Тепловой барьер Российский патент 2024 года по МПК F04D13/02 F04D29/04 

Данное изобретение касается насоса, в частности, насоса с магнитной муфтой, имеющего: образованное корпусом внутреннее пространство; герметизирующий стакан, который герметично уплотняет заключенную в нем камеру относительно образованного корпусом внутреннего пространства; приводимый во вращение вокруг оси вращения вал рабочего колеса; рабочее колесо, установленное на одном конце вала рабочего колеса; внутренний ротор, установленный на другом конце вала рабочего колеса; приводное устройство; приводной вал, приводимый во вращение вокруг оси А с помощью приводного устройства; и установленный на приводном валу внешний ротор, взаимодействующий с внутренним ротором; причем внешний ротор имеет первый держатель и второй держатель, соединенный с первым держателем.

Насосы такого рода широко известны и находят применение почти во всех областях промышленности. Машины данного типа используются также во взрывоопасных областях. Для различного производственно-транспортного оборудования, в частности, в области химии, существуют особые предписания в связи с взрывозащитой. В таких установках находят применение, с одной стороны, рабочие машины, например, насосы или турбины, как не электрические приборы, а, с другой стороны, силовые машины, например, приводные двигатели, как электрические приборы. Для электрических приборов существуют давно зарекомендовавшие себя стандарты безопасности. В этих стандартах предписано предпринимать мягкие конструктивные меры, чтобы можно было использовать электрический прибор в различных взрывоопасных областях. При таких рамках, в которых возможно возникновение взрывоопасной атмосферы, должны устраняться источники воспламенения, т.е. искрообразование от трения и удара, тепло трения и электрический заряд, и учитываться возможные воздействия взрыва за счет профилактических и конструктивных мер. Взрывобезопасные моноблочные двигатели, в частности, стандартные двигатели во фланцевом исполнении, в местах сопряжения, в частности, фланца и вала допускают лишь определенное поступление тепла в двигатель таким образом, чтобы максимально допустимые температуры двигателя не превышались.

Между тем известно, что у насосов с магнитной муфтой основное поступление тепла в приводной двигатель происходит через его приводной вал, так как держатель внешнего магнита магнитной муфты подвержен воздействию как температуры среды, так и повышению температур из-за потерь на вихревые токи. Из-за плохого теплоотвода держателя внешнего магнита вследствие тоже нагретого корпуса насоса тепловая энергия большей частью передается прямо в приводной вал.

В полезной модели DE 29814113 U1 эту проблему обходят за счет того, что называемый задающим устройством внешний ротор и приводной двигатель находятся в приводном подключении через приводное средство из плохо проводящего тепло материала. Недостатком при этом является дорогостоящий вариант выполнения с промежуточным внешним ротором. Поскольку помимо дополнительно необходимых конструктивных частей наряду с подшипником качения двигателя следует также обслуживать радиальные шарикоподшипники с канавкой, поддерживающие внешний ротор. Кроме того, функция теплового барьера существует только в направлении места сопряжения с концевой цапфой вала двигателя. Однако, так как тепло передается прямо во внутреннее кольцо радиального шарикоподшипника с канавкой, может произойти расширение внутреннего кольца и, тем самым, заклинивание подшипника, а следовательно, и сокращение срока службы. При варианте выполнения с охлаждающим средством внешний ротор вращается в этом охлаждающем средстве, вследствие чего возникают значительные потери на трение, которые существенно снижают КПД насоса.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить насос, у которого минимизирован тепловой поток в установленный в подшипниковом кронштейне приводной вал и, тем самым, во внутренние кольца системы подшипников качения.

Эта задача данного изобретения решается за счет того, что первый держатель имеет создающее тепловой (термический) барьер устройство. Это создающее тепловой барьер устройство снижает поступление тепла от герметизирующего стакана в приводной вал внешнего ротора и в подшипники, с помощью которых приводной вал устанавливается в подшипниковом кронштейне.

Согласно одному выполнению данного изобретения первый держатель содержит кольцевую шайбу с втулкой для крепления на приводном валу, причем на кольцевой шайбе предусмотрен бортик, проходящий аксиально в направлении герметизирующего стакана.

Предпочтительное выполнение предусматривает, что создающее тепловой барьер устройство расположен внутри бортика.

Благодаря этому бортику и расположению создающего тепловой барьер устройства внутри бортика возможно оптимальное позиционирование создающего тепловой барьер устройства.

Особенно предпочтительным оказалось выполнение, согласно которому создающее тепловой барьер устройство содержит теплоизолирующий элемент и теплоотражающий элемент. Тем самым может эффективно снижаться поступление тепла в первый держатель и в приводной вал.

В идеале теплоизолирующий элемент, по существу, выполнен как цилиндрическое тело.

Особенно предпочтительным оказалось выполнение, согласно которому теплоотражающий элемент выполнен, по существу, в виде круглой дискообразной пластины. За счет круглого выполнения наружные поверхности оболочек теплоизолирующего элемента и теплоотражающего элемента могут прилегать к внутренней боковой поверхности бортика и снижать поступление тепла в первый держатель и в приводной вал.

Целесообразно, чтобы теплоизолирующий элемент прилегал к кольцевой шайбе держателя, а теплоотражающий элемент прилегал к теплоизолирующему элементу и был расположен между герметизирующим стаканом и теплоизолирующим элементом. Таким образом исходящее из герметизирующего стакана тепловое излучение может отражаться обратно, и тепловой поток в приводной вал может очень сильно снижаться. Для надежного крепления создающего тепловой барьер устройства на первом держателе предусмотрено крепежное средство типа винта.

Альтернативно этому или в сочетании с крепежным средством типа винта для крепления создающего тепловой барьер устройства на первом держателе предусмотрено крепежное средство типа резьбового болта.

Альтернативно этому или в сочетании с указанным крепежным средством типа винта или крепежным средством типа резьбового болта для крепления создающего тепловой барьер устройства на первом держателе предусмотрено крепежное средство заклепочного типа.

В одном альтернативном варианте выполнения внутренняя боковая поверхность бортика имеет проходящую радиально канавку, в которую вложено предохранительное кольцо. Это предохранительное кольцо предотвращает аксиальное движение создающего тепловой барьер устройства.

Примеры выполнения данного изобретения представлены на чертежах и в дальнейшем будут описаны более подробно. На чертежах показано следующее.

Фиг. 1 продольное сечение насоса с магнитной муфтой и с внешним ротором, имеющим создающее тепловой барьер устройство,

Фиг. 2 показанный на Фиг. 1 внешний ротор в увеличенном масштабе, и

Фиг. 3-Фиг. 5 другие варианты выполнения внешнего ротора.

На Фиг. 1 показан насос 1 в форме насоса с магнитной муфтой. Насос 1 имеет составной корпус 2 с выполненным в виде спирального отвода корпусом 3 гидравлического устройства, с крышкой 4 корпуса, с фонарем 5 подшипникового кронштейна, с подшипниковым кронштейном бис крышкой 7 подшипника.

Корпус 3 гидравлического устройства имеет впускное отверстие 8 для всасывания перекачиваемой среды и выпускное отверстие 9 для выталкивания перекачиваемой среды. Крышка 4 корпуса расположена на противолежащей впускному отверстию 8 стороне корпуса 3 гидравлического устройства. На обращенной от корпуса 3 гидравлического устройства стороне крышки 4 корпуса закреплен фонарь 5 подшипникового кронштейна. Подшипниковый кронштейн 6 помещен на противолежащей крышке 4 корпуса стороне фонаря 5 подшипникового кронштейна. Крышка 7 подшипника в свою очередь закреплена на обращенной от фонаря 5 стороне подшипникового кронштейна 6.

Изготовленный предпочтительно методом глубокой вытяжки или методом литья герметизирующий стакан 10 закреплен на обращенной от корпуса 3 гидравлического устройства стороне крышки 4 корпуса и проходит по меньшей мере частично через внутреннее пространство 11, ограниченное крышкой 4 корпуса, фонарем 5 подшипникового кронштейна и подшипниковым кронштейном 6. Герметизирующий стакан 10 герметично уплотняет заключенную в нем камеру 12 относительно внутреннего пространства 11.

Установленный с возможностью вращения вокруг оси А вращения вал 13 рабочего колеса проходит от проточной камеры 14, ограниченной корпусом 3 гидравлического устройства и крышкой 4 корпуса, через предусмотренное в крышке 4 корпуса отверстие 15 в камеру 12.

На лежащем внутри проточной камеры 14 конце вала 13 рабочего колеса закреплено рабочее колесо 16, на противолежащем конце вала установлен расположенный внутри камеры 12 внутренний ротор 17. Этот внутренний ротор 17 снабжен несколькими магнитами 18, которые размещены на обращенной к герметизирующему стакану 10 стороне внутреннего ротора 17.

Между рабочим колесом 16 и внутренним ротором 17 расположен подшипниковый узел 19, взаимодействующий с валом 13 рабочего колеса, приводимым во вращение вокруг оси А вращения.

Не представленное приводное устройство, например, приводной двигатель, предпочтительно электродвигатель приводит в действие приводной вал 20. Приводной вал 20, приводимый во вращение вокруг оси А вращения, установлен, по существу, коаксиально с валом 13 рабочего колеса. Приводной вал 20 проходит через крышку 7 подшипника, а также через подшипниковый кронштейн 6 и установлен в двух помещенных в подшипниковый кронштейн 6 шариковых подшипниках 21, 22. На свободном конце приводного вала 20 установлен внешний ротор 24, несущий на себе несколько магнитов 23. Магниты 23 размещены на обращенной к герметизирующему стакану 10 стороне внешнего ротора 24. Внешний ротор 24 проходит по меньшей мере частично поверх герметизирующего стакана 10 и взаимодействует с внутренним ротором 17 таким образом, что этот вращающийся внешний ротор 24 с помощью магнитных сил приводит во вращательное движение внутренний ротор 17 и, тем самым, вал 13 рабочего колеса и рабочее колесо 16.

Представленный на Фиг. 2 в увеличенном масштабе внешний ротор 24 содержит первый держатель 25. Этот первый держатель 25 содержит кольцевую шайбу 26 со втулкой 27, причем втулка 27 насажена на показанный на Фиг. 1 приводной вал 20 и закреплена на нем подходящими средствами. На кольцевой шайбе 26 образован кольцевой бортик 28, который проходит аксиально в направлении герметизирующего стакана 10, соответственно, крышки 4 корпуса. Этот бортик 28 имеет меньший наружный диаметр, чем кольцевая шайба 26. Таким образом, первый держатель 25 имеет область 29 с уменьшенным наружным диаметром и область 30 с увеличенным наружным диаметром, вследствие чего образуется уступ 31.

Внешний ротор 24 содержит, далее, образованный или размещенный на первом держателе 25 второй держатель 32 в форме полого цилиндра, который по меньшей мере частично охватывает герметизирующий стакан 10 и на котором расположены магниты 23.

Для крепления второго держателя 32 на первом держателе 25 этот второй держатель 32 надвигается через бортик 28, т.е. через область 29 первого держателя 25 с уменьшенным наружным диаметром, причем уступ 31 образует упорное приспособление.

С помощью показанных на Фиг. 1 винтов 33 второй держатель 32 закрепляется на первом держателе 25.

Первый и второй держатели 25, 32 представлены как две соединяемые друг с другом винтовым соединением детали. Альтернативно обе детали могут соединяться друг с другом методом термоусадки. В другом показанном в качестве примера варианте первый держатель 26 и полая цилиндрическая деталь второго держателя 32 могут быть выполнены как одно целое.

Как можно видеть далее на Фиг. 2, первый держатель 25 имеет создающее тепловой барьер устройство 34. Это создающее тепловой барьер устройство 34 расположено внутри бортика 28. Создающее тепловой барьер устройство 34 содержит теплоизолирующий элемент 35 и теплоотражающий элемент 36 в виде полой цилиндрической детали. Теплоизолирующий элемент 35 выполнен, по существу, как цилиндрическое тело и изготовлен из очень плохо проводящего тепло материала, например, из слюды. Теплоотражающий элемент 36 выполнен, по существу, как дискообразная пластина и из материала с высокой степенью теплоотражения, например, из сплава из нержавеющей стали.

Теплоизолирующий элемент 35 прилегает к кольцевой шайбе 26 держателя 25. Теплоотражающий элемент 36 в свою очередь прилегает к теплоизолирующему элементу 35 и, тем самым, во встроенном состоянии расположен между герметизирующим стаканом 10 и теплоизолирующим элементом 35, чтобы отражать обратно тепловое излучение, исходящее от герметизирующего стакана 10. Таким образом тепловой поток в приводной вал 20 может очень сильно снижаться. Предпочтительно наружные боковые поверхности теплоизолирующего элемента 35 и теплоотражающего элемента 36 прилегают к внутренней боковой поверхности бортика 28.

Для крепления создающего тепловой барьер устройства 34 на первом держателе 25 в показанном варианте выполнения предусмотрен по меньшей мере одно сквозное отверстие 37 в теплоотражающем элементе 36 и по меньшей мере одно сквозное отверстие 38 в теплоизолирующем элементе 35, причем оба сквозных отверстия 37, 38 расположены с перекрытием. Кольцевая шайба 26 первого держателя 25 имеет по меньшей мере одно резьбовое отверстие 39. Оба сквозных отверстия 37, 38 расположены над резьбовым отверстием 39 таким образом, что крепежное средство 40, которое в показанном примере выполнения выполнено по типу винта, проходит через оба сквозных отверстия 37, 38 и может ввинчиваться в резьбовое отверстие 39. Предпочтительно предусмотрены два или более сквозных отверстия 37, 38 и резьбовых отверстия 39.

Указанное по меньшей мере одно крепежное средство 40 разделено на три участка с разными наружными диаметрами. Первый участок 41 образует головку 42. Второй участок 43 образует соединенный с головкой 42 стержень 44. Примыкающий к второму участку 43 третий участок 45 снабжен наружной резьбой 46. Наружный диаметр головки 42 больше, чем наружный диаметр стержня 44. Наружный диаметр стержня 44 в свою очередь больше, чем наружный диаметр наружной резьбы 46.

Длина стержня 44 незначительно меньше, чем общая толщина теплоотражающего элемента 36 и теплоизолирующего элемента 35, когда они еще не установлены. Таким образом, теплоотражающий элемент 36 и теплоизолирующий элемент 35 могут быть прочно закреплены на кольцевой шайбе 26 первого держателя 25 с определенным предварительным натягом.

В еще одном показанном на Фиг. 3 в качестве примера варианте выполнения кольцевая шайба 26 внешнего ротора 24 имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие 47, которое перекрывается сквозным отверстием 38 в теплоизолирующем элементе 35. Образованное на теплоотражающем элементе 36 крепежное средство 48 типа резьбового болта проходит через сквозное отверстие 38 и через сквозное отверстие 47 в кольцевой шайбе 26. Это крепежное средство 48 на своем свободном конце имеет область 49 с резьбой 50. С помощью навинчиваемой на крепежное средство 48 резьбовой гайки 51 создающее тепловой барьер устройство 34 может закрепляться на первом держателе 25. Предпочтительно в теплоизолирующем элементе 35 и в кольцевой шайбе 26 предусмотрено два или более сквозных отверстий 38 и столько же крепежных средств 48.

Альтернативно или в сочетании с по меньшей мере одним из крепежных средств 40 и/или 48, как и показано на Фиг. 4 в качестве примера, может применяться крепежное средство 52 заклепочного типа. При этом предусмотрено по меньшей мере одно сквозное отверстие 37 в теплоотражающем элементе 36, по меньшей мере одно сквозное отверстие 38 в теплоизолирующем элементе 35 и по меньшей мере одно сквозное отверстие 47 в кольцевой шайбе 26 внешнего ротора 24, причем эти сквозные отверстия 37, 38 и 47 расположены с перекрытием друг друга.

В следующем, показанным на Фиг. 5 в качестве примера варианте выполнения внешнего ротора 24 внутренняя боковая поверхность бортика 28, образованного на кольцевой шайбе 26 первого держателя 25, имеет проходящую радиально канавку 53, в которую вложено предохранительное кольцо 54. Это вставленное в канавку 53 предохранительное кольцо 54 предотвращает аксиальное движение создающего тепловой барьер устройства 34.

В представленном на Фиг. 1 примере выполнения приводной вал 20 через стыковочное устройство соединяется с выходным валом не представленного двигателя, в частности, электродвигателя. Данное изобретение может использоваться, например, также с насосом в так называемом блочном исполнении, у которого первый держатель закреплен прямо на выходном валу двигателя.

Изобретение относится к насосу, например к насосу с магнитной муфтой. Насосный блок (1), например насос с магнитной муфтой, имеющий образованное корпусом (2) внутреннее пространство (11), герметизирующий стакан (10), который герметично уплотняет заключенную в нем камеру (12) относительно образованного корпусом (2) внутреннего пространства (11), вал (13) рабочего колеса, приводимый во вращение вокруг оси (А) вращения, установленное на одном конце вала (13) рабочего колеса рабочее колесо (16), установленный на другом конце вала (13) рабочего колеса внутренний ротор (17), приводное устройство, приводной вал (20), приводимый во вращение вокруг оси (А) вращения приводным устройством, и внешний ротор (24), установленный на приводном валу (20) и взаимодействующий с внутренним ротором (17). Внешний ротор (24) имеет первый держатель (25) и соединенный с первым держателем (25) второй держатель (32), который, по меньшей мере, частично охватывает герметизирующий стакан (10) и на котором расположены магниты (23). Первый держатель (25) содержит кольцевую шайбу (26) с втулкой (27) для крепления на приводном валу (20). Первый держатель (25) имеет создающее термический барьер устройство (34). Создающее термический барьер устройство (34) содержит теплоизолирующий элемент (35) и теплоотражающий элемент (36). Теплоизолирующий элемент (35) прилегает к кольцевой шайбе (26) держателя (25), а теплоотражающий элемент (36) прилегает к теплоизолирующему элементу (35) и расположен между герметизирующим стаканом (10) и теплоизолирующим элементом (35). Техническим результатом изобретения является минимизация теплового потока в установленный в подшипниковом кронштейне приводной вал и, тем самым, во внутренние кольца системы подшипников качения. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Насосный блок (1), например насос с магнитной муфтой, имеющий

образованное корпусом (2) внутреннее пространство (11),

герметизирующий стакан (10), который герметично уплотняет заключенную в нем камеру (12) относительно образованного корпусом (2) внутреннего пространства (11),

вал (13) рабочего колеса, приводимый во вращение вокруг оси (А) вращения,

установленное на одном конце вала (13) рабочего колеса рабочее колесо (16),

установленный на другом конце вала (13) рабочего колеса внутренний ротор (17),

приводное устройство,

приводной вал (20), приводимый во вращение вокруг оси (А) вращения приводным устройством, и

внешний ротор (24), установленный на приводном валу (20) и взаимодействующий с внутренним ротором (17),

причем внешний ротор (24) имеет первый держатель (25) и соединенный с первым держателем (25) второй держатель (32), который, по меньшей мере, частично охватывает герметизирующий стакан (10) и на котором расположены магниты (23),

причем первый держатель (25) содержит кольцевую шайбу (26) с втулкой (27) для крепления на приводном валу (20),

отличающийся тем, что

первый держатель (25) имеет создающее термический барьер устройство (34),

причем, создающее термический барьер устройство (34) содержит теплоизолирующий элемент (35) и теплоотражающий элемент (36),

причем теплоизолирующий элемент (35) прилегает к кольцевой шайбе (26) держателя (25), а теплоотражающий элемент (36) прилегает к теплоизолирующему элементу (35) и расположен между герметизирующим стаканом (10) и теплоизолирующим элементом (35).

2. Насосный блок по п. 1, отличающийся тем, что на кольцевой шайбе (26) предусмотрен бортик (28), проходящий аксиально в направлении герметизирующего стакана (10).

3. Насосный блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что создающее термический барьер устройство (34) расположено внутри бортика (28).

4. Насосный блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что теплоизолирующий элемент (35) выполнен, по существу, как цилиндрическое тело.

5. Насосный блок по п. 4, отличающийся тем, что теплоотражающий элемент (36) выполнен, по существу, как дискообразная пластина.

6. Насосный блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для крепления создающего термический барьер устройства (34) на первом держателе (25) предусмотрено, по меньшей мере, одно крепежное средство (40) типа винта.

7. Насосный блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для крепления создающего термический барьер устройства (34) на первом держателе (25) предусмотрено, по меньшей мере, одно крепежное средство (48) типа резьбового болта.

8. Насосный блок по п. 1, отличающийся тем, что для крепления создающего термический барьер устройства (34) на первом держателе (25) предусмотрено, по меньшей мере, одно крепежное средство (52) заклепочного типа.

9. Насосный блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для крепления создающего термический барьер устройства (34) на первом держателе (25) предусмотрено, по меньшей мере, одно любое крепежное средство, в частности, крепежное средство (40, 48, 52) типа винта, типа резьбового болта и/или заклепочного типа.

10. Насосный блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для крепления создающего термический барьер устройства (34) на первом держателе (25) внутренняя боковая поверхность образованного на кольцевой шайбе (26) бортика (28) имеет проходящую радиально канавку (53), в которую вложено предохранительное кольцо (54).