离心泵用的两件式轴承壳体的制作方法

专利名称：离心泵用的两件式轴承壳体的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及离心泵，并且更具体地涉及离心泵用的两件式轴承壳体。
背景技术：
离心泵通常包括泵外壳，叶轮定位于其中以便旋转，用于流体材料的处理。连接至驱动轴的叶轮是旋转组件的一部分，旋转组件还包括驱动轴、滚珠轴承、密封件、机械轴密封件以及各种相关硬件。旋转组件用螺栓以便于移除旋转组件从而进行修理或替换的方式固定至泵外壳。此外，提供轴承壳体来容纳驱动轴、至少一组轴承以及支撑和隔离驱动轴的相关密封件。
轴承壳体可由两个腔室组成，包括轴承油腔室和机械密封件油腔室。轴承油腔室容纳驱动轴用的轴承并且分开地提供有轴承用的润滑流体。机械密封件油腔室通常与轴承油腔室隔离并且提供有分开的润滑源以润滑唇缘密封件以及叶轮周围的机械轴密封件。
常规离心泵的轴承壳体由单件铸件构成。在一些类型的轴承壳体中，单件式轴承壳体的铸造由于分开的轴承油腔室和机械密封件油腔
室的存在而变得复杂。也就是，需要做出与这两个分开的油腔室相应的两个砂芯。这两个砂芯然后定位于相应于外部壳体的较大模子中。熔化的金属然后浇注入模子以及两个砂芯周围，以生产出轴承壳体的铸件。单件式轴承壳体的制造由于两个砂芯的精确放置以便提供分开油腔室的缘故而难以做出。另外，难以让熔化的金属流入模子的内壁从
而形成分开两个腔室的壁。
而且，在铸造工艺期间当芯材料与熔化的金属相接触时会由砂芯材料产生气体。如果气体不能脱离模子，其会在铸件的壁中形成不期望的孔隙。
孔隙基本上呈现通过铸件壁的裂隙，并且孔隙延伸入或穿过铸件
的壁的程度能从中等至严重。孔隙的存在导致一些数量的铸件不可用，这增加了铸造工艺的废弃率。铸件的总成本与由于不良铸件的产生而导致的废弃量成比例地增加。
目前轴承壳体的单件式铸件所遇到的又一问题在于砂芯难以从铸件取出。另夕卜，机加工铸件所产生的金属碎屑难以从铸件移走。因此，需要花费大量的时间和成本来努力生产出没有残留砂子和金属碎屑的铸件，并且从铸件移走金属碎屑和砂子的努力不会是完全成功的。
涉及常规单件式轴承壳体的另外成本在于，在泵将用于腐蚀性很强的骨剂处理时轴承壳体由例如不锈钢制成。这样，轴承壳体由于铸造工艺的缘故必须完全由不锈钢制成。由于一体式或单件式铸件的缘故，不能通过从其它成本较低的金属材料制造轴承壳体的零件从而获得成本益处。
因此，在离心泵工业中有利地是提供一种轴承壳体，其更容易生产并且具有更好的准确性，从而减少废弃铸件的数量。还将有利地是提供一种轴承壳体，其能由不同金属制成以降低铸造工艺的总成本并且从而降低泵及其操作的成本。

发明内容
根据本发明，离心泵用的轴承壳体由两个零件形成，这便于轴承壳体的制造，使得轴承壳体能由不同类型的材料制成并且显著减少废弃铸件的数量。虽然本发明的轴承壳体就在自吸泵中使用的情况进行描述，但是能将本发明的两件式轴承壳体应用于具有多个轴承壳体和/或多个润滑剂腔室布置的其它类型离心泵中。
本发明的两件式轴承壳体尤其涉及其中壳体的一部分包含泵的驱动轴用的轴承并且所述部分定位、容纳或嵌套在轴承壳体的另一部分内的那些类型轴承壳体。
本发明的两件式轴承壳体相比具有两个腔室壳体的已知轴承壳体而言提供了很多并且显著的优点。主要地，本发明使得两个壳体能分开地模制，从而消除在制造单件式轴承壳体的铸件中所需的取出精度。两件式构造还消除了壳体中的小开口 ，在铸造工艺期间在这些小开口中会形成气体，气体在铸件中产生不期望的孔隙。因此减少废弃铸件的数量。
两件式构造还允许两个零件由不同材料制成，从而降低轴承壳体和泵的总成本。两件式构造还便于维修和替换，同时还节省维修成本，因为可能仅是一个壳体零件需要修理或替换，而不是整个轴承壳体需要替换。
本发明的两件式轴承壳体的构造相比常规的单件式壳体而言提供了改进的特点。具体地，在轴承壳体中设置的用来观察润滑剂腔室的窗口定位为远离泵的中心线，从而便于在泵的操作期间观察腔室中润滑剂液位。大气腔室口有利地也被提供为远离泵的中心线以便于轴承壳体泄漏的关键性监控。
本发明的轴承壳体的这些和其它优点将在下面提供的示例性描述以及附图中变得明显。


在示出当前实施本发明的最好方式的附图中图l是常规自吸泵的横截视图，示出现有技术的单件式构造且定位在泵内的轴承壳体；
图2是图1所示泵的旋转组件的横截视图3是图2所示的常规单件式轴承壳体在没有旋转元件的情况下的横截视图，并且示出为从图2所示视图的方位旋转180°;
6图4是本发明的两件式轴承壳体的横截视图，其作为泵的旋转组件的一部分；
图5是图4所示的两件式轴承壳体在没有旋转元件的情况下的横截视图，并且示出为从图4所示视图的方位旋转180。；
图6是图1所示具有单件式轴承壳体的泵的外侧端的视图，并且示出了观察窗口在轴承腔室中的常规放置；
图7是具有两件式轴承壳体的泵的外侧端的视图，并且示出了观察窗口在本发明的轴承腔室中的放置；
图8A是图3所示单件式轴承壳体沿着线8-8的局部横截视图8B是常规单件式轴承壳体的横截透视图，其中示出了大气腔室排出口的定位；
图9A是图9B所示本发明的两件式轴承壳体沿着线A-A的局部横截视图9B是本发明的轴承壳体的横截透视图，示出了大气腔室排出口的布置和放置；
图10是图8B所示单件式轴承壳体的透视图，示出了外部壳体以及轴承壳体的横截视图；并且
图11是本发明的两件式轴承壳体的分解视图。
具体实施例方式
图l示出现有技术的自吸离心泵10，其具有单件式构造的轴承壳体12。自吸泵是现有技术公知的并且该泵的总体结构的描述 于理解本发明而言在这里是不需要的。轴承壳体12是旋转组件14的一部分，旋转组件14还包括叶轮16、通过叶轮螺栓20将叶轮16附接于其上的驱动轴18、机械轴密封件24、唇缘密封件26、前轴承28、后轴承30以及轴承盖帽32。
叶轮16由相对于泵外壳38紧固并且为机械轴密封件24提供壳体的密封板36与轴承壳体12隔开。机械轴密封件24包围驱动轴18以密封，从而防止流体从泵腔室39泄漏。唇缘密封件26也包围驱动轴18并且密封容纳在轴承壳体12内的轴承28、 30。轴承盖帽32和唇缘密封件34还在外侧端处包围驱动轴18以密封轴承壳体12。
如可在图2中更具体地看到的，图2仅示出常规单件式轴承壳体12的旋转组件14和密封板36，轴承壳体12构造有机械密封件油腔室40和轴承油腔室42，轴承油腔室42容纳或嵌套在机械密封件油腔室40内。机械密封件油腔室40包含用来冷却和润滑机械密封件24的流体润滑剂。润滑剂通过入口 44导入机械密封件油腔室40。
轴承油腔室42也包含用来冷却和润滑前轴承28和后轴承30的流体润滑剂。轴承油腔室42通过入口 46进行填充。
图3进一步示出现有技术的单件式轴承壳体12的构造。尤其，图3所示的现有技术轴承壳体12在相对于图1和2所示的相同轴承壳体12参照时，绕着与驱动轴18相应的旋转组件14的中心轴线垂直的轴线旋转180°。图3较好地描述了常规轴承壳体12自身的构造并且较好地示出了形成单件式轴承壳体12的复杂性。还可参图8A和图8B以及图10，它们是单件式轴承壳体12的透视图，以示出构造和制造复杂性。
在形成单件式轴承壳体12中，使用实心砂芯，其相应于机械密封件油腔室和轴承油腔室。根据已知铸造技术，实心砂芯定位在构造与轴承壳体12的外形相应的模子内。实心砂芯必须精确地定位在模子中，用于铸件的成形。熔化的金属然后浇注入模子中以及实心砂芯周围以生产轴承壳体12的铸件，如图3和8B中所示。
在金属已经冷却并且铸件已经,固化或凝固时，移走砂芯并且进一步机加工铸件，以分别在机械密封件油腔室40和轴承油腔室42中提供入口 44、 46。大气阻挡排出口 48和排出孔50也被机加工出来，以分别形成用于唇缘密封件26 (图l)和机械密封件油腔室40的排出管道。
如前所述，砂芯在用于铸造常规单件式轴承壳体的模子中的放置非常复杂并且要求精确性，如果没有成功，会在铸造工艺中导致误差。另外，通常在熔化金属接触砂芯时会产生气体，这导致在铸件中形成孔隙。孔隙表示在轴承壳体铸件的壁中有裂紋，这会导致轴承壳体的 损坏。因此，具有太多或非常严重的孔隙的铸件必须废弃并且导致铸 件的生产成本显著增加。
因此，本发明旨在克服在生产常规单件式轴承壳体时遇到的众多 并且迄今不能解决的问题。根据本发明，提供了一种两件式轴承壳体
60，其克服了这些问题并且呈现了泵铸造技术的显著改进。本发明的 两件式轴承壳体在图4、 5、 9A、 9B和11中示出。本发明与现有技术 单件式轴承壳体12的结构通用的结构为了比较和描述的清楚起见用 相同的附图标记表示。
如图4和5中所示(注意，图5中的视图是从图4所示视图旋转 180°),本发明的轴承壳体60包括两个零件外部壳体62和内部壳体 64，它们通过已知的砂芯铸造工艺分别形成。外部壳体62具有定位为 与泵10的密封板36接触的第一端68以及内部壳体64相对于其紧固 地定位的第二端70。
外部壳体62由任何适合的机构紧固至内部壳体64。如图5中所 示，外部壳体62可由穿过外部壳体62的第二端70定位的螺栓紧固至 内部壳体64。 O形环72定位于外部壳体62和内部壳体64之间以密 封这两个壳体。内部壳体64具有定向为邻近密封板36定位的第一端 74以及轴承盖帽32附接于此的第二端76。
内部壳体64在两个零件接合时嵌套在外部壳体62内。外部壳体 62和内部壳体64同心地定位，具有与泵的穿过轴承壳体60的驱动轴 的定位相应的共用中心线。本发明的外部壳体62通过在外部壳体62 和内部壳体64之间形成空间来提供轴承壳体60的机械密封件油腔室 80。内部壳体64提供限定轴承壳体60的轴承油腔室82的内部空间。
本发明的轴承壳体60的外部壳体62和内部壳体64的分别成形提 供了对于常规单件式轴承壳体构造而言迄今未知或不可实现的几个优 点。虽然本发明的两个零件的铸造仍然涉及砂芯铸造工艺，但是相应 于外部壳体62和内部壳体64的两个砂芯容易定位于用来铸造的模子 中，并且能获得更精确的铸件。另外，本发明的分开的砂芯消除了任何内壁(即，单件式铸件中 轴承油腔室的壁)，从而消除了在释放以单件式构造成形时捕获的气体 时所遇到的困难，上述捕获的气体会导致不期望的孔隙。因此，废弃 铸件的数量显著减少。这个优点不仅提供显著的成本节约，而且由于 无需处理废弃铸件从而是环境有利的。
两件式壳体60的相应的油腔室80、 82已经设计为相对于常规单 件式壳体而言将油容量增大高达15%至25%。因此，将会给轴承提供 更大的冷却能力并且给机械轴密封件提供更大的润滑能力。由于存在 增大的润滑，如果密封件开始失效的话，增大的润滑能力就增大泵能 保持运行的时间长度。
本发明中铸造工艺的更大开口以及简化砂芯使得砂子更容易且更 完全地移走，并且机加工之后的金属碎屑更容易移走。因此降低了机 力口工和制造成本。
本发明中更大的优点是能实现用不同的材料制造外部壳体62的 铸件和内部壳体64的铸件。也就是，尤其在由泵处理腐蚀性和/或磨 损性流体时，泵与腐蚀性和/或磨损性流体相接触的那些部分必须由特 别选择为抗腐蚀或抗磨损的材料制成。这些材料通常可包括不锈钢和 高铬合金。这些材料由于它们改进的性质而显著地更加昂贵。
机械密封件油腔室80潜在地经受与被泵送的流体相接触，并且因 此，可能必须或期望由能承受与腐蚀性和/或磨损性流体相接触的适当 材料铸造外部壳体62。然而，轴承油腔室82不经受与被泵送的流体 相接触并且内部壳体64因此可由廉价的材料制成。与内部壳体64分 开地铸造外部壳体62的能力因此提供了减少泵的制造成本的铸造选 择。
实现本发明的又一优点在于本发明的外部壳体62基本上提供了 非磨损部件，这使得能制成更耐腐蚀材料的外部壳体62。本发明的轴 承故障仅需要替换廉价的内部壳体64而不是如常规单件式构造中已 知的那样替换整个轴承壳体12。这个优点不仅提供成本节约，而且是 环境有利的。
10再一个显著优点在于外部壳体62在其损坏时能单独地替换，例如 在正常操作期间由于磨损和/或腐蚀的缘故而损坏。外部壳体62能在 无需替换内部轴承壳体64的情况下替换，并且更显著地，外部壳体能 在不影响轴承的完整性的情况下被替换。
用坚硬材料制作外部壳体62还具有显著的优点内部壳体64或 轴承油腔室82中需要轴承壳体60的紧密加工公差(+/- 0.0003)，而 在坚硬材料外部壳体62中不需要。加工紧密公差的孔在坚硬材料中比 柔软材料比如铸铁中(内部壳体64通常由其构成)更加困难。
如图6和7中更好地示出，本发明的两件式轴承壳体60包括有利 的设计要素，其是相对常规单件式轴承壳体12的进一步改进。从图6 中能看到，常规轴承壳体12设有在泵处于操作中时用于观察机械密封 件油腔室40中润滑剂液位的窗口 86以及用来观察轴承油腔室42中润 滑剂液位的窗口 88。常规轴承壳体的这两个窗口 86、 88都沿着泵的 轴线定向并且面向驱动轴连接器，这使得在驱动轴旋转并且泵运行时 观察相应的腔室40、 42非常困难。
如图7中所示，两件式轴承壳体60构造有穿过内部壳体64定位 的窗口以便能够观察外部壳体62的机械密封件油腔室80。窗口 92也 形成为穿过内部壳体64以便能够观察内部壳体64内的轴承油腔室 82。窗口卯、92都定位于与轴承壳体60的中心线(并且因而与泵的 轴线)成角度，这使得在泵处于操作中时更容易观察相应的油腔室。
图8A和8B显示了已知单件式轴承壳体的又一缺点。具体地，图 8A示出，在常规单件式轴承壳体12中，大气阻挡排出口 48与泵的中 心线平行地定位并且在驱动轴的位置下面，这使得在组装泵以及在操 作中时观察图8B所示排出口 48的外部开口 49非常困难。流体从大 气阻挡排出口 48的泄漏表示轴承故障并且对于泵的正确监控以及维 护是关键性的。
图9A和9B示出，在本发明中，大气阻挡排出口 94定位为与轴 承壳体60的中心线成角度并且定向为远离驱动轴以使得外部开口 96 侧向地定位或定位于驱动轴的侧面，以使得在组装和操作中时容易从泵的侧面看到排出口。通过大气阻挡排出口 94能容易观察泄漏的能力 使得能及时地替换内部壳体64或轴承壳体。排出口的成角度的位置还 便于在更换泵中的润滑剂时容易接近。
本发明的两件式轴承壳体尤其适合用于具有密封件和/或轴承需 求的任何离心泵中，其中提供用于轴承和/或密封件的壳体可采用多个 腔室，这些腔室还可用作润滑剂包含腔室，并且其中壳体通常以单个 构造做出。两件式轴承壳体可适合于任何数量的泵应用。因此，这里 对于壳体构造的具体细节的参考仅作为示例并且不作为限制。
权利要求
1.一种离心泵用的轴承壳体，其包括形成腔室的外部壳体，其构造为保持用于润滑或冷却离心泵的旋转元件的流体；以及分开地形成的内部壳体，其定尺寸为定位在所述外部壳体内，所述内部壳体形成用于保持润滑或冷却离心泵的旋转组件的元件用的流体的腔室，所述内部壳体具有可分离地紧固至所述外部壳体的机构。
2. 根据权利要求l的轴承壳体，还包括穿过所述内部壳体形成的 窗口，所述窗口用于观察所述外部壳体内的所迷腔室，所述窗口定位 为与轴承壳体的限定中心线成角度。
3. 根据权利要求2的轴承壳体，还包括穿过所述内部壳体形成的 窗口，所述窗口用于观察所述内部壳体内的所述腔室，所迷窗口定位 为与轴承壳体的限定中心线成角度。
4. 根据权利要求1的轴承壳体，还包括穿过所述内部壳体形成的 窗口，所述窗口用于观察所述内部壳体内的所述腔室，所述窗口定位 为与轴承壳体的限定中心线成角度。
5. 根据权利要求1的轴承壳体，还包括从所述内部壳体内部延伸 至所述轴承壳体外部的大气阻挡排出口，所述大气阻挡排出口定位为 与所述轴承壳体的限定中心线成角度并且相对所述限定中心线侧向地 定位。
6. 根据权利要求l的轴承壳体，其中所述外部壳体由与形成所述 内部壳体的材料不同的材料制成。
7. 根据权利要求6的轴承壳体，其中所述外部壳体由与制成所述 内部壳体的材料相比具有更高硬度指标的材料形成。
8. —种离心泵，其具有泵外壳和穿过所述泵外壳定位以支撑定位 在泵外壳内的叶轮的驱动轴，所述离心泵还包括轴承壳体，所述轴承 壳体具有外部壳体，该外部壳体形成构造为保持润滑或冷却离心泵 的旋转元件用的流体的腔室；以及分开地形成的内部壳体，该内部壳体定尺寸为定位在所述外部壳体内，所述内部壳体形成用于保持润滑 或冷却离心泵的旋转组件的元件用的流体的腔室，所述内部壳体具有可分离地紧固至所述外部壳体的机构。
9. 根据权利要求8的离心泵，还包括穿过所述轴承壳体定位的至 少一个窗口 ，所述至少一个窗口用于观察定位在所述轴承壳体内的腔 室，所述至少一个窗口定位为与由驱动轴的轴线限定的所述离心泵的 中心线成角度。
10. 根据权利要求8的离心泵，还包括从所述内部壳体内部延伸 至所述轴承壳体外部的大气阻挡排出口 ，所述大气阻挡排出口定位为 与由驱动轴的轴线限定的所述离心泵的中心线成角度。
11. 根据权利要求8的离心泵，其中所述外部壳体中的所述腔室 是机械密封件油腔室。
12. 根据权利要求8的离心泵，其中所述内部壳体中的所述腔室 是轴承油腔室。
13. 根据权利要求8的离心泵，其中所述轴承壳体的所述外部壳 体由与形成所述内部壳体的材料不同的材料制成。
14. 根据权利要求13的离心泵，其中所述外部壳体由与制成所述 内部壳体的材料相比具有更高硬度指标的材料形成。
15. —种离心泵，其具有泵外壳和穿过所述泵外壳定位以支撑定 位在泵外壳内的叶轮的驱动轴，所述离心泵还包括具有外部壳体和内 部壳体的轴承壳体，所述外部壳体和内部壳体通过铸造工艺分开地成 形并且通过紧固机构可分离地接合在一起。
16. 根据权利要求15的离心泵，其中所述外部壳体使用与用来铸 造所述内部壳体的材料不同的材料铸造。
17. 根据权利要求16的离心泵，其中所述外部壳体由与铸造内部 壳体的材料相比具有更高硬度的材料铸造。
全文摘要
提供两件式轴承壳体用于具有或需要多个腔室的离心泵中，用来包围或限制轴承或密封件，和/或给泵的轴承和密封件提供润滑剂或冷却剂，这种两件式壳体提供了几个改进，包括能由不同材料制造这两个零件，减少由于在铸造工艺中的不精确性导致的废弃铸件，以及用于监控壳体中的润滑腔室的壳体中的改进结构。
文档编号F16N7/00GK101675286SQ200880014772
公开日2010年3月17日 申请日期2008年5月5日 优先权日2007年5月4日
发明者J·诺斯拉普, K·塞萨姆 申请人:环境技术泵设备公司