Шестеренный насос с магнитным приводом - RU2322612C1
Код документа: RU2322612C1
Чертежи
Описание
Область техники
Настоящее изобретение относится к объемным шестеренным насосам и, в частности, к шестеренному насосу с магнитным приводом, имеющему упрощенную конструкцию, с магнитом и роторным узлом, и смещенным стационарным валом, на котором вращаются два соответствующих зубчатых колеса.
Уровень техники
Во многих случаях применения насосов желательно избежать протечек уплотнений, не используя уплотнений в сочетании с вращающимися деталями. В соответствии с этим стало более обычным в области применения насосов использовать систему магнитного привода, чтобы устранить потребность в размещении уплотнений вдоль вращающихся поверхностей. Хотя в таких насосах продолжают использоваться неподвижные уплотнения, из-за отсутствия в них динамических или вращающихся уплотнений, они стали известны как «бессальниковые» насосы. На практике в конструкции объемных шестеренных насосов используются также структуры магнитного привода.
В некоторых существующих шестеренных насосах с магнитным приводом обычным является наличие ведомого вала, на котором установлено, по меньшей мере, одно зубчатое колесо, которое обычно обозначают как ротор. В свою очередь для поддержки такого вращающегося вала обычным является использование дополнительной секции корпуса насоса или скобы между компонентами магнитного привода и той частью корпуса насоса, которая содержит зубчатые колеса. Такие насосы имеют также тенденцию к наличию второго или паразитного зубчатого колеса, вращающегося на неподвижном валу. Неподвижный вал может быть закреплен одним концом в головной части корпуса насоса.
В существующих насосах скоба, которая требуется для поддержки вращающегося вала, предназначенного для ротора, наряду с дополнительной длиной компонентов, включая вращающийся вал, приводит к увеличению общей длины и массы таких насосов. Кроме того, наличие отдельного вращающегося вала ротора и неподвижного вала паразитного зубчатого колеса приводит к повышению сложности конструкций и допусков, необходимых для получения функционирующего должным образом надежного насоса. Было бы желательно упростить конструкцию и уменьшить размеры и массу таких насосов с магнитным приводом.
Настоящее изобретение касается недостатков существующих шестеренных насосов, в то же время используя упомянутые выше желательные признаки шестеренных насосов с магнитным приводом.
Сущность изобретения
Цели и преимущества изобретения будут указаны ниже и станут очевидными из приведенных далее описания и чертежей, а также из описания практического применения изобретения.
Настоящее изобретение в основном реализуется в форме шестеренного насоса с магнитной связью, который содержит корпус насоса, имеющий вход и выход, вращающийся кольцевой узел магнитного привода, расположенный в корпусе насоса и имеющий на одном конце выемку, кольцевой бачок, имеющий на одном конце выемку, причем, по меньшей мере, часть бачка расположена в выемке кольцевого узла магнитного привода, а периферийная кромка находится в уплотняющем взаимодействии с корпусом насоса. Насос имеет также кольцевой ведомый узел из магнита и роторного зубчатого колеса с магнитной частью, размещенной по существу в выемке кольцевого бачка, и магнитной частью, по существу выровненной с узлом кольцевого магнитного привода и образующей механизм спаренного привода.
Согласно первому объекту изобретения насос имеет смещенный стационарный вал, имеющий первую и вторую части вала с продольной осью первой части вала, параллельной продольной оси второй части вала и отстоящей от нее, причем при вращении вращающегося кольцевого узла магнитного привода кольцевой ведомый узел из магнита и роторного зубчатого колеса вращается на первой части вала смещенного стационарного вала, а роторное зубчатое колесо приводит в действие паразитное зубчатое колесо, которое вращается на второй части вала смещенного стационарного вала.
Согласно другому объекту изобретения смещенный стационарный вал может опираться только на конец первой части вала в выемке кольцевого бачка, или только на конец второй части вала в головной части корпуса насоса, или же как на конец первой части вала в выемке кольцевого бачка, так и на конец второй части вала в головной части корпуса насоса.
Согласно еще одному объекту изобретения кольцевой ведомый узел из магнита и роторного зубчатого колеса имеет часть роторного зубчатого колеса, образующую одно целое с магнитной установочной частью.
Согласно еще одному объекту изобретения смещенный стационарный вал может быть выполнен в виде единой непрерывной детали, или же может быть образован из, по меньшей мере, двух соединенных вместе компонентов.
Таким образом, настоящее изобретение предлагает альтернативу более длинным и более сложным шестеренным насосам с магнитным приводом, требующим дополнительной скобы в корпусе насоса между компонентами магнитного привода и роторным зубчатым колесом. Настоящее изобретение также позволяет упростить конструкцию за счет использования смещенного стационарного вала для роторного зубчатого колеса и паразитного зубчатого колеса, в отличие от наличия зубчатых колес, вращающихся на двух отдельных стационарных валах или вращающихся на двух вращающихся валах.
Следует отметить, что как предыдущее общее описание, так и последующее детальное описание служат только примером и приведены исключительно в целях объяснения, а не ограничения объема заявленного изобретения. Дополнительные признаки и цели настоящего изобретения станут более понятными после прочтения последующего описания предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения и из прилагаемой формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
При описании предпочтительных вариантов реализации изобретения ссылка делается на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями и на которых:
Фиг.1 - вид в поперечном сечении шестеренного насоса с магнитным приводом, имеющего смещенный стационарный вал с опорой в кольцевом бачке и в головной части корпуса насоса.
Фиг.1а - вид в поперечном сечении по линии сечения с фиг.1 насоса, показанного на фиг.1.
Фиг.2 - вид в поперечном сечении шестеренного насоса с магнитным приводом, имеющего чрезвычайно компактный узел магнита и роторного зубчатого колеса и смещенный стационарный вал с опорой только в кольцевом бачке.
Фиг.3 - вид в поперечном сечении шестеренного насоса с магнитным приводом, имеющего чрезвычайно компактный узел магнита и роторного зубчатого колеса, упрощенный кольцевой бачок и смещенный стационарный вал с опорой только в головной части корпуса насоса.
Фиг.4 - вид в поперечном сечении альтернативной интегральной опоры для конца смещенного стационарного вала в бачке.
Фиг.5 - вид в поперечном сечении альтернативного кольцевого ведомого узла магнита и ротора, имеющего роторное зубчатое колесо и отдельный участок установки, показанный с отдельным упорным подшипником и без магнитов.
Фиг.6 - вид в плане альтернативного смещенного стационарного вала составной конструкции.
Фиг.6а - вид в поперечном сечении с разнесением деталей смещенного стационарного вала с фиг.6.
Следует отметить, что чертежи выполнены не в масштабе. В то время как важные механические детали шестеренного насоса с магнитным приводом, включая детали крепежных средств и другие виды в плане и в поперечном сечении определенных компонентов, опущены, такие детали считаются хорошо известными специалистам в данной области техники в свете настоящего описания. Также следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается проиллюстрированными предпочтительными вариантами его реализации.
Подробное описание предпочтительных вариантов реализации изобретения
Как показано в целом на фиг.1-6а, шестеренный насос с магнитным приводом согласно настоящему изобретению обычно может быть воплощен в виде многочисленных конфигураций бессальникового объемного шестеренного насоса.
Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения, показанному на фиг.1, насос 2 имеет корпус 4, который включает в себя первую часть 6 тела, вторую часть 8 тела, крышку 10 подшипника, соединенную с первой частью 6 тела и головку 12, соединенную со второй частью 8 тела. Компоненты корпуса могут быть выполнены из жестких материалов, таких как сталь, нержавеющая сталь, литейный чугун или другие металлические материалы, или из конструкционных пластмасс и тому подобного. Крышка 10 подшипника соединяется с первой частью 6 тела болтами 14, хотя понятно, что такое соединение может быть выполнено другими крепежными средствами, или путем непосредственного соединения компонентов, такого как прессовая посадка или резьбовое соединение. С другой стороны, крышка 10 подшипника и первая часть 6 тела могут быть выполнены за одно целое. Головка 12 корпуса соединяется со второй частью 8 корпуса аналогичным образом болтами 16 и может также быть соединена любой из многих других подходящих конструкций. Для улучшения соединений между компонентами корпуса могут применяться уплотнения 22 и 24 неподвижного соединения, такие как эластомерные кольцевые уплотнения, предварительно формованные или жидкие прокладочные материалы и т.п. Корпус 4 также имеет входное отверстие 26, предназначенное для втягивания предназначенной для перекачивания жидкости или среды в корпус 4, и выпускное отверстие 28, предназначенное для вытеснение среды из насоса. На фиг.1, 2 и 3 показаны виды в поперечном сечении предпочтительных вариантов реализации изобретения под углом 90° к входному отверстию 26 и выпускному отверстию 28, выровненным между собой. На фиг.1 показаны входное отверстие 26 и выпускное отверстие 28 во второй части 8 тела. Понятно, что входное отверстие 26 и выпускное отверстие 28 могут быть размещены под любым углом относительно друг друга, и что насос 2 может иметь более одного входного отверстия и более одного выпускного отверстия.
Крышка 10 подшипника имеет отверстие 30, в котором установлены подшипники 32, предназначенные для поддержки вращающегося кольцевого узла 34 магнитного привода. Подшипники 32 могут иметь различную конструкцию, такую как шариковые или роликовые подшипники, втулки и т.п. Узел 34 привода включает в себя вал 36, который взаимодействует при вращении с подшипниками 32 и который может быть соединен первым концом с наружным источником энергии (не показан), таким как двигатель и т.п. Вращающийся кольцевой узел 34 магнитного привода также включает в себя чашеобразный элемент 38 привода, соединенный своим первым концом со вторым концом вращающегося вала 36 и имеющий выемку 40 на втором конце. С другой стороны, крышка 10 подшипника, подшипники 32 и вал 36 могут быть сняты для установки чашеобразного элемента 38 привода непосредственно на вал наружного источника энергии (как было бы сделано в альтернативном варианте реализации изобретения, показанном на фиг.2). Соединение элемента 38 привода с валом 36 показано в форме шпонки и шпоночной канавки 42, хотя понятно, что такое соединение может быть выполнено альтернативными средствами, такими как указанные выше в отношении соединения частей корпуса насоса. Аналогичным образом элемент привода 38 и вал 36 могут быть выполнены за одно целое. Элемент 38 привода может быть изготовлен из жесткого материала, такого как рассмотренные в отношении корпуса. Узел 34 привода имеет также магниты 44, соединенные с внутренними стенками чашеобразного элемента 38 привода внутри выемки 40. Магниты 44 могут иметь любую конфигурацию, но предпочтительно являются прямоугольными и предпочтительно соединяются с элементом 38 привода химическими средствами, такими как эпоксиды или адгезивы, или же могут быть прикреплены подходящими крепежными средствами, такими как заклепки и т.п.
По меньшей мере, частично в выемке 40 кольцевого узла 34 магнитного привода располагается чаше- или колоколообразный бачок 46. Бачок 46 может быть изготовлен из любого из различных жестких материалов, и материал обычно выбирают исходя из предназначенной к перекачиванию среды, при этом предпочтительным материалом является нержавеющая сталь, такая как сплав С-276, хотя также может использоваться пластмасса, композитные материалы и т.п. Бачок 46 открыт с одного конца, образуя выемку 48, и имеет периферийный обод 50. Периферийный обод 50 бачка 46 может быть установлен, обеспечивая герметизацию с корпусом 4 насоса, различными способами, один из которых показан на фиг.1, где он установлен на первой части 6 тела в месте соединения между первой частью 6 тела и второй частью 8 тела.
Шестеренный насос 2 с магнитным приводом включает в себя смещенный стационарный вал 52, содержащий первую часть 54 вала, имеющую первую продольную ось, и вторую часть 56 вала, имеющую вторую продольную ось, параллельную продольной оси первой части вала и отстоящую от нее. Первая часть 54 вала проходит в выемке 48 бачка 46 и может опираться этим соответствующим концом 58 первой части 54 вала смещенного вала 52. Опора конца 58 вала может быть обеспечена путем взаимодействия с опорным элементом 60, расположенным в выемке 48 бачка 46, как показано на фиг.1.
Как вариант, если конец первой части вала должен поддерживаться в бачке, бачок может имеет образующую с ним одно целое опорную часть 62а, такую как показанная на фиг.4 в бачке 46а, где конец 58а вала просто поддерживается образующей одно целое опорной частью 62а, или прочно соединяется с образующей одно целое опорной частью 62а путем прессовой посадки или с помощью химических связующих средств. Согласно еще одному варианту, показанному на фиг.2, компактный бачок 46b может иметь более существенную опорную часть 62b, образующую одно целое или отстоящую, но прочно соединенную с бачком 46b, предназначенную для поддержания смещенного вала 52b на конце вала 58b. Кроме того, конец 58b вала может быть прочно соединен с бачком 46b упомянутыми выше средствами или крепежным средством 64b, такими как штифт прессовой посадки, винт и т.п. Прочное соединение с опорной частью бачка также может служить для достижения и поддержания выравнивания смещенного стационарного вала.
В предпочтительном варианте реализации изобретения, показанном на фиг.1, насос 2 также включает в себя кольцевой ведомый узел 66 магнита и роторного зубчатого колеса, взаимодействующий с возможностью вращения с первой частью 54 вала смещенного вала 52 и может применять средства уменьшения трения, такие как втулки 68 или другие подходящие подшипниковые конструкции. Узел 66 магнита и роторного зубчатого колеса имеет участок 70 роторного зубчатого колеса, размещенный в направлении второй части 56 вала, и участок 72 установки магнита, соединенный с участком 70 роторного зубчатого колеса или с образованием одного целого, или с помощью подходящих средств прочного соединения компонентов. Участок 70 роторного зубчатого колеса может иметь различные конструкции, такие как в форме коронной шестерни шестеренного насоса с внутренним зацеплением. Участок 70 роторного зубчатого колеса также может быть изготовлен из различных жестких материалов, в зависимости от предназначенной для перекачивания среды. Например, может оказаться предпочтительным сделать участок 70 роторного зубчатого колеса, так же как и участок установки магнита, из стали, если насос предназначен для перекачивания некорродирующих материалов.
Участок 72 установки магнита предпочтительно имеет на своем конце выемку 74, предназначенную для уменьшения массы и инерции. Участок 72 установки магнита также имеет магниты 76, подобные магнитам 44, соединенные с его наружной стенкой 78, предпочтительно способом, подобным применяемому для соединения магнитов 44 с элементом 38 привода. Когда насос 2 предназначен для использования при перекачивании корродирующих материалов, желательно изготавливать узел 66 магнита и роторного зубчатого колеса из нержавеющей стали, но при этом желательно помещать между участком 72 установки магнита и магнитами 76 кольцевую деталь из углеродистой стали (не показана). Для дополнительной защиты над магнитами и кольцевой деталью из углеродистой стали может быть установлена гильза из нержавеющей стали (не показана). Участок 72 установки магнита и магниты 76 располагаются в выемке 48 бачка 46 так, чтобы быть отделенными от магнитов 44 кольцевого магнитного узла 34 кольцевого бачка 46, но они размещаются таким образом, чтобы по существу выровнять соответствующие магниты 76 и 44 с образованием магнитной связи. Эта магнитная связь позволяет кольцевому узлу 66 магнита и роторного зубчатого колеса не иметь физического контакта с кольцевым узлом 34 магнитного привода, но вращаться и таким образом приводиться им во вращение.
Как было отмечено ранее, смещенный стационарный вал 52 включает в себя вторую часть 56 вала. Как показано в предпочтительных вариантах реализации изобретения на фиг.1-3, смещенный вал 52 может быть непрерывной конструкцией с образующими одно целое первой частью 54 вала и второй частью 56 вала. Однако смещенный вал 52 может быть изготовлен различными альтернативными путями, один из примеров которых показан на фиг.6 и 6а. На фиг.6 показан составной смещенный вал 80, имеющий первую часть 82 вала, прочно соединенную со второй частью 84 вала. Соединение может быть выполнено посредством болта 86, как показано на фиг.6 и 6а, или же может быть выполнено с использованием других крепежных изделий или средств соединения, таких как сварка, прессовая посадка и т.п.
Вторая часть 56 (или 84) вала имеет конец 90, противоположный концу 58 вала первой части 54 вала. Следует отметить, что, как предполагалось в отношении конца 58 вала, опора для вала 52 может быть приложена к концу 90 вала. Опора для конца 90 вала показана, например, на фиг.1, где конец 90 вала поддерживается в головной части 12 корпуса. При такой компоновке обеспечивается выравнивание смещенного вала 52 и предотвращается его вращение путем использования шпонки и шпоночной канавки 92.
Как показано в альтернативных вариантах реализации изобретения на фиг.2, чашеобразный элемент 38b привода может непосредственно принимать вал наружного источника энергии. Кроме того, конец 90b вала второй части 56b вала может не включать в себя дополнительный участок, поддерживаемый в головной части 12b корпуса. На самом деле, как показано выше, смещенный стационарный вал 52b жестко опирается на конец 58b вала в бачке 46b. Эта конструкция допускает упрощение устройства головной части 12b корпуса и может допустить дальнейшее упрощение за счет включения головной части корпуса во второе тело корпуса. Второй вариант реализации изобретения с фиг.2 допускает также использование компактного кольцевого ведомого узла 66b магнита и роторного зубчатого колеса, с уменьшающими трение втулками или подшипниками 68b. Эта компактная конструкция может использоваться в насосе 2b еще меньшей длины.
Такое включение головной части корпуса во второе тело 8 с корпуса показано в третьем предпочтительном варианте реализации изобретения на фиг.3. Этот вариант реализации предлагает также пример альтернативной опорной конструкции для смещенного стационарного вала. На фиг.3 смещенный стационарный вал 52с имеет первую часть 54с вала с первым концом 58с вала и вторую часть 56с вала со вторым концом 90с вала. Смещенный вал 52с опирается на конец 90с вала внутри объединенной второй части корпуса и головной части 8с, но не на конец 58с вала внутри бачка 46с. Конец 90с вала прочно соединяется с частью 8с корпуса любым из упомянутых выше средств, в то время как выравнивание и сопротивление вращению обеспечиваются дополнительно выступающим ребром или острым выступом 92с в части 8 с корпуса, и соответствующим пазом 94с на конце 90с вала второй части 56с корпуса. В определенной степени подобно второму варианту реализации изобретения с фиг.2, третий вариант реализации изобретения с фиг.3 использует компактный кольцевой ведомый узел 66с магнита и роторного зубчатого колеса с уменьшающими трение втулками или подшипниками 68с в укороченном насосе 2с.
Для кольцевого ведомого узла 66 магнита и роторного зубчатого колеса желательно также наличие упорных несущих поверхностей определенной формы. Как показано на фиг.1, передняя упорная несущая поверхность 96 может быть выполнена за одно целое на смещенном стационарном валу 52 для взаимодействия с передним упорным несущим элементом 98, расположенным в узле 66 магнита и роторного зубчатого колеса. Возможно дополнительное обеспечение задними упорными подшипниками, такими как имеющие форму отдельной манжеты 100, показанной на фиг.5. Манжета 100 может быть установлена на первой части 54 вала смещенного стационарного вала 52 различными путями. На фиг.5 показано крепление установочным винтом 102, хотя могут применяться другие крепежные изделия или средства соединения манжеты с валом, такие как прессовая посадка и т.п. Манжета 100 предназначена для взаимодействия с задним упорным несущим элементом 104, расположенным на другом конце узла 66 магнита и роторного зубчатого колеса, в углублении 74. Таким образом, возможно применение упорных подшипников в целом или по отдельности для сохранения нужного позиционирования компонентов и снижения таким образом вибрации и износа.
В каждом из показанных соответствующих вариантов реализации изобретения на второй части вала установлено для вращения паразитное зубчатое колесо 106. Возможно использование средств уменьшения трения, таких как втулки 108 или подшипники. Паразитное зубчатое колесо 106 предусматривает взаимодействие с участком 70 роторного зубчатого колеса путем взаимного зацепления зубцов паразитного зубчатого колеса 106 и участка роторного зубчатого колеса 70, как лучше всего показано на фиг.1а. При работе насоса 2, когда наружный источник энергии вращает кольцевой узел 34 магнитного привода, магнитная связь, рассмотренная выше, вызывает вращение кольцевого ведомого узла 66 магнита и роторного зубчатого колеса. Вращение узла 66 магнита и роторного зубчатого колеса и взаимное зацепление зубцов участка 70 роторного зубчатого колеса с зубцами паразитного зубчатого колеса 106 также вызывает вращение паразитного зубчатого колеса 106. При насосе 2 в виде шестеренного насоса с внутренним зацеплением, хорошо известным в технике, ось вращения участка 70 роторного зубчатого колеса параллельна оси вращения паразитного зубчатого колеса 106 и отстоит от нее, как показано на фиг.1. Кроме того, участок 70 роторного зубчатого колеса располагается таким образом, чтобы осуществлять привод паразитного зубчатого колеса 106 путем взаимодействия с зубцами колеса на внутренней стороне участка 70 роторного зубчатого колеса, которое по существу описывает паразитное зубчатое колесо 106, как лучше всего показано на фиг.1а. Такое размещение и зацепление зубчатых колес наряду с серповидным выступом 110, помещенным на головной части 12 корпуса и расположенным рядом кончиками зубцов паразитного зубчатого колеса 106, обеспечивает взаимодействие с целью создания накачивающего действия на основе хорошо известных принципов. При такой компоновке предназначенная для перекачивания среда всасывается в насос 2 через входное отверстие 26 и выталкивается под давлением из выпускного отверстия 28.
Понятно, что шестеренный насос с магнитным приводом согласно настоящему изобретению может быть выполнен с различной конфигурацией. Возможно использование любого сочетания подходящих конструкционных материалов, конфигураций, форм и размеров компонентов и способов соединения компонентов, чтобы обеспечить удовлетворение конкретных потребностей и требований конечного пользователя. Специалистам в данной области техники должно быть очевидна возможность внесения различных модификаций в схему и конструкцию такого насоса без отклонения от объема и существа настоящего изобретения, и что прилагаемая формула изобретения не ограничивается проиллюстрированными предпочтительными вариантами реализации изобретения.
Реферат
Изобретение относится к объемным шестеренным насосам и, в частности, к шестеренному насосу с магнитным приводом. Шестеренный насос с магнитной связью содержит корпус насоса, имеющий, по меньшей мере, одно входное отверстие и, по меньшей мере, одно выпускное отверстие, вращающийся кольцевой узел магнитного привода, расположенный в корпусе насоса и имеющий на одном конце выемку, кольцевой бачок, имеющий на одном конце выемку, причем, по меньшей мере, часть бачка расположена в выемке вращающегося кольцевого узла магнитного привода и находится в уплотняющем взаимодействии с корпусом насоса, кольцевой ведомый узел из магнита и роторного зубчатого колеса с магнитной частью, помещенной по существу в выемке кольцевого бачка, и магнитной частью, по существу выровненной с узлом кольцевого магнитного привода, смещенный стационарный вал, имеющий первую и вторую части вала с продольной осью первой части вала, параллельной продольной оси второй части вала и отстоящей от нее. При вращении вращающегося кольцевого узла магнитного привода кольцевой ведомый узел из магнита и роторного зубчатого колеса вращается на первой части вала смещенного стационарного вала, а роторное зубчатое колесо приводит в действие паразитное зубчатое колесо, которое вращается на второй части вала смещенного стационарного вала. Упрощается конструкция. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.
