有轴环22。该轴环22通过粘合、
焊接或收缩以固定且密封的方式连接到泵1的轴12。在面向叶轮13的平坦侧中，轴环22中凹入形成周边槽，该周边槽设有碳化硅构成的密封环23。该密封环23形成轴向密封件19的旋转密封部。非旋转密封件由配对环24形成，该配对环基本呈柱形并且其朝向轴环22的表面侧形成配对密封面25，该配对密封面在操作时密封地承载在密封环23上且与其一起形成轴向密封件19。配对环24设计为向底部打开且在其下侧处设有环26，环26由金属片形成且包括沿直径相对的多个臂27，该臂从环的基面向上突出。这些臂以其径向向外突出的端部28接合到配对环24的柱形内侧的肩部中，所述肩部向外变宽并形成紧固。上侧上形成凸起部29，凸起部29在任何情况下以相对于臂27偏移90°的方式形成，凸起部29接合到配对环24的下面侧上的相应凹部30中，并且因此将金属片环26以抗旋转固定的方式固定到配对环
24。与泵壳体相对，金属片环26以抗旋转固定的方式位于室18的基部上的相应突出部31中。
金属片环26大部分地封闭了配对环24与轴12之间形成的自由空间，其结果是，来自压力室
17中、处于高压、且在泵中向上行进的输送流体穿过室基部与轴12之间的间隙32并且首先出现在金属片环26处。出现在环26上的压力确保了配对环24的轴向位移直到其承载在密封环23上，这是由于金属片环26与轴12之间的间隙显著小于间隙32的事实。只有这样，才可以在配对环24内缓慢建立压力，因此在配对环24与轴12之间的空间中建立压力。在静止中，在压力补偿操作状态下，配对环的轴向压力有效内表面小于外表面，压力室17的输送压力在外表面上占优势(prevail)，使得配对环受到沿轴向朝向轴环22的力，并因此被液压地保持在其密封位置。
[0091] 配对环24不旋转，并且通过突出部31接
合金属片环26以抗旋转固定的方式保持在泵壳体上。其被可轴向位移地安装在室18内，为此该室包括柱形部段33，其中设有外周槽34，在该周边槽中整合有O形环35，O形环35相对于配对环24密封室壁。该径向密封件35(O形环密封件)足以相对于室18密封住压力室17上占优势的压力，因为配对环24仅最初轴向移动，而在其他时候相对于室18大致静止地设置。
[0092] 从图3特别明显地看出，轴环22包括处于密封环23与轴12之间的环形面，并且其尺寸设置为使得在操作中，该处产生的压力至少部分地向下补偿作用在轴12上的力。
[0093] 室18被密封件19和20相对于压力室17密封并且被密封单元21相对于外部密封。设有通道36，该通道首先从室18径向向
外延伸通过头部5并且在端部侧密封地封闭，以便引走可能在密封件19和20的另一侧上进入到室18中的流体。管37横向连接到通道36，且将通道36连接到第一泵级6的出口，使得经由通道36和管37被引回的流体被再次引回到输送路径中。室18总是经受第一泵级6的出口处的压力级，从而达到一压力，该压力显著低于在最后泵级6的端部处的压力室17中占优势的压力，但是大于环境压力，这是由于该连接终止在第一泵级与第二泵级之间。根据管37的终止位置，可以与设计相关地将室18中占优势的压力设定为大致无穷的方式。通过这样可以引起产生在轴环22上的压差且因此也引起通过轴环液压地产生的补偿力。
[0094] 通过图5示出了对应于图2所示的实施例的变体，但是其中，轴环22a不是设置在室18a内，而是设置在室18a上，并且大致形成基部侧的室壁。对于图5中描述的实施例的功能性相同部件设有相同的附图标记，但具有附加的“a”。
[0095] 轴环22a被锥形夹紧环38固定在轴12上，并且该夹紧环38被螺钉43压在轴环22a的内侧上的相应的锥形凹部中且以密封和固定的方式将轴环22a保持在轴上。与上述实施例不同，轴环22a包括密封环23a，该密封环23a设置在轴环22a的远离叶轮13的一侧上。配对环24a以其向下的配对密封面25a以密封方式承载在密封环23a上配对密封面。
[0096] 配对环24a在室18a的柱形部段33a中以可轴向移动的方式被引导，并且被位于槽34a中的O形环35a径向密封。O形环35a形成径向密封件20a，而密封环23a和具有配对密封面
25a的配对环24a形成轴向密封件19a。由于在该实施例中，室18a在底部被轴环22a和配对环
24a密封，所以压力室17的压力仅存在于轴环22a的外侧和配对环24a上，并且室18a各处具有由通道36a和37(通道37在图5中不可见)的连接确定的相同的压力级。设有
螺旋弹簧39，螺旋弹簧39
支撑在室壁中的向内突出的肩部上，以便通过配对环24a的配对密封面25a来产生配对环24a的必要的轴向压力，这是因为配对环24a在此不经受压力室17的压力。这里的室壁不是由头部5直接径向形成，而是由整合在那里的套筒40径向形成，套筒40被
螺纹紧固在头部5的凹部中并且被两个O形环41相对于通道36或套筒40中的相应开口密封。该实施例中还设有旋转锁42，其确保了配对环24a以抗旋转固定的方式设置在套筒40内。
