专利名称：单臂支撑平衡式磁力传动器的制作方法
技术领域：
本发明是通用机械中流体动力机械的一种无泄漏的磁力传动结构。
配置了磁力传动器的流体动力机械如泵、压缩机、搅拌反应釜、阀门能有效的杜绝介质泄漏，已在国外的化工等行业得到广泛的应用，取得了良好的环保和企业的经济效益。这类带磁力传动器的机械是我国化工等行业技术更新的重要设备。
由于磁力传动本身的结构特征，主被动磁体之间的距离(称磁隙)只能较小，一般设计中磁隙仅取在10mm左右，否则磁钢的用量大而传动效率低。在传递较大的扭矩时，考虑到内转子的平衡和震动及防腐和制造安装误差等因素，现行磁力传动器设计的圆筒状单层隔离套的壁厚通常只能较小，以其承受的工作介质压力及温度，目前我国尚缺少强度高的非金属材料供选用，对于金属隔离套，因电涡流造成功率损失和散热流量损失，其单层壁厚亦较薄，拉深整形工艺十分严格，而为提高可靠性和效率而采用双层或多层的设计，则制作和组合的工艺要求更高，加重了制造成本。目前影响我国的磁力传动器研制和推广应用的主要因素是材料和制造成本，尤其是功率在20KW以上的；输送高温腐蚀介质或入口压力在0.5Mpa以上的磁力传动器，所遇到的难点更为突出。
对于驱动磁力主要是沿轴向传递的结构方式，与现行磁力传动器的径向磁力传递方式相比，具有磁隙小并容易调节；径向力小；过流面短；磁钢利用率高；工艺性好；造价低的优点。但这种结构方式存在的主要问题是磁盘之间和其驱动轴上会产生与主被动磁钢相互吸引力同样大的轴向力；平面式隔离盘的形状不宜承压；在装有单独的较大直径的被驱动盘时圆盘磨擦损失的增量很大。在本专利申请人已有公告的专利申请“一种泵用磁力驱动装置”(专利申请号95113346)的结构中，主要采取在主被动磁盘之间加装推力轴承的方法，以解决其轴向力的问题。但整体问题尚未得到完善的解决，如一对直径200mm的传动磁盘，其静止时的磁钢吸引力可超过5,000N，减除全负荷旋转时的切向分力后；轴向应力仍可会超过3,000N，此时，即便在介质中工作的滑动轴承的线速度仅为1.5M·S时，已没有耐腐蚀的轴承材料可供选用。又如，在介质的入口压力为0.5Mpa时，直径200mm的平面形隔离盘所承受的总压力超过150Mpa，其产生的轴向变形应力将作用在推力球轴承和驱动轴的支撑轴承上，使轴承损坏或大幅度降低寿命，可见该项专利申请的装置结构还不能适用于要求较高的泵送条件。
本发明的目的是提出一种新结构的磁力传动器，解决目前磁力传动器研制和生产应用中的部分难点，扩大我国现有材料的选择应用范围，为开发生产低价的大功率高压磁力传动器提供新的技术途径。本发明以单臂轴支撑曲面形的隔离套和装有磁力平衡系统为特征，提高了现行磁力传动器隔离套的承压能力和轴承的工作寿命；使其工作入口压力可至3Mpa以上，可在化工流程的中压条件下工作，而因为没有工艺技术上过高的要求使得造价较低，驱动扭力的范围可至1,000N·M以上，在一般条件下具有较高的传动效率和较广的应用范围。
本发明的结构内容如下述单臂支撑平衡式磁力传动器，主要是由磁力传动系统、磁力平衡系统和由单臂轴所支撑的曲面形的隔离套、平衡磁盘组成。
单臂支撑是采用一个被固定的刚性单臂轴，它与驱动轴处于同一轴线上，它的特征在于其一端被紧固在介质腔体内的支架上，其另一端贯通联接了内推力轴承座及隔离套和平衡磁盘的中部；并用锁紧螺母将这些物体夹紧在轴端上，在单臂轴两端之间的距离当中安装了磁力传动系统中的被驱动体。单臂轴采用强度较高的刚性材料制造，可承受隔离套的部分变形压力；以及磁力传动系统的部分轴向力和径向力，当介质带有强腐蚀性时，单臂轴可用防腐材料作包裹处理。
曲面形的隔离套是指其在驱动磁钢的磁力线主要通过的部位的径向剖面形状；是按照薄壁容器较佳的受力形状为半圆形或椭圆形的，一般为薄板压制成形；单层或数层叠放使用，它的端面形状为环形；处于隔离套径向的大端，其环形大端的伸展外缘被紧固在介质腔体和联接架的配合面上，曲面弯曲的方向指向介质腔或相反的位置，与介质相接触的一侧是它的内侧。隔离套的中心部位开有一孔并由平衡磁盘在其外侧和内推力轴承座在其内侧夹紧在单臂轴的一端上。
磁力传动系统由主动磁盘、被动磁环和被驱动体、内外推力轴承和密封圈组成，其特征在与它的主动磁盘和被被动磁环之间装置有磁力平衡系统的平衡磁盘。主动磁盘上安装有主动磁钢组和平衡磁钢组，这两个磁钢组的一个端面朝向隔离套并与其形状相似及留有一定的间隙；其它端面被紧固在主动磁盘上。主动磁盘的中心部分用花键安装在驱动轴上，其朝向平衡磁盘的一端开有轴承座，另一端顶部装有缓冲垫圈和挡环，主动磁盘的花键在驱动轴上允许有少量的位移。外推力轴承为一种推力球轴承，它的动环安装在主动磁盘的轴承座中，静环安装在与平衡磁盘的一侧相联连轴承座中；并装有调节垫片，静环的特征在于其磨擦面是不带滚动球槽的平面，它的背面装有弹性垫片；在主动磁盘轴向力的作用下与轴承座帖合，在主动磁盘有少量轴向位移时也随之移动。
被动磁环是铁质物体上装有被动磁钢组及平衡磁钢组的合成部件，它与被驱动体相联接或紧固在被驱动体上；处于介质腔体内，它靠隔离套的一侧装有两个磁钢组；这两个磁钢组的一个端面朝向隔离套并与其形状相似，也留有一定的间隙，此端面的磁力线与主动磁钢和平衡磁盘上的磁钢端面的磁力线相对应。在输送腐蚀性介质时，被动磁环暴露在介质的表面部分用与被驱动体相类似的材料作覆盖。内推力轴承为滑动轴承组，用耐磨性和耐腐蚀性好的材料制作，其中靠隔离套的一个静磨擦环连同轴承座被固定在单臂轴上，另一静磨擦环安装在单臂轴的另一端或支撑体上，动磨擦环安装在被驱动体中心的两端与静磨擦环和单臂轴相配合；在动磨擦环的配合面上开有数条液槽。被驱动体是输送或搅拌介质的旋转物体；可以是泵轮、浆叶或齿轮，它由被动磁环联接带动，它工作时产生的轴向力大部分被磁力传动系统所平衡，少部分作用在滑动轴承上，其径向力一般可为滑动轴承和单臂轴所承受，但径向负荷不得使单臂轴的弯曲变形超过允许值，当被驱动体(如单级离心式泵轮)的径向力过大时，可采用径向平衡设计。
磁力平衡系统由平衡磁盘和平衡磁钢组成，其特征在于平衡磁盘为开有环形凹槽的铁质圆盘，它的一个端面与隔离套的外侧安放在同一平面上；中心部位被紧固在单臂轴上。平衡磁钢是一块环形磁钢或由数块扇形磁钢组成的环形，共有四组，其中两组分别紧固安装在主动磁盘和被动磁环的相对端面上，另两组紧固安装在平衡磁盘环形内，其一个端面分别与主动磁盘和被动磁环上的磁钢端面同位置和同磁极相对，在无腐蚀性的环境中，为提高磁钢的利用率，可将其中一组平衡磁钢安置在隔离套内侧的内推力轴承座上。
本发明与现行磁力传动器技术比较具有的积极效果如下述1、本发明采用单臂轴联接支撑曲面形的隔离套中部；并将隔离套用内推力轴承座和平衡磁盘的夹紧的结构，这种结构的作用是使薄板构成的隔离套在最佳的承压状态下；实际受压的面积和跨度被最大限度的减少，作用在隔离套各部的介质压力的合成压力由平衡磁盘传递给单臂轴，这种结构比较现行的同功率磁力传动器设计的隔离套；在相同的材料和厚度等条件下的承压能力增加至1倍以上，这种结构的制造工艺较简单，隔离套也容易采用非金属材料和双层设计，提高了隔离套的效率和可靠性。因此，本发明的磁力传动器是一种可在吸入压力为3Mpa的中压条件下工作的磁力传动器。
2、本发明的磁力平衡系统，对于功率在10KW以上的轴向磁力传递结构的可靠工作具有重要的作用。磁力平衡系统的工作原理在于利用磁体同极排斥力，使主被动磁盘之间的轴向力受到方向相反的作用力，由于主动磁盘和被动磁环的轴向位移均被轴承所限制，在磁隙的变化很小的情形下主被动磁钢相互间的吸引力并没有多的减弱而影响驱动扭力。磁力平衡系统在旋转时，磁钢间的同极磁力线没有方向的变化，对金属制的隔离套和磁钢的保护层板不会产生电涡流和能量的损耗。因此，磁力平衡系统对磁力传动系统的工作不产生干扰。本发明的磁力传动器运转时，如负荷稳定，在磁力平衡系统的作用和驱动磁钢磁力线的切向分力的作用及被驱动体产生的轴向力的多重作用力下，一般平衡工况时的残余轴向力可不大于200N。在磁力平衡系统的作用下，内外推力轴承在静止时所受的压力已被大幅度减小运转时的受力则被进一步减小，可以长期平稳的运行，以至在无介质润滑的干磨擦状态下可短时间运转。磁力平衡系统的制作简单，磁钢的利用率高，因而本发明的磁力传动器结构总的磁钢用量；在相同的驱动扭力时仍与现行磁力传动器相近。
3、由于本发明在实施应用中，被动磁环与被驱动体经常会采用为一体化的联接方式，在被动磁环的直径通常小于已是既定直径(如离心式泵轮的直径)的情况下，因其轴向距离较短，圆盘磨擦损失的增加不大，同时隔离套的过流面也较短，在介质流速相同时，冷却效果要好而流量损失小，当被动磁环与介质腔体的径向间隙小于其与隔离套的间隙时，被驱动体也便于输送含固体颗粒的介质，如进行冲洗时效果较现行磁力传动器更好，试验的结果表明，采用本发明的单级离心式磁力泵的泵效率比现行同功率的磁力泵有所提高。
4、由于磁力平衡系统的作用，外推力轴承所受到的轴向动负荷小，因此可以在较大的驱动功率时仍选用尺寸较小而允许转速高的推力球轴承，并将此轴承其中的一个磨擦面制成平面，其优点在于可承受驱动轴与单臂轴之间的不同心度造成的旋转径向摆动。
5、本发明的结构中，主动磁盘采用花键与驱动轴联接的方式，可使驱动轴不受到驱动磁钢产生的单向的轴向力，在主动磁盘的两端装置弹性垫圈或弹簧使得整体结构的抗冲击性能提高，以忍受泵送含冷凝结晶介质等超负荷工况的强行起动运转。花键联接方式也方便原动力机的拆卸，此时，采用外花键轴是一个空心套装在驱动轴上的轴套，更便于标准电动机作直联式安装，简化了制造和组装工艺。
以下结合附图对本发明的实施实例作进一步的说明附
图1是本发明应用于单级离心式化工泵的结构示意图。
附图2是本发明应用于联接输送含气体的无腐蚀性挥发性有毒介质或易燃介质；设计吸入压力3Mpa的转子泵的结构示意图。
在附图1表示的实施例中电动机(22)和其驱动轴(18)、主动磁盘(11)、外推力轴承座(14、37)和推力球轴承(15、16)、平衡磁盘(31)、金属制曲面形的隔离套(9)、内推力轴承(6、30)和内推力轴承座(25)、被动磁环(7)和被驱动体(4)及单臂轴(2)在同一轴线上排列，安装在介质腔体(5)一侧的圆形通孔中。单臂轴(2)的一端被内锁紧螺母(23)紧固在介质腔(26)内的支架(1)上，被驱动体(4)上装有被动磁环(7)，被动磁环(7)上装有被动磁钢组(8)和平衡磁钢组(13)中的一组；与介质腔(26)相通的表面包有保护层板(29)，被驱动体(4)上还装有内推力轴承的动环(30)和开有数个散热流道(28)，被驱动体(4)作为一组合部件被套装在磨擦(口环)静环(3)和单臂轴(2)上；可自由转动。内推力轴承座(25)上装有内推力轴承的静环(6)，内推力轴承座(25)随被驱动体(4)之后套装在单臂轴(2)上；它靠(4)的一端的孔的周围和它的背面装有密封垫圈(32)。隔离套(9)随内推力轴承座(25)之后套装在单臂轴(2)上，它的大端被介质腔体(5)密封垫片(27)和联接架(20)及压环(10)之间的端面夹紧，它的小端被内推力轴承座(25)和平衡磁盘(31)夹紧，它与被动磁钢组(8)及保护层板(29)之间的间隙可以用密封垫圈(32)调整。平衡磁盘(31)的环形凹槽中装有平衡磁钢组(13)的其中两组，它与(25、32、9、)一起被平键(24)和外锁紧螺母(34)紧固在单臂轴(2)上。推力球轴承(15、16)安装在平衡磁盘(31)上的外推力轴承座的静环座(14)和装在主动磁盘(11)中部的动环座(37)之间，静环座(14)与平衡磁盘(31)之间装有调整垫片(33)；与(37)相对的端面装有毡垫(31)，推力球轴承的静环(15)的背面装有弹性垫片(35)。主动磁盘(11)上的环形凹槽中装有主动磁钢组(12)和平衡磁钢组(13)中的一组；朝向隔离套(9)和被动磁环(8)，其中心部位开有花键槽；套装在驱动轴(11)上的花键套(17)中，其靠电动机(22)一侧的尾端装有缓冲垫圈(19)和挡环(21)。电动机(22)与联接架(20)用法兰盘和螺栓相联接。
附图2表示的实施例随附图1进行说明，增加的物件编号有(38)-(45)被动磁环(7)与被驱动体(4)被介质腔体(5)的一侧所分隔安装，它们通过加装的空心花键轴(38)相联接，被动磁环(7)被平键及紧配合套装存空心花键轴(38)上，在它的两端装有内推力轴承(30)和(39)，空心花键轴(38)依靠轴承(45、30、39、)转动；空心部位与单臂轴(2)之间留有空隙而不发生磨擦，在内推力轴承座(25)中心的前端与单臂轴(2)之间加装有挡圈(44)。为提高耐压能力，曲面形的隔离套(9)为双层金属制，其大端在介质腔体(5)与联接架(20)的结合面中分开，其外层折入压环(10)内，压环的两侧有软金属密封垫(40)，其小端的内层折入内推力轴承座(25)的环形凹槽中，平衡磁钢组(13)在平衡磁盘(31)上的其中一组移装到内推力轴承座(25)的环形凹槽中，主动磁盘(11)中部的花键直接套装在驱动轴(18)的花键上。推力球轴承静环(15)背面的弹性垫圈(35)可改用弹簧(41)。由于此实施例中表示电动机(22)为非直联式安装时的一种结构，联接架(20)在此例中；它的一端是一个轴承箱体(42)，它在临近介质腔体(5)的与隔离套(9)的外层折叠处相通的部位开有通孔(43)，用于安放监测隔离套和轴承工作时的温度、压力和破裂警告的薄膜式感应器的导线。
权利要求
1.单臂支撑平衡式磁力传动器，主要由磁力传动系统、磁力平衡系统和由单臂轴(2)所支撑的曲面形的隔离套(9)、平衡磁盘(26)组成。驱动轴(18)由花键套(17)联接主动磁盘(11)和主动磁钢组(12)；主动磁钢组(12)的磁力线通过隔离套(9)的曲面形与被动磁钢组(8)的磁力线联接；向被动磁环(7)和被驱动体传递动力，其特征在于主动磁盘(11)、曲面形的隔离套(9)与被动磁环(7)之间装有磁力平衡系统，磁力平衡系统的平衡磁盘(31)、隔离套(9)、内推力轴承(6、30)和其轴承座(25)的中部被单臂轴(2)所支撑。隔离套(9)处于磁力传动系统和磁力平衡系统的中间并与它们和驱动轴(18)在同一轴线上，其特征在于它由一片或一片以上的圆形薄板构成；其在主动磁钢组(12)和被动磁钢组(8)之间的相应部位的径向剖面为半圆形或椭圆形，它的中心部位开有圆孔；套装在单臂轴(2)一端上或内推力轴承座(25)的环形凹槽内；其周边处于内推力轴承座(25)和平衡磁盘(31)之间的端面中，它们在外锁紧螺母(34)的压力下一同被夹紧在单臂轴(2)上，在内推力轴承座(25)的背面与被夹紧的隔离套(9)表面部位之间有密封垫圈(32)，隔离套(9)的圆形大端的周边被介质腔体(5)圆形通孔的端面和联接架(20)之间的端面及压环(10)所夹紧。
2.根据权力要求1所述的磁力传动器，单臂轴(2)的特征在于它是一个两端有螺纹的刚性轴状体，它的一端被支架(1)和内锁紧螺母(23)固定在介质腔(27)内；与驱动轴(18)在同一轴线上，在它与驱动轴(18)相近的一端开有键槽和装有平键(24)；并由外锁紧螺母(34)将档圈(44)、密封垫圈(32)、内推力轴承座(25)、隔离套(9)和平衡磁盘(31)压紧在端上，它的中段轴状部位上配合套装有被动磁环(7)、被驱动体(4)和内推力轴承(3、6、30、39)。
3.根据权力要求1和权力要求2所述的磁力传动器，其特征在于所说的磁力平衡系统由平衡磁盘(31)和平衡磁钢组(13)组成，平衡磁盘(31)是与相接触的隔离套(9)及内推力轴承座(25)具相应形状；端面开有安放平衡磁钢组(13)的环形凹槽的铁质圆盘，它被安置在隔离套(9)靠主动磁盘(11)的一侧，它的中部开有圆孔和键槽；被套装紧固在单臂轴(2)上。平衡磁钢组(13)共有4个磁钢组，每个磁钢组是由一块环形磁钢或数块扇形磁钢组成，其中两组被分别安装在主动磁盘(11)、被动磁环(7)的环形凹槽内，另两组分别与前两组具相同的形状；并同磁极相互对应和端面位置对应；安装在平衡磁盘(31)的环形凹槽内或有一组安装在内推力轴承座(25)的环形凹槽内。
4.根据权力要求1和权力要求2所述的磁力传动器，其内推力轴承座(25)的特征是它的中部开有圆孔和键槽；安置在隔离套(9)靠被动磁环(7)之间，它的背部端面及周边与隔离套(9)紧贴，它被套装紧固在单臂轴(2)上，它的中部前端和背部端面开有安装密封垫圈(32)的环形凹槽和装有密封垫圈(32)，还开有安装平衡磁钢组(13)其中的一组和隔离套(9)的中部折边的环形凹槽。
5.根据权力要求1所述的磁力传动器，其主动磁钢组(12)和被动磁钢组(8)的特征是它们之间相对应的表面形状与隔离套(9)的径向半圆形或椭圆形相同；轴向端面是多个扇面组合的环形。
6.根据权力要求1所述的磁力传动器，其主动磁盘(11)的特征是它的中部开有圆孔和花键；套装在花键套(17)上与驱动轴(18)联接，它的前部开有安装外推力轴承座(37)的环槽和装有推力球轴承座(37)，尾部开有安装缓冲垫圈(19)的环状凹槽；装有缓冲垫圈(19)和挡环(21)。
7.根据权力要求1所述的磁力传动器，其推力球轴承(15、16)的特征在于它其中的一个磨擦面是无滚动球槽的平面；背面装有弹性垫圈(35、41)。
全文摘要
本发明的单臂支撑平衡式磁力传动器，是一种可以较广泛的应用于要求无泄漏的流体动力机械上的新结构的磁力传动器，本发明的结构以单臂轴支撑曲面形的隔离套和装有磁力平衡系统为特征，提高了现行磁力传动器隔离套的耐压能力和轴承的工作寿命，整体强度较高，可在化工流程的中压条件下工作，为低成本的大功率高压磁力传动器的研制应用提供了新的技术途径。
文档编号F04B17/04GK1239199SQ9811324
公开日1999年12月22日 申请日期1998年6月11日 优先权日1998年6月11日
发明者黄绍南 申请人:黄绍南