用于竖直涡轮泵的轴承组件的制作方法
【专利摘要】一种用于支撑泵的驱动轴的轴承组件，该轴承组件被构造有圆柱形本体，该圆柱形本体具有填充有润滑剂的内部腔室，设置在圆柱形本体的一端或两端的密封元件，以及压力均衡元件，压力均衡元件用于均衡存在于圆柱形本体内的区域和圆柱形本体外侧区域之间的压力差，从而延长了密封装置和轴承组件的使用寿命。
【专利说明】用于竖直涡轮泵的轴承组件
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于从井和池泵送水或其它流体并经过管线的类型的竖直涡轮泵，且更具体地涉及用于支撑驱动泵的一个或多个叶轮的驱动轴的轴承组件。
【背景技术】
[0002]竖直涡轮泵通常用于多种工业以从地面水平以下的源，诸如井或池，泵送水或其它流体。竖直涡轮泵的另一个常规应用是在管线中的增压装置。使用竖直涡轮泵的常规工业包括农业、水/废水、工业、油&气和采矿。
[0003]竖直涡轮泵可以多种方式被结构设置和配置。然而，大体来说，竖直涡轮泵包括驱动轴，在泵的操作过程中该驱动轴被定向为竖直方向以可操作地旋转至少一个叶轮。驱动马达通常被设置在竖直方向驱动轴的上端，且叶轮被设置在竖直驱动轴的另一端。泵的叶轮可通常容纳在工业中已知作为钵的结构中，且在装配中具有多个叶轮的竖直涡轮泵被配置有多个钵，各钵容纳一个叶轮。
[0004]在操作中，竖直涡轮泵被竖直地定向，其中钵组件被设置在池、井或桶中，且电机和驱动装置被设置在地面上方。叶轮的旋转使流体向上移动通过竖直定向的管道至出口或排出口，其根据应用要求被设置在地面上方或地面下方。在一些应用中，竖直涡轮泵可被定向成与竖直方向成一角度。
[0005]竖直涡轮泵还包括轴承，其在驱动轴的旋转过程中围绕和支撑该驱动轴。轴承被设置在沿着竖直涡轮泵的驱动轴的可变位置处，包括在驱动轴与钵形罩或泵壳体之间，在抽吸钟形罩处，在柱形主轴处，以及在接近驱动马达的密封壳体处。该轴承必须被润滑以在驱动轴在轴承中旋转时维持轴承的最佳操作。在竖直涡轮泵中润滑轴承的一个常规方式是将正被泵送的流体用作润滑剂，从而避免将油或油脂用作润滑剂。这通过使用排放装置将高压泵送流体引入轴承而实现。在美国专利第5，147，179号中说明了该装置的示例，其公开了多级排放系统，用于提供作为润滑剂的泵送流体至多级泵中的一系列泵部分轴承。
[0006]尽管现有技术中说明的该种类型的润滑系统足够用于泵送应用中，其中被泵送的流体是清澈的液体或者是具有很少固体物质的液体，这些系统在泵送的流体中含有固体或颗粒物质的应用中是有问题的。在泵送流体中的固体是有研磨作用的且引起旋转驱动轴和轴承之间的相邻表面的磨损。轴承的老化导致轴承效率降低以及震动过大，且泵必须最终被停止工作以进行重大维修。
[0007]在其它已知的泵系统中，清洁的流体冲洗系统用于冲洗轴承以除去在轴承表面处的固体。然而，由于诸如泵送位置等因素，该清洁流体冲洗系统不是总是可行的。此外，使用清洁冲洗流体可显著地增加操作成本。包括封闭的管的封闭主轴轴承还用于隔离主轴轴承，以及清洁流体冲洗系统用于润滑轴承。然而，该封闭的主轴轴承系统尽管可用于主轴，但不能用于钵形或泵壳体轴承。
[0008]因此，需要用于在竖直涡轮泵中提供延长的轴承寿命的新的装置，特别是在用于浆料处理或其它有研磨作用的情况时。
【发明内容】
[0009]在第一方面，公开了用于在竖直涡轮泵中支撑驱动轴的轴承组件的实施方式，该轴承组件包括:
[0010]圆柱形本体，其具有连续壁，该连续壁限定用于接收驱动轴从其穿过的通道，且具有外表面、内表面、第一端和第二端；
[0011]内部腔室，其沿着所述圆柱形本体的内表面形成；
[0012]环形肩部，其从所述第一端和所述第二端中的至少一个向内延伸，所述环形肩部被构造成接收并保持至少一个密封元件；和
[0013]压力均衡元件，其形成在所述圆柱形本体中。
[0014]该方面的轴承组件在内部腔室和圆柱形本体外侧的压力区域之间提供了压力均衡，这有效地减少了与轴承相关的密封元件的常规磨损，从而延长了密封元件和轴承组件的使用寿命。
[0015]在一些实施方式中，该轴承组件还包括形成在所述圆柱形本体的所述第一端和第二端的每端处的环形肩部。
[0016]在轴承组件的一些实施方式中，还包括开口，其穿过所述连续壁而形成并被设置成提供在所述腔室和所述压力均衡元件之间的流体连通。
[0017]在一些实施方式中，所述压力均衡元件可以是曲折通道，其沿着所述圆柱形本体的外表面形成且从所述开口延伸至所述圆柱形本体的所述第一端和第二端中的一个。
[0018]在一些实施方式中，所述压力均衡元件可以是螺旋通道，其沿着所述圆柱形本体的外表面形成以围绕所述圆柱形本体，并形成以从所述开口延伸至所述圆柱形本体的所述第一端和所述第二端中的一个。
[0019]在一些实施方式中，所述至少一个密封构架还包括一组凸缘密封件。
[0020]在一些实施方式中，所述轴承组件的内部腔室可填充有润滑剂。
[0021]在第二方面，公开了竖直涡轮泵的实施方式，包括:
[0022]驱动轴，其可操作地连接至驱动装置用于旋转所述驱动轴；
[0023]壳体元件，其围绕所述驱动轴并提供支撑结构；
[0024]轴承，其被设置在所述壳体元件和所述驱动轴之间，所述轴承包括，
[0025]圆柱形本体，其具有连续壁，且具有外表面、内表面、第一端和第二端，该连续的壁限定用于接收所述驱动轴从其穿过的通道；
[0026]内部腔室，其沿着所述圆柱形本体的内表面形成；
[0027]环形肩部，其从所述第一端和所述第二端的至少一个向内延伸，所述环形肩部被构造成在其中接收并保持至少一个密封元件；和
[0028]压力均衡元件，其设置在所述壳体元件和所述轴承之间，且与所述圆柱形本体的内部腔室流体连通，该压力均衡元件至少部分地容纳一定量的润滑剂；和
[0029]至少一个叶轮，其可操作地连接至所述驱动轴从而用于旋转。
[0030]通过压力均衡元件，该方面的竖直泵能在轴承的内部腔室与轴承外侧的压力区域之间提供压力均衡，这有效地减少了与轴承相关的密封元件的常规磨损，从而延长了密封元件和轴承组件的使用寿命。[0031]在竖直涡轮泵的一些实施方式中，该压力均衡元件包括曲折通道。
[0032]在一些实施方式中，该曲折通道形成在所述圆柱形本体的外表面中。
[0033]在其它实施方式中，所述曲折通道形成在所述壳体元件中。
[0034]在竖直涡轮泵的其它实施方式中，所述压力均衡元件包括螺旋通道。
[0035]在一些实施方式中，所述螺旋通道形成在所述圆柱形本体的外表面中。
[0036]在其它实施方式中，其中所述螺旋通道形成在所述壳体元件中。
[0037]在第三方面，公开了用于泵的轴承组件的压力均衡元件的实施方式，该元件包括:
[0038]轴承，其设置在可旋转驱动轴和固定泵壳体部分之间，所述轴承具有用于将润滑剂保持在其中的内部腔室，以及具有从所述内部腔室延伸至所述轴承外的一点处的开口 ；
[0039]通道元件，其从所述轴承的开口延伸至所述轴承外的一位置，其中所述压力均衡元件至少部分地容纳一定量的润滑剂。
[0040]该方面的压力均衡元件在轴承的内部腔室与轴承外侧的压力区域之间提供压力均衡，这有效地减少了与轴承相关的密封元件的常规磨损，从而延长了密封元件和轴承组件的使用寿命。
[0041]在压力均衡元件的一些实施方式中，其中所述通道元件形成在所述轴承的外表面中。
[0042]在压力均衡元件的可选实施方式中，其中所述通道元件形成在所述固定泵壳体部分中。
[0043]在本公开的第四方面，公开了一种用于在泵中支撑可旋转驱动轴的方法，包括:
[0044]提供具有外表面和旋转轴线的驱动轴；
[0045]提供包括圆柱形本体的轴承，该圆柱形本体具有内部腔室和穿过该圆柱形本体而形成的通道用于接收驱动轴，且轴承还包括至少一个密封元件；
[0046]在所述驱动轴和所述轴承之间提供压力均衡元件；
[0047]将所述驱动轴设置成穿过所述轴承的通道，以将该轴承定位成围绕所述驱动轴且将压力均衡元件设置在所述驱动轴和所述轴承的内部腔室之间；以及
[0048]在所述轴承上产生压力差以作用在所述压力均衡元件上，从而保护所述轴承的至少一个密封元件并提供所述内部腔室与轴承的外部的压力区域之间的隔离。
[0049]该方面的方法提供了装置，用于在轴承的内部腔室与轴承外侧的压力区域之间提供压力均衡，以有效地减少了与轴承相关的密封元件的常规磨损。因此，通过该方法，密封元件和轴承组件的使用寿命都延长了。
[0050]在用于支撑可旋转驱动轴的方法的另一方面，轴承的圆柱形本体包括内部腔室，所述内部腔室形成以朝向所述驱动轴并与其相邻，且其中所述圆柱形本体的压力均衡元件还包括曲折通道，其与内部腔室流体连通并从所述内部腔室延伸至所述圆柱形本体的外表面，该曲折通道容纳一定量的润滑剂，从而在产生压力差时，所述压力均衡元件操作以均衡在所述内部腔室和所述轴承的外侧之间的压力。
[0051]在公开的第五方面中，公开了用于具有压力均衡元件的竖直涡轮泵的组装方法，包括:
[0052]提供驱动轴；[0053]提供在所述驱动轴附近的支撑结构；
[0054]提供轴承，其包括具有通道用于接收驱动轴从其穿过的圆柱形本体，以及还包括压力均衡元件；
[0055]将所述轴承定位成围绕所述驱动轴，且与所述支撑机构相接合；以及
[0056]将所述压力均衡元件定向为朝向增大压力形成区域，以有助于在所述轴承内接近所述驱动轴的点处与所述增大压力形成区域之间的压力均衡，所述驱动轴的旋转引起该增大压力。
[0057]根据本方面的组装方法，提供了竖直涡轮泵，其被结构设置有压力均衡能力，其能够延长与轴承相关的密封元件的使用寿命，从而提供用于泵的有利操作条件。
[0058]在竖直涡轮泵的组装方法的一些实施方式中，轴承的圆柱形本体包括内部腔室，该内部腔室形成以朝向所述驱动轴定向并被设置成与该驱动轴相邻，且其中所述圆柱形本体的压力均衡元件还包括与所述内部腔室流体连通的通道，其从所述内部腔室延伸至所述圆柱形本体的外表面，该通道容纳一定量的润滑剂，其中将所述压力均衡元件朝向增大压力区域定向还包括将所述通道中的润滑剂暴露于所述增大压力区域。
[0059]在一些其它实施方式中，所述轴承的圆柱形本体包括设置在所述圆柱形本体的一端的至少一个密封元件，该方法还包括将所述轴承的圆柱形本体定向以将至少一个密封元件设置成朝向所述增大压力区域。
[0060]在其它实施方式中，所述压力均衡元件的内部腔室和通道在将所述轴承定位成围绕所述驱动轴之后被填充有润滑剂。在其它实施方式中，润滑剂可在轴承被定位成围绕关于驱动轴之前被设置在压力均衡元件的通道中。
[0061]在本公开的一个方面，用于竖直涡轮泵的轴承被构造成提供轴承相对于磨损材料或固体的改进密封，从而延长轴承的使用寿命以及竖直涡轮泵的操作。
[0062]在本公开的另一方面，用于竖直涡轮泵的轴承被结构设置成在轴承的内部与轴承外侧的环境之间提供压力均衡，以改进轴承的操作性，特别是在高压情况下，且从而延长轴承与密封元件的使用寿命。
[0063]本公开的轴承大体包括轴颈轴承，其通过在泵组装过程中预加载在轴承中的油或油脂而润滑。
[0064]在本发明的另一方面，轴承被构造有隔离系统，其隔离并保护轴承的内表面避免暴露至磨损流体。该隔离系统可包括密封元件，其被设置成隔离轴承表面避免磨损流体渗入，特别是在高压情况下。在一些合适的实施方式中，该密封元件可以是凸缘密封组件，且包括一组双凸缘密封件，其由聚四氟乙烯(PTFE)制成以增强凸缘密封件的强度。在本发明的另一方面，在组件中的各凸缘密封件可被构造有至少一个环形增强构件以改进凸缘密封件与轴表面的全面接触，特别是在高压条件下，并提供延长的使用寿命。
[0065]在发明开的另一方面，轴承被结构设置有压力均衡元件，其可操作以均衡在轴承的内部分或腔室与轴承外侧的环境之间的压力，以改进在高压情况下的轴承的功能。在压力均衡元件的一个具体适用的实施方式中，该轴承被配置有通道或槽，其沿着轴承的表面延伸，且从轴承的内部分延伸至轴承的外部分。在一个实施方式中，该通道或槽可被设置在轴承的外(非轴承)表面上。在另一个实施方式中，通道或槽可被设置在支撑轴承的支撑结构的表面中，例如设置成与轴承的外表面相邻的泵壳体。[0066]润滑剂，诸如油脂，可被预封装至轴承的内部分以及压力均衡元件的通道或槽中。轴承外存在的高压将压力施加在通道上或通过通道，从而推动润滑剂进入轴承的内部区域以保持轴承表面的最佳润滑。在轴承内部与轴承外侧的环境之间的压力均衡具有增加的优点以延长密封组件或密封元件的寿命，并允许密封件在高压应用中操作，从而延长了轴承的使用寿命。
[0067]在本公开的另一方面，压力均衡元件可与支撑轴承的固定表面相关，其还被称作“轴承表面”或“支撑表面”，例如，泵壳体或者主轴柱。该压力均衡元件可包括形成在轴承表面中的路径，其从接近于轴承内的点延伸至接近轴承外的点，以提供与轴承的内部以及轴承外的环境连通的通道。因此，可将轴承外的压力施加至形成在轴承表面中的通道，其进而将压力施加在轴承的内部，从而将润滑油推入轴承的内部区域以维持轴承表面的最佳润滑。
[0068]本发明的轴承提供了在竖直涡轮泵中的现有技术轴承系统上的改进，其以被结构设置使得延长轴承的使用寿命，且消除对提供冲洗系统的需要，冲洗系统是昂贵的且可阻塞或被磨损，从而导致泵效率降低或者用于维修的停工期。
[0069]当参考作为本公开的一部分的附图根据下文的具体说明，其它方面、特征和优点将是明显的，附图以示例的方式示出了所公开的任何发明的原理。
【专利附图】
【附图说明】
[0070]附图有助于理解多个实施方式:
[0071]图1是使用本公开的轴承的示例性竖直涡轮泵类型的透视图；
[0072]图2是根据本公开的一方面的轴承的透视图；
[0073]图3是示出了图2的轴承的泵壳体关于竖直涡轮泵的驱动轴设置的剖视图；
[0074]图4是图3中所示的横截面的放大视图；
[0075]图5是根据本公开的另一方面的轴承的透视图；
[0076]图6是图5中所示的轴承被剖开的透视图；
[0077]图7是图6所示的轴承的剖视图；
[0078]图8是图5的轴承关于竖直涡轮泵的驱动轴设置的泵壳体的剖视图；
[0079]图9是图8中所示的剖视图的放大视图；
[0080]图10是本公开的压力均衡元件的另一个实施方式的剖视图；
[0081]图11是图10中所示的剖视图的放大视图；和
[0082]图12是根据本公开的压力均衡元件的另一个方面的剖视图。
【具体实施方式】
[0083]尽管这里所公开的轴承组件可被配置成用于任何数量的不同的泵，作为示例，这里描述的轴承组件设置在竖直涡轮泵中。图1示出了该类型多级竖直涡轮泵的大体结构，本发明的轴承可适用于其中。该竖直涡轮泵10大体设置有驱动轴12，其从包括驱动端的第一端14延伸到包括抽吸端的第二端16。驱动马达(未示出)被定位成接近驱动轴12的第一端14，驱动轴可操作地连接至驱动马达以实现驱动轴的旋转。在驱动轴12的第二端16设置有一个或多个叶轮18，在图1中示出了多级配置的三个该叶轮。[0084]驱动轴12从排出头部组件20延伸，该排出头部组件20包括排出口 22，通过紧固在一起的一个或多个柱形管24以产生延长长度的泵10。固定至最下柱形管24的端部的是一个或多个串联地固定在一起的钵形罩(bowl),各钵形罩被结构设置为容纳叶轮18。在泵的可选配置中，钵形罩26可直接固定至排出头部20。在最下钵形罩的端部连接有抽吸钟形罩28或者用于将流体吸入泵中的其它可选装置。
[0085]该竖直涡轮泵10可被结构设置有沿着驱动轴12的长度的多个轴承或者轴承组件。例如，在第一端14或泵的驱动端处驱动轴12延伸通过密封轴承组件30，该密封轴承组件30密封排出头部组件20以避免泵送流体朝向驱动马达泄露。此外，主轴轴承32被设置在驱动轴12的长度的连接点以及其它位置上，如设计所要求的。如下文中更详细的说明，轴承设置在泵的各钵形罩26中。此外，抽吸钟形罩轴承34被设置在抽吸钟形罩28中以支撑驱动轴12。下文中所公开的轴承适用于这些轴承位置的任何一个，但作为一个使用示例，在下文中将关于在泵的钵形罩26中的轴承位置进行说明。
[0086]图2-4示出了本发明的轴承40的第一方面。该轴承40大体上包括大体圆柱形本体42，其具有限定厚度T的连续的壁44。该连续的壁44限定穿过圆柱形本体42的中间通道43，该圆柱形本体42被尺寸设置成接收驱动轴12从其中穿过。该连续壁44具有外表面45和内表面46，如图3和4中所示。该内表面46向旋转驱动轴12的外表面48提供相邻的表面，该表面还被称作垫47。轴承40的外表面45被定位成靠在支撑结构49上,其在图3中示出为钵形罩26。轴承40可通过已知方式压配合或栓接至支撑结构49。在图中示出圆柱形本体42为管形，但是外壁可以任何数量的方式配置，以使轴承本体适于在泵中的具体使用或者定位。
[0087]轴承40可由任何适合的材料制成，包括硬化的金属材料。轴承40的相邻表面或垫47最适合地可被硬涂层有延长轴承40的磨损期限的材料。例如该硬涂层包括氧化铬和碳化钨。轴承40可以是单个垫设计或多个垫47设计，如图3和4中所示，其示出了两个垫47设计,其具有两个内表面46，为驱动轴12提供两个轴承表面。
[0088]最佳地如图3和4中所示，圆柱形本体42形成有内部腔室50，在泵10的装配过程中润滑剂被预填充至该内部腔室50中。该润滑剂可以是任何合适的材料，如油脂。该油脂用于润滑轴承40的内表面46与驱动轴12的外表面48之间的接触区域。
[0089]该圆柱形本体42还被配置有从轴承的第一端54向内延伸的环形肩52，以及从圆柱形本体42的第二端58向内延伸的环形肩56。该环形肩52、56的深度(如从圆柱形本体42的端部54、58向内朝向圆柱形本体42的其它端部测量)尺寸被设置成以容纳一个或多个(至少一个)密封元件59。在一些实施方式中，轴承的仅一端被配置有与该密封元件59匹配的肩部。
[0090]在一个如图所示的具体的实施方式中，密封元件59可以是一组环形凸缘密封件60，其围绕并接触驱动轴12的外表面48。在图2-4中所示的【具体实施方式】中，各环形肩部52,56可被尺寸设置成接收并保持两个双凸缘密封件60。该凸缘密封件60可优选地由牢固的且弹性的材料(如PTFE)构成，而其它合适的材料也可用于构成凸缘密封件60。如图7中所示，该凸缘密封件60还可通过增强环62增强。在各环形肩部52、56中使用多个凸缘密封件60提供将轴承40阻挡浆料或磨料进入轴承40的内表面46的改进的密封，尤其是在最外凸缘密封件(如，最接近圆柱形本体的端部54、56的凸缘密封件)失效的情况下。显著地，可使用诸如机械密封件或其它装置或密封装置等的其它类型的密封元件，且这里所述的凸缘密封件仅作为示例的方式。
[0091]尽管串联的凸缘密封件配置改进了轴承的使用寿命，然而通过提供用于均衡在轴承的内部或轴承腔室50与轴承外部环境之间存在的压力差的装置可甚至进一步延长了了凸缘密封件使用寿命和轴承本身的寿命。也就是说，发明人发现在圆柱形本体42的内部腔室50与圆柱形本体的外部区域之间存在的压力差使得凸缘密封件失效，这是由于高压的作用在凸缘密封件上。发明人发现提供压力均衡元件将减小作用在凸缘密封件上的压力，从而延长凸缘密封件的使用寿命并提高其压力处理能力。
[0092]因此，在本公开的一个方面中，压力均衡元件64被设置在轴承40的圆柱形本体42中。在图2-4中示出了压力均衡元件64的一个示例。在本公开的所示方面中,压力均衡元件64包括形成在圆柱形本体42中的通道65。在图2-4中示出的该通道是从开口 68延伸至出口点70的曲折(labyrinthine)密封通道66，开口 68形成为通过连续壁44的厚度T，而出口点70在圆柱形本体42的第二端58处。连续壁44的开口 68提供在圆柱形本体的内部腔室50与曲折通道66之间的流体连通，同时在将轴承40用于操作泵的过程中保持内部腔室50与泵送流体的一定程度的隔离。
[0093]在泵的操作中，由于流体的泵送，在轴承40上产生压力差，使得相对于轴承40外侧的在轴承40端部54、58处的压力，内部腔室50具有较低压力。通过在轴承40中提供压力均衡元件64，例如曲折通道66，泵送流体在出口点70处将压力施加至曲折通道66，推动流体进入通道66。所形成的压力施加在曲折通道66中的油脂上，使得油脂保持在腔室50中以润滑圆柱形本体42的内表面46相邻表面47，而不是泵送流体进入该内部腔室。同时，有曲折通道66产生的压力均衡减少了凸缘密封件66上的压力差，从而延长了凸缘密封件的使用寿命。因此，压力均衡元件64有助于延长密封元件59和轴承40本身的使用寿命。
[0094]可操作以调节内部腔室50与轴承40外侧的泵腔室环境之间的压力差，同时保持腔室50与泵腔室环境中的泵送流体隔离其它实施方式是合适的。在图中所示的曲折通道66是可用于轴承40的压力均衡元件64的一种可行配置，且可适用其它可行配置和装置。该曲折通道66，或者其它不同形状或配置的通道用作一种类型的储存器，润滑剂移动进入或退出该储存器使得腔室50和泵腔室中的压力均衡。其它形式是可行的。例如，如图5-9中所示，其中以相似的附图标记表示相似的构件，压力均衡元件64可以是螺旋通道76的形式。在该实施方式中，螺旋通道76围绕圆柱形本体42的外表面45，且在开口 68与出口点78之间延伸，该出口点78接近圆柱形本体42的端部58。还可将多于一个压力均衡元件64用于轴承40中，在图中示出了单个压力均衡元件64。例如，还可在轴承40的圆柱形本体42的任一端或两端54、58处提供压力均衡元件。
[0095]图10和11中示出了在本发明的其它方面，可将管润滑剂口 80设置在支撑结构49中，如钵形壳体26的套筒(hub)82所示。润滑剂口 80可以是可螺纹配合至套筒82的加油嘴配件。在泵10的装配过程中，润滑剂口 80可被定位成使得在轴承40的连续壁中与腔室50连通的开口 86可被设置成与润滑剂口 80流体连通，以提供用于将润滑剂经由钵形壳体26的套筒82注射进入润滑剂口 80并进入腔室50的装置。润滑剂口 80还可被配置和设置成与轴承40的开口 68流体连通。该润滑剂口 80还可通过经由套筒82作用在润滑剂口 80的开口 84上的加压流体，朝向轴承40的腔室50推动在润滑剂口 80中的润滑剂，而提供一些压力均衡方式。
[0096]在本发明的其它实施方式中，压力均衡元件64被设置在轴承40与轴承40的支撑结构49之间，例如如图12中所示作为钵形壳体26的套筒82。在该实施方式中压力均衡元件64可以是螺旋通道或者曲折通道88的形式，与图2或5中所示的通道66的配置相似，除了图2和5中示出通道形成在轴承40的外表面，而该通道形成在支撑结构49中。压力均衡元件64可以是任何其它合适的装置或配置。该曲折通道88可以预装或以另外地填充有润滑剂。该曲折通道88包括第一端90和第二端92，其中第一端90被设置成与轴承40中的开口 68连通以提供与轴承40的腔室50的流体连通，而该第二端92开口至钵形壳体26的内部94。因此，钵形壳体26中的压力作用在曲折通道88上从而以前述的方式将润滑剂推向轴承40的腔室。图12中所示的压力均衡元件64提供在轴承40上的压力均衡，并延长了凸缘密封件60的使用寿命，如上文所述。
[0097]该压力均衡元件64，无论在轴承40的圆柱形本体42中或者在用于轴承40的支撑表面49中，如泵壳体部分中，可通过工业中已知并使用的方法机加工轴承40或机加工壳体部分而形成。可选地，可通过本领域已知的铸造方法生产轴承40或支撑表面49。
[0098]其中安装有本发明的轴承组件的竖直涡轮泵最合适地通过首先提供支撑结构，如泵壳体部分、轴承和驱动轴，而装配。显然，泵壳体可以是泵壳体的需要这里所公开的类型的轴承的任何合适部分，包括在泵壳体的结合长度之间的连接接头处的泵壳体，或者用于容纳叶轮的钵形罩，或者泵的其它合适壳体元件。接着，该轴承可被定位成与支撑结构或泵壳体部分接合，且接着将驱动轴定位成穿过轴承的圆柱形本体。该轴承关于驱动轴而定位，从而压力均衡元件被定向为朝向在泵操作过程中驱动轴的旋转引起的增大压力的形成区域，以促进轴承内接近驱动轴的位置处与增大压力形成区域之间的压力均衡。因此，例如，压力均衡元件被定向为朝向泵的区域，其中由泵的操作(即，驱动轴的旋转)产生压力差，从而在轴承40的内部腔室50与轴承40外的区域之间压力差均衡。
[0099]使用这里的公开所说明的轴承组件的实验数据显示了由压力均衡元件产生的在多种压力(一些超过了所使用的密封件的压力定额)下的一致和满意的密封和轴承性能。通过使用具有六个轴承组件的四级竖直涡轮泵的测试而产生数据，在各钵形罩中一个轴承组件，以及在柱形组件中的各轴承保持间中一个轴承组件。泵测试的轴承外压力为从约5psi至超过270psi,且使用的凸缘密封件额定值为从60psi至lOOpsi。无论外部压力的大小，凸缘密封件性能和磨损模式一致，从而表示通过该轴承组件成功地获得了压力的均衡。没有发现凸缘密封件的失效，也表示实现了压力均衡。长时间操作(如，二十四小时)显示了在轴和轴颈轴承上很少的(如果有的话)可感知的磨损，这是相对于常规的结构和操作的显著的进步，在常规的结构和操作中泵操作了相似的时间时显示在轴和轴颈轴承上的一定程度的磨损。
[0100]本公开的轴承提供了轴承及其子构件(S卩，凸缘密封件)的延长的使用寿命。轴承还通过有效地消除对填缝机构的需要而提供了竖直涡轮泵的改进操作。
[0101]在【具体实施方式】的前述说明中，采用具体术语用于清楚的目的。然而，本发明不旨在限于所选择的具体术语，且应理解个具体术语包括其它的技术等同术语，其以相似的方式实现相似的技术目的。诸如“左”和“右”，“前”和“后”，“之上”和“之下”等的术语作为方便的词语提供参考位置而不应构成限制性术语。[0102]在本说明书中，词“包括”应理解为其“开放”意义，即“具有”的意思，因此不应被限制为“封闭”意义，即“仅包括”的意思。相应的意思也适用于相应的词“包含”，“包括有”
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[0103]此外，前述仅说明了一些实施方式，可进行改变、修改、增加和/或变化而不偏离所公开的实施方式的范围和实质，该实施方式是示例性的而不是限制性的。
[0104]此外，所说明的实施方式涉及当前考虑为最实用和最优选的实施方式，其应理解为实施方式不应限于所公开的实施方式，相反地，旨在覆盖包括在该实施方式的实质和范围内的不同的修改和等同设置。此外，上述说明的多种实施方式可与其它实施方式结合使用，如，一个实施方式的方面可与另一个实施方式的方面结合而实现再另一个实施方式。另夕卜，任何给定组件的各独立特征或构件可构成另外的实施方式。
【权利要求】
1.一种用于在竖直涡轮泵内支撑驱动轴的轴承组件，所述轴承组件包括: 圆柱形本体，其具有连续壁，且具有外表面、内表面、第一端和第二端，该连续壁限定用于接收驱动轴从其通过的通道； 内部腔室,其沿着所述圆柱形本体的所述内表面形成； 环形肩部，其从所述第一端和所述第二端中的至少一个向内延伸，所述环形肩部被构造成接收并保持至少一个密封元件； 至少一个密封元件，其被定位在所述环形肩部中；和 压力均衡元件，其形成在所述圆柱形本体中。
2.如权利要求1所述的轴承组件，还包括形成在所述圆柱形本体的所述第一端和第二端中的每端处的环形肩部。
3.如权利要求1所述的轴承组件，还包括开口，所述开口被形成为穿过所述连续壁并被设置成提供在所述腔室和所述压力均衡元件之间的流体连通。
4.如权利要求3所述的轴承组件，其中所述压力均衡元件包括曲折通道，所述曲折通道被形成为沿着所述圆柱形本体的所述外表面且从所述开口延伸至所述圆柱形本体的所述第一端和第二端中的一个。
5.如权利要求3所述的轴承组件，其中所述压力均衡元件是螺旋通道，所述螺旋通道被形成为沿着所述圆柱形本体的外表面以围绕所述圆柱形本体，并从所述开口延伸至所述圆柱形本体的所述第一端和所述第二端中的一个。
6.如权利要求1所述的轴承组件，其中所述至少一个密封元件还包括一组凸缘密封件。`
7.如权利要求1所述的轴承组件，其中所述腔室填充有润滑剂。
8.一种竖直涡轮泵，包括: 驱动轴，其可操作地连接至用于旋转所述驱动轴的驱动装置； 壳体元件，其围绕所述驱动轴并提供支撑结构； 轴承，其被定位在所述壳体元件和所述驱动轴之间，所述轴承包括， 圆柱形本体，其具有连续壁，且具有外表面、内表面、第一端和第二端，该连续壁限定用于接收所述驱动轴从其穿过的通道； 内部腔室,其沿着所述圆柱形本体的所述内表面形成； 环形肩部，其从所述第一端和所述第二端的至少一个向内延伸，所述环形肩部被构造成在其中接收并保持至少一个密封元件；和 压力均衡元件，其设置在所述壳体元件和所述轴承之间，且与所述圆柱形本体的所述内部腔室流体连通，该压力均衡元件至少部分地容纳有一定量的润滑剂；和至少一个叶轮，其可操作地连接至所述驱动轴从而用于旋转。
9.如权利要求8所述的竖直涡轮泵，其中所述压力均衡元件包括曲折通道。
10.如权利要求9所述的竖直涡轮泵，其中所述曲折通道形成在所述圆柱形本体的所述外表面中。
11.如权利要求9所述的竖直涡轮泵，其中所述曲折通道形成在所述壳体元件中。
12.如权利要求8所述的竖直涡轮泵，其中所述压力均衡元件包括螺旋通道。
13.如权利要求12所述的竖直涡轮泵，其中所述螺旋通道形成在所述圆柱形本体的所述外表面中。
14.如权利要求12所述的竖直涡轮泵，其中所述螺旋通道形成在所述壳体元件中。
15.一种用于泵的轴承组件的压力均衡元件，所述压力均衡元件包括: 轴承，其在使用中定位在可旋转驱动轴和固定泵壳体部分之间，所述轴承具有用于将润滑剂保持在其中的内部腔室，并且具有从所述内部腔室延伸至所述轴承外的一点处的开Π ； 通道元件，其从所述轴承的所述开口延伸至所述轴承外的一位置，其中所述压力均衡元件至少部分地容纳有一定量的润滑剂。
16.如权利要求15所述的压力均衡元件，其中所述通道元件形成在所述轴承的外表面中。
17.如权利要求15所述的压力均衡元件，其中所述通道元件形成在所述固定泵壳体部分中。
18.一种用于在泵中支撑可旋转驱动轴的方法，包括: 提供具有外表面和旋转轴线的驱动轴； 提供包括圆柱形本体的轴承，该圆柱形本体具有内部腔室和通道，所述通道形成为穿过所述圆柱形本体用于接收驱动轴，所述轴承还包括至少一个密封元件； 在所述驱动轴和所述轴承之间提供压力均衡元件；` 将所述驱动轴设置成穿过所述轴承的所述通道，以将该轴承定位成围绕所述驱动轴且将所述压力均衡元件定位在所述驱动轴和所述轴承的所述内部腔室之间；以及 在所述轴承上产生压力差以作用在所述压力均衡元件上，从而保护所述轴承的所述至少一个密封元件并提供所述内部腔室与所述轴承的外部的压力区域之间的隔离。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述内部腔室被形成以朝向所述驱动轴并与所述驱动轴相邻，且其中所述圆柱形本体的所述压力均衡元件还包括通道，所述通道与内部腔室流体连通并从所述内部腔室延伸至所述圆柱形本体的外表面，该通道容纳有一定量的润滑剂，从而在产生压力差时，所述压力均衡元件操作以均衡在所述内部腔室和所述轴承的外侧之间的压力。
20.一种用于装配泵的方法，包括: 提供驱动轴； 提供接近于所述驱动轴的支撑结构； 提供轴承，所述轴承包括圆柱形本体，所述圆柱形本体具有通道用于接收驱动轴从其穿过，以及还具有压力均衡元件； 将所述轴承定位成围绕所述驱动轴，且与所述支撑机构相接合；以及 将所述压力均衡元件定向为朝向增大压力形成区域，以有助于在所述轴承内接近于所述驱动轴的位置处与所述增大压力形成区域之间的压力均衡，所述驱动轴旋转形成该增大压力。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述轴承的所述圆柱形本体包括内部腔室，该内部腔室形成以朝向所述驱动轴定向并被定位成与该驱动轴相邻，且其中所述圆柱形本体的压力均衡元件还包括与所述内部腔室流体连通的通道，所述通道从所述内部腔室延伸至所述圆柱形本体的外表面，所述通道容纳有一定量的润滑剂，其中将所述压力均衡元件朝向增大压力区域定向还包括将所述通道中的润滑剂暴露于所述增大压力区域。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述轴承的所述圆柱形本体包括定位在所述圆柱形本体的一端处的至少一个密封元件，所述方法还包括将所述轴承的所述圆柱形本体定向以将所述至少一个密封元件布置成朝向所述增大压力区域。
23.如权利要求20所述的方法，其中所述内部腔室和所述压力均衡元件的通道在所述轴承被 定位成围绕所述驱动轴之后被填充有润滑剂。
【文档编号】F04D29/04GK103874860SQ201280050775
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年8月16日 优先权日:2011年8月16日
【发明者】D.E.博尔特 申请人:韦尔弗洛韦股份有限公司