多级离心泵的制作方法

本发明涉及一种多级离心泵。

背景技术：

在泵级的叶轮设置在共同的轴上并且可转动地设置在泵壳体内部的多级离心泵中，驱动经常通过外部马达进行，该马达利用耦合部与泵轴驱动连接并被收纳并紧固在马达托架上、即被构造用于收纳马达的壳体部件上。为此，一个轴端部密封地被引导穿过泵壳体并从该泵壳体中引导出来，另一轴端部支承在泵壳体内部。在此在现有技术中，作用到泵轴上的力通过马达轴承被吸收并在泵壳体内部仅例如通过轴套管设有径向引导部，所述轴套管设置在泵级的区域中。相反地，在较大的多级泵的情况下，泵侧的轴端部沿径向和/或沿轴向被支承在泵壳体内部，以用于为马达轴承减轻负载。然而，所有的设计方案的共同点是提高的负载进而马达轴承的提高的磨损。

在此在现有技术中，这些由于液压力而产生的、施加到轴上的轴向力被补偿，通过利用压力侧压力来压力加载支承在壳体中的轴端部或者通过在叶轮的顶部盘中设置缺口。后者由于由此而造成的回流而导致不小的效率损耗。在液压的力补偿中存在下面的问题，即在旋转的轴端部和固定的壳体之间设置一高要求的密封件，该密封件当其具有良好的密封作用时，造成了高摩擦进而还有高磨损，并且在降低密封作用的情况下会导致溢流损耗。

技术实现要素：

在该现有技术的背景下，本发明的目的在于这样地构造一种类属的多级离心泵，使得一方面能够降低施加到轴上的液压造成的力，但是另一方面也进行了良好的、摩擦和磨损小的并由此而长时间稳定的密封。

根据本发明，该目的通过根据本发明的特征来解决。本发明的有利的设计方案在从属权利要求、下面的说明书以及附图中给出。在此，在从属权利要求和说明书中所给出的特征可以分别单独地、但也可以以合适的结合方式来进一步设计根据本发明的解决方案。

在根据本发明的多级离心泵中，泵级的叶轮直接地或者通过承载体设置在轴上，所述轴可转动地设置在泵壳体内部。该轴在一端部上被密封地从壳体中向外引导，以用于与驱动马达连接，该轴在另一端部上设置在泵壳体内部，其中，设置在泵壳体内部的轴端部利用反作用力来加载，该反作用力通过经由与泵压力侧的管道连接部的压力加载来产生，典型但非必须地，利用最后的泵级的、即泵压力侧的压力。根据本发明，在支承在泵壳体内部的轴端部上设有轴向密封件，在轴端部上引导该轴向密封件的旋转部件，在泵壳体内部可沿轴向运动地引导该轴向密封件的非旋转部件。在此，根据本发明，在非旋转的、可沿轴向运动地受支承的部件和泵壳体之间设有密封装置，以用于也在该处防止液体从压力侧向抽吸侧溢流。本发明意义下的泵壳体也可以被理解为一种中间构件，该中间构件整合至泵壳体中并且密封装置作用在该中间构件上。

根据本发明的解决方案的基本思想在于，一方面设有液压的力补偿，该液压的力补偿降低了泵轴的作用到轴承上的轴向力，但是另一方面又在支承在壳体内部的轴端部上设置轴向密封件，该轴向密封件具有仅很小的摩擦并由此而具有小的磨损，但是该轴向密封件在结构上简单且在效果上可靠。这点通过如下方式来实现，即，轴向密封件的旋转部件设置在轴端部上并且非旋转部件设置在泵壳体内部。然而，为了能够平衡轴的可能的磨损或轴向游隙，轴向密封件的非旋转部件以有利的方式在泵壳体内部能沿轴向运动地被支承和引导，其中，在轴向密封件的可沿轴向运动地受支承的部件和泵壳体之间设有密封装置。因此，整个密封件被划分成纯的轴向密封件以及其他的密封件、优选径向密封件，其中，主要的运动在轴向密封件的区域中被拦住，与之相反，其他的、特别是径向密封件仅须实施小的轴向运动，并由此结构造成地也仅承受小的磨损。因此，该其他的、特别是径向密封件可以低成本地例如由弹性密封环构成，与之相反，轴向密封件可以通过相应构型的密封面仅被设计用于相对于旋转运动进行密封。在此，在轴向密封件的合适的设计方案中，该轴向密封件也可以吸收轴向力并由此也承担轴向轴承的功能。

因此，为了特别是在很大程度上补偿由于液压力而产生的轴向力，根据本发明设置：利用压力侧的压力对支承在泵壳体内部的轴端部进行加载。但是，根据本发明的设计以特别有利的方式设置：密封不是通过固定构件和旋转构件之间的密封件来进行，而是通过泵壳体和轴向密封件的可沿轴向运动地受支承的且非旋转部件之间的密封件来进行。该解决方案的优点在于，密封件仅吸收轴向密封件的非旋转部件的通常很小的轴向运动，而不是相对旋转部件的摩擦剧烈且促进磨损的运动，这种运动通过轴向密封件来吸收。就此而言，密封通过密封间隙(Dichtspalt)本身来进行，该密封间隙在相应设计尺寸的轴向密封件的情况下是足够小的，以便能够忽略溢流损耗。因此，密封装置可以设计为成本低且长时间稳定，而对泵的效率没有明显的影响。

根据本发明的解决方案的优点还在于，至少在被限界的程度上，轴的轴向力可以被泵壳体中的轴向密封件吸收。但是，轴向力的主要部分通过液压平衡、即通过将由泵产生的压力水平回引到泵壳体内部的自由轴端部上来产生，从而可以与级数无关地确保以标准马达来驱动所述泵。液压造成的、作用到轴上的轴向力的动态的力补偿使待由轴向轴承吸收的力被限界到最小值。液压的力补偿的优点还在于，在干运行的情况下，当该回位力未出现时，也不会进行力补偿，从而使得磨损本身于是保持在可承载(tragbar)的范围内。

此外，根据本发明的设计方案的优点还在于，在相应结构转换的情况下，不仅轴向密封件，而且其余的密封装置、特别是径向密封件均能够被更换，而不必将轴从泵壳体中移除。由此，也使得泵级、即具有配属的导向器的叶轮可以留在其符合规定的位置上。

特别有利地，轴向密封件的非旋转部件在它的背向密封面的轴向侧上、即在背侧上利用泵压力侧的压力来加载。由此，为轴向密封件或者说为轴向轴承功能施加了所需要的支撑力，确切地说是动态地，即取决于泵的出口压力地施加了所需要的支撑力。

这些还可以有利地通过如下方式来改进，即，轴向密封件的非旋转部件具有环，该环的一个轴向端侧面构成轴向密封件的密封面，并且该环的另一个背向所述轴向端侧面的、也就是背侧上的轴向侧被构造得闭合并具有至少一个缺口，该缺口的压力有效横截面积小于与压力侧的管道连接部的压力有效横截面积。在此，本发明意义下的缺口可以是边缘间隙、开口、一个或多个断裂部等，或者是它们的组合。重要的是，一个或多个缺口的压力有效横截面积始终小于与压力侧的一个或多个管道连接部的压力有效横截面积，以用于确保在泵启动的情况下，首先在环的该闭合面之前产生压力，该压力导致了环沿轴向朝向轴端部上的相对密封面方向运动，并且当一些时间过去之后，由环所限界的内部空间完全被液体填充时，该附加的、引起环运动的轴向力才减小。

为了使轴向密封件的可沿轴向运动的部件并且使泵壳体或者说设置在泵壳体内部用于收纳可轴向运动的部件的构件被密封，有利地设有O形环，该O形环被保持在径向环绕的凹槽中。该径向环绕的凹槽可以要么设置在壳体侧，要么设置在环侧、即轴承侧。这种O形环能低成本地、容易地装配，并且根据需要进行更换，并形成了长时间可靠的密封件。

特别有利地，O形环位于设置在保持环的内侧上的、环绕的凹槽中，该保持环固定在泵壳体中。O形环不是直接位于泵壳体中，而是位于中间构件中的这种设计的优点在于，在此仅需切削地加工保持环，并且保持环例如通过挤压被整合到泵壳体中，就此而言在制造凹槽时，无需撑开(Aufspannen)泵壳体。

为了形成轴向密封件的非旋转部件的闭合轴向侧，该部件可以由实心材料(Vollmaterial)制成，例如被构造为车削件。然而特别有利地，该部件被构造为由一管段组成的环，并且闭合轴向侧由一板材段构成，该板材段可以低成本地通过冲压制造而成。板材段在背侧覆盖环并由此构成具有至少一个缺口的、在早期压力有效的闭合轴向侧，该板材段此外还可以有利地用于构成轴向密封件的非旋转部件的、特别是环的防转动装置，并将该非旋转部件要么抗扭地固定在保持环上和/或固定在泵壳体上。由于就此而言仅吸收很小的力，所以该功能可以通过低成本的冲压件来实现，该冲压件根据需要被相应成型地加工。

根据本发明，在轴侧上设置：一保持环密封并固定地与轴端部连接，该保持环要么本身构造为密封环并构成轴向密封面，要么有利地收纳构成轴向密封面的滑动环。这样的滑动环例如可以由高度耐磨损的碳化硅制成，其中，保持环可以由低成本的优选的金属材料制成。在此，构成轴向密封面的滑动环有利地借助于拧入到保持环中的螺纹衬套或者衬套形状配合地固定在该保持环上或与该保持环固定在一起。这能够实现构成轴向密封面的滑动环的更换，同样无需拆卸轴，因为轴的自由端部可以从泵壳体之外接近并能够借助于工具针对转动被锁定。

有利地，根据本发明的离心泵被构造为内联泵，即具有这样的泵壳体，在该泵壳体中，抽吸接口和压力接口被布置为同轴。在这种设置中，在压力接口与收纳轴向密封件的非旋转部件且通常设置在泵壳体足部中的空间之间的通道能够以简单的方式实现。根据需要，还可以设置多个通道，以用于实现所需要的管道横截面。

有利地，轴向密封件的密封面中的一个密封面被构造为三点支承部，即具有在圆周上分布的三个宏观可见的凸起部，所述凸起部一方面保证了相对于平坦的相对密封面的受限定的支承，并且另一方面关于建立润滑剂膜特别有利，该润滑剂膜在泵启动时应当尽可能快速地建立，由此而产生有利的并且磨损小的滑动摩擦。该三点支承部的构造有利地在滑动环上进行，因为与其余的构件相比，该滑动环作为单独的构件可以以小的公差被更低成本地加工。

根据本发明的设计方案能够实现，轴的轴向支承仅设置在马达侧上，其中，在此出现的轴向力结构造成地很小，从而使得所述轴向力能够被马达轴承吸收，而不会明显地增加所述马达轴承的磨损。因此，轴的轴向支承有利地通过一个或多个设置在马达侧上的轴承、优选在马达轴的泵侧端部附近的马达侧轴承来进行。

根据本发明的一种有利的扩展方案，替代地或附加地，轴向密封件的非旋转部件的环可以多件式地构造，并且包括具有密封面的、高度耐磨损的部件以及包括收纳该高度耐磨损的部件的载体，如这点在上面针对轴向密封件的旋转部件已经说明的那样。

有利地，滑动环和/或环的高度耐磨损的部件由碳化硅或者类似的高度耐磨损的材料构成，这允许了特别长的使用寿命。

为了在不必拆卸泵的情况下能够对轴向密封件和在轴向密封件的非旋转部件与泵壳体之间的密封装置进行更换，根据本发明的一种有利的扩展方案，在泵壳体中优选相对于轴向密封件对齐地设有一可封闭的开口，轴向密封件可以通过该开口被更换。

附图说明

下面借助于在附图中示出的实施例进一步说明本发明。其中示出：

图1以大大简化的示意图示出了具有驱动马达的内联结构形式的多级离心泵的纵截面图，

图2示出了泵的放大的并相对于图1转动90°的纵截面图，

图3以放大图示出了图1中的细节III，

图4以放大图示出了图2中的细节IV，

图5示出了轴向密封件的旋转部件的纵截面图，

图6以分解视图示出了轴向密封件的旋转部件的构件，

图7示出了具有用于整合至泵壳体中的保持环的轴向密封件的非旋转部件的纵截面图，

图8以分解视图示出了轴向密封件的非旋转部件的构件，

图9以分解视图示出了轴向密封件和离心泵的足部部件，以及

图10以放大图示出了离心泵的从下方观察的视图。

其中，附图标记列表如下：

1 离心泵

2 足部部件

3 头部部件

4 外罩

5 抽吸接口

6 压力接口

7 耦合部

8 轴

9 离心轮

10 径向密封件

11 轴向密封件

12 抽吸嘴

13 导向器

14 环通道

15 轴端部

16 盲孔钻孔

17 带帽螺栓

18 保持环

19 壁部

20 滑动环

21 销钉

22 套管

23 轴向面

24 轴向面

25 轴向密封件的非旋转部件

26 保持环

27 凹槽

28 O形环

29 板材段

30 舌片

31 舌片

32 29中的缺口

33 环26中的通道

34 25中的内部空间

35 外螺纹

36 螺母

37 套管

38 轴

50 马达

51 马达轴

52 环25中的缺口

53 舌片31的端部

54 环25中的凸肩

55 塞

56 盘/盖部

57 螺栓

58 O形环

59 O形环

60 维护开口

61 用于螺栓57的钻孔

62 盖部的边缘

63 缺口

64 足部中的凸肩

具体实施方式

借助于图1至图10示出了离心泵是内联结构形式的多级的、立式运行的离心泵1。泵壳体具有足部部件2、头部部件3和设置于两者之间的柱形外罩4，所述外罩围住泵级并被夹紧在头部部件3和足部部件2之间。足部部件2具有抽吸接口5以及与该抽吸接口对齐的压力接口6。头部部件3被构造为马达托架并围住耦合部7，该耦合部使在图1中示意性示出的、安装在头部部件3上的电动马达50的轴51抗扭地与泵1的轴8连接。泵1的轴8承载泵级的离心轮9并且被可转动地设置在泵壳体内部。在头部部件3中设有径向密封件10，并且在足部部件2中设有轴向密封件11。该轴向密封件11的结构可以从图3至图8中详细地看到并在下面将具体描述。在运行中，当轴8旋转时，液体经过抽吸接口5被带入泵壳体中，所述液体进入第一泵级的抽吸嘴12中并通过分别由离心轮9和附近的导向器13所构成的泵级被输送，直到该液体在头部部件3中从最后的泵级排出并通过环通道14被返回导向压力接口6，液体通过该压力接口又离开泵。

泵的壳体侧的轴端部15位于第一泵级下方的抽吸嘴12的区域中。该轴端部具有配设有螺纹的盲孔钻孔16，带帽螺栓17座在该盲孔钻孔中，保持环18利用该带帽螺栓密封且固定地紧固在轴端部15上。保持环18具有朝向抽吸嘴12指向的并且除了用于贯穿引导螺栓17的中心缺口被闭合的壁部19，即被构造为罐形，并且密封且固定地与轴端部15连接。

保持环18被构造为车削部件，朝背向轴端部15的一侧呈阶梯形，并构造有向下开放的、环绕的凹槽，所述凹槽被设计用于收纳滑动环20。滑动环20由碳化硅制成并且借助于销钉21在保持环18中防转动，并且此外借助于在内侧上径向搭接滑动环20的套管22且借助于螺栓7与保持环18一起紧固在轴端部15上。滑动环20具有向下指向的、即从轴端部15远离指向的轴向面23，该轴向面构成轴向密封件11的旋转轴向面。该轴向面23不是完全平坦的，而是具有三个在圆周上均匀分布的宏观可见的凸起部，所述凸起部一方面构成对向面24上的、即非旋转的轴向密封件部件25的轴向面24上的受限定的贴靠部，并且另一方面用于快速建立润滑膜。轴向面24被平坦地构造并且是非旋转部件的、在此是环25的一部分，该环可轴向运动地设置在保持环26内部，所述保持环整合在泵壳体足部部件2下侧中的相应收纳部中。

保持环26在其内侧上具有环绕的凹槽27，在该凹槽中整合有O形环28，所述O形环相对于保持环26并由此相对于泵壳体径向地密封环25。此外，保持环26利用外部环绕的密封件58还相对于泵壳体中的收纳部被密封，如这点在截面图4和7中可见的那样。

在背向轴向密封面24的背侧上，非旋转的环25被板材段29覆盖，该板材段几乎完全地覆盖了密封环25的所述背侧。板材段29具有弯折的舌片30，利用这些舌片，板材段形状配合地整合在环25背侧上的相应缺口52内部。这些舌片30沿径向伸出环25并嵌入到环25内的这些缺口52中并构成不旋转的环25的防转动装置的一部分。此外，板材段29具有相对于舌片30移位90°的两个在直径上相对置的舌片31，这些舌片从基础材料的平面向上弯曲90°并使板材段29沿轴向方向间隔开地与环25连接，在该环中，端部53卡锁地嵌入到环25内侧上的凸肩54中。

板材段29构成环25的下侧的闭合面并且具有中心的矩形缺口32，横截面为矩形的塞55嵌入到该缺口中，该塞构成保持环26的一部分，具有轴向密封面24的环25抗扭地但轴向可运动地在该部分上被引导。塞55和缺口32在横截面上这样设计尺寸，使得具有存在于其中的塞55的所述缺口32与板材段29的可能的间隙公差一起构成一贯通间隙，该贯通间隙具有明显小于通道33横截面积的横截面积，这些通道设置在泵壳体的足部部件2中或保持环26中，并且这些通道用于使得具有板材段29的环25的和保持环26的内部空间34利用泵的压力侧压力、即利用压力接口6处的压力被加载。这些通道33引起在泵启动的情况下，在实现了压力形成之后首先使得板材段29与贴靠在其上的环25朝向自由轴端部的方向、即朝马达的方向被力加载并被推移，这是因为通过缺口32和塞55之间的间隙的较小的横截面，在形成了相应的反向压力之前，液体必须首先流入通过环25围合出的空间中。由此，环25在图1中沿轴向向上地、即在保持环26内部沿轴向运动，直到轴向面24贴靠在相对面23上，由此然后也在轴端部15区域中的吸入侧空间与轴向密封件11的固定部件的安装空间34之间形成分离。一旦由环25和板材段29围合出的空间通过缺口32的间隙被填充，则压力侧的压力也在环25内部施加并由此施加在轴8的端侧面上，由此关于轴8的液压所造成的轴向力进行了在运行中所期望的、一定的力补偿。

如特别是从图9中可见的那样，保持环26是圆形的盘56的一部分，该盘被设置用于整合在泵壳体的、在此足部部件2的底侧维护开口60中。盘56将该底侧开口60封闭地置于足部部件2下侧上的凸肩64中，并通过被引导穿过盘56边缘62中的缺口61的四个螺栓57与足部部件2可松脱地连接。为了相对于足部部件2密封，在环26的上部区域中，即与盘25具有较小间隔地设有O形环58，该O形环整合在环26的环绕的径向凹槽中并用于使该构件相对于足部部件2中的缺口63密封。与其轴向间隔地，在环26的下部中在环绕的径向凹槽中整合有第二O形环59，该第二O形环用于相对于足部部件2中的维护开口60进行密封。在O形环58和59之间，在足部部件2内部连接有与离心泵1的压力侧的连接部，该连接部通过环26中的通道33与环26的内部空间流体导通地连接，从而在此期间使得压力侧的压力处于轴向密封件的非旋转部件25的由板材段29构成的、首先压力有效的面上。环26通过在凹槽中处在保持环26内侧上的O形环28相对于环25密封，该环构成具有密封件轴向面24的轴向密封件的非旋转部件。因此，该O形环28构成径向密封件，然而该径向密封件仅能吸收沿轴向方向的相对而言很小的运动并由此也仅承受小的磨损。

通过泵壳体在下侧上、即在足部部件2的底部中具有被盘56封闭的维护开口60，可以在螺栓57被松脱之后，通过对盘56与位于其上的保持环26的移除来维护并根据需要更换所述轴向密封件。为此，泵的轴38不必被移除。轴向密封件的在根据图9的分解图中所示出的所有构件均可以通过足部部件2底部中的开口61被更换。在最简单的方式中，通常是对具有轴向面23和24的构件以及O形环28进行更换。为了能够松脱与轴8保持连接的螺纹连接部，轴8在马达托架的区域中具有如下这样的横截面轮廓，其能够通过工具的侧向嵌入实现轴的锁止。因此，在轴8借助于在马达托架的区域中引入的开口扳手(Maulschlüssel)被抗扭地保持之后，带帽螺栓17可以被松脱并且在对滑动环20和根据需要地保持环18的其他密封件进行更换之后，可以将该带帽螺栓再次固定拧紧。

密封件的轴向固定的部件、即非旋转的环25与它的密封件和保持环26与构成用于封闭维护开口60的壳体开口的盖部的盘56，与盖部56一起被向下拉出，在此，保持环26的上部与环绕的O形环58从缺口63中拉出，保持环26的下部与O形环59从维护开口60中拉出。这些密封件以及O形环28和轴向密封件25的非旋转部件于是可以被更换并且一起再从下方被插入至足部部件2的维护开口60或缺口63中，直到保持环26的上部与O形环58密封地贴靠在缺口63中并且下部与O形环59密封地贴靠在维护开口60中。