輸送泵的製作方法
2023-05-20 03:06:01 2
專利名稱：輸送泵的製作方法
輸送泵
本發明涉及一種輸送泵，該輸送泵帶有可變轉速的驅動裝置，用於可計量的輸送量分配，輸送泵設計為單級離心泵，帶有在泵殼體的轉動輪空間中無密封間隙地迴轉布置的離心式結構的徑向輪，用於在泵入口與泵出口之間輸送流體。
在化學產業和製藥產業的研究和開發領域中，需要比以往更快速、更低成本的開發。這些材料的生產要求更靈活、規模更小並且更環保的工藝。這導致使用這種工藝技術部件，該工藝技術部件以非常低的填充容積及連續的物料流量部分地進行操作。由於要求靈活地使用這些裝置，所以整體裝置與安裝在其中的組件一起必須藉助於特殊的淨化劑具備較高的淨化能力。
這種裝置要求液體物料具有精確、恆定、可自由調節並且無脈動
的容積流量。對於在每分鐘o毫升到以升為單位每小時三位數的範圍
內高度精確、連續的容積流量，可使用微齒環泵和齒輪泵形式及隔膜泵和柱塞泵形式的正位移泵。由於待密封的、相對於彼此移動的部件之間摩擦的原因以及其脈動的輸送流的原因，這種正位移泵具有可靠性差的不利之處。由此導致的維護費用及磨損件的成本及更換這些磨損件的成本對快速的研究和開發工作形成了阻礙，並顯著地幹擾了生產工藝。
WO 2005/052365 A2公開了 一種設計成密封式電泵(Spaltrohrmotorpumpe)的離心泵，用於超臨界石灰氬化合物的循環。驅動電機具有包括PEEK的密封殼，在該密封外殼中布置有轉子，轉子被高等級的鋼罩保護。泵軸和驅動電機的陶資軸承由從輸送流體的泵殼體中抽取的部分液流潤滑。開放式構造的轉動輪具有1英寸到2英寸之間的直徑，而驅動轉動輪的利用滾動軸承安裝的、直流電機的轉子具有1.5英寸到2英寸之間的直徑。具有開^:式轉動輪的單級泵裝置最大可達到60,000 rev/min的轉速。吸入連接件、輸送連接件和轉動輪之後的螺旋空間布置在外部泵殼體部分中，而內部泵殼體部分具有懸臂安裝的轉動輪及用於轉速可調節的直流密封式電機(作為驅動電機)的緊固件。
由於泵與密封式電機之間複雜的流動路徑，這種密封式電機結構具有縫隙較大的不利之處，嚴重地妨礙泵的清洗。因為部分輸送流體永久地流經電機及其密封式空間，所以滾動軸承的摩擦熱及密封式電機的熱損失導致不容許的大量熱量引入輸送流體中。
本發明基於這些問題開發了泵單元，用於在化學製品、藥品和/或化妝品組成部分的毫升的範圍內輸送並計量液體物料，對於具有不同特性的不同輸送介質，能夠精確、無脈動地設定的該泵單元的輸送量可以在寬廣的範圍內變化，並且泵在該泵單元中可方便地進行清洗，以便於快速地更換產品。
問題通過權利要求1的特徵得以解決。因此，實施了作為離心式結構的離心泵的計量泵，該計量泵設計為在部分負載操作點的區域內連續操作。計量泵的輸送量的界限在0ml/min至3600ml/min的範圍內，輸送高度界限在20m至300m的範圍內。轉動輪在轉動輪的空間內無接觸地轉動，並允許輪側空間內的回流。這一點可保證轉動輪無磨損的操作。另外，與所有適用的離心泵設計規定完全相反，該離心泵為極端情況下的部分負載而設計，其結果是較少的量可以無脈動地輸送。
轉動輪空間的直徑設計成最大比布置在其中的徑向輪的外直徑大4%，並且轉動輪空間設有一個或多個泵出口管道，出口管道相對於徑向輪的外直徑布置成銳角或相切。因此，離心泵的輸送高度從一部分靜壓力獲得，並從動壓力形式的動態部分獲得，其中靜壓力由於離心力的作用在轉動輪空間內建立，而動壓力在從轉動輪空間到泵出口 (為輸送連接件或出口管道的形式)的過渡區內建立。動壓力部分在轉動輪空間的出口孔處達到最大值。將離心輸送高度部分以及由動壓力引起的輸送高度部分一起加入泵的總輸送高度可使這種泵產生較高的壓力係數。
與此完全相反，在離心泵的常規結構中，壓力升高主要是由於速度降低，速度降低是由於流動空間隨著轉動輪沿流動方向而增大。
當清洗輸送泵時，或者當轉換到其它輸送介質時，為了使有用的輸送介質的損失降低到最小程度，在徑向輪安裝在泵殼體中的情況下，泵殼體在泵入口與泵出口之間的區域中具有等於或小於50毫升的殘餘容積，該泵入口與泵出口的橫截面由待與它們連接的管路的定
位面(AnlageiMchen)限定。當裝料或產品更換時，損失可降低到最小程度，同時泵能夠更快捷地進行清洗。
為了輸送不同的輸送介質，泵殼體設有溫度控制裝置。由此可進行簡單的溫度調節。在這種情況下，溫度控制裝置可設計成熱交換器，該熱交換器完全或部分地包圍著泵殼體與流體接觸的部分。為此目的，流體密封的連接件穿過溫度控制裝置，並在裝置與轉動輪空間之間形成流體路徑連接。泵殼體布置在溫度控制裝置中，以便取決於輸送流體的溫度對其進^"冷卻或加熱。
徑向輪具有至少兩個輸送管道，並且多個輸送凹口布置在徑向輪的外直徑上。布置在徑向4侖上的這些凹口構造為盲孔、凹穴或齒形凹進的部分。輸送管道設計為葉片通道、凹槽或狹槽形式的打開的凹口。如果徑向輪設計為封閉的轉動輪，吸入側或輸送側的蓋盤可具有就本身而言已知的輸送凹槽。
在徑向輪中，輸送管道的入口孔的數量和布置選擇成使其並不增大徑向輪的入口直徑。因此，利用較小的尺寸可在轉動輪上獲得用於產生離心力的最大面積。
轉動輪空間通過轉動輪空間的殼體壁與轉動的徑向輪或經由所述殼體壁穿過的軸部分之間的一個或多個軸封相對於環境或溫度控制裝置進行密封。這些可以是已知的軸密封環或低摩擦的浮動環密
7封。如果密封防洩漏的磁體耦合的驅動裝置將轉矩傳遞給徑向輪，則 可以省去這些密封。該驅動裝置還可以設計為防脫開的磁滯聯軸器。 另外，電動、氣動或液壓的驅動裝置可連接到徑向輪上。這種驅動電 機緊固到泵殼體或溫度控制殼體上，或者通過導入該殼體的軸連接到 徑向輪上。布置在驅動電機中的轉子軸的支撐可按就其本身而言已知 的方式同時用作泵軸及徑向輪的支撐。
另外，熱隔離元件可布置在驅動電機與溫度控制殼體和/或泵殼體 之間，並且驅動電機通過導入的軸連接到徑向輪上。泵殼體部分與溫 度控制殼體之間的連接區域具有轉動對稱的構型，並相對於彼此密 封。這一點可允許改進密封，改進的密封對於輸送液體化學製品和/ 或溶液形式的非常少量的危險液體或昂貴的液體而言是至關重要的。 由於離心泵(為在極端情況下的部分負載的範圍內連續操作而設計)可 調節的驅動裝置的原因，可以對非常少的這種流體進行均勻、無脈動、 可調節地輸送。
另外，輸送泵連接到調節裝置上，而調節裝置連接到內部或外部 容積流量測量裝置上，並通過驅動電機產生不依賴於裝置背壓的、可 調節的、恆定的容積流量。通過調節裝置，可在最小與最大的輸送量 之間的轉換範圍或調節範圍內產生驅動電機可變轉速的範圍，該可變
轉速的範圍具有數值高達5000的數量因子(Mengenfaktor)。還有，在 驅動電機0至35000rpm的轉速範圍內，離心泵的輸送壓力位於0至 300bar之間。這種離心泵的操作數據是可行的，僅僅是因為與所有已 知的設計規則相反，徑向輪與泵單元的殼體是為極端情況下永久的部 分負載操作而設計。為了便於安裝，泵單元、驅動電機、轉換或調節 裝置及相關的電子操作、測量和控制元件結合到可安裝的模塊中。
本發明示範性的實施例顯示在附圖中，並在以下更詳細地進行描 述。其中
圖1顯示了輸送泵的縱向截面，
圖2顯示了泵單元的透視圖，圖4在截面圖中顯示了轉動輪，以及 圖5顯示了穿過輸送泵的截面。
圖1顯示了單級結構型的輸送泵。離心式結構的徑向輪2可轉動 地布置在泵殼體l中。徑向輪2具有輸送管道3，並從中心經由泵入 口 4接收流量。徑向輪2以力傳遞的方式連接到可變轉速的驅動裝置 5上，並具有外直徑D^A，該外直徑DtA可達到50mm。徑向輪在轉動 輪空間6中轉動，轉動輪空間6的內直徑Dm設計成最大僅比徑向輪 2的外直徑Du大4。/0。
泵殼體1設有溫度裝置7，在該示範性的實施例中，溫度裝置7 集成到泵殼體中。其它結構形式也是可行的。冷卻空間7.1至7.3包 圍著轉動輪空間6以及與泵殼體1鄰近的密封殼體8。在密封殼體8 中布置有作為一種軸封的密封件9，在該示範性的實施例中，密封件 9顯示為唇形密封圈。取決於所使用的輸送流體，密封件9還可以設 計為浮動環密封件。密封件9可取決於轉動輪與驅動裝置的軸10之 間所選擇的連接件密封性地緊貼到轉動輪2、緊貼到轉動輪的輪轂2.1 上，或者緊貼到軸10上。溫度控制空間7.1至7.3通過外部介質起作 用。結果，與輸送流體接觸的泵殼體部分被可靠地冷卻，原因是離心 泵設計為在部分負載操作點的區域內連續操作，離心泵的輸送量的界 限在Oml/min至3600ml/min的範圍內，輸送高度的界限在20m至 300m的範圍內。由於驅動裝置5為此目的需要較高的轉速，所以附 加的冷卻器件11布置在驅動裝置5的外圓周上。還有，驅動裝置5 以力傳遞的方式連接或緊固到溫度控制裝置7上。
泵入口 4的面積由定位面12限定，該定位面12位於直接靠近泵 的內部空間的位置，並且用於輸送流體的待連接的管路密封性地緊貼 到該定位面12上。類似的結構也存在於泵出口 13處，泵出口 13位 於視圖平面下方，並且僅作為半圓部分地可看到。待與泵入口4連接
9的管路(此處未示出)通過已知的方式(例如連接螺母)緊固。通過泵的管 路直接導入轉動輪空間6，並且由於轉動輪外直徑D^A與轉動輪空間
6的內直徑Duu之間較小的差別，在徑向輪已安裝的情況下，可在泵 殼體內獲得等於或小於50毫升的用於輸送流體的殘餘空間。這一非 常小的量值的有利之處在於，在更換有用的輸送流體時僅產生最小可 能的損失。
從圖2中可看到泵入口 4和泵出口 13，其中圖2是構造為單元的 輸送泵的透視圖。溫度控制裝置7集成到泵殼體1中，並且泵入口 4 和泵出口 13經由溫度控制裝置7導入，直到轉動輪空間。
外部溫度控制介質(例如冷卻劑)經由軸向或徑向的連接件14，15 供入溫度控制空間7.1至7.3中，並從溫度控制空間7.1至7.3中排出， 其中軸向或徑向的連接件14，15可有選擇地使用。泵單元和驅動電機 5結合到結構單元內，並固定在承載元件16中。承載元件16構成了 模塊式構造或安裝到現有的裝置中的先決條件。
圖3顯示了徑向輪2的透視圖。徑向輪2為盤形結構，並在該實 例中設有輪轂2丄在輪穀2.1內存在有與驅動裝置5的軸IO(此處未 示出)進行力傳遞的連接件。四個輸送管道3布置在徑向輪2中。另外， 構造為盲孔形式的多個輸送凹口 18布置在轉動輪的圓周17上。藉助 於這些輸送凹口，離心泵葉輪的壓力係數可以顯著地提高。另外，輸 送側和吸入側的蓋盤19， 20具有多個徑向走向的輸送凹槽21。輸送 凹槽21同樣可以提高基於圖1安裝在轉動輪空間6中的轉動輪的壓 力係數。沿軸向方向穿過轉動輪的平衡孔22在泵殼體中起到壓力平 衡的作用，同時當連接到驅動裝置上時可作為安裝輔助物。
圖4顯示了穿過轉動輪2的截面。從這一點可以看到此處總計只 使用了四個輸送管道3。輸送管道3的直徑彼此協調，使其在轉動輪 的入口 23的區域中並不與相鄰的輸送管道相切。這一點可保證保持 確定的轉動輪入口直徑。輸送凹口 18的深度T選擇成作為組裝完畢 的泵的殘餘容積的函數。作為此處所顯示的孔形式的輸送凹口 18的替代物，還可以採用 任何其它形式，例如凹槽、狹槽等，利用這些形式可以在轉動輪的外 直徑區域中進行能量傳遞。
圖5顯示了穿過輸送泵的截面。基於大容量的溫度控制空間7.2(其 可操作地與其它溫度控制空間相連)可以保證持續的極端情況下部分 負載的操作。
降低到最低程度的轉動輪空間6在轉動輪的外直徑Dla與包封的 環繞的轉動輪空間6的內直徑Du^之間形成徑向間隙寬度，該徑向間 隙寬度處於一位數的毫升範圍內。在所實施的離心泵中，轉動輪與殼 體之間的徑向間隙處於2mm的範圍內。轉動4侖與殼體之間的間隙在 軸向轉動輪側的區域內為類似的數量級。由於處於具有最小殘餘容積
的殼體中的該區域的這種構型，可以通過淨化劑對泵進行非常快速可 靠地清洗。並且還可以使泵以損失儘可能最少的輸送產品部分來適應 變化的輸送條件或裝置。離心式轉動4侖2的連續轉動使得這種泵能夠
無脈動地搮:作。
由於轉動輪外直徑與轉動輪空間之間降低到最小程度的間隙，轉
動輪的周向部件同時接近周向速度，並與相對於轉動輪2以斜角布置 (優選地相切)的泵出口 13—起在泵的出口孔處為該離心泵獲得儘可能 最大的動壓力。與轉速可調節的電機一起可實現高輸送高度，並在泵 殼體內使殘餘容積達到最小程度。
轉動輪在轉動輪空間中無接觸的布置避免了密封性地彼此緊貼 著的摩擦表面。該措施可防止產生機械摩擦熱，防止摩擦磨損，以及 防止磨損顆粒對輸送流體造成汙染，並由於明顯延長的使用周期而改 進操作可靠性。另外，還可以避免就可清洗性而言起反作用的密封間 隙。參考標號清單
1 泵殼體
2 徑向輪 2.1 輪轂
3 輸送管道
4 泵入口
5 可調節的驅動裝置
6 轉動輪空間
7 溫度控制裝置 7.1-7.3 冷卻空間
8 密封殼體
9 密封件
10 軸
11 冷卻劑
12 定位面
13 泵出口
14, 15用於溫度控制介質的連接件
16 承載元件
17 轉動輪圓周
18 輸送凹口 19， 20 蓋盤
21 輸送凹槽
22 平衡孔
23 轉動輪入口
Dla 徑向輪2的外直徑
Dliu 轉動輪空間6的內直徑
權利要求
1. 一種帶有可變轉速的驅動裝置(5)的輸送泵，用於可計量的輸送量分配，所述輸送泵設計為單級離心泵，帶有在泵殼體(1)的轉動輪空間(6)中無密封間隙地迴轉布置的、離心式結構的徑向輪(2)，用於在泵入口(4)與泵出口(13)之間輸送流體，所述徑向輪(2)連接到每分鐘五位數的轉數範圍的、可變轉速的驅動電機上，所述徑向輪(2)從中心接收流量，設有輸送管道(3)，並具有高達50mm的外直徑，為用在具有連續輸送量的工藝技術裝置中，所述離心泵為部分負載的操作進行設計，所述離心泵的輸送量位於0ml/min至3600ml/min的範圍內，輸送高度為20m至300m，所述轉動輪空間(6)的內直徑(DLR1)設計成最大比所述徑向輪(2)的外直徑(DLA)大4％，密封件(9)布置在所述轉動輪空間(6)與所述徑向輪(2)和/或徑向輪(2)的軸(10)之間，所述轉動輪空間(6)在周圍設有一個或多個泵出口管道(13)，該出口管道(13)相對於所述徑向輪的外直徑布置成銳角或相切。
2. 根據權利要求1所述的輸送泵，其特徵在於，在所述泵殼體(l) 中布置有徑向輪(2)，而所述泵殼體(1)在泵入口(4)與泵出口(13)之間的 區域中具有等於或小於50毫升的殘餘容積，該泵入口(4)與泵出口(13) 的橫截面由待與它們連接的管路的定位面限定。
3. 根據權利要求1或2所述的輸送泵，其特徵在於，所述泵殼 體(1)設有溫度控制裝置(7-7.3)。
4. 根據權利要求3所述的輸送泵，其特徵在於，所述溫度控制 裝置(7)設計成熱交換器，並完全或部分地包圍著所述泵殼體(l)與流體 接觸的部分和/或所述轉動輪空間(6)。
5. 根據權利要求1至4中的一項或多項所述的輸送泵，其特徵 在於，流體密封的連接件穿過所述溫度控制殼體(7)，並將裝置與所述 轉動輪空間(6)連接。
6. 根據權利要求1至5中的一項或多項所述的輸送泵，其特徵在於，所述徑向輪(2)具有至少兩個輸送管道(3),並且多個輸送凹口(18) 布置在所述徑向輪的外直徑Dla上。
7. 根據權利要求6所述的輸送泵，其特徵在於，所述徑向輪(2) 上的所述輸送凹口(18)構造為盲孔、凹穴或齒形凹進的部分。
8. 根據權利要求6或7所述的輸送泵，其特徵在於，所述輸送 管道(3)設計為葉片通道、凹槽或狹槽形式的打開的凹口 。
9. 根據權利要求1至8中的一項所述的輸送泵，其特徵在於， 吸入側和/或輸送側的轉動輪蓋盤設有就其本身而言已知的輸送凹槽。
10. 根據權利要求1至9中的一項所述的輸送泵，其特徵在於， 所述徑向輪(2)的所述輸送管道(3)的入口孔的數量和布置並不增大徑 向壽侖的入口直^聖。
11. 根據權利要求1至10中的一項所述的輸送泵，其特徵在於， 密封防洩漏的磁耦合的驅動裝置將轉矩傳遞給所述徑向輪(2)。
12. 根據權利要求1至11中的一項所述的輸送泵，其特徵在於， 電動、氣動或液壓的驅動裝置連接到所述徑向輪(2)上。
13. 根據權利要求1至12中的一項或多項所述的輸送泵，其特 徵在於，所述驅動電機(5)固定到所述泵裝置(1)或所述溫度控制裝置(7) 上，並通過經由所述驅動電機(5)導入的軸(4)連接到所述徑向輪(2)上。
14. 根據權利要求1至12中的一項或多項所述的輸送泵，其特 徵在於，熱隔離元件布置在所述驅動電機(5)與所述溫度控制裝置(7) 和/或所述泵殼體(l)之間，並且所述驅動電機(5)通過導入軸(4)連接到 所述徑向輪(2)上。
15. 根據權利要求1至14中的一項或多項所述的輸送泵，其特 徵在於，所述泵殼體(1)的部分與所述溫度控制裝置(7)之間的連接區域 具有轉動對稱的構造，並相對於彼此密封。
16. 根據權利要求1至15中的一項或多項所述的輸送泵，其特 徵在於，調節裝置連接到內部的或外部的容積流量測量裝置上，並通 過所述驅動電機(5)產生不依賴於裝置背壓的、可調節的、恆定的容積流量。
17. 根據權利要求1至16中的一項或多項所述的輸送泵，其特 徵在於，所述驅動電機(5)的可變轉速範圍在最小與最大的輸送量之間 的轉換範圍或調節範圍內產生數值高達5000的數量因子。
18. 根據權利要求1至17中的一項或多項所述的輸送泵，其特 徵在於，在所述驅動電機(5)的0至35000rpm的轉速範圍內，離心泵 的輸送壓力位於0至30bar之間。
19. 根據權利要求1至18中的一項或多項所述的輸送泵，其特 徵在於，所述徑向輪(2)及所述離心泵的殼體為極端情況下的持續部分 負載操作而設計。
20. 根據權利要求1至19中的一項或多項所述的輸送泵，其特 徵在於，泵、驅動電機、轉換裝置或調節裝置及相關的電子操作元件、 電子測量元件和電子控制元件都結合到可安裝的模塊中。
全文摘要
本發明涉及一種輸送泵，該輸送泵帶有可變轉速的驅動裝置，用於可調節的計量輸送量，其中輸送泵設計為單級離心泵，帶有在泵殼體的轉動輪空間中無密封間隙地迴轉布置的離心式結構的徑向輪，以便在泵入口與泵出口之間輸送流體。徑向輪連接到驅動電機上，該驅動電機的轉速可在每分鐘五位數的轉數範圍內變化，徑向輪從中心接收流量，設有輸送管道，並具有高達50mm的外直徑，並用於具有連續輸送量的工藝技術裝置中，離心泵為部分負載的操作進行設計，離心泵的輸送量位於0ml/min至3600ml/min的範圍內，輸送高度為20m至300m。轉動輪空間的內直徑(DLR1)設計成最大比徑向輪的外直徑(DLA)大4％。密封件布置在轉動輪空間與徑向輪和/或徑向輪的軸(10)之間，並且轉動輪空間在圓周上設有一個或多個泵出口管道，該出口管道相對於徑向輪的外直徑布置成銳角或相切。
文檔編號F04D29/22GK101506526SQ200780031743
公開日2009年8月12日 申請日期2007年7月17日 優先權日2006年8月26日
發明者A·賓德, C·凱勒, C·耶格 申請人:Ksb股份公司