CN109209981B - 泵轴承保持器 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种用于湿式运行泵的泵轴承保持器(1)，其包括：径向内段(3)，包括用于与泵轴承(13)的基本圆筒形径向外表面(29)压配合接触的内段表面(9)；径向外段(7)，包括具有等于或大于45°的锥角(θ₁)的环形或基本圆锥形外段表面(17)；以及中段(5)，从内段(3)延伸到外段(7)，其中，中段(5)包括具有小于45°的锥角(θ₂)的基本圆锥形中段表面(15)，其中，内段(3)的纵向截面区域A小于中段(5)的纵向截面区域B。

Description

泵轴承保持器

技术领域

本公开总体上涉及泵轴承保持器，即，通常用于湿式运行泵(wet-running pump)且特别是用于速度受控的湿式运行离心泵的泵轴承保持器。

背景技术

湿式运行离心泵通常包括将湿式运行的永磁转子与干式的定子分隔开的转子罐。转子驱动位于泵壳体内的叶轮。转子通常被安装在转子轴上，转子轴能够在至少一个径向轴承内转动。径向轴承通常通过泵轴承保持器(有时被称为轴承板或盘)，而被周向地保持在泵内并且在泵内被居中。泵轴承保持器具有中心开口，在制造或组装期间轴承沿轴向方向被压配合于该中心开口中。为了实现耐久的压配合，轴向压制力通常非常高。因此，在压配合期间轴承破裂或破碎的风险非常高。特别地，在这个过程中，轴承的陶瓷表面可能会损坏。

发明内容

与已知的泵轴承保持器相反，本公开的实施例提供了一种泵轴承保持器，其在轴承与保持器之间提供耐久的压配合的同时，显著地降低了轴承在压配合到保持器中时损坏的风险。根据本公开的泵轴承保持器的另一个优点在于，可以释放轴承和轴承保持器两者上的制造公差极限。

根据本公开的第一方案，提供了一种用于湿式运行泵的泵轴承保持器，其包括：径向内段，其包括用于与泵轴承的基本圆筒形的径向外表面压配合接触的内段表面；径向外段，其包括具有大于45°的锥角的环形或基本圆锥形外段表面；以及中段，其从所述内段延伸至所述外段，其中，中段包括具有小于45°的锥角的基本圆锥形中段，其中，内段的纵向截面区域A小于中段的纵向截面区域B。

这里，环形外段表面应当等同于具有90°锥角的基本圆锥形外段表面。外段表面可以在整个外段上延伸，或者外段表面可以在外段上仅部分地延伸。类似地，中段表面可以在整个中段上延伸，或者其可以在中段上仅部分地延伸。在外段内和/或在中段内，锥角可以是恒定的或者在径向方向上变化。在外段表面和/或中段表面弯曲的情况下，相关锥角θ可以在此被定义为平均锥角，即

其中，θ(r)是局部锥角，局部锥角被定义为以半径r切向地接触表面的虚拟同轴圆锥体的锥角，R_in是相应段表面的内半径，且R_out是相应段表面的外半径。如果外段表面和/或中段表面包含处在多个不可微分点之间的N阶或N段，N>1，其中

未定义，则相关锥角θ可以在此被定义为平均锥角，即，

其中θ_i是第i阶部或第i段的平均锥角。

内段的较小纵向截面区域A具有以下有益效果：当轴承被压配合到泵轴承保持器中时，其对径向变宽的阻力较小。因此，显著降低了压配合期间轴承破裂或破碎的风险。此外，可以释放轴承和轴承保持器上的径向生产公差极限。

在压配合期间，内段可以至少部分地以塑性方式变形，即，如果轴承从泵轴承保持器被卸下，内段不会完全弹性地回弹至其在压配合之前的初始形状。与内段相比，中段可以至少部分地以更柔性的方式(more flexible way，更灵活的方式)变形，即，如果轴承从泵轴承保持器被卸下，则中段将更加弹性地回弹至接近其初始形状。换句话说，中段的弹性行为可以具有比内段更小的滞后。

压配合期间的轴向压入力可能等于几百千克或更多。因此，内段的纵向截面区域A优选地足够大，以形成足够紧密的压配合并且防止内段在压配合期间撕裂。可选地，内段表面可以基本上是圆筒形的，用于与泵轴承的基本圆筒形的径向外表面压配合接触。由此，整个内段表面可以提供必要的摩擦接触，从而形成足够紧密的压配合。

可选地，所述内段表面可沿周向包括至少一个第一部分和至少一个第二部分，其中，至少一个第一部分具有第一半径且至少一个第二部分具有大于第一半径的第二半径，以使得至少第一部分限定至少一个用于与泵轴承的基本圆筒形径向外表面压配合的接触部分，并且使得至少一个第二部分限定至少一个位于内段与泵轴承之间的轴向流体通道。这有利于进一步减小内段对径向变宽的阻力并提供轴向流体通道。

替代地或附加地，内段可沿周向包括至少一个第一子段和至少一个第二子段，其中，至少一个第一子段具有第一径向厚度，且至少一个第二子段具有大于第一径向厚度的第二径向厚度。这也可以进一步减小内段且特别是在第一较薄的子段处对径向变宽的阻力。厚度在各子段内和/或在各子段之间可以是恒定的或者沿周向变化。厚度在此应被定义为子段内的平均厚度。

可选地，中段的径向厚度t在朝向内段的端部处可以比在朝向外段的端部处小。这有利于沿径向向外方向，从内段经由中段到外段逐渐地或逐步地增加对径向变宽的阻力。外段或至少外段的径向外边缘在压配合期间优选完全不变宽。

可选地，内段表面的轴向长度h可以比中段表面的轴向长度X短，其中，比值X/h优选地处在2至4的范围内。中段表面的较长轴向长度X允许更柔性的径向变宽，从而提供必要的径向向内压力，以实现轴承与泵轴承保持器的足够紧密的压配合。

可选地，中段可以在径向方向上比外段更具柔性，即，在压配合期间，中段的内径比外段的内径变宽得更多。

可选地，泵轴承保持器可以进一步包括被压配合到内段中的泵轴承。一旦得知泵轴承及其尺寸，则可以对泵轴承保持器进行具体优化以保持该泵轴承。例如，泵轴承可以是径向轴承，其具有用于与泵的转子轴滑动接触的内部滑动表面，其中，泵轴承优选地包括陶瓷表面。可选地，通过将内段表面的轴向长度h设计成小于泵轴承的径向外表面的轴向长度H的一半，即，h<H/2，优选h<H/3，可以针对具有轴向长度H的径向外表面的泵轴承来优化泵轴承保持器。

替代地或附加地，内段表面的轴向上端与泵轴承的径向外表面的轴向上端可以具有轴向距离p，其中，0.2·(H-h)<p<0.8·(H-h)。同样，替代地或附加地，内段表面的轴向下端与泵轴承的径向外表面的轴向下端可以具有轴向距离q，其中，0.2·(H-h)<q<0.8·(H-h)。由此，内段可相对于轴承而轴向地居中，以防止泵轴承保持器从轴承上滑落。因此，可以释放轴承和轴承保持器两者上的轴向制造公差极限。

根据本公开的第二方案，提供了一种包括如上所述的泵轴承保持器的泵，其中，该泵是用于在加热系统中输送水的离心泵。这种家用泵的市场很大且具有竞争力。因此，这种泵的生产被优化以允许取得高生产率，同时使得由于陶瓷轴承的破裂或破碎导致的必须报废的缺陷最小化。由于昂贵的陶瓷轴承的破裂或破碎较少，因而可以以较低的成本生产具有如上所述的泵轴承保持器的用于在加热系统中输送水的离心泵。

附图说明

现在将参考以下附图通过示例来描述本公开的实施例，其中：

图1示出了根据本公开的第一实施例的泵轴承保持器的示例的横截面图；

图2示出了根据本公开的第一实施例的具有压配合轴承的泵轴承保持器的示例的更详细的局部剖视图；

图3示出了根据本公开的第二实施例的泵轴承保持器的示例的内段的俯视图；

图4示出了根据本公开的第三实施例的泵轴承保持器的示例的内段的俯视图；和

图5示出了根据本公开的第四实施例的泵轴承保持器的示例的内段的俯视图。

具体实施方式

图1示出了泵轴承保持器1，其包括内段3、中段5和外段7。在该第一实施例中，泵轴承保持器1整体且均匀地由单一材料制成，优选由金属板制成，并且相对于纵向轴线L旋转对称。泵轴承保持器1可被锻造、铣削、切割、修补、去毛刺、模制、研磨、轧制、3D印刷(增材制造)、和/或压制成所示的帽子形状。泵轴承13(参见图2)将从下方(参见中空箭头)被压配合到泵轴承保持器1中。因此，泵轴承保持器1的相关表面在此是底表面和内表面。应该注意的是，泵轴承保持器1可以具有任何空间取向，所以像“在……下方”、“在……上方”、“在……之下”、“在……之上”、“竖直”、“水平”等术语是在固定至泵轴承保持器1的参考框架下理解的。

内段3包括内段表面9，该内段表面限定中央圆形开口11，中央圆形开口具有半径R₁，泵轴承能够被压配合到该中央圆形开口中。中段5限定基本圆锥形中段表面15，基本圆锥形中间段表面15的范围从半径R₁到半径R₂，其中，外段5的外段表面17从半径R₂处开始。外段7的范围从中段表面15到外半径R3，外段7基本上形成一边缘(brim)，该边缘包括四个外部子段，即：环形的第一外部子段16，其限定具有外半径R₃的周缘面19，用于使泵轴承保持器1在泵壳体(未示出)内居中；圆筒形的第二外部子段21，其用于加固外段7；环形的第三外部子段23；以及圆锥形的第四子段25。第一外部子段16、第二外部子段21和环形第三外部子段23被布置成基本Z形或S形的结构以对外段7进行加固。

在圆锥形的第四子段25的区域中，外段表面17基本上为圆锥形且具有45°以上的锥角θ₁。应该注意的是，替代地，第四外部子段25可为环形，从而具有90°的锥角θ₁。为了增加外段7的刚度，第四外部子段25在此略微凸出地弯曲，所以严格地说，外段表面17的锥角θ₁被定义为

其中θ(r)是局部锥角，该局部锥被定义为以半径r切向地接触该表面的虚拟同轴圆锥的锥角。在这种情况下，非圆锥形的子段，即，环形的第一外部子段16、圆筒形的第二外部子段21和环形的第三外部子段23可以不影响外段表面17的锥角θ₁。

中段5将外段7与内段3连接。外段7与中段5之间的过渡线可以由切向地接触该表面并且具有45°锥角的虚拟同轴圆锥体上的虚拟法线N限定。在此，中段5和内段3之间的过渡线可由穿过圆筒形内段表面9的最低点的虚拟水平面Q限定。范围从半径R₁至半径R₂的基本圆锥形中段表面15具有小于45°的锥角θ₂。由于局部锥角θ(r)随着半径r稍微变化，中段表面15的锥角θ₂可被定义为

图1中的放大视图是内段3的纵向截面区域A和中段5的纵向截面区域B的更清楚的视图。内段3具有明显小于中段5的纵向截面区域，即A<B，优选地A<B/3。因此，当泵轴承被压配合到泵轴承保持器1中时，内段3对径向变宽的阻力较小。因此，显著降低了压配合期间陶瓷泵轴承的破裂或破碎的风险。在压配合期间，内段3可以至少部分地以塑性方式变宽，即，如果泵轴承从泵轴承保持器1被卸下，则内段3将不会完全弹性地回弹到其初始形状。与内段3相比较，中段5可以以更柔性的方式至少部分地变宽，即，如果泵轴承从泵轴承保持器1被卸下，则中段5将会更弹性地回弹至接近其初始形状。换句话说，中段5可以具有比内段3小的滞后性的弹性行为。

因此，中段5具有用以将压配合的泵轴承保持就位的弹簧效应，同时内段3提供用以将泵轴承保持就位的最小摩擦表面(即内段表面9)。为了提高整体的完整性、稳定性和柔韧性，在此实施例中，中段5的径向厚度t在朝向内段3的端部处比在朝向外段5的端部处小。此外，内段表面9的轴向长度h比中段表面15的轴向长度X短，其中，比值X/h优选在2至4的范围内。由于泵轴承保持器1的形状，中段5在径向方向上也比外段7更柔性。因此，对于通过压配合永久且可靠地保持泵轴承13而言，外段7有助于泵轴承保持器1的所需刚度，且中段5有助于泵轴承保持器1的所需柔韧性。内段3有助于泵轴承保持器1的所需塑性，以避免在压配合期间泵轴承的开裂、破碎和破裂。换句话说，内段3被构造成当泵轴承被压配合到内段3中时至少部分地塑性变形。

图2示出了环形的泵轴承13被压配合到内段3中时的泵轴承保持器1。泵轴承13是具有圆筒形内部滑动表面27的径向轴承，该圆筒形内部滑动表面用于与泵的同轴转子轴滑动接触。泵轴承13包括陶瓷表面。优选地，泵轴承13完全地由陶瓷材料制成。在此，泵轴承13的内边缘和外边缘被倒角(chamfered)以便于在压配合期间插入并且避免边缘处的破碎。

泵轴承包括具有轴向长度H的径向外表面29，其中，内部部段内段表面9具有的轴向长度h小于泵轴承的径向外表面29的轴向长度H的一半，即h<H/2。此外，内部部段内段表面9的轴向上端31与泵轴承13的径向外表面29的轴向上端33之间具有轴向距离p，其中，0.2·(H-h)<p<0.8·(H-h)。这确保了泵轴承13足够深地插入到泵轴承保持器1中，但不会过多。类似地，内部部段内段表面9的轴向下端35与泵轴承13的径向外表面29的轴向下端37之间具有轴向距离q，其中，0.2·(H-h)<q<0.8·(H-h)。

关于内段3的图3的俯视图示出了一实施例，其中，内段3在周向上包括第一子段39和第二子段41，其中，第一子段39具有第一径向厚度D₁，第二子段41具有大于第一径向厚度D₁的第二径向厚度D₂。如果径向厚度如所示那样沿周向变化，那么这些段可被任意地定义为径向地相对的子段。在压配合期间，大部分在较薄的第一子段39的区域中，内段3可以至少部分地塑性变形。

图4的实施例示出了在径向方向上呈“锯齿形”从而形成有八个“锯齿”的内段3。每个锯齿43在内段3与泵轴承13之间形成轴向流体通道，轴向流体通道具有基本矩形横截面。换句话说，内段表面9沿周向包括八个第一部分45和八个第二部分47，其中，每个第一部分45具有第一半径R_i，且每个第二部分47具有大于第一半径R_i的第二半径R_o，使得八个第一部分45限定用于与泵轴承13的基本圆筒形径向外表面29压配合的八个接触部分，并且使得八个第二部分47在内段3与泵轴承13之间限定八个轴向流体通道。

图5示出了与图4类似的实施例，但是仅具有六个轴向流体通道。在这种情况下，第二部分47是凹形的径向突起部，在第一部分45与第二部分47之间具有平滑弯曲的过渡部。

在前面的描述中，当提及整体或元件具有已知的、明显的或可预见的等同物时，则这样的等同物如同单独阐述一样并入本文。应当参考用于确定本公开的真实范围的权利要求，权利要求应该被解释为包含任何这样的等同物。读者还将理解，本公开的被描述为可选的、优选的、有利的、便利的等整体或特征是可选的，并且不限制独立权利要求的范围。

上述实施例应被理解为本公开的说明性示例。应该理解的是，关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用，或者与所描述的其他特征组合使用，并且还可以与任何其他实施例的一个或多个特征或任何其他实施例的任何组合来组合使用。尽管已经示出和描述了至少一个示例性实施例，但应该理解的是，对于本领域的普通技术人员而言，其他修改、替换和替代是显而易见的，并且在不背离本文所描述的主题的范围的情况下可以进行改变，并且本申请旨在覆盖这里讨论的具体实施例的任何修改或变化。

另外，“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除复数。此外，参照上述示例性实施例之一描述的特征或步骤也可以与上述其他示例性实施例的其他特征或步骤组合使用。方法步骤可以以任何顺序或并行应用，或者可以构成另一方法步骤的一部分或更详细的版本。应该理解的是，在本专利范围内应当体现所有这样的修改，合理且恰当地落入对本领域的贡献范围内。在不背离本公开的精神和范围的情况下可以做出这样的修改、替换和代替，本公开的精神和范围应该由所附权利要求及其合法等同物来确定。

Claims (14)

1.一种用于湿式运行泵的泵轴承保持器(1)，包括：

径向内段(3)，包括用于与泵轴承(13)的基本圆筒形径向外表面(29)压配合接触的内段表面(9)；

径向外段(7)，包括具有等于或大于45°的锥角(θ₁)的环形或基本圆锥形外段表面(17)；以及

中段(5)，从所述内段(3)延伸到所述外段(7)，其中，所述中段(5)包括具有小于45°的锥角(θ₂)的基本圆锥形中段表面(15)，

其中，内段(3)的纵向截面区域A小于中段(5)的纵向截面区域B，

其中，所述内段表面(9)沿周向包括至少一个第一部分(45)和至少一个第二部分(47)，其中，所述至少一个第一部分(45)具有第一半径(R_i)且所述至少一个第二部分(47)具有大于所述第一半径(R_i)的第二半径(R_o)，使得所述至少第一部分(45)限定至少一个用于与所述泵轴承(13)的基本圆筒形径向外表面(29)压配合的接触部分，且使得所述至少一个第二部分(47)限定至少一个位于所述内段(3)与所述泵轴承(13)之间的轴向流体通道。

2.根据权利要求1所述的泵轴承保持器(1)，其中，所述内段表面(9)是基本圆筒形的。

3.根据权利要求1所述的泵轴承保持器(1)，其中，所述内段(3)沿周向包括至少一个第一子段(39)和至少一个第二子段(41)，其中，所述至少一个第一子段(39)具有第一径向厚度(D₁)，且所述至少一个第二子段(41)具有大于所述第一径向厚度(D₁)的第二径向厚度(D₂)。

4.根据权利要求1所述的泵轴承保持器(1)，其中，所述中段(5)的径向厚度t在朝向所述内段(3)的端部处比在朝向所述外段(7)的端部处小。

5.根据权利要求1所述的泵轴承保持器(1)，其中，所述内段表面(9)的轴向长度h短于所述中段表面(15)的轴向长度X，其中，比值X/h处在2至4的范围内。

6.根据权利要求1所述的泵轴承保持器(1)，其中，所述中段(5)沿径向方向比所述外段(7)更具柔性。

7.根据权利要求1所述的泵轴承保持器(1)，其中，所述内段(3)被构造成当泵轴承(13)被压配合到所述内段(3)中时，所述内段至少部分地塑性变形。

8.根据权利要求1所述的泵轴承保持器(1)，还包括被压配合到所述内段(3)中的泵轴承(13)。

9.根据权利要求8所述的泵轴承保持器(1)，其中，所述泵轴承(13)是径向轴承，具有用于与泵的转子轴滑动接触的内部滑动表面(27)。

10.根据权利要求8所述的泵轴承保持器(1)，其中，所述泵轴承(13)包括陶瓷表面。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的泵轴承保持器(1)，其中，所述泵轴承(13)包括具有轴向长度H的径向外表面(29)，其中，所述内段表面(9)的轴向长度h小于所述泵轴承(13)的径向外表面(29)的轴向长度H的一半，即，h<H/2。

12.根据权利要求8至10中任一项所述的泵轴承保持器(1)，其中，所述内段表面(9)的轴向上端(31)与所述泵轴承(13)的径向外表面(29)的轴向上端(33)之间具有轴向距离p，其中，0.2·(H-h)<p<0.8(H-h)。

13.根据权利要求8至10中任一项所述的泵轴承保持器，其中，所述内段表面(9)的轴向下端(35)与所述泵轴承(13)的径向外表面(29)的轴向下端(37)之间具有轴向距离q，其中，0.2·(H-h)<q<0.8·(H-h)。

14.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的泵轴承保持器(1)的泵，其中，所述泵是用于在加热系统中输送水的离心泵。

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