用於豎直渦輪泵的軸承組件的製作方法

2023-05-26 18:15:41 2

用於豎直渦輪泵的軸承組件的製作方法
【專利摘要】一種用於支撐泵的驅動軸的軸承組件，該軸承組件被構造有圓柱形本體，該圓柱形本體具有填充有潤滑劑的內部腔室，設置在圓柱形本體的一端或兩端的密封元件，以及壓力均衡元件，壓力均衡元件用於均衡存在於圓柱形本體內的區域和圓柱形本體外側區域之間的壓力差，從而延長了密封裝置和軸承組件的使用壽命。
【專利說明】用於豎直渦輪泵的軸承組件
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及用於從井和池泵送水或其它流體並經過管線的類型的豎直渦輪泵，且更具體地涉及用於支撐驅動泵的一個或多個葉輪的驅動軸的軸承組件。
【背景技術】
[0002]豎直渦輪泵通常用於多種工業以從地面水平以下的源，諸如井或池，泵送水或其它流體。豎直渦輪泵的另一個常規應用是在管線中的增壓裝置。使用豎直渦輪泵的常規工業包括農業、水/廢水、工業、油&氣和採礦。
[0003]豎直渦輪泵可以多種方式被結構設置和配置。然而，大體來說，豎直渦輪泵包括驅動軸，在泵的操作過程中該驅動軸被定向為豎直方向以可操作地旋轉至少一個葉輪。驅動馬達通常被設置在豎直方向驅動軸的上端，且葉輪被設置在豎直驅動軸的另一端。泵的葉輪可通常容納在工業中已知作為缽的結構中，且在裝配中具有多個葉輪的豎直渦輪泵被配置有多個缽，各缽容納一個葉輪。
[0004]在操作中，豎直渦輪泵被豎直地定向，其中缽組件被設置在池、井或桶中，且電機和驅動裝置被設置在地面上方。葉輪的旋轉使流體向上移動通過豎直定向的管道至出口或排出口，其根據應用要求被設置在地面上方或地面下方。在一些應用中，豎直渦輪泵可被定向成與豎直方向成一角度。
[0005]豎直渦輪泵還包括軸承，其在驅動軸的旋轉過程中圍繞和支撐該驅動軸。軸承被設置在沿著豎直渦輪泵的驅動軸的可變位置處，包括在驅動軸與缽形罩或泵殼體之間，在抽吸鐘形罩處，在柱形主軸處，以及在接近驅動馬達的密封殼體處。該軸承必須被潤滑以在驅動軸在軸承中旋轉時維持軸承的最佳操作。在豎直渦輪泵中潤滑軸承的一個常規方式是將正被泵送的流體用作潤滑劑，從而避免將油或油脂用作潤滑劑。這通過使用排放裝置將高壓泵送流體引入軸承而實現。在美國專利第5，147，179號中說明了該裝置的示例，其公開了多級排放系統，用於提供作為潤滑劑的泵送流體至多級泵中的一系列泵部分軸承。
[0006]儘管現有技術中說明的該種類型的潤滑系統足夠用於泵送應用中，其中被泵送的流體是清澈的液體或者是具有很少固體物質的液體，這些系統在泵送的流體中含有固體或顆粒物質的應用中是有問題的。在泵送流體中的固體是有研磨作用的且引起旋轉驅動軸和軸承之間的相鄰表面的磨損。軸承的老化導致軸承效率降低以及震動過大，且泵必須最終被停止工作以進行重大維修。
[0007]在其它已知的泵系統中，清潔的流體衝洗系統用於衝洗軸承以除去在軸承表面處的固體。然而，由於諸如泵送位置等因素，該清潔流體衝洗系統不是總是可行的。此外，使用清潔衝洗流體可顯著地增加操作成本。包括封閉的管的封閉主軸軸承還用於隔離主軸軸承，以及清潔流體衝洗系統用於潤滑軸承。然而，該封閉的主軸軸承系統儘管可用於主軸，但不能用於缽形或泵殼體軸承。
[0008]因此，需要用於在豎直渦輪泵中提供延長的軸承壽命的新的裝置，特別是在用於漿料處理或其它有研磨作用的情況時。
【發明內容】

[0009]在第一方面，公開了用於在豎直渦輪泵中支撐驅動軸的軸承組件的實施方式，該軸承組件包括:
[0010]圓柱形本體，其具有連續壁，該連續壁限定用於接收驅動軸從其穿過的通道，且具有外表面、內表面、第一端和第二端；
[0011]內部腔室，其沿著所述圓柱形本體的內表面形成；
[0012]環形肩部，其從所述第一端和所述第二端中的至少一個向內延伸，所述環形肩部被構造成接收並保持至少一個密封元件；和
[0013]壓力均衡元件，其形成在所述圓柱形本體中。
[0014]該方面的軸承組件在內部腔室和圓柱形本體外側的壓力區域之間提供了壓力均衡，這有效地減少了與軸承相關的密封元件的常規磨損，從而延長了密封元件和軸承組件的使用壽命。
[0015]在一些實施方式中，該軸承組件還包括形成在所述圓柱形本體的所述第一端和第二端的每端處的環形肩部。
[0016]在軸承組件的一些實施方式中，還包括開口，其穿過所述連續壁而形成並被設置成提供在所述腔室和所述壓力均衡元件之間的流體連通。
[0017]在一些實施方式中，所述壓力均衡元件可以是曲折通道，其沿著所述圓柱形本體的外表面形成且從所述開口延伸至所述圓柱形本體的所述第一端和第二端中的一個。
[0018]在一些實施方式中，所述壓力均衡元件可以是螺旋通道，其沿著所述圓柱形本體的外表面形成以圍繞所述圓柱形本體，並形成以從所述開口延伸至所述圓柱形本體的所述第一端和所述第二端中的一個。
[0019]在一些實施方式中，所述至少一個密封構架還包括一組凸緣密封件。
[0020]在一些實施方式中，所述軸承組件的內部腔室可填充有潤滑劑。
[0021]在第二方面，公開了豎直渦輪泵的實施方式，包括:
[0022]驅動軸，其可操作地連接至驅動裝置用於旋轉所述驅動軸；
[0023]殼體元件，其圍繞所述驅動軸並提供支撐結構；
[0024]軸承，其被設置在所述殼體元件和所述驅動軸之間，所述軸承包括，
[0025]圓柱形本體，其具有連續壁，且具有外表面、內表面、第一端和第二端，該連續的壁限定用於接收所述驅動軸從其穿過的通道；
[0026]內部腔室，其沿著所述圓柱形本體的內表面形成；
[0027]環形肩部，其從所述第一端和所述第二端的至少一個向內延伸，所述環形肩部被構造成在其中接收並保持至少一個密封元件；和
[0028]壓力均衡元件，其設置在所述殼體元件和所述軸承之間，且與所述圓柱形本體的內部腔室流體連通，該壓力均衡元件至少部分地容納一定量的潤滑劑；和
[0029]至少一個葉輪，其可操作地連接至所述驅動軸從而用於旋轉。
[0030]通過壓力均衡元件，該方面的豎直泵能在軸承的內部腔室與軸承外側的壓力區域之間提供壓力均衡，這有效地減少了與軸承相關的密封元件的常規磨損，從而延長了密封元件和軸承組件的使用壽命。[0031]在豎直渦輪泵的一些實施方式中，該壓力均衡元件包括曲折通道。
[0032]在一些實施方式中，該曲折通道形成在所述圓柱形本體的外表面中。
[0033]在其它實施方式中，所述曲折通道形成在所述殼體元件中。
[0034]在豎直渦輪泵的其它實施方式中，所述壓力均衡元件包括螺旋通道。
[0035]在一些實施方式中，所述螺旋通道形成在所述圓柱形本體的外表面中。
[0036]在其它實施方式中，其中所述螺旋通道形成在所述殼體元件中。
[0037]在第三方面，公開了用於泵的軸承組件的壓力均衡元件的實施方式，該元件包括:
[0038]軸承，其設置在可旋轉驅動軸和固定泵殼體部分之間，所述軸承具有用於將潤滑劑保持在其中的內部腔室，以及具有從所述內部腔室延伸至所述軸承外的一點處的開口 ；
[0039]通道元件，其從所述軸承的開口延伸至所述軸承外的一位置，其中所述壓力均衡元件至少部分地容納一定量的潤滑劑。
[0040]該方面的壓力均衡元件在軸承的內部腔室與軸承外側的壓力區域之間提供壓力均衡，這有效地減少了與軸承相關的密封元件的常規磨損，從而延長了密封元件和軸承組件的使用壽命。
[0041]在壓力均衡元件的一些實施方式中，其中所述通道元件形成在所述軸承的外表面中。
[0042]在壓力均衡元件的可選實施方式中，其中所述通道元件形成在所述固定泵殼體部分中。
[0043]在本公開的第四方面，公開了一種用於在泵中支撐可旋轉驅動軸的方法，包括:
[0044]提供具有外表面和旋轉軸線的驅動軸；
[0045]提供包括圓柱形本體的軸承，該圓柱形本體具有內部腔室和穿過該圓柱形本體而形成的通道用於接收驅動軸，且軸承還包括至少一個密封元件；
[0046]在所述驅動軸和所述軸承之間提供壓力均衡元件；
[0047]將所述驅動軸設置成穿過所述軸承的通道，以將該軸承定位成圍繞所述驅動軸且將壓力均衡元件設置在所述驅動軸和所述軸承的內部腔室之間；以及
[0048]在所述軸承上產生壓力差以作用在所述壓力均衡元件上，從而保護所述軸承的至少一個密封元件並提供所述內部腔室與軸承的外部的壓力區域之間的隔離。
[0049]該方面的方法提供了裝置，用於在軸承的內部腔室與軸承外側的壓力區域之間提供壓力均衡，以有效地減少了與軸承相關的密封元件的常規磨損。因此，通過該方法，密封元件和軸承組件的使用壽命都延長了。
[0050]在用於支撐可旋轉驅動軸的方法的另一方面，軸承的圓柱形本體包括內部腔室，所述內部腔室形成以朝向所述驅動軸並與其相鄰，且其中所述圓柱形本體的壓力均衡元件還包括曲折通道，其與內部腔室流體連通並從所述內部腔室延伸至所述圓柱形本體的外表面，該曲折通道容納一定量的潤滑劑，從而在產生壓力差時，所述壓力均衡元件操作以均衡在所述內部腔室和所述軸承的外側之間的壓力。
[0051]在公開的第五方面中，公開了用於具有壓力均衡元件的豎直渦輪泵的組裝方法，包括:
[0052]提供驅動軸；[0053]提供在所述驅動軸附近的支撐結構；
[0054]提供軸承，其包括具有通道用於接收驅動軸從其穿過的圓柱形本體，以及還包括壓力均衡元件；
[0055]將所述軸承定位成圍繞所述驅動軸，且與所述支撐機構相接合；以及
[0056]將所述壓力均衡元件定向為朝向增大壓力形成區域，以有助於在所述軸承內接近所述驅動軸的點處與所述增大壓力形成區域之間的壓力均衡，所述驅動軸的旋轉引起該增大壓力。
[0057]根據本方面的組裝方法，提供了豎直渦輪泵，其被結構設置有壓力均衡能力，其能夠延長與軸承相關的密封元件的使用壽命，從而提供用於泵的有利操作條件。
[0058]在豎直渦輪泵的組裝方法的一些實施方式中，軸承的圓柱形本體包括內部腔室，該內部腔室形成以朝向所述驅動軸定向並被設置成與該驅動軸相鄰，且其中所述圓柱形本體的壓力均衡元件還包括與所述內部腔室流體連通的通道，其從所述內部腔室延伸至所述圓柱形本體的外表面，該通道容納一定量的潤滑劑，其中將所述壓力均衡元件朝向增大壓力區域定向還包括將所述通道中的潤滑劑暴露於所述增大壓力區域。
[0059]在一些其它實施方式中，所述軸承的圓柱形本體包括設置在所述圓柱形本體的一端的至少一個密封元件，該方法還包括將所述軸承的圓柱形本體定向以將至少一個密封元件設置成朝向所述增大壓力區域。
[0060]在其它實施方式中，所述壓力均衡元件的內部腔室和通道在將所述軸承定位成圍繞所述驅動軸之後被填充有潤滑劑。在其它實施方式中，潤滑劑可在軸承被定位成圍繞關於驅動軸之前被設置在壓力均衡元件的通道中。
[0061]在本公開的一個方面，用於豎直渦輪泵的軸承被構造成提供軸承相對於磨損材料或固體的改進密封，從而延長軸承的使用壽命以及豎直渦輪泵的操作。
[0062]在本公開的另一方面，用於豎直渦輪泵的軸承被結構設置成在軸承的內部與軸承外側的環境之間提供壓力均衡，以改進軸承的操作性，特別是在高壓情況下，且從而延長軸承與密封元件的使用壽命。
[0063]本公開的軸承大體包括軸頸軸承，其通過在泵組裝過程中預加載在軸承中的油或油脂而潤滑。
[0064]在本發明的另一方面，軸承被構造有隔離系統，其隔離並保護軸承的內表面避免暴露至磨損流體。該隔離系統可包括密封元件，其被設置成隔離軸承表面避免磨損流體滲入，特別是在高壓情況下。在一些合適的實施方式中，該密封元件可以是凸緣密封組件，且包括一組雙凸緣密封件，其由聚四氟乙烯(PTFE)製成以增強凸緣密封件的強度。在本發明的另一方面，在組件中的各凸緣密封件可被構造有至少一個環形增強構件以改進凸緣密封件與軸表面的全面接觸，特別是在高壓條件下，並提供延長的使用壽命。
[0065]在發明開的另一方面，軸承被結構設置有壓力均衡元件，其可操作以均衡在軸承的內部分或腔室與軸承外側的環境之間的壓力，以改進在高壓情況下的軸承的功能。在壓力均衡元件的一個具體適用的實施方式中，該軸承被配置有通道或槽，其沿著軸承的表面延伸，且從軸承的內部分延伸至軸承的外部分。在一個實施方式中，該通道或槽可被設置在軸承的外(非軸承)表面上。在另一個實施方式中，通道或槽可被設置在支撐軸承的支撐結構的表面中，例如設置成與軸承的外表面相鄰的泵殼體。[0066]潤滑劑，諸如油脂，可被預封裝至軸承的內部分以及壓力均衡元件的通道或槽中。軸承外存在的高壓將壓力施加在通道上或通過通道，從而推動潤滑劑進入軸承的內部區域以保持軸承表面的最佳潤滑。在軸承內部與軸承外側的環境之間的壓力均衡具有增加的優點以延長密封組件或密封元件的壽命，並允許密封件在高壓應用中操作，從而延長了軸承的使用壽命。
[0067]在本公開的另一方面，壓力均衡元件可與支撐軸承的固定表面相關，其還被稱作「軸承表面」或「支撐表面」，例如，泵殼體或者主軸柱。該壓力均衡元件可包括形成在軸承表面中的路徑，其從接近於軸承內的點延伸至接近軸承外的點，以提供與軸承的內部以及軸承外的環境連通的通道。因此，可將軸承外的壓力施加至形成在軸承表面中的通道，其進而將壓力施加在軸承的內部，從而將潤滑油推入軸承的內部區域以維持軸承表面的最佳潤滑。
[0068]本發明的軸承提供了在豎直渦輪泵中的現有技術軸承系統上的改進，其以被結構設置使得延長軸承的使用壽命，且消除對提供衝洗系統的需要，衝洗系統是昂貴的且可阻塞或被磨損，從而導致泵效率降低或者用於維修的停工期。
[0069]當參考作為本公開的一部分的附圖根據下文的具體說明，其它方面、特徵和優點將是明顯的，附圖以示例的方式示出了所公開的任何發明的原理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0070]附圖有助於理解多個實施方式:
[0071]圖1是使用本公開的軸承的示例性豎直渦輪泵類型的透視圖；
[0072]圖2是根據本公開的一方面的軸承的透視圖；
[0073]圖3是示出了圖2的軸承的泵殼體關於豎直渦輪泵的驅動軸設置的剖視圖；
[0074]圖4是圖3中所示的橫截面的放大視圖；
[0075]圖5是根據本公開的另一方面的軸承的透視圖；
[0076]圖6是圖5中所示的軸承被剖開的透視圖；
[0077]圖7是圖6所示的軸承的剖視圖；
[0078]圖8是圖5的軸承關於豎直渦輪泵的驅動軸設置的泵殼體的剖視圖；
[0079]圖9是圖8中所示的剖視圖的放大視圖；
[0080]圖10是本公開的壓力均衡元件的另一個實施方式的剖視圖；
[0081]圖11是圖10中所示的剖視圖的放大視圖；和
[0082]圖12是根據本公開的壓力均衡元件的另一個方面的剖視圖。
【具體實施方式】
[0083]儘管這裡所公開的軸承組件可被配置成用於任何數量的不同的泵，作為示例，這裡描述的軸承組件設置在豎直渦輪泵中。圖1示出了該類型多級豎直渦輪泵的大體結構，本發明的軸承可適用於其中。該豎直渦輪泵10大體設置有驅動軸12，其從包括驅動端的第一端14延伸到包括抽吸端的第二端16。驅動馬達(未示出)被定位成接近驅動軸12的第一端14，驅動軸可操作地連接至驅動馬達以實現驅動軸的旋轉。在驅動軸12的第二端16設置有一個或多個葉輪18，在圖1中示出了多級配置的三個該葉輪。[0084]驅動軸12從排出頭部組件20延伸，該排出頭部組件20包括排出口 22，通過緊固在一起的一個或多個柱形管24以產生延長長度的泵10。固定至最下柱形管24的端部的是一個或多個串聯地固定在一起的缽形罩(bowl),各缽形罩被結構設置為容納葉輪18。在泵的可選配置中，缽形罩26可直接固定至排出頭部20。在最下缽形罩的端部連接有抽吸鐘形罩28或者用於將流體吸入泵中的其它可選裝置。
[0085]該豎直渦輪泵10可被結構設置有沿著驅動軸12的長度的多個軸承或者軸承組件。例如，在第一端14或泵的驅動端處驅動軸12延伸通過密封軸承組件30，該密封軸承組件30密封排出頭部組件20以避免泵送流體朝向驅動馬達洩露。此外，主軸軸承32被設置在驅動軸12的長度的連接點以及其它位置上，如設計所要求的。如下文中更詳細的說明，軸承設置在泵的各缽形罩26中。此外，抽吸鐘形罩軸承34被設置在抽吸鐘形罩28中以支撐驅動軸12。下文中所公開的軸承適用於這些軸承位置的任何一個，但作為一個使用示例，在下文中將關於在泵的缽形罩26中的軸承位置進行說明。
[0086]圖2-4示出了本發明的軸承40的第一方面。該軸承40大體上包括大體圓柱形本體42，其具有限定厚度T的連續的壁44。該連續的壁44限定穿過圓柱形本體42的中間通道43，該圓柱形本體42被尺寸設置成接收驅動軸12從其中穿過。該連續壁44具有外表面45和內表面46，如圖3和4中所示。該內表面46向旋轉驅動軸12的外表面48提供相鄰的表面，該表面還被稱作墊47。軸承40的外表面45被定位成靠在支撐結構49上,其在圖3中示出為缽形罩26。軸承40可通過已知方式壓配合或栓接至支撐結構49。在圖中示出圓柱形本體42為管形，但是外壁可以任何數量的方式配置，以使軸承本體適於在泵中的具體使用或者定位。
[0087]軸承40可由任何適合的材料製成，包括硬化的金屬材料。軸承40的相鄰表面或墊47最適合地可被硬塗層有延長軸承40的磨損期限的材料。例如該硬塗層包括氧化鉻和碳化鎢。軸承40可以是單個墊設計或多個墊47設計，如圖3和4中所示，其示出了兩個墊47設計,其具有兩個內表面46，為驅動軸12提供兩個軸承表面。
[0088]最佳地如圖3和4中所示，圓柱形本體42形成有內部腔室50，在泵10的裝配過程中潤滑劑被預填充至該內部腔室50中。該潤滑劑可以是任何合適的材料，如油脂。該油脂用於潤滑軸承40的內表面46與驅動軸12的外表面48之間的接觸區域。
[0089]該圓柱形本體42還被配置有從軸承的第一端54向內延伸的環形肩52，以及從圓柱形本體42的第二端58向內延伸的環形肩56。該環形肩52、56的深度(如從圓柱形本體42的端部54、58向內朝向圓柱形本體42的其它端部測量)尺寸被設置成以容納一個或多個(至少一個)密封元件59。在一些實施方式中，軸承的僅一端被配置有與該密封元件59匹配的肩部。
[0090]在一個如圖所示的具體的實施方式中，密封元件59可以是一組環形凸緣密封件60，其圍繞並接觸驅動軸12的外表面48。在圖2-4中所示的【具體實施方式】中，各環形肩部52,56可被尺寸設置成接收並保持兩個雙凸緣密封件60。該凸緣密封件60可優選地由牢固的且彈性的材料(如PTFE)構成，而其它合適的材料也可用於構成凸緣密封件60。如圖7中所示，該凸緣密封件60還可通過增強環62增強。在各環形肩部52、56中使用多個凸緣密封件60提供將軸承40阻擋漿料或磨料進入軸承40的內表面46的改進的密封，尤其是在最外凸緣密封件(如，最接近圓柱形本體的端部54、56的凸緣密封件)失效的情況下。顯著地，可使用諸如機械密封件或其它裝置或密封裝置等的其它類型的密封元件，且這裡所述的凸緣密封件僅作為示例的方式。
[0091]儘管串聯的凸緣密封件配置改進了軸承的使用壽命，然而通過提供用於均衡在軸承的內部或軸承腔室50與軸承外部環境之間存在的壓力差的裝置可甚至進一步延長了了凸緣密封件使用壽命和軸承本身的壽命。也就是說，發明人發現在圓柱形本體42的內部腔室50與圓柱形本體的外部區域之間存在的壓力差使得凸緣密封件失效，這是由於高壓的作用在凸緣密封件上。發明人發現提供壓力均衡元件將減小作用在凸緣密封件上的壓力，從而延長凸緣密封件的使用壽命並提高其壓力處理能力。
[0092]因此，在本公開的一個方面中，壓力均衡元件64被設置在軸承40的圓柱形本體42中。在圖2-4中示出了壓力均衡元件64的一個示例。在本公開的所示方面中,壓力均衡元件64包括形成在圓柱形本體42中的通道65。在圖2-4中示出的該通道是從開口 68延伸至出口點70的曲折(labyrinthine)密封通道66，開口 68形成為通過連續壁44的厚度T，而出口點70在圓柱形本體42的第二端58處。連續壁44的開口 68提供在圓柱形本體的內部腔室50與曲折通道66之間的流體連通，同時在將軸承40用於操作泵的過程中保持內部腔室50與泵送流體的一定程度的隔離。
[0093]在泵的操作中，由於流體的泵送，在軸承40上產生壓力差，使得相對於軸承40外側的在軸承40端部54、58處的壓力，內部腔室50具有較低壓力。通過在軸承40中提供壓力均衡元件64，例如曲折通道66，泵送流體在出口點70處將壓力施加至曲折通道66，推動流體進入通道66。所形成的壓力施加在曲折通道66中的油脂上，使得油脂保持在腔室50中以潤滑圓柱形本體42的內表面46相鄰表面47，而不是泵送流體進入該內部腔室。同時，有曲折通道66產生的壓力均衡減少了凸緣密封件66上的壓力差，從而延長了凸緣密封件的使用壽命。因此，壓力均衡元件64有助於延長密封元件59和軸承40本身的使用壽命。
[0094]可操作以調節內部腔室50與軸承40外側的泵腔室環境之間的壓力差，同時保持腔室50與泵腔室環境中的泵送流體隔離其它實施方式是合適的。在圖中所示的曲折通道66是可用於軸承40的壓力均衡元件64的一種可行配置，且可適用其它可行配置和裝置。該曲折通道66，或者其它不同形狀或配置的通道用作一種類型的儲存器，潤滑劑移動進入或退出該儲存器使得腔室50和泵腔室中的壓力均衡。其它形式是可行的。例如，如圖5-9中所示，其中以相似的附圖標記表示相似的構件，壓力均衡元件64可以是螺旋通道76的形式。在該實施方式中，螺旋通道76圍繞圓柱形本體42的外表面45，且在開口 68與出口點78之間延伸，該出口點78接近圓柱形本體42的端部58。還可將多於一個壓力均衡元件64用於軸承40中，在圖中示出了單個壓力均衡元件64。例如，還可在軸承40的圓柱形本體42的任一端或兩端54、58處提供壓力均衡元件。
[0095]圖10和11中示出了在本發明的其它方面，可將管潤滑劑口 80設置在支撐結構49中，如缽形殼體26的套筒(hub)82所示。潤滑劑口 80可以是可螺紋配合至套筒82的加油嘴配件。在泵10的裝配過程中，潤滑劑口 80可被定位成使得在軸承40的連續壁中與腔室50連通的開口 86可被設置成與潤滑劑口 80流體連通，以提供用於將潤滑劑經由缽形殼體26的套筒82注射進入潤滑劑口 80並進入腔室50的裝置。潤滑劑口 80還可被配置和設置成與軸承40的開口 68流體連通。該潤滑劑口 80還可通過經由套筒82作用在潤滑劑口 80的開口 84上的加壓流體，朝向軸承40的腔室50推動在潤滑劑口 80中的潤滑劑，而提供一些壓力均衡方式。
[0096]在本發明的其它實施方式中，壓力均衡元件64被設置在軸承40與軸承40的支撐結構49之間，例如如圖12中所示作為缽形殼體26的套筒82。在該實施方式中壓力均衡元件64可以是螺旋通道或者曲折通道88的形式，與圖2或5中所示的通道66的配置相似，除了圖2和5中示出通道形成在軸承40的外表面，而該通道形成在支撐結構49中。壓力均衡元件64可以是任何其它合適的裝置或配置。該曲折通道88可以預裝或以另外地填充有潤滑劑。該曲折通道88包括第一端90和第二端92，其中第一端90被設置成與軸承40中的開口 68連通以提供與軸承40的腔室50的流體連通，而該第二端92開口至缽形殼體26的內部94。因此，缽形殼體26中的壓力作用在曲折通道88上從而以前述的方式將潤滑劑推向軸承40的腔室。圖12中所示的壓力均衡元件64提供在軸承40上的壓力均衡，並延長了凸緣密封件60的使用壽命，如上文所述。
[0097]該壓力均衡元件64，無論在軸承40的圓柱形本體42中或者在用於軸承40的支撐表面49中，如泵殼體部分中，可通過工業中已知並使用的方法機加工軸承40或機加工殼體部分而形成。可選地，可通過本領域已知的鑄造方法生產軸承40或支撐表面49。
[0098]其中安裝有本發明的軸承組件的豎直渦輪泵最合適地通過首先提供支撐結構，如泵殼體部分、軸承和驅動軸，而裝配。顯然，泵殼體可以是泵殼體的需要這裡所公開的類型的軸承的任何合適部分，包括在泵殼體的結合長度之間的連接接頭處的泵殼體，或者用於容納葉輪的缽形罩，或者泵的其它合適殼體元件。接著，該軸承可被定位成與支撐結構或泵殼體部分接合，且接著將驅動軸定位成穿過軸承的圓柱形本體。該軸承關於驅動軸而定位，從而壓力均衡元件被定向為朝向在泵操作過程中驅動軸的旋轉引起的增大壓力的形成區域，以促進軸承內接近驅動軸的位置處與增大壓力形成區域之間的壓力均衡。因此，例如，壓力均衡元件被定向為朝向泵的區域，其中由泵的操作(即，驅動軸的旋轉)產生壓力差，從而在軸承40的內部腔室50與軸承40外的區域之間壓力差均衡。
[0099]使用這裡的公開所說明的軸承組件的實驗數據顯示了由壓力均衡元件產生的在多種壓力(一些超過了所使用的密封件的壓力定額)下的一致和滿意的密封和軸承性能。通過使用具有六個軸承組件的四級豎直渦輪泵的測試而產生數據，在各缽形罩中一個軸承組件，以及在柱形組件中的各軸承保持間中一個軸承組件。泵測試的軸承外壓力為從約5psi至超過270psi,且使用的凸緣密封件額定值為從60psi至lOOpsi。無論外部壓力的大小，凸緣密封件性能和磨損模式一致，從而表示通過該軸承組件成功地獲得了壓力的均衡。沒有發現凸緣密封件的失效，也表示實現了壓力均衡。長時間操作(如，二十四小時)顯示了在軸和軸頸軸承上很少的(如果有的話)可感知的磨損，這是相對於常規的結構和操作的顯著的進步，在常規的結構和操作中泵操作了相似的時間時顯示在軸和軸頸軸承上的一定程度的磨損。
[0100]本公開的軸承提供了軸承及其子構件(S卩，凸緣密封件)的延長的使用壽命。軸承還通過有效地消除對填縫機構的需要而提供了豎直渦輪泵的改進操作。
[0101]在【具體實施方式】的前述說明中，採用具體術語用於清楚的目的。然而，本發明不旨在限於所選擇的具體術語，且應理解個具體術語包括其它的技術等同術語，其以相似的方式實現相似的技術目的。諸如「左」和「右」，「前」和「後」，「之上」和「之下」等的術語作為方便的詞語提供參考位置而不應構成限制性術語。[0102]在本說明書中，詞「包括」應理解為其「開放」意義，即「具有」的意思，因此不應被限制為「封閉」意義，即「僅包括」的意思。相應的意思也適用於相應的詞「包含」，「包括有」
坐寸ο
[0103]此外，前述僅說明了一些實施方式，可進行改變、修改、增加和/或變化而不偏離所公開的實施方式的範圍和實質，該實施方式是示例性的而不是限制性的。
[0104]此外，所說明的實施方式涉及當前考慮為最實用和最優選的實施方式，其應理解為實施方式不應限於所公開的實施方式，相反地，旨在覆蓋包括在該實施方式的實質和範圍內的不同的修改和等同設置。此外，上述說明的多種實施方式可與其它實施方式結合使用，如，一個實施方式的方面可與另一個實施方式的方面結合而實現再另一個實施方式。另夕卜，任何給定組件的各獨立特徵或構件可構成另外的實施方式。
【權利要求】
1.一種用於在豎直渦輪泵內支撐驅動軸的軸承組件，所述軸承組件包括: 圓柱形本體，其具有連續壁，且具有外表面、內表面、第一端和第二端，該連續壁限定用於接收驅動軸從其通過的通道； 內部腔室,其沿著所述圓柱形本體的所述內表面形成； 環形肩部，其從所述第一端和所述第二端中的至少一個向內延伸，所述環形肩部被構造成接收並保持至少一個密封元件； 至少一個密封元件，其被定位在所述環形肩部中；和 壓力均衡元件，其形成在所述圓柱形本體中。
2.如權利要求1所述的軸承組件，還包括形成在所述圓柱形本體的所述第一端和第二端中的每端處的環形肩部。
3.如權利要求1所述的軸承組件，還包括開口，所述開口被形成為穿過所述連續壁並被設置成提供在所述腔室和所述壓力均衡元件之間的流體連通。
4.如權利要求3所述的軸承組件，其中所述壓力均衡元件包括曲折通道，所述曲折通道被形成為沿著所述圓柱形本體的所述外表面且從所述開口延伸至所述圓柱形本體的所述第一端和第二端中的一個。
5.如權利要求3所述的軸承組件，其中所述壓力均衡元件是螺旋通道，所述螺旋通道被形成為沿著所述圓柱形本體的外表面以圍繞所述圓柱形本體，並從所述開口延伸至所述圓柱形本體的所述第一端和所述第二端中的一個。
6.如權利要求1所述的軸承組件，其中所述至少一個密封元件還包括一組凸緣密封件。`
7.如權利要求1所述的軸承組件，其中所述腔室填充有潤滑劑。
8.一種豎直渦輪泵，包括: 驅動軸，其可操作地連接至用於旋轉所述驅動軸的驅動裝置； 殼體元件，其圍繞所述驅動軸並提供支撐結構； 軸承，其被定位在所述殼體元件和所述驅動軸之間，所述軸承包括， 圓柱形本體，其具有連續壁，且具有外表面、內表面、第一端和第二端，該連續壁限定用於接收所述驅動軸從其穿過的通道； 內部腔室,其沿著所述圓柱形本體的所述內表面形成； 環形肩部，其從所述第一端和所述第二端的至少一個向內延伸，所述環形肩部被構造成在其中接收並保持至少一個密封元件；和 壓力均衡元件，其設置在所述殼體元件和所述軸承之間，且與所述圓柱形本體的所述內部腔室流體連通，該壓力均衡元件至少部分地容納有一定量的潤滑劑；和至少一個葉輪，其可操作地連接至所述驅動軸從而用於旋轉。
9.如權利要求8所述的豎直渦輪泵，其中所述壓力均衡元件包括曲折通道。
10.如權利要求9所述的豎直渦輪泵，其中所述曲折通道形成在所述圓柱形本體的所述外表面中。
11.如權利要求9所述的豎直渦輪泵，其中所述曲折通道形成在所述殼體元件中。
12.如權利要求8所述的豎直渦輪泵，其中所述壓力均衡元件包括螺旋通道。
13.如權利要求12所述的豎直渦輪泵，其中所述螺旋通道形成在所述圓柱形本體的所述外表面中。
14.如權利要求12所述的豎直渦輪泵，其中所述螺旋通道形成在所述殼體元件中。
15.一種用於泵的軸承組件的壓力均衡元件，所述壓力均衡元件包括: 軸承，其在使用中定位在可旋轉驅動軸和固定泵殼體部分之間，所述軸承具有用於將潤滑劑保持在其中的內部腔室，並且具有從所述內部腔室延伸至所述軸承外的一點處的開Π ； 通道元件，其從所述軸承的所述開口延伸至所述軸承外的一位置，其中所述壓力均衡元件至少部分地容納有一定量的潤滑劑。
16.如權利要求15所述的壓力均衡元件，其中所述通道元件形成在所述軸承的外表面中。
17.如權利要求15所述的壓力均衡元件，其中所述通道元件形成在所述固定泵殼體部分中。
18.一種用於在泵中支撐可旋轉驅動軸的方法，包括: 提供具有外表面和旋轉軸線的驅動軸； 提供包括圓柱形本體的軸承，該圓柱形本體具有內部腔室和通道，所述通道形成為穿過所述圓柱形本體用於接收驅動軸，所述軸承還包括至少一個密封元件； 在所述驅動軸和所述軸承之間提供壓力均衡元件；` 將所述驅動軸設置成穿過所述軸承的所述通道，以將該軸承定位成圍繞所述驅動軸且將所述壓力均衡元件定位在所述驅動軸和所述軸承的所述內部腔室之間；以及 在所述軸承上產生壓力差以作用在所述壓力均衡元件上，從而保護所述軸承的所述至少一個密封元件並提供所述內部腔室與所述軸承的外部的壓力區域之間的隔離。
19.如權利要求18所述的方法，其中所述內部腔室被形成以朝向所述驅動軸並與所述驅動軸相鄰，且其中所述圓柱形本體的所述壓力均衡元件還包括通道，所述通道與內部腔室流體連通並從所述內部腔室延伸至所述圓柱形本體的外表面，該通道容納有一定量的潤滑劑，從而在產生壓力差時，所述壓力均衡元件操作以均衡在所述內部腔室和所述軸承的外側之間的壓力。
20.一種用於裝配泵的方法，包括: 提供驅動軸； 提供接近於所述驅動軸的支撐結構； 提供軸承，所述軸承包括圓柱形本體，所述圓柱形本體具有通道用於接收驅動軸從其穿過，以及還具有壓力均衡元件； 將所述軸承定位成圍繞所述驅動軸，且與所述支撐機構相接合；以及 將所述壓力均衡元件定向為朝向增大壓力形成區域，以有助於在所述軸承內接近於所述驅動軸的位置處與所述增大壓力形成區域之間的壓力均衡，所述驅動軸旋轉形成該增大壓力。
21.如權利要求20所述的方法，其中所述軸承的所述圓柱形本體包括內部腔室，該內部腔室形成以朝向所述驅動軸定向並被定位成與該驅動軸相鄰，且其中所述圓柱形本體的壓力均衡元件還包括與所述內部腔室流體連通的通道，所述通道從所述內部腔室延伸至所述圓柱形本體的外表面，所述通道容納有一定量的潤滑劑，其中將所述壓力均衡元件朝向增大壓力區域定向還包括將所述通道中的潤滑劑暴露於所述增大壓力區域。
22.如權利要求20所述的方法，其中所述軸承的所述圓柱形本體包括定位在所述圓柱形本體的一端處的至少一個密封元件，所述方法還包括將所述軸承的所述圓柱形本體定向以將所述至少一個密封元件布置成朝向所述增大壓力區域。
23.如權利要求20所述的方法，其中所述內部腔室和所述壓力均衡元件的通道在所述軸承被 定位成圍繞所述驅動軸之後被填充有潤滑劑。
【文檔編號】F04D29/04GK103874860SQ201280050775
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年8月16日 優先權日:2011年8月16日
【發明者】D.E.博爾特 申請人:韋爾弗洛韋股份有限公司