专利名称：马达泵的操作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述特征用于操作泵单元的方法以及一种根据权利要求3的前序部分所述特征的泵单元。
背景技术：
现有技术的较小或平均功率的离心泵单元通常设计为湿运行装置，即它们包括分离管(split tube)，该分离管使转子空间相对于定子空间密封，尤其是防止传送流体的渗透。特别是，位于转子空间内的传送流体也用于承载转子轴的轴承的润滑。该结构的泵自身已经证明，因为它们不需要任何对活动部件区域的密封，因此转子空间可以与泵空间导通相连。
另一方面，由现有技术还知道使用干运行装置，即，使承载泵叶轮的轴相对于马达密封。为了使转子空间相对于传送流体可靠和长时间地密封，需要复杂的密封设计，它们很昂贵，并通常易于磨损。
尽管干运行装置的效率基本上优于湿运行装置，因为转子和定子之间的距离可以减小，且这些部件之间的磁场不会由于分离管而削弱，但是密封件的额外费用以及长期工作所需的维护都很大，因此，至少对于较小或平均结构尺寸的装置，人们总是只采用湿运行马达。否则，人们必须保证轴承的永久性润滑。
为了增加这样的离心泵的液压功率和效率，已知使该单元配置有变频器，该变频器连接于电马达的前面，并且不管主频和电压如何都允许马达有实际上无限高的转速。不过，当转速增加时，转子和分离管之间的流体摩擦变得较大，因此，对于该类型结构，转速超过特定界限而增加并不是很有利。
发明内容
针对现有技术，本发明的目的是提供一种用于操作泵单元的方法，通过该方法，泵可以在高转速下工作。而且，已知类型的泵单元可以设计成使它能够在高转速下工作，同时没有前述两种系统(湿运行装置/干运行装置)的缺点。
该目的部分可通过具有权利要求1所述特征的方法获得，部分可通过具有权利要求3所述特征的装置获得，本发明的优选形式在从属权利要求、下面的说明以及附图中介绍。
本发明的基本思想是这样操作湿运行马达，尽管它的结构类型设计为湿运行马达，但是它在工作时具有干运行装置的特征，特别是，它在没有液体的情况下运行，而对于湿运行马达，通常在转子空间中有液体。通过该设计，湿运行马达的优点，即在泵和马达之间不需要复杂密封件，是可以保持，同时又有干运行装置特别适于高转速的特征。因此，本发明设想在马达运行之前、期间和/或之后，至少部分除去位于转子空间中的流体。这时，位于转子和分离管之间的流体优选是通过热效应而蒸发。实际上在该区域除去流体非常重要，因为在高速旋转时，在转子和分离管之间产生最大摩擦输出。
用于操作泵单元的装置的结构可以有多种设计变化。这可以通过非常简单的设计而获得，因此，非常便宜地使转子空间相对于传送流体进行有限压力密封。这样的有限压力密封足以保持转子空间在工作过程中基本没有液体。同时，实际上设计成在马达开始运行之前，该转子空间充满液体。不过，流体将通过专门为此设计的阀、只到一定压力有效的密封件或其它合适装置而确实除去，其中将考虑到流体加热蒸发和因此体积增加。因此，压力升高，直到超过转子空间的压力限制，位于其中的流体将以气体或液体形式而溢出。这时，这里的蒸汽压力将使得不再有传送流体进入该转子空间。还有，泵可以有利地设计成具有湿运行马达，这样，尤其是可以使用在高转速下流体润滑滑动轴承。
为了能够保证在马达的工作转速下将流体供给轴承，同时使转子空间基本没有流体，本发明设计成使承载转子的轴承安排在转子空间外部。不过，这时至少一个承载转子的轴承，优选是离泵叶轮最远的轴承布置在分离管内，因为这时流体供给可以通过中心轴孔进行，因此，在轴上可以大致实现轴向压力补偿。
优选是，当两个轴端引出转子空间时，叶轮在一个轴端处，引导离开转子空间的流体可以从远离叶轮的轴端附近引出。特别是，如前所述，当通过轴孔或另外管连接而存在压力补偿时，流体从转子空间中的除去几乎在没有压力的情况下进行，且不需要对抗泵的传送压力。在有穿过轴的连接管的情况下，这样的除去可以特别简单，即使该轴端受到泵的吸入侧压力的冲击。
轴向面密封件优选是用作压力限制密封装置，其中，压力限制的设定通过选择合适弹簧而实现，轴向面密封环通过该弹簧而保持接触。
在任何情况下，优选是轴向面密封件布置在转子和相邻轴承之间，其中，用于远离叶轮的轴承的轴承接收器布置在分离管内。同时，优选是轴承接收器通过外部密封件相对于分离管密封以及通过内部密封件相对于轴向面密封件的静止部分密封。
为了能够尽可能完全地从转子空间中除去流体，优选是对于轴承接收器或轴向面密封件布置游隙在转子端面处，或在轴承接收器和转子之间提供有单独的移动部件，该移动部件减小了转子端面和轴承接收器之间的自由容积，所述容积能够在工作时由流体充满。优选是，该移动部件由绝热材料制成，优选是塑料，以便防止在转子空间中特意产生的、用于蒸发位于转子空间中的流体的热量在端面处离开，或者防止在该区域产生凝结。为此，优选是轴承接收器也由绝热材料制成。
为了尽可能快和完全地蒸发位于转子空间中的流体，优选是设计成可至少局部加热分离管。原则上，通过在转子和分离管之间的区域中的摩擦可以有效产热，这样，流体在马达运转时自动加热，从而蒸发。不过，为了进行补充或用于蒸发，人们可以在起动马达之前加热分离管，该加热可以通过电阻加热或感应加热，尤其是考虑到在工作时在转子和定子之间形成磁场。对于马达，优选是采用永磁体马达。
下面将通过附图所示的实施例更详细地介绍本发明。其中图1是穿过本发明的离心泵单元的纵向剖面图；以及图2是图1中的部分II的放大视图。
具体实施例方式
附图中所示的泵单元包括圆形截面的壳体1，在该壳体1的底端面上形成有吸力侧进口2，在该壳体1的上端面上形成有压力侧出口3。要供给的流体在进口2处吸入，并从这里到达泵的叶轮5的吸入开口4，从该吸入开口4，该流体径向向外进入环形槽道6，并通向出口3。
槽道6在它的外侧由壳体1界定，在内侧由固定在壳体1内的马达壳体7界定。单元的供电通过电连接件8实现，该电连接件8从马达壳体7侧向向外引出，经过槽道并引向壳体1外。马达壳体7装有定子9，该定子9的内侧由分离管10限定。转子11在分离管10中延伸，该转子11布置在轴12上，该轴12在靠近其端部的位置处安装在滑动轴承13、14中，该滑动轴承13、14布置在轴承接收器15、16中，该轴承接收器15、16固定在分离管10内，因此在马达壳体7内。
分离管10径向界定了转子空间17，该转子空间17在端面处通过轴向面密封件18、19而相对于其余分离管空间以限压方式进行空间限制。
安装在滑动轴承13和14内的轴12在底端装有叶轮5和转子11。它包括中心通道孔20，该中心通道孔20在吸入开口4和马达壳体7的上端(在图1中的顶部)之间形成传导连接。因为象普通的湿运行马达那样，轴12并不相对于泵空间密封，因此，上部轴承13和底部轴承14一样通过孔20供给传送流体。因此，在底部轴承14处主要为泵的传送压力，而在上部轴承13处主要为泵的吸力侧压力。转子空间17相对于在工作时充满流体的分离管空间的密封只是通过轴向面密封件18和19来进行。该轴向面密封件的结构通过图2中的上部轴向面密封件18来介绍。
轴向面密封件18包括静止轴向面密封环21，该静止轴向面密封环21包含在形成轴承接收器15的部件内，并通过O形环22相对于该部件径向密封，并可沿轴12的轴向移动地安装。该静止轴向面密封环21通过环绕轴12的螺旋弹簧23而受到压力冲击。螺旋弹簧23同样布置在形成轴承接收器15的部件内。在轴12和形成轴承接收器15的部件之间形成的环形空间通过在上部轴承13附近的槽道24而与由马达壳体7确定的空间相连，该槽道24与孔20连通。
旋转轴向面密封环25支承在静止轴向面密封环21的端面上，它布置在轴肩内，并与该轴12一起旋转。
这样形成的轴向面密封件18使转子空间17相对于其余分离管空间密封，在转子11的另一侧提供有相应密封件。
在起动泵时，转子空间17可能完全或部分充满传送流体。当马达的转速升高时，位于转子空间内的流体被加热，直到最终流体蒸发，且转子空间17内的压力快速增加。当超过由轴向面密封件18形成并由弹簧23的压力确定的极限压力时，静止轴向面密封环升高离开旋转轴向面密封环25，从而沿图1所示的向上方向运动，这意味着转子空间17通过槽道24与环绕轴承13的空间连通。通过形成于转子空间17中的压力，转子空间通过轴向面密封件18自动排空，直到最终只有蒸气位于转子空间中，而没有流体。然后，马达类似于干运行马达那样工作。这样的马达的工作转速例如在40,000和100,000转每分钟之间。只要转子空间17再次充满流体，所述过程在马达的每次起动时就重复进行。
为了保证尽可能完全地从转子空间17中除去流体，在转子11端面处提供有共同运行的第一移动体26，该第一移动体布置在转子的端面上；以及第二静止移动体27，该第二静止移动体27通过O形环28紧密抵靠在分离管10上。该移动体26和27由绝热塑料制成，并基本有两个目的。一方面，它们将充满转子空间17中的、在转子11和轴承接收器15之间的空间，以便减小转子空间17的自由容积，从而减少可容纳的流体。另一方面，这些移动体26和27是绝热体，它使在工作中变热的转子空间17与其余的轴承空间隔开，以便避免在该区域形成凝结，以不增加摩擦。布置在转子11的另一侧的轴向面密封件19的形状和结构以及功能都与参考轴向面密封件18所述相同。这里还提供了移动体26和27。由于该设计，可以通过一个或两个轴向面密封件18和19而从转子空间17中除去流体。不过，优选是，这通过上部轴向面密封件18实现，因为通过孔12，这里只是为吸力侧压力，而在另一轴向面密封件19处则为压力侧压力，在将流体从转子空间中除去时必须克服该压力。
通过上述实施例，当达到合适转速范围时，位于转子空间内的流体马上自动进行加热和蒸发。不过，根据本发明，人们可以提供附加的电加热或其它类型的加热，这样，特别是分离管可以在转子12外侧的、布置移动体26、27的区域进行加热。也可以不用轴向面密封件，人们可以在转子空间的合适位置提供减压阀，例如在分离管中，以便除去流体。在本实施例中所述的马达是直流马达，不过，人们也可以采用交流马达或高速马达。
参考标号表1.壳体2.进口3.出口4.吸入开口5.叶轮6.槽道7.马达壳体8.电连接件9.定子10.分离管11.转子12.轴13.顶部轴承14.底部轴承15.顶部轴承接收器16.底部轴承接收器17.转子空间18.顶部轴向面密封件19.底部轴向面密封件20.轴中的孔21.静止轴向面密封环22.O形环23.螺旋弹簧24.槽道25.旋转轴向面密封环26.移动体27.移动体28.O形环
权利要求
1.一种用于操作泵单元的方法，该泵单元有离心泵和驱动该离心泵的电马达，该泵单元的转子(11)在分离管(10)中延伸，该分离管(10)以流体密封的方式使转子空间(17)相对于定子(9)分离，其中，在马达运转到工作转速的过程中和/或之后，位于转子空间(7)内的流体至少部分除去。
2.根据权利要求1所述的方法，其中位于转子(11)和分离管(10)之间的流体通过热效应而蒸发。
3.一种泵单元，尤其是用于根据权利要求1或2所述的方法操作，具有离心泵和驱动该离心泵的电马达，该泵单元的转子(11)在分离管(10)中延伸，该分离管(10)以流体密封的方式使转子空间(17)相对于定子(9)分离，其中，提供有使转子空间(17)相对于传送流体限制压力密封的装置(18、19、23)。
4.根据权利要求3所述的泵单元，其中承载转子(11)的轴承(13、14)布置在转子空间(17)外部。
5.根据前述任意一个权利要求所述的泵单元，其中至少一个承载转子(11)的轴承(13、14)布置在分离管(10)内。
6.根据前述任意一个权利要求所述的泵单元，其中两轴端都从转子空间(17)中引出，其中，叶轮(5)布置在一个轴端，除去的流体在远离叶轮(5)的轴端处附近引出。
7.根据权利要求1所述的泵单元，其中使转子空间(17)相对于传送流体限制压力密封的装置通过至少一个轴向面密封件(18、19)形成。
8.根据前述任意一个权利要求所述的潜水泵单元，其中容纳转子(11)的轴(12)的轴承(13、14)布置在轴承接收器(15、16)中，该轴承接收器装于分离管(10)内，且轴向面密封件(18、19)布置在转子(11)和轴承接收器(15、16)之间。
9.根据前述任意一个权利要求所述的潜水泵单元，其中轴承接收器(15、16)通过外部密封件(28)相对于分离管(10)密封，并通过内部密封件(22)相对于轴向面密封件(18、19)的静止部件(21)密封。
10.根据前述任意一个权利要求所述的潜水泵单元，其中轴承接收器(15、16)或轴向面密封件(18、19)有游隙地支承在转子(11)端面处，或者在轴承接收器(15、16)和转子(11)之间提供有单独的移动部件(26、27)，该单独移动部件(26、27)减小了转子(11)和轴承接收器(15、16)之间的、可以在工作时充满流体的自由容积。
11.根据前述任意一个权利要求所述的潜水泵单元，其中在轴承接收器(15、16)以及分离管(10)之间以及在轴承接收器(15、16)和轴向面密封件(18、19)的静止部件(21)之间的密封件(22、28)由O形环(22、28)形成。
12.根据前述任意一个权利要求所述的潜水泵单元，其中轴承接收器(15、16)和/或移动部件(26、27)由绝热材料组成。
13.根据前述任意一个权利要求所述的潜水泵单元，其中该分离管(10)至少可在部分区域加热。
14.根据前述任意一个权利要求所述的潜水泵单元，其中该分离管(10)可电加热。
15.根据前述任意一个权利要求所述的潜水泵单元，其中该分离管(10)可感应加热，特别是通过在工作时形成于转子(11)和定子(9)之间的磁场感应加热.
16.根据前述任意一个权利要求所述的潜水泵单元，其中该马达是永磁体马达。
全文摘要
本发明提供一种用于操作泵单元的方法，该泵单元有离心泵，该离心泵由电马达驱动，该离心泵包括在分离管(10)中延伸的转子(11)。转子空间(17)以流体密封的方式相对于定子(9)分离。当马达起动至工作转速时，位于转子空间(17)内的流体在转速增加时蒸发并随后除去，以便使马达最终以干运行模式工作。
文档编号F04D29/58GK1481478SQ01821025
公开日2004年3月10日 申请日期2001年12月13日 优先权日2000年12月22日
发明者约恩·克里斯滕森, 约恩 克里斯滕森 申请人:格伦德福斯联合股份公司