输送泵的制作方法

专利名称：输送泵的制作方法
输送泵
本发明涉及 一 种带有转速可变式驱动装置的输送泵
(Foerderpumpe), 该输送泵构造成这样的单级离心泵(Kreiselpumpe)——该单级离心泵带有在泵壳体(1)的工作轮空腔(Laufradraum)中回转地布置的、离心式结构的(zentrifiigaler Bauart)径向叶轮(Radialrad)(2)以用于在泵入口 (4)与泵出口 (13)之间流体(Fluid)的输送，径向叶轮(2)与转速可变化到可达五位数的每分钟转数范围中的驱动电机相连接，径向叶轮(2)在中心处经受入流(angestroemt)、设有输送通道(Foerderkanlaelen)(3)且在达55mm的外直径下具有达300m的扬程(Foerderhoehen)。
在化学产业和制药产业的研究和开发过程领域中，需要在低成本下的越来越快的开发。在这些材料的生产中要求更灵活、更小且更环
使用，该生产工艺技术部件部分地以非常低的填充容积及连续的物料流而运行。由于要求灵活地使用这些设备，所以整体设备(连同安装在其中的组件一起)的借助于特殊的清洗介质的良好的可清洁性是必须的。
这种设备要求液态物料的精确、恒定、可自由调节且无脉动的体积流量(Volumenstrom)。对于在零毫升每分钟到三位数数量的升每小时的范围内的高度精确的连续的体积流量，可使用呈微齿环泵和齿轮泵形式以及呈隔膜泵和柱塞泵形式的容积式泵(Verdraengerpumpen)。容积式泵的缺点在于由于相对于彼此移动的待密封的部件之间摩擦以及其脉动的输送流而造成的可靠性不足。与此相关的维护费用及磨损件的成本及更换这些磨损件的成本对快速的研究和开发工作形成
4了阻碍，并显著地干扰了生产过程。
从文件WO 2005/052365 A2中已知了 一种设计成密封式电机泵 (Spaltrohrmotorpumpe)的离心泵，用于超临界碳氢化合物的循环。驱 动电机具有由PEEK制成的密封罐，在该密封罐中布置有被不锈钢覆 层所保护的转子。泵轴的和驱动电机的陶乾轴承由从泵壳体中抽取的 输送液体(Foerderfluessigkeit)的部分流所润滑。开放式构造的工作轮具 有在1英寸和2英寸之间的直径，而驱动工作轮的、利用滚动轴承而 安装的直流电机的转子具有在1.5英寸和2英寸之间的直径。带有开 放式工作轮的单级泵装置应达到可达60,000转/分的最大转速。吸入 接头、压力接头和布置在工作轮之后的类型的螺旋空腔布置在外部泵 壳体部件中，而内部泵壳体部件具有外伸地安装的工作轮及用于转速 可调直流密封式电机(作为驱动电机)的紧固件。
密封式电机结构的缺点在于大量的缝隙(由于泵与密封式电机之 间复杂的流动路径)严重地妨碍泵的清洗。因为输送液体中的 一部分永 久地流经电机及其缝隙空间，所以滚动轴承的摩擦热及密封式电机的 损耗热量导致大量热量被引入输送液体中。因此，这种泵仅可在非限 定的最佳运行点的附近小范围(unmittelbarej Naehe)中运行。当泵在部 分负载下运行时，很快就会发生所不容许的较高的热量引入。这除了 对流体有损害之外还会由于空穴作用或干运转而导致泵停机。
本发明以解决如下问题为1^出，即，开发一种泵单元以用于化学 成分、药品成分和/或化妆品成分的在毫升范围中的液态物料的输送和 计量，该泵单元的输送量(Foerdermenge)针对带有不同特性的不同输送 介质在宽广的范围上可变，无脉动且精确地可调节，并且，该泵可方 便地进行清洁以用于快速的产品更换。
该问题通过权利要求1的特征得以解决。以此，实现了离心式结 构的离心泵形式的计量泵。该计量泵作为用于在生产工艺技术设备 (verfahrenstechnischen Anlage)中被使用的输送泵设计用于呈带有在分负载 -运行的形式的额定工作状态(Nennbetrieb)，其中，该额定工作状态的 特征由离心泵-部分负载-比转数(Kreiselpumpen-Teillast-spezifische Drehzahl)nq TL》0.05《10(l/min)所体现，并且其中，工作轮空腔在周 缘处i殳有一个或多个泵出口通道(Pumpenauslasskanaelen)，该泵出口通 道相对于径向叶4仑外直径成4兌角或成切线地(tangential)布置。
与所有现有的离心泵设计MJ'J或规定完全相反，该离心泵为^f及端 的部分负载运行(Temastbetrieb)而设计，其结果是较小的量可无脉.动地 被输送。为此，输送泵优选地具有离心泵-部分负载-比转数nqTL》0.05 < 3(1 /min)。用于离心泵-部分负载-运4亍范围(Kriselpumpen-Teillast-Betriebbereich) nq TL < 2.5的离心泵的设计也被证明是有利的。径向叶 轮(2)的外直径可达最大70mm。
基于另一个实施例，泵壳体(带有布置在该泵壳体中的径向叶轮) 优选地具有小于30毫升的剩余容积(Restvolumen)。这一点带来了输送 泵的易清洗性的显著的优点。并且，由于较小的剩余容积及极少的间 隙数量，在更换待输送的流体时，在清洁或沖洗输送泵时在输送泵中 仅产生少量的产品损耗。另外，工作轮空腔的内直径设计成最大比径 向叶轮的外直径大4%。并且，借助于减小包围径向叶轮的工作轮空 腔，可在泵出口通道处实现存在(anstehend)于该处的动压头(Staudruck) 的增大。在此， 一个或多个泵出口通道的进口开口 (Eintrittsoeffnungen) 构造成皮托管(Staurohren)的形式或构造成类似于皮托管。
基于输送泵的另一实施例，输送泵设有温度控制装置 (Temperiereinrichtung)，优选用于带有离心泵-部分负载-比转数nq TL > 0.05《1(1/min)的额定工作状态。
通过可在较大的nq TL范围中运行的输送泵，其改善了敏感流体 (empfmdlichen Fluiden)和/或带有低的沸点的流体的输送。
基于另 一设计，在工作轮空腔和径向叶轮和/或径向叶轮的轴之间 布置有密封件(Dichtung)。这样的设计同样也是可行的，即，在其中，不透气i也密封的(hermetisch dichter) 、 ^兹耳关4妾的(magnetgekuppelter)驱动 装置将转矩传递到径向叶轮上。并且，在泵壳体处、在温度控制壳体 (Temperiergehaeuse)处,和/或在轴承壳体上布置有用于轴的轴承。此 外，输送泵可构造成部件集合体(Blockaggregat),该部件集合体带有 用法兰连接的(angeflanschten)电机。
依赖于待使用的驱动装置，输送泵的特征在于恒定运转式运行 (konstantfahrbetrieb)或计量式运行(Dosierbetrieb)。
本发明的实施例显示在附图中，并在以下更详细地进行描述。其
中


图1在纵向截面中显示了输送泵，
图2显示了泵单元的透一见图，
图3显示了工作轮的透^L图，
图4在截面图中显示了工作轮，
图5显示了穿过输送泵的横截面，以及
图6在nq图中显示了输送泵的位置。
图l显示了单级结构型式的输送泵。离心式结构的径向叶轮2可 转动地布置在泵壳体l中。径向叶轮2具有输送通道3且经由泵入口 4而居中地经受入流。径向叶轮2以传力的方式与转速可调的驱动装 置5相连接且具有外直径DLA，该外直径DLA可达70mm。径向叶轮
在工作轮空腔6中转动，工作轮空腔6的内直径Dyy构造成最大仅比
径向叶轮2的外直径DLA大4%。
泵壳体1设有温度控制装置7,在该实施例中，温度控制装置7 集成到泵壳体中。其它结构形式也是可行的。冷却空腔7,1至7,3包 围着工作轮空腔6以及与泵壳体1邻近的密封壳体8。在密封壳体8 内作为一种轴封布置有密封件9,在该实施例中，密封件9为唇形密 封圈。依赖于所使用的输送流体(Foerderfluid)，密封件9还可以设计为浮环密封。密封件9可依赖于工作轮与驱动装置的轴10之间的所
选用的连接而密封地贴靠在工作轮2处、贴靠在工作轮轮毂2.1处， 或者贴靠在轴10处。温度控制空腔7.1至7.3被外部介质所作用 (beaufschlagen)。由此，与输送流体接触的泵壳体的部分被可靠地冷却， 原因是，离心泵设计用于在部分负载运行点区中的持续运行，在20 米至300米的扬程界限下，其输送量界限在0毫升/Min,至3600毫升 /Min,的范围中。由于为此所需的驱动装置5的较高的转速，在驱动装 置5的外周缘处布置有附加的冷却器件11。并且，驱动装置5以传力 的方式与温度控制装置7相连接或紧固到其上。
泵入口 4的面积由位于泵内部空腔的附近小范围中的支承面12 所限定，用于输送流体的待连结的导管(Leitung)密封地贴靠在该支承 面12上。类似的构造也出现在于泵出口 13处，泵出口 13在此位于 图纸平面下方且仅部分地作为半圆而可见。待与之连结的泵导管的固 定(此处未示出)通过已知的器件(例如锁紧螺母)而实现。通过泵导管的 至工作轮空腔6处的直接的导入(Heranfuehrung)并通过工作轮外直径
D^与工作轮空腔6的内直径DLR!之间的小的直径差，在带有已安装
的径向叶轮的泵壳体内为输送流体而得到了等于或小于50毫升的剩 余容积。该非常小的量的优点在于，在更换宝贵的输送流体时仅发生 极小的损耗。
从图2中可看到泵入口 4和泵出口 13，其中，图2是构造成单元 的输送泵的透一见图。温度控制装置7集成到泵壳体1中，并且泵入口 4和泵出口 13导引穿过温度控制装置7直至工作轮空腔。
外部温度控制介质(例如冷却剂)经由可有选择地被应用的轴向的 或径向的接口 14,15而被供应给温度控制空腔7.1至7.3并从其中被导 出。泵单元和驱动电机5结合成结构单元并保持在支承元件 (Tragelement)16中。支承元件16提供了用于模块式构造(modulartigen Aufbau)或至现有i殳备中的装入的必要条件。
图3显示了径向叶轮2的透视图。径向叶轮2设计成盘形的且在该实例中设有轮毂2丄在4仑毂2.1内实现了与驱动装置5的轴IO(此处未示出)传力连接。径向叶轮2内布置有输送通道3。另外，在工作轮周缘17上布置有构造成盲孔形式的多个输送凹口(FoerdervertiefUngen)18。借助于这些输送凹口 ，离心泵叶轮的压力系数(Druckziffer)可以得到改善。在一个可4亍的设计方案中，压力侧和吸力侧的盖盘(Deckscheiben)19, 20具有多个径向地伸延的输送凹槽21。输送凹槽21同样改善了根据图1装入到工作轮空腔6中的工作轮的压力系数。沿轴向方向穿过工作轮的平^f釺孔22在泵壳体内起到压力平衡的作用且同时地在建立与驱动装置的连接时充当装配辅助措施。图4显示了穿过工作轮2的截面，此处使用了四个输送通道3。输送通道3的直径如此地调谐，即，4吏得其在工作轮进口 23的区域中不与相邻的输送通道相交。由此确保了经限定的工作轮进口直径的保持。输送凹口 18的深度T依赖于所期望的装配完成的泵的剩余容积而进行选择。
作为此处所显示的孔形式的输送凹口 18的"^代，还可以采用任何其它形式，例如凹槽、狭缝等等，利用它们可以在工作轮外直径的区域中进行能量传递。
图5显示了穿过输送泵的截面。基于大规模的温度控制空腔7.2(其与其它温度控制空腔处于有效连接(Wirkverbindung)中)可以保证连续的极端的部分负载运行。泵出口通道13可构造成筒单的钻孔，或者其可以(如所示地)由类似于皮托管的插入物24与进口开口 25 —起形成。后一种情况使得简单的匹配成为可能。
通过最小化的工作轮空腔6,在径向叶轮的外直径DLA与包绕的周围的工作轮空腔6的直径D固之间形成径向间隙宽度，该径向间隙宽度处于一位数的毫米范围中。在所实施的离心泵中，工作轮与壳体之间的径向间隙处于2mm的范围中。在轴向工作轮侧的区域中工作轮与壳体之间的间隙在类似的数量级中。由于壳体中的具有极小剩余容积的区域的这种构型，可以通过清洗介质非常快速且可靠地对泵进行清洁。并且，可用最少的输送产品部分的损失来适应变化的输送条 件或设备。通过离心式工作轮2的连续转动得到了这种输送泵的无脉 动的运行。
通过工作轮外直径与工作轮空腔之间的最小化的间隙，工作轮的
周向分量(Umfangskomponente)同时地接近周向速度，并且，与相对于 工作轮2呈斜角地(schragwinklig)、优选成切线地布置的泵出口 13 — 起为该离心泵而在泵的出口开口处得到了尽可能最大的动压头。与转 速可调节的电机一起可在泵壳体内的最小的剩余容积下实现大的扬 程。
工作轮在工作轮空腔内的无接触的布置避免了密封地彼此贴靠 的摩擦表面。该措施防止了机械摩擦热的产生，防止了摩擦磨损，并 防止了与此相关的磨损颗粒所造成的输送液体污染，并且，通过明显 延长的使用寿命而改善了运行可靠性。另外，还避免了对可清洁性起 反作用的密封间隙。
图6中在nq图中，在用实线绘出的特性曲线族(Kennfeldem)中将 离心泵的nq值与容积式泵的nq值进行对比。该新颖的输送泵以其用 灰色显示的离心泵-部分负载-比转数nqTL的特性曲线族而首次地覆盖 了对立的两种泵类型之间的区域。参考标号列表
1泵壳体
2径向叶4仑
2.1轮毂
3專lr送通道
4泵入口
5可调节的驱动装置
6工作轮空腔
7温度控制装置
7.1-7.3冷却空腔
8密封壳体
9密封件
10轴
11冷却器件
12支承面
13泵出口
14， 15用于温度控制介质的接口
16支承元件
17工作4仑周缘
18输送凹口
19, 20
21输送凹槽
22平衡孔
23工作轮进口
24进口开口
25皮托管
DLA径向叶轮2的外直径
Dlri工作轮空腔6的内直径
权利要求
1.一种带有转速可变的驱动装置(5)的输送泵，其中，所述输送泵构造成单级离心泵，该单级离心泵带有在泵壳体(1)的工作轮空腔(6)中回转地布置的、离心式结构的、用于在泵入口(4)与泵出口(13)之间输送流体的径向叶轮(2)，所述径向叶轮(2)与转速可变化直至五位数的每分钟转数范围中的驱动电机相连接，所述径向叶轮(2)在中心处经受入流、设有输送通道(3)、在达55mm的外直径下具有依赖于转速的达300m的扬程，其特征在于，为了应用于生产工艺技术设备中，所述输送泵设计用于带有在0ml/min至7000ml/min的范围中的输送量的持续的离心泵-部分负载-运行的形式的额定工作状态，所述额定工作状态的特征由离心泵-部分负载-比转数nq TL≥0.05≤10(1/min)来体现，并且，所述工作轮空腔(6)在周缘处设有相对于径向叶轮外直径成锐角或成切线地布置的一个或多个泵出口通道(13)。
2. 根据权利要求1所述的输送泵，其特征在于，所述额定工作 状态优选地具有离心泵-部分负载-比转数nq TL^0.05《(l/miri)。
3. 根据权利要求1或2所述的输送泵，其特征在于，所述输送 泵设计用于离心泵-部分负载-运行范围nqTL<2.5。
4. 根据权利要求l, 2或3所述的输送泵，其特征在于，所述径 向叶轮(2)的外直径最大为70mm。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的输送泵，其特征在于， 带有布置在其中的径向叶轮(2)的所述泵壳体(1)优选地具有小于30毫 升的剩余容积。
6. 根据权利要求5所述的输送泵，其特征在于，所述工作轮空 腔(6)的内直径(D固)构造成最大比所述径向叶轮(2)的外直径(DLA)大 4%。
7. 根据权利要求4或5所述的输送泵，其特征在于，借助于包 围所述径向叶轮(2)的工作轮空腔(6)的变小而在所述泵出口通道(13)处实现了存在于该处的动压头的变大。
8. 根据权利要求1至7中一项或多项所述的输送泵，其特征在 于， 一个或多个泵出口通道(13)的进口开口(24)构造成皮托管(25)的形 式或构造成类似于皮托管。
9. 根据权利要求1至8中一项或多项所述的输送泵，其特征在 于，所述泵壳体(1)设有温度控制装置(7-7.3)。
10. 根据权利要求9所述的输送泵，其特征在于，优选地，为了 带有离心泵-部分负载-比转数nq Ti^0.05^1(l/min)的额定工作状态，所 述泵壳体(1)设有温度控制装置(7-7.3)。
11. 根据权利要求1至10中一项或多项所述的输送泵，其特征 在于，在工作轮空腔(6)和径向叶轮(2)和/或其轴(10)之间布置有密封件(9)。
12. 根据权利要求l至ll中任一项所述的输送泵，其特征在于， 不透气地密封的、磁联接的驱动装置将转矩传递到所述径向叶轮(2)上。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的输送泵，其特征在于， 在所述泵壳体(l)处、在所述温度控制壳体(7)处和/或在轴承壳体处布 置有用于所述轴(10)的轴承。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的输送泵，其特征在于， 所述输送泵构造成部件集合体。
15. 根据权利要求1至14中一项或多项所述的输送泵，其特征 在于恒定运转式运行或计量式运行。
全文摘要
本发明涉及一种带有转速可变的驱动装置(5)的输送泵，其中，输送泵构造成单级离心泵，该单级离心泵带有在泵壳体(1)的工作轮空腔(6)中回转地布置的、离心式结构的、用于在泵入口(4)与泵出口(13)之间输送流体的径向叶轮(2)。径向叶轮(2)与转速可变化直至五位数的每分钟转数范围中的驱动电机相连接，径向叶轮(2)在中心处经受入流、设有输送通道(3)且在达55mm的外直径下具有依赖于转速的达300m的扬程。为了应用于生产工艺技术设备中，输送泵设计用于带有在0ml/min至7000ml/min的范围中的输送量的持续的离心泵-部分负载-运行的形式的额定工作状态。该额定工作状态的特征由离心泵-部分负载-比转数nq_TL≥0.05≤10(1/min)来体现，并且，工作轮空腔(6)在周缘处设有相对于径向叶轮外直径成锐角或成切线地布置的一个或多个泵出口通道(13)。
文档编号F04D29/18GK101680456SQ200880014126
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月8日 优先权日2007年4月28日
发明者A·宾德, C·凯勒, C·贾杰 申请人:Ksb股份公司