Насосный узел - RU2731080C1

Чертежи

Показать все 19 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[01] Настоящее изобретение в общем относится к насосным узлам, в частности к насосам с мокрым ротором с регулируемой скоростью. Такие насосы, имеющие мощность в диапазоне от 5 Вт до 3 кВт, обычно используются в качестве циркуляционных насосов систем отопления домов.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[02] Насосы с мокрым ротором обычно содержат кожух ротора, отделяющий ротор с постоянным магнитом от статора. Ротор приводит в движение рабочее колесо, расположенное в корпусе насоса. Обычно на корпусе насоса закреплен корпус двигателя, причем кожух ротора и статор прикреплены к корпусу насоса крепежным элементом корпуса двигателя.

[03] В документе EP 2 072 828 A1 описан центробежный насос с мокрым ротором в качестве циркуляционного насоса для систем отопления в зданиях. Раскрытый в нем насос имеет компактную конструкцию за счет размещения электроники двигателя по меньшей мере частично радиально вокруг статора. Корпус двигателя этого насоса прикреплен к корпусу насоса с помощью фланца кожуха ротора, так что корпус двигателя может быть снят без отсоединения каких-либо мокрых частей. Однако в раскрытом насосе используются распределенные по окружности штыри 26 фланца кожуха ротора большого размера для предотвращения вращения и осевого выравнивания компонентов. Для кожуха ротора большого размера требуется значительное боковое пространство.

[04] Для обеспечения еще более компактной конструкции с фланцем кожуха ротора меньшего размера необходимы другие решения для точного соосного выравнивания оси ротора относительно корпуса насоса.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[05] В отличие от таких известных насосов варианты выполнения настоящего изобретения обеспечивают насосный узел более компактной конструкции.

[06] В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечен насосный узел, содержащий

ось ротора, проходящую вдоль оси ротора,

рабочее колесо, прикрепленное к оси ротора,

корпус насоса, вмещающий рабочее колесо, причем корпус насоса образует первую радиальную внутреннюю базовую поверхность,

приводной двигатель, содержащий статор и ротор, причем ротор прикреплен к оси ротора для приведения в движение рабочего колеса,

кожух ротора, вмещающий ротор, причем кожух ротора содержит фланец кожуха ротора, и

корпус статора, вмещающий статор, содержащий обмотки вокруг сердечника статора.

На первый участок поверхности сердечника статора наформован первый материал в качестве электроизоляционного слоя между обмотками и сердечником статора, а на второй участок поверхности сердечника статора наформован второй материал, образующий стенки корпуса статора.

[07] Наформованный сердечник статора обеспечивает снижение вероятности растрескивания второго материала, образующего стенки корпуса статора, и уменьшение допусков для образования базовых поверхностей. Первый и второй материалы могут быть эффективно выбраны для удовлетворения различных требований, например, первый материал может иметь лучшие электроизоляционные свойства, тогда как второй материал может иметь более низкую воспламеняемость.

[08] Опционально, сердечник статора может быть образован в виде кольца статора с выступающими внутрь в радиальном направлении зубцами статора, причем первый материал покрывает радиально внутреннюю поверхность кольца статора на первую толщину, а второй материал покрывает радиально внешнюю поверхность кольца статора на вторую толщину, причем первая толщина меньше, чем вторая толщина. Предпочтительно вторая толщина составляет по меньшей мере 2 мм. Таким образом, может быть обеспечено тонкое изоляционное покрытие, выполненное из первого материала, и стабильная целостность стенок корпуса статора, выполненных из второго материала.

[09] Опционально, первый материал может иметь более высокую диэлектрическую прочность и/или более высокий сравнительный показатель пробоя (CTI), чем второй материал. Например, CTI может составлять более 175. Независимо от того, используется ли насосный узел в качестве медицинского оборудования или нет, первый материал может принадлежать к группе материалов IIIa в соответствии со стандартом Международной комиссии по электронике IEC 60601-1:2005 с CTI в диапазоне от 175 до 400. Чем лучше изоляционные свойства первого материала, тем тоньше может быть электроизоляционный слой первого материала. Чем тоньше изоляционный слой первого материала, тем лучше теплопередача между обмотками и сердечником статора через электроизоляционный слой. Второй материал может представлять собой полиамид (PA), полиэтилентерефталат (PET) или жидкокристаллический полимер (LCP).

[10] Опционально, второй материал может иметь боле низкую воспламеняемость, чем первый материал. Например, второй материал может быть классифицирован с наивысшей степенью огнестойкости 5VA в соответствии со Стандартом на горючесть пластмасс UL 94. Стенки корпуса могут удовлетворять определенным требованиям с точки зрения воспламеняемости, которым не должен удовлетворять первый материал. Второй материал может представлять собой полиамид (PA), полифениленсульфид (PPS) или полиэфирэфиркетон (PEEK). Второй материал 124 может содержать определенное содержание стекловолокна, например, от 10% до 50%, предпочтительно около 30%, в зависимости от требований.

[11] Опционально, второй материал может не иметь контакта с обмотками статора. Единственным материалом статора, имеющим контакт с обмотками, может быть изоляционное покрытие первого материала.

[12] Опционально, первый материал может образовывать стенки бобины, выступающие в осевом направлении от сердечника статора. Таким образом, обмотки удерживаются на месте и изолированы в поперечном направлении на обоих осевых концах зубцов статора.

[13] Опционально, корпус насоса может образовывать первую кольцевую базовую поверхность, обращенную от рабочего колеса, а второй материал статора может образовывать вторую кольцевую базовую поверхность, обращенную к рабочему колесу, причем вторая кольцевая базовая поверхность смещена относительно первой кольцевой базовой поверхности.

[14] Опционально, сердечник статора может быть образован в виде кольца статора с выступающими внутрь в радиальном направлении зубцами статора, причем зубцы статора образуют вторую радиальную внутреннюю базовую поверхность, а кожух ротора содержит радиальную внешнюю поверхность выравнивания, выровненную по существу перпендикулярно первой кольцевой базовой поверхности корпуса насоса путем радиального упора во вторую радиальную внутреннюю опорную поверхность корпуса статора.

[15] Опционально, насосный узел может дополнительно содержать

первое радиальное кольцо подшипника, находящееся в скользящем контакте с осью ротора, и

держатель подшипника, заключающий первое радиальное кольцо подшипника и центрирующий первое радиальное кольцо подшипника относительно первой радиальной внутренней опорной поверхности корпуса насоса,

причем фланец кожуха ротора имеет радиальное расстояние до корпуса насоса, а кожух ротора содержит радиальную внутреннюю центрирующую поверхность, отцентрированную путем радиального упора в радиальную внешнюю центрирующую поверхность держателя подшипника.

[16] Таким образом, кожух ротора может быть отцентрирован не непосредственно корпусом насоса. Вместо этого фланец кожуха ротора может иметь радиальное расстояние до корпуса насоса и, следовательно, некоторое боковое пространство для манипуляции для соосного выравнивания кожуха ротора относительно корпуса насоса посредством держателя подшипника. Держатель подшипника, заключающий первое радиальное кольцо подшипника, находящееся в скользящем контакте с осью ротора, определяет центральное положение оси ротора относительно корпуса насоса. Точное центральное выравнивание оси ротора относительно корпуса насоса важно для минимизации зазора между рабочим колесом и горловым кольцом корпуса насоса, причем горловое кольцо отделяет камеру низкого давления (впуск текучей среды) корпуса насоса от камеры высокого давления (выпуск текучей среды) корпуса насоса. Зазор между рабочим колесом и горловым кольцом должен быть достаточно большим для вращения рабочего колеса с низким трением, причем зазор должен учитывать любой эксцентриситет оси ротора относительно горлового кольца корпуса насоса из-за производственных допусков. Однако, чем больше зазор между рабочим колесом и горловым кольцом, тем больше текучей среды выходит из камеры высокого давления непосредственно через зазор обратно в камеру низкого давления, что снижает эффективность перекачивания.

[17] Предпочтительно, насосный узел, раскрытый в настоящем документе, может обеспечивать меньший зазор и, следовательно, более высокую эффективность насоса, так как производственные допуски между кожухом ротора и держателем подшипника, которые, как правило, независимо изготавливаются на отдельных этапах изготовления, не приводят к эксцентриситету оси ротора относительно горлового кольца корпуса насоса. Радиальная внутренняя центрирующая поверхность кожуха ротора может быть отцентрирована путем радиального упора в радиальную внешнюю центрирующую поверхность держателя подшипника, определяющую центральное положение оси ротора относительно корпуса насоса.

[18] Опционально, радиальная внутренняя центрирующая поверхность кожуха ротора и/или радиальная внешняя центрирующая поверхность держателя подшипника могут иметь по меньшей мере три, предпочтительно четыре, радиальных выступа. Радиальные выступы обеспечивают точное концентрическое выравнивание между кожухом ротора и держателем подшипника.

[19] Опционально, держатель подшипника может содержать радиальную внешнюю поверхность держателя подшипника, имеющую по меньшей мере три радиальных выступа, радиально упирающихся в первую радиальную внутреннюю базовую поверхность корпуса насоса и центрирующих держатель подшипника относительно первой радиальной внутренней базовой поверхности корпуса насоса. Эти радиальные выступы обеспечивают точное концентрическое выравнивание держателя подшипника относительно корпуса насоса. Первая радиальная внутренняя базовая поверхность корпуса насоса может быть образована на том же этапе изготовления корпуса насоса, когда определяется положение горлового кольца, для минимизации производственных допусков.

[20] Опционально, фланец кожуха ротора может образовывать окружной U-образный паз с радиальным внутренним участком и радиальным внешним участком, причем радиальный внутренний участок образует радиальную внутреннюю центрирующую поверхность кожуха ротора. Таким образом, фланец кожуха ротора усилен и стабилизирован. Следует отметить, что кожух ротора может даже не находиться в непосредственном контакте с корпусом насоса.

[21] Опционально, фланец кожуха ротора может содержать кольцевую упорную поверхность, обращенную от рабочего колеса. Эта упорная поверхность может определять точное размещение кожуха ротора в осевом направлении. В отличие от центробежных насосов с мокрым ротором, известных в уровне техники, кожух ротора непосредственно не ограничен в осевом направлении корпусом насоса. Таким образом, кожух ротора может быть более упругим, чтобы выдерживать скачки давления. Кольцевая упорная поверхность может быть конической, причем обращенный наружу в радиальном направлении конец кольцевой упорной поверхности расположен дальше от рабочего колеса, чем обращенный внутрь в радиальном направлении конец кольцевой упорной поверхности. Таким образом, фланец кожуха ротора может упруго деформироваться для осевого перемещения, чтобы упруго противостоять скачкам давления.

[22] Опционально, в окружном пазу корпуса насоса может быть закреплено стопорное кольцо, причем кольцевая упорная поверхность упирается в стопорное кольцо в осевом направлении. При сборке насосного узла стопорное кольцо может быть помещено в паз после размещения фланца кожуха ротора в положении внутри корпуса насоса. Если конец оси ротора, к которому прикреплено рабочее колесо, обозначен как «нижний» конец, и ось ротора проходит «вверх» от рабочего колеса в кожух ротора, кожух ротора закреплен для предотвращения перемещения «вверх». Это принципиально отличается от насосов, известных в уровне техники, в которых кожух ротора прикреплен «вниз» к корпусу насоса винтами. Таким образом, насосный узел, раскрытый в настоящем документе, обеспечивает гораздо более компактную конструкцию.

[23] Опционально, фланец кожуха ротора может содержать кольцевую контактную поверхность, обращенную к рабочему колесу, а фланец держателя подшипника содержит кольцевую поверхность смещения, обращенную от рабочего колеса, причем держатель подшипника предварительно упруго нагружен для смещения кольцевой поверхности смещения фланца держателя подшипника относительно кольцевой контактной поверхности фланца кожуха ротора. Таким образом, держатель подшипника может использоваться не только для центрирования кожуха ротора, но и для осевого размещения кожуха ротора относительно корпуса насоса. Держатель подшипника может содержать конический участок фланца держателя подшипника, причем обращенный наружу в радиальном направлении конец участка фланца держателя подшипника расположен ближе к рабочему колесу, чем обращенный внутрь в радиальном направлении конец участка фланца держателя подшипника. Обращенный наружу в радиальном направлении конец участка фланца держателя подшипника может лежать на осевой упорной поверхности корпуса насоса. Кольцевая поверхность смещения может быть образована обращенным внутрь в радиальном направлении участком конического участка фланца держателя подшипника. Кольцевая контактная поверхность фланца кожуха ротора и/или кольцевая поверхность смещения фланца держателя подшипника могут содержать по меньшей мере три осевых выступа.

[24] Во время сборки насосного узла держатель подшипника может быть помещен в корпус насоса для упора осевой упорной поверхности корпуса насоса. Кожух ротора может быть прижат в направлении вниз своей нижней кольцевой контактной поверхностью к верхней кольцевой поверхности смещения держателя подшипника для упругой деформации конического участка фланца держателя подшипника. Стопорное кольцо помещают в паз для фиксации кожуха ротора в осевом направлении, при этом кожух ротора прижимают вниз к держателю подшипника. Таким образом, держатель подшипника предварительно упруго нагружен для смещения кожуха ротора вверх относительно стопорного кольца. Рабочее колесо, ось ротора, ротор, подшипники, держатель подшипника и кожух ротора могут быть помещены в корпус насоса в качестве предварительно собранного блока, закрепленного в направлении вниз стопорным кольцом, причем держатель подшипника служит в качестве смещающей вверх пружины.

[25] Опционально, к корпусу насоса может быть прикреплено горловое кольцо, причем рабочее колесо расположено между держателем подшипника и горловым кольцом в осевом направлении, причем горловое кольцо содержит цилиндрический участок, по меньшей мере частично проходящий в рабочее колесо. Альтернативно рабочее колесо может по меньшей мере частично проходить в цилиндрический участок горлового кольца. Опционально, цилиндрический участок может содержать радиальную внешнюю или внутреннюю поверхность зазора, а рабочее колесо может содержать радиальную внутреннюю или внешнюю поверхность зазора, причем радиальная внешняя или внутренняя поверхность зазора цилиндрического участка и радиальная внутренняя или внешняя поверхность зазора рабочего колеса имеют радиальное расстояние, образующее зазор. Такое радиальное расстояние может быть минимизировано насосным узлом, описанным в настоящем документе, что обеспечивает лучшую эффективность перекачивания.

[26] Опционально, корпус насоса может образовывать первую кольцевую базовую поверхность, обращенную от рабочего колеса, а корпус статора образует вторую кольцевую базовую поверхность, обращенную к рабочему колесу, причем вторая кольцевая базовая поверхность смещена относительно первой кольцевой базовой поверхности. Предпочтительно первую кольцевую базовую поверхность корпуса насоса образуют на том же этапе обработке, что и первую радиальную внутреннюю базовую поверхность, предпочтительно той же сверлильной головкой, для минимизации производственных допусков. Таким образом, первая кольцевая базовая поверхность может проходить в плоскости, точно ортогональной центральной оси первой радиальной внутренней базовой поверхности. В связи с этим первая кольцевая базовая поверхность может обеспечивать точное угловое выравнивание корпуса статора относительно корпуса насоса.

[27] Опционально, статор может образовывать вторую радиальную внутреннюю базовую поверхность, а кожух ротора может содержать радиальную внешнюю поверхность выравнивания, выровненную по существу перпендикулярно первой кольцевой базовой поверхности корпуса насоса путем радиального упора во вторую радиальную внутреннюю базовую поверхность статора. Таким образом, кожух ротора может быть выровнен в угловом направлении относительно корпуса насоса посредством корпуса статора. Например, статор может содержать множество зубцов статора, вокруг каждого из которых намотана катушка статора, причем вторая радиальная внутренняя базовая поверхность образована радиальной внутренней поверхностью множества зубцов статора.

[28] Опционально, первая кольцевая базовая поверхность может быть расположена дальше наружу в радиальном направлении, чем первая радиальная внутренняя базовая поверхность, и/или первая кольцевая базовая поверхность расположена дальше от рабочего колеса в осевом направлении, чем первая радиальная внутренняя базовая поверхность. Таким образом, корпус насоса обеспечивает эффективный рычаг воздействия корпуса статора для углового выравнивания кожуха ротора относительно корпуса насоса.

[29] Опционально, вторая радиальная внутренняя базовая поверхность расположена дальше внутрь в радиальном направлении, чем вторая кольцевая базовая поверхность, и/или вторая радиальная внутренняя базовая поверхность расположена дальше от рабочего колеса в осевом направлении, чем вторая кольцевая базовая поверхность. Таким образом, корпус статора имеет эффективный рычаг воздействия для углового выравнивания кожуха ротора относительно корпуса насоса.

[30] Опционально, вторая кольцевая базовая поверхность может проходить в плоскости, по существу ортогональной центральной оси второй радиальной внутренней базовой поверхности. В связи с этим вторая кольцевая базовая поверхность может обеспечивать точное угловое выравнивание кожуха ротора относительно корпуса насоса.

[31] Опционально, насосный узел может содержать байонетное кольцо для крепления корпуса статора к корпусу насоса, причем байонетное кольцо предварительно упруго нагружено для смещения корпуса статора в осевом направлении относительно корпуса насоса к рабочему колесу. Таким образом, вторая кольцевая базовая поверхность корпуса статора прижимается вниз к первой кольцевой базовой поверхности корпуса насоса посредством байонетного кольца. Байонетное кольцо обеспечивает крепление корпуса статора к корпусу насоса очень компактным образом. Кроме того, байонетное кольцо закрепляет корпус статора для предотвращения вращения вокруг оси ротора в четко определенном угловом положении. Байонетное кольцо может представлять собой металлическую проволоку круглого поперечного сечения. Байонетное кольцо может содержать окружные первые участки, имеющие первый радиус, и окружные вторые участки, имеющие второй радиус, причем второй радиус меньше, чем первый радиус. Вторые участки могут быть образованы в виде обращенных внутрь в радиальном направлении выступов, взаимодействующих с байонетными пазами в радиально внешней поверхности корпуса статора. Первые участки байонетного кольца могут быть закреплены в окружном пазу корпуса насоса. Байонетные пазы в корпусе статора могут содержать первый «вертикальный» участок, через который проходят вторые участки байонетного кольца, когда корпус статора прижимается вниз к первой кольцевой базовой поверхности корпуса насоса. Байонетные пазы в корпусе статора могут содержать второй «наклоненный вверх» окружной участок, первый конец которого находится на первом «вертикальном» участке, а второй конец находится на расстоянии по окружности от первого конца, причем первый конец второго участка расположен ближе ко второй кольцевой базовой поверхности корпуса статора, чем второй конец второго участка. При ручном повороте корпуса статора на заданный угол для направления вторых участков байонетного кольца вдоль вторых участков байонетных пазов от первого конца до второго конца, вторые участки байонетного кольца продвигаются вверх по наклону, тогда как первые участки байонетного кольца остаются закрепленными в корпусе насоса. Таким образом, байонетное кольцо упруго скручивается между первыми участками и вторыми участками. Вторые участки байонетного кольца могут защелкиваться в горизонтальном или «наклоненном вниз» концевом участке на втором конце второго участка пазов. Упругое скручивание байонетного кольца смещает вторую кольцевую базовую поверхность корпуса статора вниз к первой кольцевой базовой поверхности корпуса насоса.

[32] В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения обеспечен способ изготовление корпуса статора насосного узла, причем корпус статора вмещает статор с обмотками вокруг сердечника статора, причем способ содержит этапы, на которых:

наформовывают на первый участок поверхности сердечника статора первый материал в качестве электроизоляционного слоя между обмотками и сердечником статора, и

наформовывают на второй участок поверхности сердечника статора второй материал, образующий стенки корпуса статора,

причем температура сердечника статора во время наформовывания второго участка поверхности сердечника статора ниже, чем во время наформовывания первого участка поверхности сердечника статора.

[33] Этот способ изготовления обеспечивает снижение вероятности растрескивания материала и уменьшение допусков для определения базовых поверхностей. Более горячий сердечник статора во время наформовывания первого участка поверхности уменьшает вязкость первого материала и обеспечивает образование тонкого и широкого электроизоляционного слоя между сердечником статора и обмотками. Более холодный сердечник статора во время наформовывания второго участка поверхности уменьшает тепловое сжатие сердечника статора после наформовывания второго участка поверхности.

[34] Опционально, первый наматывают на первый участок поверхности сердечника статора после наформовывания на первый участок поверхности сердечника статора первого материала и перед наформовыванием на второй участок поверхности сердечника статора второго материала. Таким образом, два этапа наформовывания могут быть разделены этапом намотки, проводимым между ними. Сердечник статора может охлаждаться между двумя отдельными этапами наформовывания.

[35] Опционально, сердечник статора содержит кольцо статора и выступающие внутрь в радиальном направлении зубцы статора, причем один или более из этапов наформовывания выполняют путем наформовывания литьем под давлением с использованием оправки для литья под давлением, удерживающей сердечник статора в четко определенном положении во время наформовывания путем контакта с радиальной внутренней базовой поверхностью, образованной зубцами статора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[36] Варианты выполнения настоящего изобретения будут описаны ниже в качестве примера со ссылкой на следующие фигуры, на которых:

Фиг. 1 иллюстрирует вид в перспективе примера насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 2 иллюстрирует вид сверху примера насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 3 иллюстрирует вид в продольном разрезе, взятый вдоль линии A-A, показанной на Фиг. 2, примера насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 4 иллюстрирует частично разобранный вид примера насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 5a, b иллюстрируют виды в перспективе корпуса насоса с байонетным кольцом в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 6 иллюстрирует вид в перспективе корпуса насоса с байонетным кольцом и кожухом ротора в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 7 иллюстрирует вид сверху корпуса насоса с установленным байонетным кольцом, кожухом ротора и стопорным кольцом в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 8a, b иллюстрируют виды в продольном разрезе вдоль линии A-A, показанной на Фиг. 7, примера насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 9 иллюстрирует частично разобранный вид корпуса насоса с байонетным кольцом, кожухом ротора и стопорным кольцом в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 10 иллюстрирует вид сверху примера насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 11 иллюстрирует вид в продольном разрезе и подробный вид вдоль линии A-A, показанной на Фиг. 10, примера насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 12 иллюстрирует вид в перспективе корпуса насоса с байонетным кольцом и корпусом статора в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 13 иллюстрирует вид в продольном разрезе и подробный вид корпуса насоса с установленным держателем подшипника и перед установкой кожуха ротора и стопорного кольца в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 14 иллюстрирует вид в продольном разрезе и подробный вид корпуса насоса с установленным держателем подшипника и после установки кожуха ротора и стопорного кольца в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 15 иллюстрирует вид в продольном разрезе, вид сверху и подробный вид сверху держателя подшипника и кожуха ротора в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 16a иллюстрирует вид в разрезе и подробный вид в разрезе корпуса насоса с установленным горловым кольцом перед обработкой в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 16b иллюстрирует вид сверху горлового кольца перед обработкой в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 17a иллюстрирует вид в разрезе и подробный вид в разрезе корпуса насоса с установленным горловым кольцом после обработки в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 17b иллюстрирует вид сверху горлового кольца после асимметричной обработки в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе;

Фиг. 18a, b иллюстрируют виды в перспективе корпуса статора и каркаса статора как части корпуса статора в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе; и

Фиг. 19a, b, c иллюстрируют вид снизу, вид в разрезе вдоль линии K-K, показанной на Фиг. 19a, и подробный вид O-O соответственно крышки корпуса статора в соответствии с примером насосного узла, раскрытого в настоящем документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[37] Фиг. 1-19 иллюстрируют варианты выполнения насосного узла 1 с центробежным насосным агрегатом 2, входным отверстием 3 и выходным отверстием 5, причем входное отверстие 3 и выходное отверстие 5 соосно расположены на оси F трубы с противоположных сторон насосного агрегата 2. Входное отверстие 3 и выходное отверстие 5 содержат соединительные фланцы 7, 9 для присоединения к трубам (не показано). Насосный агрегат 2 содержит ось R ротора, по существу перпендикулярную оси F трубы. Следует отметить, что выражения «радиальный», «окружной», «угловой» и «осевой» на протяжении всего описания следует понимать со ссылкой на ось R ротора. Корпус 11 насоса насосного агрегата 2 расположен между входным отверстием 3 и выходным отверстием 5. Корпус 11 насоса содержит рабочее колесо 12 (смотри Фиг. 3, 4 и 8a, b), выполненное с возможностью вращения против часовой стрелки вокруг оси R ротора и перекачивания текучей среды из входного отверстия 3 в выходное отверстие 5. Рабочее колесо 12 приводится в движение против часовой стрелки трехфазным синхронным приводным двигателем с постоянным магнитом, имеющим статор 17, расположенный в корпусе 13 статора вокруг оси R ротора. В корпусе 13 статора также размещена электроника, так что корпус 13 статора может быть обозначен как корпус 13 электроники. Корпус 13 статора установлен на корпусе 11 насоса посредством байонетного крепления (смотри Фиг. 4 и 12).

[38] Корпус 13 статора содержит электронику управления двигателем на печатной плате (PCB) 15, проходящей в плоскости, по существу перпендикулярной оси R ротора под передней поверхностью 19 крышки 21 корпуса 13 статора. Корпус 13 статора не имеет вращательной симметрии и обеспечивает больше места с одной боковой стороны для электроники, управляющей двигателем (смотри Фиг. 2). Питание двигателя и электроники двигателя подается через разъем низкого напряжения постоянного тока (не показан). Насосный узел 1 может содержать модуль внешнего источника питания (не показан) для подключения к разъему низкого напряжения постоянного тока. Модуль внешнего источника питания может преобразовывать сетевое напряжение переменного тока 110-240 В в низкое напряжение постоянного тока 30-60 В. Внешний источник питания может содержать сетевой фильтр электромагнитных помех (EMI) и преобразователь напряжения, который расположен на PCB электроники двигателя. Таким образом, PCB 15 электроники двигателя и корпус 13 статора могут иметь более компактную конструкцию. Передняя поверхность 19 крышки 21 корпуса 13 статора может содержать пользовательский интерфейс, например, кнопку, светоизлучающий диод (LED) и/или дисплей (не показано). Кнопка может представлять собой, например, кнопку включения/выключения. Один или более светодиодов и/или дисплей могут сообщать рабочий параметр или состояние, например, для индикации нормальной работы, режима отказа, скорости двигателя, удачного/неудачного беспроводного соединения, энергопотребления, расхода, напора и/или давления.

[39] Вид сверху, показанный на Фиг. 2, иллюстрирует разрез A-A, вид которого показан на Фиг. 3. На Фиг. 2 отчетливо видна форма корпуса 13 статора, не имеющая вращательной симметрии. Вид в разрезе, показанный на Фиг. 3, иллюстрирует очень компактную конструкцию насоса, обеспеченную насосным узлом, раскрытым в настоящем документе. Входное отверстие 3 закручивается от оси F трубы гидромеханически эффективным образом, выходя снизу соосно с осью R ротора в камеру 23 рабочего колеса корпуса 11 насоса. Камера 23 рабочего колеса имеет концентрический нижний вход 25 в сообщении по текучей среде с входным отверстием 3 и тангенциальный выход 27 в сообщении по текучей среде с выходным отверстием 5. Горловое кольцо 29, прикрепленное к корпусу 11 насоса, содержит окружной стеночный участок 30, проходящий частично в рабочее колесо 12 и тем самым разделяющий камеру 23 рабочего колеса на камеру низкого давления, включающую в себя нижний вход 25 (впуск текучей среды), и камеру высокого давления, включающую в себя тангенциальный выход 27 (выпуск текучей среды). Между рабочим колесом 12 и окружным стеночным участком 30 горлового кольца 29 имеется зазор G, который должен быть достаточно большим для вращения рабочего колеса 12 с низким трением, причем зазор G должен учитывают любой эксцентриситет оси R ротора относительно горлового кольца 29 из-за производственных допусков. Однако зазор G должен быть минимальным, чтобы минимизировать количество текучей среды, попадающей из камеры высокого давления непосредственно через зазор G обратно в камеру низкого давления, что снижает эффективность перекачивания. Рабочее колесо 12 содержит внутренние спиральные лопасти 31, а с нижней стороны пластину 33 рабочего колеса для образования гидромеханически эффективных каналов рабочего колеса для ускорения текучей среды наружу в радиальном направлении и тангенциально в направлении против часовой стрелки под действием центробежной силы при вращении рабочего колеса 12. Такой поток, направленный наружу в радиальном направлении и тангенциально, обеспечивает центральное всасывание текучей среды из входного отверстия 3.

[40] Корпус 11 насоса имеет верхнее круглое отверстие 35, через которое рабочее колесо 12 может быть помещено в камеру 23 рабочего колеса во время изготовления насосного агрегата 2. Для обеспечения наиболее компактной конструкции насоса круглое отверстие 35 может иметь чуть больший диаметр, чем рабочее колесо 12. Конец круглого отверстия 35 образован обращенным внутрь в радиальном направлении выступом 37. Обращенный внутрь в радиальном направлении выступ 37 образует осевую кольцевую поверхность 39, на которой расположен держатель 41 подшипника радиальным внешним участком фланца 43 держателя подшипника. Ось 45 ротора проходит вдоль оси R ротора через держатель 41 подшипника и прикреплена с возможностью вращения нижним концевым участком к рабочему колесу 12. Держатель 41 подшипника центрирует первое радиальное кольцо 47 подшипника, радиально внутренняя керамическая поверхность которого находится в радиальном скользящем контакте с внешней керамической поверхностью оси 45 ротора. Ось 45 ротора и первое радиальное кольцо 47 подшипника могут содержать керамические радиальные контактные поверхности с низким трением. При вращении оси 45 ротора относительно неподвижного первого радиального кольца 47 подшипника между осью 45 ротора и первым радиальным кольцом 47 подшипника может образовываться очень тонкая, порядка нескольких микрон, смазочная пленка перекачиваемой текучей среды. Сверху первого радиального кольца 47 подшипника размещена осевая пластина 49 подшипника для обеспечения кольцевой нижней углеродной поверхности с низким трением. Между кольцевой нижней углеродной поверхностью с низким трением и кольцевой верхней керамической поверхностью первого радиального кольца 47 подшипника имеется тонкая смазочная пленка перекачиваемой текучей среды для осевого скользящего контакта с низким трением. Ротор 51 с постоянным магнитом охватывает ось 45 ротора и прикреплен к ней с возможностью вращения. Второе радиальное кольцо 53 подшипника находится в радиальном скользящем контакте с низким трением с верхним концом оси 45 ротора. Второе радиальное кольцо 47 подшипника отцентрировано посредством втулки 55 подшипника с радиальными удлинениями и осевыми каналами для обеспечения осевого потока текучей среды. Поскольку рабочее колесо 12 всасывается вниз вместе с осью 45 ротора и ротором 51 с постоянным магнитом во время вращения, необходима только одна осевая пластина 49 подшипника.

[41] Горловое кольцо 29, рабочее колесо 12, ось 45 ротора, первое радиальное кольцо 47 подшипника, осевая пластина 49 подшипника, ротор 51 с постоянным магнитом, второе радиальное кольцо 53 подшипника и втулка 55 подшипника представляют собой так называемые «мокрые части», которые погружены в перекачиваемую текучую среду. Вращающиеся мокрые части, т.е. рабочее колесо 12, ось 45 ротора и ротор 51 с постоянным магнитом представляют собой так называемые «мокрые рабочие части», использующие перекачиваемую текучую среду для обеспечения смазочной пленки для уменьшения трения на двух радиальных поверхностях и одной осевой контактной поверхности. Перекачиваемая текучая среда предпочтительно представляет собой воду.

[42] Мокрые части заключены в кожух 57 ротора в форме горшка, так что текучая среда может протекать между камерой 23 рабочего колеса и внутренним объемом кожуха 57 ротора. Кожух 57 ротора содержит нижний первый осевой конец, т.е. осевой конец, обращенный к рабочему колесу 12, и верхний второй осевой конец, т.е. осевой конец, обращенный от рабочего колеса 12. Первый осевой конец открыт и образует фланец 63 кожуха ротора. Второй осевой конец закрыт. Второй осевой конец кожуха 57 ротора может содержать соосное продолжение в форме горшка меньшего радиуса, чем основной корпус кожуха 57 ротора, как показано в варианте выполнения в соответствии с Фиг. 1-9. Альтернативно второй осевой конец кожуха 57 ротора может представлять собой по существу плоский конец основного корпуса кожуха 57 ротора, как показано в варианте выполнения в соответствии с Фиг. 10-19.

[43] Для обеспечения компактной конструкции насосного агрегата 2 фланец 63 кожуха ротора имеет относительно небольшой размер по сравнению с известным уровнем техники, т.е. ненамного больший диаметр, чем рабочее колесо 12, и устанавливается в круглое отверстие 35 корпуса 11 насоса. Однако такая компактная конструкция требует точного соосного выравнивания оси ротора относительно горлового кольца 29 корпуса 11 насоса. Соосное выравнивание может быть необходимо в радиальном, осевом и/или угловом направлениях. Предпочтительные варианты выполнения насосного узла, раскрытые в настоящем документе, обеспечивают радиальное, осевое и/или угловое выравнивание оси R ротора, т.е. центрирование оси R ротора относительно горлового кольца 29 корпуса 11 насоса.

[44] Для центрирования оси R ротора относительно горлового кольца 29 корпуса 11 насоса фланец 63 кожуха ротора имеет радиальное расстояние до корпуса 11 насоса. Радиальный зазор H вокруг фланца 63 кожуха ротора обеспечивает некоторое радиальное пространство для манипуляции с целью соосного выравнивания кожуха 57 ротора относительно корпуса 11 насоса. Кожух 57 ротора центрируется посредством держателя 41 подшипника вместо корпуса 11 насоса. В связи с этим кожух 57 ротора содержит радиальную внутреннюю центрирующую поверхность 65, отцентрированную путем радиального упора в радиальную внешнюю центрирующую поверхность 67 держателя 41 подшипника. Сам держатель 41 подшипника отцентрирован фланцем 43 держателя подшипника, содержащим радиальную внешнюю поверхность 69 держателя подшипника, радиально упирающуюся в первую радиальную внутреннюю базовую поверхность 71 корпуса 11 насоса.

[45] Радиальная внешняя поверхность 69 держателя подшипника содержит по меньшей мере три радиальных выступа 70, радиально упирающихся в первую радиальную внутреннюю базовую поверхность 71 корпуса 11 насоса и центрирующих держатель 41 подшипника относительно первой радиальной внутренней базовой поверхности 71 корпуса 11 насоса. Подобным образом радиальная внутренняя центрирующая поверхность 65 кожуха 57 ротора и/или радиальная внешняя центрирующая поверхность 67 держателя 41 подшипника могут иметь по меньшей мере три радиальных выступа 72 для центрирования кожуха 57 ротора относительно держателя 41 подшипника. В показанном примере (лучше всего видно на Фиг. 15) радиальная внешняя центрирующая поверхность 67 держателя 41 подшипника содержит радиальные выступы 72, которые выступают наружу в радиальном направлении для контакта с радиальной внутренней центрирующей поверхностью 65 кожуха 57 ротора. В случае радиальных выступов на радиальной внутренней центрирующей поверхности 65 кожуха 57 ротора радиальные выступы будут выступать внутрь в радиальном направлении для контакта с радиальной внешней центрирующей поверхностью 67 держателя 41 подшипника.

[46] Как может быть видно на Фиг. 3, 11, 13 и 14, фланец 63 кожуха ротора образует окружной U-образный паз 73 с радиальным внутренним участком 75 и радиальным внешним участком 77, причем радиальный внутренний участок 75 образует радиальную внутреннюю центрирующую поверхность 65 кожуха 57 ротора. Таким образом, фланец 63 кожуха ротора усилен и стабилизирован. Фланец 63 кожуха ротора дополнительно содержит кольцевую упорную поверхность 79, обращенную от рабочего колеса 12. Эта кольцевая упорная поверхность 79 определяет точное размещение кожуха 57 ротора в осевом направлении. Кольцевая упорная поверхность 79 может быть слегка конической, причем обращенный наружу в радиальном направлении конец 81 кольцевой упорной поверхности 79 расположен дальше от рабочего колеса 12, чем обращенный внутрь в радиальном направлении конец 83 кольцевой упорной поверхности 79. Таким образом, фланец 63 кожуха ротора может упруго деформироваться для осевого перемещения, чтобы упруго противостоять скачкам давления. Между фланцем 43 держателя подшипника и фланцем 63 кожуха ротора расположено уплотнительное кольцо 84 (видно только в варианте выполнения, показанном на Фиг. 11, 13 и 14), здесь в форме O-образного кольца по существу круглого поперечного сечения. Оно уплотняет радиальное расстояние между радиальным внешним участком 77 фланца 63 кожуха ротора и первой радиальной внутренней базовой поверхностью 71 корпуса 11 насоса.

[47] Как лучше всего видно на Фиг. 14, кольцевая упорная поверхность 79 упирается снизу в осевом направлении в стопорное кольцо 85, закрепленное в окружном пазу 87 корпуса 11 насоса. При сборке насосного узла (смотри Фиг. 13) стопорное кольцо 85 может быть помещено в паз 87 после размещения фланца 63 кожуха ротора в положении внутри корпуса 11 насоса. Таким образом, кожух 57 ротора защищен от перемещения вверх из корпуса 11 насоса. Фланец 63 кожуха ротора содержит кольцевую контактную поверхность 89, обращенную к рабочему колесу 12, а фланец 43 держателя подшипника содержит кольцевую поверхность 91 смещения, обращенную от рабочего колеса 12, причем держатель 41 подшипника упруго подпружинен для смещения кольцевой поверхности 91 смещения фланца 43 держателя подшипника относительно кольцевой контактной поверхности 89 фланца 63 кожуха ротора. Таким образом, кожух 57 ротора прижимается вверх к стопорному кольцу 85 посредством держателя 41 подшипника.

[48] Фланец 43 держателя подшипника содержит конический участок 93 фланца держателя подшипника, причем обращенный наружу в радиальном направлении конец 94 участка 93 фланца держателя подшипника, т.е. радиальная внешняя поверхность 69 держателя подшипника, расположен ближе в осевом направлении к рабочему колесу 12, чем обращенный внутрь в радиальном направлении конец 95 участка 93 фланца держателя подшипника. Самый наружный в радиальном направлении участок участка 93 фланца держателя подшипника лежит на осевой кольцевой упорной поверхности 39 корпуса 11 насоса. Кольцевая поверхность 91 смещения образована верхним обращенным внутрь в радиальном направлении участком конического участка 93 фланца держателя подшипника. Кольцевая поверхность 91 смещения содержит n≥3 осевых выступов 94 в направлении фланца 63 кожуха ротора, причем осевые выступы 94 могут быть распределены по окружности с симметрией n-го порядка на верхнем обращенном внутрь в радиальном направлении участке конического участка 93 фланца держателя подшипника. Предпочтительно кольцевая поверхность 91 смещения содержит n=4 точечных выступа 94. Выступы 94 служат в качестве четко определенных мест осевого контакта между фланцем 63 кожуха ротора и фланцем 43 держателя подшипника.

[49] Фиг. 13 иллюстрирует ситуацию во время сборки насосного узла 1 перед закреплением кожуха 57 ротора в требуемом положении с помощью стопорного кольца 85. Фиг. 14 иллюстрирует ситуацию после закрепления кожуха 57 ротора в требуемом положении с помощью стопорного кольца 85. Во время сборки насосного узла 1 держатель 41 подшипника помещают в корпус 11 насоса так, чтобы он лежал на осевой кольцевой упорной поверхности 39 корпуса 11 насоса. Затем кожух 57 ротора прижимают его нижней кольцевой контактной поверхностью 89 к осевым выступам 94 верхней кольцевой поверхности 91 смещения фланца 43 держателя подшипника для упругой деформации конического участка 93 фланца держателя подшипника. Стопорное кольцо 85 помещают в паз 87 для закрепления кожуха 57 ротора в осевом направлении, при этом кожух 57 ротора удерживают прижатым к фланцу 43 держателя подшипника. Таким образом, держатель 41 подшипника упруго подпружинен для смещения кожуха 57 ротора вверх относительно стопорного кольца 85. Рабочее колесо 12, ось 45 ротора, ротор 51, подшипники 47, 53, держатель 41 подшипника и кожух 57 ротора помещают в корпус 11 насоса в качестве первого предварительно собранного блока 99 (смотри. Фиг. 4), закрепленного в направлении вниз стопорным кольцом 85, причем держатель 41 подшипника служит в качестве смещающей вверх пружины. Следует отметить, что на Фиг. 13 фланец 43 держателя подшипника первоначально имеет некоторое боковое пространство для манипуляции между радиальной внешней поверхностью 69 держателя подшипника и первой радиальной внутренней базовой поверхностью 71 корпуса 11 насоса. Это облегчает вставку держателя 41 подшипника в корпус 11 насоса во время сборки. Как показано на Фиг. 14, осевое давление, оказываемое фланцем 63 кожуха ротора на фланец 43 держателя подшипника, немного распрямляет конический участок 93 фланца держателя подшипника, в результате чего боковое пространство для манипуляции между радиальной внешней поверхностью 69 держателя подшипника и первой радиальной внутренней базовой поверхностью 71 корпуса 11 насоса закрывается. Радиальная внешняя поверхность 69 держателя подшипника радиально прижимается в направлении наружу к первой радиальной внутренней базовой поверхности 71 корпуса 11 насоса. Спрямление фланца 43 держателя подшипника между первым свободным состоянием, показанным на Фиг. 13, и вторым подпружиненным состоянием, показанным на Фиг. 14, можно увидеть при сравнении угла β на Фиг. 13 и 14. Угол β может быть обозначен как базовый угол конического участка 93 фланца держателя подшипника с углом при вершине α=180° - 2β. Угол α при вершине четко не показан на Фиг. 13 и 14, но можно сделать вывод, что угол α при вершине больше во втором подпружиненном состоянии, показанном на Фиг. 14, чем в первом свободном состоянии, показанном на Фиг. 13.

[50] Как показано на Фиг. 15, радиальная внешняя поверхность 69 держателя подшипника может содержать по меньшей мере три, предпочтительно четыре, радиальных выступа 70, радиально упирающихся в первую радиальную внутреннюю базовую поверхность 71 корпуса 11 насоса и центрирующих держатель 41 подшипника относительно первой радиальной внутренней базовой поверхности 71 корпуса 11 насоса. Следует отметить, что на Фиг. 14 между фланцем 63 кожуха ротора и корпусом 11 насоса остается радиальный зазор H, так что кожух 57 ротора может эффективно центрироваться за счет контакта между радиальной внутренней центрирующей поверхностью 65 кожуха 57 ротора и радиальной внешней центрирующей поверхностью 67 держателя 41 подшипника.

[51] Горловое кольцо 29, как показано на Фиг. 16a, b и 17a, b, соединено с корпусом 11 насоса путем тугой прессовой посадки в несколько тонн, так что горловое кольцо 29 и корпус 11 насоса образуют второй предварительно собранный блок 101 в отличие от первого предварительно собранного блока 99, как показано на Фиг. 4. Когда насосный узел 1 полностью собран, рабочее колесо 12 расположено между держателем 41 подшипника и горловым кольцом 29 в осевом направлении, причем горловое кольцо 29 содержит окружной стеночный участок 30, по меньшей мере частично проходящий в рабочее колесо 12. Окружной стеночный участок 30 содержит радиальную внешнюю поверхность 105, а рабочее колесо 12 содержит радиальную внутреннюю поверхность 107, причем радиальная внешняя поверхность 105 окружного стеночного участка 30 и радиальная внутренняя поверхность 107 рабочего колеса 12 имеют радиальное расстояние, образующее зазор G (смотри Фиг. 4). Непрямое центрирование кожуха 57 ротора посредством держателя 41 подшипника, а не корпуса 11 насоса, непосредственно уменьшает производственные допуски и, таким образом, обеспечивает меньший зазор G, что повышает эффективность перекачивания.

[52] Зазор G минимизируется за счет асимметрично обработанного горлового кольца 29, как показано на Фиг. 17a, b. При соединении горлового кольца 29 с корпусом 11 насоса путем запрессовки горловое кольцо 29 может первоначально иметь вращательную симметрию, как показано на Фиг. 16b. Однако боковое положение и/или осевое выравнивание горлового кольца 29 может быть неточным и содержит некоторые допуски. Если горловое кольцо 29 не является асимметрично обработанным горловым кольцом 29, как показано на Фиг. 16b, после запрессовки в корпус 11 насоса зазор G должен быть достаточно большим, чтобы соответствовать таким допускам. Как показано на Фиг. 17b, горловое кольцо 29 асимметрично обработано таким же инструментом и при той же машинной обработке, при которой на корпусе 11 насоса была образована первая радиальная внутренняя базовая поверхность 71 и первая кольцевая базовая поверхность 109. В результате, как показано на Фиг. 17a, b, окружной стеночный участок 30 горлового кольца 29 может иметь обработанную цилиндрическую радиальную внешнюю поверхность 105, которая точно соосно выровнена с первой радиальной внутренней базовой поверхностью 71 и первой кольцевой базовой поверхностью 109 и, таким образом, с осью R ротора. После обработки радиальная внешняя поверхность 105 окружного стеночного участка 30 горлового кольца 29 эксцентрична относительно радиальной внутренней поверхности 110 окружного стеночного участка 30. На подробном виде на Фиг. 17a с левой стороны виден фрезерованный край 112, проходящий вдоль по меньшей мере участка окружности окружного стеночного участка 30 горлового кольца 29, где с окружного стеночного участка 30 горлового кольца 29 снято больше материала, чем с правой стороны. Таким образом, радиальная внешняя поверхность 105 лучше выровнена с осью (R) ротора, так что зазор G может быть меньше, что повышает эффективность перекачивания. Следует отметить, что асимметрия обработки окружного стеночного участка 30 горлового кольца 29 может составлять в диапазоне нескольких десятков микрон или даже меньше. В альтернативном варианте выполнения рабочее колесо 12 может по меньшей мере частично проходить в окружной стеночный участок 30 горлового кольца 29, так что радиальная внутренняя поверхность 110 окружного стеночного участка 30 предпочтительно обработана эксцентрично относительно радиальной внешней поверхности 105 окружного стеночного участка 30 для уменьшения зазора G.

[53] Для углового выравнивания оси R ротора относительно корпуса 11 насоса может использоваться корпус 13 статора, как показано на Фиг. 11. Для этого корпус 11 насоса имеет обработанную первую кольцевую базовую поверхность 109, обращенную от рабочего колеса 12, а корпус 13 статора имеет вторую кольцевую базовую поверхность 111, обращенную к рабочему колесу 12, причем вторая кольцевая базовая поверхность 111 лежит на первой кольцевой базовой поверхности 109, смещенной вниз байонетным кольцом 113. Таким образом, угловая ориентация корпуса 13 статора относительно корпуса 11 насоса четко определена. Как объяснено выше, первая кольцевая базовая поверхность 109 обработана тем же инструментом и при той же механической обработке, при которой была образована первая радиальная внутренняя базовая поверхность 71 и внешняя поверхность 105 горлового кольца 29.

[54] Статор 17, как показано на Фиг. 18a, b, содержит обмотки (не показаны), намотанные вокруг сердечника 114 статора, например, по существу состоящего из блока ферритовых или железных слоистых материалов, причем сердечник 114 статора образован в виде кольца 118 статора с выступающими внутрь в радиальном направлении зубцами 120 статора. Для углового выравнивания кожуха 57 ротора с помощью корпуса 13 статора, как показано на Фиг. 11, зубцы 120 статора 17 в корпусе 13 статора образуют вторую радиальную внутреннюю базовую поверхность 115 для теплопроводящего контакта с кожухом 57 ротора. Соответственно, кожух 57 ротора содержит радиальную внешнюю поверхность 117 выравнивания, упирающуюся в радиальном направлении во вторую радиальную внутреннюю базовую поверхность 115. Таким образом, кожух 57 ротора выравнивается в угловом направлении по существу перпендикулярно первой кольцевой базовой поверхности 109 корпуса 11 насоса. Следует отметить, что на Фиг. 11 корпус 13 статора имеет некоторое боковое пространство для манипуляции в корпусе 11 насоса, так что кожух 57 ротора может центрировать корпус 57 статора, в то время как корпус 13 статора удерживает ось R ротора по существу перпендикулярно первой кольцевой базовой поверхности 109.

[55] Вторая кольцевая базовая поверхность 111 корпуса 13 статора образована путем наформовывания литьем под давлением участка поверхности сердечника 114 статора, причем оправка для литья под давлением контактирует со второй радиальной внутренней базовой поверхностью 115 и удерживает сердечник 114 статора в четко определенном положении во время наформовывания. Таким образом, вторая кольцевая базовая поверхность 111 корпуса 13 статора по существу перпендикулярна второй радиальной внутренней базовой поверхности 115 с минимальными производственными допусками. Как показано на Фиг. 18a, b, статор 17 содержит первый материал 122 в качестве электроизоляционного слоя между обмотками статора и сердечником 114 статора. Первый материал 122 эффективно покрывает первый участок поверхности сердечника 114 статора, который служит в качестве каркаса бобины для наматывания обмоток статора. Слой первого материал 122 предпочтительно является максимально тонким для обеспечения хорошего теплоотвода между обмотками статора и сердечником 114 статора и достаточно толстым для достаточной электроизоляции. Поскольку высокая теплопроводность в основном сопровождается низкой диэлектрической прочностью, теплоотвод эффективно максимизируется путем наформовывания на первый участок поверхности сердечника 114 статора тонкого слоя первого материала 122, имеющего высокую диэлектрическую прочность и/или высокий сравнительный показатель пробоя (CTI), например, более 175. Независимо от того, используется ли насосный узел 1 в качестве медицинского оборудования или нет, первый материал 122 может принадлежать к группе материалов IIIa в соответствии со стандартом Международной комиссии по электронике IEC 60601-1:2005 с CTI в диапазоне от 175 до 400. Первый материал 122 может представлять собой формуемый пластик, например, полиамид (PA), полиэтилентерефталат (PET) или жидкокристаллический полимер (LCP). Первый материал 122 может дополнительно образовывать стенки 130 бобины, выступающие в осевом направлении от обоих осевых концов сердечника 114 статора для удержания обмоток в поперечном направлении (смотри Фиг. 18a, b).

[56] Следует отметить, что наформовывание на первый участок поверхности сердечника 114 статора первого материала 122 выполняют на первом этапе наформовывания при относительно высокой температуре сердечника 114 статора для уменьшения вязкости первого материала 122 и, следовательно, обеспечения широкого тонкого слоя изоляционного покрытия. После первого этапа наформовывания при более низкой температуре сердечника 114 статора на второй участок поверхности сердечника 114 статора наформовывают на отдельном втором этапе наформовывания второй материал 124 для образования стенок корпуса 13 статора. Таким образом, вероятность растрескивание второго материала 124 снижается, так как тепловое расширение/сжатие сердечника 114 статора во время и после наформовывания можно лучше контролировать. Вторую кольцевую базовую поверхность 111 корпуса 13 статора образуют на втором этапе наформовывания, причем оправка для литья под давлением контактирует со второй радиальной внутренней базовой поверхностью 115, образованной зубцами 120 статора, и удерживает сердечник 114 статора в четко определенном положении во время наформовывания литьем под давлением. Второй материал 124 удовлетворяет другим требованиям, чем первый материал 122, и может иметь другие физические и/или химические свойства. Например, второй материал 124 может иметь особо низкую воспламеняемость, которая менее важна для первого материала 122, который, таким образом, может иметь более высокую воспламеняемость, чем второй материал 124. Второй материал 124 может быть классифицирован с наивысшей степенью огнестойкости 5VA в соответствии со Стандартом на горючесть пластмасс UL 94. Второй материал 124 может представлять собой полиамид (PA), полифениленсульфид (PPS) или формуемый пластик, например, полиэфирэфиркетон (PEEK). Второй материал 124 может содержать определенное содержание стекловолокна, например, от 10% до 50%, предпочтительно около 30%, в зависимости от требований.

[57] Радиально внутренняя поверхность 126 кольца 118 статора образует часть первого участка поверхности сердечника 114 статора, которая покрыта первым материалом 122, имеющим первую толщину d₁. Радиально внешняя поверхность 128 кольца 118 статора образует часть второго участка поверхности сердечника 114 статора, которая покрыта вторым материалом 124, имеющим вторую толщину d₂. Для обеспечения тонкого изоляционного покрытия, выполненного из первого материала 122, и стабильной целостности стенок корпуса 13 статора, выполненных из второго материала 124, первая толщина d₁ меньше, чем вторая толщина d₂. Разные толщины d₁, d₂ лучше всего видны на Фиг. 11. В случае переменной толщины, например, в осевом направлении, как показано для второй толщины d₂ на Фиг. 11, минимальная вторая толщина d₂ больше, чем минимальная первая толщина d₁. Предпочтительно вторая толщина d₂ составляет по меньшей мере 2 мм.

[58] Для обеспечения эффективного рычага воздействия корпуса 13 статора для углового выравнивания кожуха 57 ротора корпус 11 насоса выполнен так, что первая кольцевая базовая поверхность 109 расположена дальше наружу в радиальном направлении, чем первая радиальная внутренняя базовая поверхность 71, и/или первая кольцевая базовая поверхность 109 расположена дальше в осевом направлении от рабочего колеса 12, чем первая радиальная внутренняя базовая поверхность 71.

[59] Подобным образом для обеспечения эффективного рычага воздействия для углового выравнивания кожуха 57 ротора корпус 13 статора выполнен так, что вторая радиальная внутренняя базовая поверхность 115 расположена дальше внутрь в радиальном направлении, чем вторая кольцевая базовая поверхность 111, и/или вторая радиальная внутренняя базовая поверхность 115 расположена дальше в осевом направлении от рабочего колеса 12, чем вторая кольцевая базовая поверхность 111.

[60] Варианты выполнения насосного узла 1, показанные на Фиг. 1-19, имеют очень компактное байонетное крепление корпуса 13 статора к корпусу 11 насоса (смотри, в частности, Фиг. 4 и 12). В рамках байонетного крепления байонетное кольцо 113 закрепляет корпус 13 статора на корпусе 11 насоса, причем байонетное кольцо 113 упруго подпружинено для осевого смещения корпуса 13 статора вниз относительно корпуса 11 насоса к рабочему колесу 12. Таким образом, вторая кольцевая базовая поверхность 111 корпуса 13 статора прижимается вниз к первой кольцевой базовой поверхности 109 корпуса 11 насоса посредством байонетного кольца 113. Байонетное кольцо 113 закрепляет корпус статора для предотвращения вращения вокруг оси R ротора в четко определенном угловом положении. Байонетное кольцо 113 представляет собой металлическую проволоку круглого поперечного сечения. Байонетное кольцо 113 содержит окружные первые участки 119, имеющие первый радиус R_a, и окружные вторые участки 121, имеющие второй радиус R_i, причем второй радиус R_i меньше, чем первый радиус R_a, т.е. R_i< R_a. Вторые участки 121 могут быть образованы в виде обращенных внутрь в радиальном направлении выступов, взаимодействующих с байонетными пазами 123 в радиально внешней поверхности 125 корпуса 13 статора. Первые участки 119 байонетного кольца 113 закреплены в окружном пазу 127 корпуса 11 насоса. Байонетные пазы 123 в корпусе 13 статора могут содержать первый «вертикальный» участок 129, через который проходят вторые участки 121 байонетного кольца 113, когда корпус 13 статора прижимается вниз к первой кольцевой базовой поверхности 109 корпуса 11 насоса. Байонетные пазы 123 в корпусе 13 статора могут содержать второй «наклоненный вверх» окружной участок 131, первый конец 133 которого находится на первом «вертикальном» участке 129, а второй конец 135 находится на расстоянии по окружности от первого конца 133, причем первый конец 133 второго участка 131 расположен ближе ко второй кольцевой базовой поверхности 111 корпуса 13 статора, чем второй конец 135 второго участка 131. При ручном повороте корпуса 13 статора на заданный угол для направления вторых участков 121 байонетного кольца 113 вдоль вторых участков 131 байонетных пазов 123 от первого конца 133 до второго конца 135, вторые участки 121 байонетного кольца 113 продвигаются вверх по наклону, тогда как первые участки 119 байонетного кольца 113 остаются закрепленными в корпусе 11 насоса. Таким образом, байонетное кольцо 113 упруго скручивается между первыми участками 119 и вторыми участками 121. Вторые участки 121 байонетного кольца 113 могут защелкиваться в горизонтальном или «наклоненном вниз» концевом участке 137 на втором конце 135 второго участка 131 пазов 123. Упругое скручивание байонетного кольца 113 смещает вторую кольцевую базовую поверхность 111 корпуса 13 статора вниз к первой кольцевой базовой поверхности 109 корпуса 11 насоса.

[61] Фиг. 19a-c иллюстрируют колпак или крышку 21 корпуса 13 статора на разных видах. Крышка 21 содержит два материала, а именно первый электроизоляционный материал 139 с внешней стороны крышки 21, и второй теплопроводящий материал 141 с внутренней стороны крышки 21. Первый материал 139 крышки 21 может быть таким же, как второй материал 124 статора 17. Теплопроводящий материал 141 может содержать металл или пластик с теплопроводящими добавками, например, графитовыми углеродными волокнами и/или керамикой, например, нитридом бора. Поскольку теплопроводящий материал 141 обычно менее подходит для электроизоляции, первый теплопроводящий материал 141 обеспечен только на внутренней части крышки 21, но не снаружи. На внутреннюю сторону первого материала 139 может быть по меньшей мере частично наформован теплопроводящий материал 141. Теплопроводящий материал 141 применяется для отвода тепла от PCB 15, которая проходит в плоскости, по существу перпендикулярной оси R ротора, вблизи внутренней стороны крышки 21. Особенно предпочтительно, что крышка 21 содержит переднюю поверхность 19, которая проходит по существу параллельно PCB 15, т.е. по существу перпендикулярно оси R ротора, и радиально внешнюю стенку 143, проходящую по существу параллельно оси R ротора. Таким образом, теплопроводящий материал 141 может проходить не только по существу параллельно передней поверхности 19 с внутренней стороны крышки 21, но также по существу параллельно радиально внешней стенке 143 с внутренней стороны крышки 21. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что тепло от PCB 15 эффективно отводится, когда насосный узел 1 установлен как в горизонтальной, так и в вертикальной ориентации оси ротора. Это связано с тем, что теплопроводящий материал 141 наиболее эффективен, когда конвекционный поток горячего воздуха может проходить вдоль внешней стороны первого материала 139 для охлаждения. Поскольку конвекционный поток горячего воздуха является главным образом вертикальным, предпочтительно, чтобы теплопроводящий материал 141 был расположен вблизи PCB 15, проходящей в вертикальном направлении независимо от ориентации установки оси R ротора насосного узла 1. Поверхность теплопроводящего материала 141, которая обращена к PCB 15, имеет рельеф, соответствующий структуре PCB, так что непосредственный контакт или минимальный зазор между электронными компонентами на PCB 15 и теплопроводящим материалом 141 обеспечивается на большей площади PCB 15 для обеспечения наиболее эффективной передачи тепла от компонентов PCB 15 на теплопроводящий материал 141, которое предпочтительно косвенно передается теплопроводящей пастой между теплопроводящим материалом 141 и электронными компонентами на PCB 15.

[62] Фиг. 19c иллюстрирует пунктирными линиями во втором материале 141, что второй материал 141 не полностью однороден, а имеет внутреннюю структуру, определяющую определенную пространственную ориентацию второго материала 141. Пространственная ориентация внутренней структуры второго материала 141 по существу повторяет траекторию потока второго материала 141 во время наформовывания внутренней стороны крышки 21. В связи с этим второй материал 141 содержит по меньшей мере одну первую область 145, в которой пространственная ориентация преимущественно параллельна оси (R) ротора, и по меньшей мере одну вторую область 147, в которой пространственная ориентация преимущественно перпендикулярна оси (R) ротора. Первая область (области) 145 обозначает область (области) в месте (местах) впрыска второго материала 141 во время наформовывания или вокруг него. Вторая область (области) 147 обозначает область (области), в которой второй материал 141 тек вдоль внутренней стороны передней поверхности 19. Было обнаружено, что пространственная ориентация внутренней структуры второго материал 141 имеет значительное влияние на теплопроводящие свойства. Теплопроводность вдоль пространственной ориентации внутренней структуры второго материала 141 лучше, чем перпендикулярно ей. В связи с этим первая область 145 второго материал 141 имеет первое направление 149 преобладающей теплопроводности, перпендикулярное передней поверхности 19, тогда как вторая область 147 второго материала 141 имеет второе направление 151 преобладающей теплопроводности, параллельное передней поверхности 19 или радиально внешней стенке 143 крышки 21. Таким образом, поперечное положение места (мест) впрыска второго материал 141 во время наформовывания может быть выбрано соответствующим образом для образования первой области (областей) 145, в которой на PCB 15 расположены самые горячие электронные компоненты. Это обеспечивает отвод тепла от компонентов на PCB 15 на второй материал 141, который распространяет тепло в поперечном направлении во второй области (областях) 147. Первый материал 139 может служить в качестве теплоотвода, который охлаждается окружающим конвекционными воздушными потоком вдоль передней поверхности 19 и/или радиально внешней стенки 143 крышки 21.

[63] При использовании в приведенном выше описании целых чисел или признаков, которые имеют известные, очевидные или предсказуемые эквиваленты, такие эквиваленты входят в настоящей документ, как если бы они были отдельно изложены. Для определения истинного объема настоящего изобретения следует обращаться к формуле изобретения, которую следует толковать так, чтобы охватывать любые такие эквиваленты. Также следует понимать, что целые числа или признаки изобретения, которые описаны как возможные, предпочтительные, преимущественные, подходящие или т.п., являются возможными и не ограничивают объем независимых пунктов формулы изобретения.

[64] Приведенные выше варианты выполнения следует понимать как иллюстративные примеры изобретения. Следует понимать, что любой признак, описанный в отношении любого варианта выполнения, может использоваться отдельно или в сочетании с другими описанными признаками, а также может использоваться в сочетании с одним или более признаками любого другого варианта выполнения или любого сочетания других вариантов выполнения. Хотя проиллюстрирован и описан по меньшей мере один примерный вариант выполнения, следует понимать, что другие модификации, замены и альтернативы очевидны специалисту в области техники и могут быть внесены без отклонения от объема изобретения, описанного в настоящем документе, и настоящая заявка предназначена для включения любых адаптаций или изменений конкретных вариантов выполнения, рассмотренных в настоящем документе.

[65] В дополнение, выражение «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, а единственное число не исключает множественности. Кроме того, характеристики или этапы, описанные со ссылкой на один из приведенных выше примерных вариантов выполнения, также могут использоваться в сочетании с другими характеристиками или этапами других примерных вариантов выполнения, описанных выше. Этапы способа могут выполняться в любом порядке или параллельно или могут составлять часть или более подробный вариант другого этапа способа. Следует понимать, что в сферу действия настоящего патента должны быть включены все возможные модификации, которые обоснованно и надлежащим образом составляют объем изобретательского вклада в уровень техники. Такие модификации, замены и альтернативы могут быть выполнены без отклонения от замысла и объема изобретения, который должен определяться на основе приложенной формулы изобретения и ее правомерных эквивалентов.

[66] Список ссылочных позиций

1 насосный узел

2 насосный агрегат

3 входное отверстие

5 выходное отверстие

7 соединительный фланец

9 соединительный фланец

11 корпус насоса

12 рабочее колесо

13 корпус статора и/или электроники

15 печатая плата (PCB)

17 статор

19 передняя поверхность крышки корпуса статора

21 крышка корпуса статора

23 камера рабочего колеса

25 концентрический нижний вход

27 тангенциальный выход

29 горловое кольцо

31 внутренние спиральные лопасти

33 пластина рабочего колеса

35 круглое отверстие

37 обращенный внутрь выступ

39 осевая кольцевая упорная поверхность корпуса насоса

41 держатель подшипника

43 фланец держателя подшипника

45 ось ротора

47 первое радиальное кольцо подшипника

49 осевая пластина подшипника

51 ротор

53 второе радиальное кольцо подшипника

55 втулка подшипника

57 кожух ротора

63 фланец кожуха ротора

65 радиальная внутренняя центрирующая поверхность

67 радиальная внешняя центрирующая поверхность

69 радиальная внешняя поверхность держателя подшипника

70 радиальные выступы радиальной внешней поверхности держателя подшипника

71 первая радиальная внутренняя базовая поверхность

72 радиальные выступы радиальной внешней центрирующей поверхности

73 окружной паз фланца кожуха ротора

75 радиальный внутренний участок фланца кожуха ротора

77 радиальный внешний участок фланца кожуха ротора

79 кольцевая упорная поверхность фланца кожуха ротора

81 обращенный наружу в радиальном направлении конец кольцевой упорной поверхности фланца кожуха ротора

83 обращенный внутрь в радиальном направлении конец кольцевой упорной поверхности фланца кожуха ротора

84 уплотнительное кольцо

85 стопорное кольцо

87 окружной паз корпуса насоса

89 кольцевая контактная поверхность фланца кожуха ротора

91 кольцевая поверхность смещения фланца держателя подшипника

93 участок фланца держателя подшипника

94 осевые выступы

95 обращенный внутрь в радиальном направлении конец участка фланца держателя подшипника

99 первый предварительно собранный блок

101 второй предварительно собранный блок

105 радиальная внешняя поверхность

107 радиальная внутренняя поверхность

109 первая кольцевая базовая поверхность

110 радиальная внутренняя поверхность

111 вторая кольцевая базовая поверхность

112 фрезерованный край

113 байонетное кольцо

114 сердечник статора

115 вторая радиальная внутренняя базовая поверхность

117 радиальная внешняя поверхность выравнивания

118 кольцо статора

119 окружные первые участки байонетного кольца

120 зубцы статора

121 окружные вторые участки байонетного кольца

122 первый материал статора

123 байонетные пазы

124 второй материал статора

125 радиально внешняя поверхность корпуса статора

126 радиально внутренняя поверхность кольца статора

127 окружной паз корпуса насоса

128 радиально внешняя поверхность кольца статора

129 первый участок байонетного паза

130 стенки бобины

131 второй участок байонетного паза

133 первый конец второго участка байонетного паза

135 второй конец второго участка байонетного паза

137 концевой участок байонетного паза

139 первый материал крышки корпуса статора

141 второй материал крышки корпуса статора

143 радиально внешняя стенка крышки корпуса статора

145 первая область первого материала крышки корпуса статора

147 вторая область первого материала крышки корпуса статора

149 первое направление преобладающего отвода тепла

151 второе направление преобладающего отвода тепла

R ось ротора

H радиальный зазор кожуха ротора

G радиальный зазор горлового кольца

α угол при вершине конического участка фланца держателя подшипника

β

Реферат

Группа изобретений относится к насосным узлам, в частности к насосам с мокрым ротором с регулируемой скоростью, обычно используемым в качестве циркуляционных насосов систем отопления домов. Насосный узел (1) содержит ось (45) ротора, проходящую вдоль оси (R) ротора, рабочее колесо (12), прикрепленное к оси (45) ротора, корпус (11) насоса, вмещающий рабочее колесо (12), причем корпус (11) насоса образует первую радиальную внутреннюю базовую поверхность (71), приводной двигатель, содержащий статор (17) и ротор (51), причем ротор (51) прикреплен к оси (45) ротора для приведения в движение колеса (12), кожух (57) ротора, вмещающий ротор (51), причем кожух (57) содержит фланец (63) кожуха ротора, и корпус (13) статора, вмещающий статор (17), содержащий обмотки вокруг сердечника (114) статора (17). На первый участок поверхности сердечника (114) наформован первый материал (122) в качестве электроизоляционного слоя между обмотками и сердечником (114), а на второй участок поверхности сердечника (114) наформован второй материал (124), образующий стенки корпуса (13) статора. Изобретения направлены на создание насосного узла более компактной конструкции. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 24 ил.

Формула