насос с магнитным приводом и способ его балансировки

Формула изобретения

1. Насос с магнитным приводом, содержащий корпус; защитную оболочку, установленную в корпусе; вал, установленный в защитной оболочке; лопастное колесо, вращающееся на валу в указанном корпусе; магнитную муфту, съемным образом установленную на лопастном колесе и вращающуюся на указанном валу; задний подшипник, расположенный между лопастным колесом и валом и способный вращаться вокруг вала; и упорный регулировочный клапан, включающий заднюю упорную шайбу, расположенную между защитной оболочкой и задним подшипником, при этом отверстие упорного регулировочного клапана определяется переменным зазором между упорным кольцом и задним подшипником.

2. Насос по п.1, в котором задний подшипник движется по оси вала, изменяя, таким образом, размер отверстия упорного регулировочного клапана.

3. Насос по п.1, дополнительно содержащий расположенные напротив друг друга внутреннее и внешнее передние компенсационные кольца, расположенные в передней части лопастного колеса, и расположенные напротив друг друга внутреннее и внешнее задние компенсационные кольца, расположенные в задней части лопастного колеса

4. Насос по п.1, в котором защитная оболочка имеет открытый передний торец и закрытый задний торец, при этом насос дополнительно содержит статор, который имеет, по меньшей мере, одну радиально отходящую лопатку и размещен у заднего торца защитной оболочки, чтобы стабилизировать вращающийся поток жидкости, созданный вращением лопастного колеса, и магнитную муфту в защитной оболочке.

5. Насос по п.4, в котором упорная шайба вложена в статор.

6. Насос по п.4, в котором статор может быть извлечен из защитной оболочки.

7. Насос по п.1, в котором вал имеет внутренний канал, проходящий вдоль вала и имеющий жидкостную связь с упорным регулировочным клапаном и первичным потоком жидкости в лопастном колесе.

8. Насос по п.3, в котором внутреннее переднее компенсационное кольцо имеет, по меньшей мере, один блокировочный выступ, а лопастное колесо имеет внутреннее седло переднего компенсационного кольца, имеющее, по меньшей мере, одну прорезь для блокировки, в которую входит блокировочный выступ, чтобы временно зафиксировать внутреннее переднее компенсационное кольцо.

9. Насос с магнитным приводом, содержащий защитную оболочку, имеющую закрытый и открытый торцы и определяющую внутренний объем насоса; вал, прикрепленный к закрытому торцу защитной оболочки во внутреннем объеме; и статор, расположенный в закрытом торце защитной оболочки и включающий, по меньшей мере, одну лопатку, отходящую, в основном, в радиальном направлении от оси вала.

10. Насос по п.9, в котором статор может быть съемным образом закреплен в защитной оболочке.

11. Насос по п.9, в котором насос дополнительно имеет упорную шайбу, прикрепленную к статору.

12. Насос по п.9, в котором статор имеет множество радиально отходящих лопаток и внешнее кольцо, связывающее указанные лопатки.

13. Насос с магнитным приводом, содержащий неподвижный вал, имеющий внутренний канал; лопастное колесо, имеющее жидкостной канал, определяющий направление первичного потока, и отверстие вала, размер которого достаточен для размещения в нем подшипников, которые облегчают вращение лопастного колеса на неподвижном валу, при этом канал имеет жидкостную связь с внутренним каналом неподвижного вала.

14. Насос по п.13, дополнительно содержащий патрубок возврата жидкости, предназначенный для установки на конце вала и направляющий поток жидкости из внутреннего канала в первичный поток жидкости и создающий эффект Вентури.

15. Насос с магнитным приводом, содержащий корпус; лопастное колесо, имеющее передний торец и задний торец и вращающееся в указанном корпусе; защитную оболочку, имеющую открытый торец и закрытый торец, и крепежный фланец, отходящий радиально от открытого торца защитной оболочки, указанный крепежный фланец крепится к корпусу и включает внешнее заднее компенсационное кольцо; внешнее заднее компенсационное кольцо, съемным образом закрепленное на внешнем заднем фиксаторе компенсационного кольца без переходного элемента; и внутреннее заднее компенсационное кольцо, съемным образом прикрепленное к заднему торцу лопастного колеса без переходного элемента и соосно с внешним задним компенсационным кольцом.

16. Насос по п.15, в котором корпус имеет фиксатор внешнего переднего компенсационного кольца, а насос дополнительно содержит внешние и внутренние передние компенсационные кольца, при этом внешнее переднее компенсационное кольцо съемным образом закреплено на фиксаторе внешнего переднего компенсационного кольца без переходного элемента, а внутреннее переднее компенсационное кольцо съемным образом прикреплено к переднему торцу лопастного колеса без переходного элемента и соосно с внешним передним компенсационным кольцом.

17. Насос по п.16, в котором компенсационные кольца имеют блокировочные выступы, обеспечивающие поворотный замок, смонтированный на корпусе, защитной оболочке или на лопастном колесе.

18. Способ балансировки насоса с магнитным приводом, который имеет защитную оболочку, имеющую открытый передний торец и закрытый задний торец, вал, имеющий внутренний канал и прикрепляемый к заднему торцу защитной оболочки, магнитную муфту, вращающуюся на валу в защитной оболочке, задний подшипник, расположенный между магнитной муфтой и валом и подвижный относительно вала, и упорный регулировочный клапан, включающий упорную шайбу и отверстие клапана, имеющее размер, определяемый относительным положением между задним подшипником и упорной шайбой; способ содержит стадии размещения упорного регулировочного клапана в торце защитной оболочки между защитной оболочкой и задним подшипником; повышение давления жидкости в защитной оболочке, благодаря чему задний подшипник движется по оси от упорного кольца, чтобы увеличить диаметр отверстия клапана; перемещение жидкости через отверстие клапана во внутренний канал вала, снижая, таким образом, давление в защитной оболочке, и перемещение заднего подшипника по оси к упорному кольцу по мере того, как уменьшается давление в защитной оболочке.

19. Способ по п.18, в котором лопастное колесо имеет канал для протекания первичного потока жидкости через насос, при этом способ дополнительно включает стадию: перетекание жидкости по внутреннему каналу вала в первичный поток жидкости.

20. Способ по п.18, в котором задний подшипник расположен у заднего торца защитной оболочки, при этом способ дополнительно содержит стадию перемещения заднего подшипника назад от магнитного узла, благодаря чему только задний подшипник входит в контакт с упорным кольцом для определения упорного регулировочного клапана.

21. Насос с магнитным приводом, содержащий корпус; защитную оболочку, прикрепленную к корпусу; вал, установленный в защитной оболочке; лопастное колесо, вращающееся на валу в указанном корпусе; магнитную муфту, съемным образом установленную на лопастном колесе и вращающуюся на указанном валу; задний подшипник, расположенный между лопастным колесом и валом и защитной оболочкой; и упорный регулировочный клапан, включающий заднюю упорную шайбу, расположенную между защитной оболочкой и задним подшипником, при этом отверстие упорного регулировочного клапана определяется переменным зазором между упорным кольцом и задним подшипником; внутреннее и внешнее задние компенсационные кольца, расположенные между лопастным колесом и защитной оболочкой, при этом внутреннее заднее компенсационное кольцо смонтировано на лопастном колесе, а внешнее заднее компенсационное кольцо смонтировано на защитной оболочке, в которой задние компенсационные кольца расположены радиально по отношению друг к другу, и задние компенсационные кольца предназначены для ограничения потока жидкости между компенсационными кольцами.

22. Насос по п.21, дополнительно содержащий внутреннее и внешнее передние компенсационные кольца, установленные между лопастным колесом и корпусом, причем внутреннее переднее компенсационное кольцо установлено на лопастном колесе, а внешнее переднее компенсационное кольцо установлено на корпусе, в котором передние компенсационные кольца расположены радиально по отношению друг к другу.

Описание изобретения к патенту

Настоящая заявка подается как международная заявка РСТ с приоритетом по патентной заявке США No. 10/751, 259, зарегистрированной 30 декабря 2003 года.

Предпосылки создания изобретения и область техники

Настоящее изобретение, в основном, относится к насосам для перекачки жидкости и, в частности, к центробежным насосам с магнитным приводом.

Известные центробежные насосы с магнитным приводом используются для перекачки коррозийных или опасных жидкостей, потому что они не имеют уплотнений вала, которые могут пропускать жидкость или изнашиваться. Насосы этого типа требуют уравновешивания осевой нагрузки, которая создается лопастным колесом. Как правило, эта нагрузка воспринимается осевым подшипником, как описано в патенте США No. 4226574. При действии периодической нагрузки против нормального рабочего направления, что имеет место при некоторых условиях перекачки, требуется использовать дополнительную защитную оболочку для осевых подшипников, как описано в патенте США No. 6443710. Другой способ противодействия этим осевым нагрузкам состоит в использовании устройства симметрирования или балансирования нагрузки, как это описано Клейном в патенте США No. 6135728.

Клейн использует давление жидкости, чтобы сбалансировать действие осевых сил, и регулирует давление жидкости кольцом на ступице лопастного колеса, которое создает переменный зазор между кольцом и валом.

Здесь возникает трудность регулирования осевых сил с помощью уравнительного осевого клапана. Поскольку насосы должны работать в широком диапазоне давлений и расходов, уравнительный клапан также должен регулировать давление в широком диапазоне. Чтобы достичь такого типа регулирования, по обе стороны клапана всегда должен существовать перепад давления. Следовательно, возникает необходимость в достижении самого низкого возможного давления на выходе уравнительного клапана при поддержании самого высокого возможного статического давления на задней стороне клапана.

Вращение жидкости в области, которая используется для выравнивания осевых сил, создает перепад давления, который уменьшает перепад давления поперек уравнительного клапана. Клейн требует, чтобы жидкость проходила через каналы во вращающемся лопастном колесе, чтобы обеспечить усилия выравнивания давлений поперек уравнительного клапана. Эти вращающиеся каналы вносят свой вклад в снижение давления на задней стороне клапана.

Другая проблема, которая является типичной для насосов с магнитным приводом, состоит в необходимости обеспечить различные размеры лопастного колеса. Поскольку лопастное колесо, как правило, постоянно крепится к носителю магнита, стоимость сборки такого насоса является относительно высокой. Это означает, что запасные части или дополнительные лопастные колеса, которые должны храниться на складе, будут весьма дорогими запасными узлами. Даже когда эти компоненты сделаны отдельно, они, как правило, крепятся вместе таким образом, что их демонтаж не представляется легкой задачей (см. конструкцию, раскрытую в патенте США No. 5895203).

Следовательно, возникает потребность в лопастном колесе и носителе магнита, которые могли бы быть легко разделены, но были бы способны передавать требуемый вращающий момент.

Другим недостатком насосов с магнитным приводом является необходимость периодически заменять компенсационные кольца. Хотя сменные компенсационные кольца описаны в патенте США No. 6234748, они требуют отдельных стопорных колец, которые легко не удаляются. Возникает необходимость создания простого средства для замены компенсационных колец без использования стопорных колец.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение, в основном, относится к жидкостным насосам и, конкретно, к центробежным насосам с магнитным приводом. Один вариант изобретения относится к упорному регулировочному клапану, который регулирует давление в насосе, чтобы выровнять осевые нагрузки, создаваемые лопастным колесом. Отверстие клапана определяется задним подшипником насоса и стопорным кольцом, которое расположено в защитной оболочке насоса, где установлен конец вала. Статор, размещенный на закрытом торце защитной оболочки, обеспечивает статическое состояние жидкости с тем, чтобы жидкость, поступающая в клапан, не вращалась. Жидкость в центральном жидкостном канале вала входит в первичный поток жидкости насоса, предпочтительно в направлении, в основном, перпендикулярном первичному потоку жидкости так, чтобы был создан низконапорный эффект Вентури.

Для достижения другой цели изобретения насос снабжен статором, который включает множество неподвижных радиальных лопаток, размещенных во внутреннем объеме защитной оболочки около закрытого торца защитной оболочки. Лопатки статора противодействуют вращению жидкости у закрытого торца защитной оболочки, которое может создать повышенное давление на входе клапана. Для достижения другой цели изобретение предусматривает напорное отверстие, расположенное на передней стороне ступицы лопастного колеса, что еще более помогает в уравновешивании сил давления в насосе. Еще одна цель изобретения состоит в разработке механизма крепления для фиксации носителя магнита насоса на лопастном колесе.

Механизм крепления обеспечивает монтаж носителя магнита при обеспечении сопротивления вращающему моменту в любом направлении вращения. Еще одной целью изобретение является разработка механизма крепления и блокировки для фиксации компенсационных колец насоса в различных местах относительно лопастного колеса и корпуса насоса.

Насос с магнитным приводом в соответствии с настоящим изобретением содержит корпус, защитную оболочку, установленную в корпусе, вал, установленный на закрытом торце защитной оболочки, лопастное колесо, вращающуюся вокруг вала в корпусе и защитной оболочке, и магнитную муфту, съемно смонтированную на лопастном колесе и вращающееся на валу. Насос также включает передний и задний подшипники, размещенные между лопастным колесом и валом и вращающиеся относительно вала, а также упорный задний регулировочный клапан, который включает упорную шайбу, расположенную между защитной оболочкой и задним подшипником. Отверстие упорного регулировочного клапана определяется переменным зазором между упорным задним клапаном и задним подшипником.

Еще одна цель изобретение состоит в создании насоса с магнитным приводом, который включает защитную оболочку, имеющую закрытый и открытый торцы и определяющую внутренний объем насоса, вал, установленный на закрытом торце защитной оболочки во внутреннем объеме, и статор, закрепленный на закрытом торце защитной оболочки и включающий, по меньшей мере, одну лопатку, отходящую от оси вала во внутренний объем, в основном, в радиальном направлении.

Другой целью изобретение является разработка насоса с магнитным приводом, который включает установленный в нем вал, имеющий внутренний канал, и лопастное колесо, имеющее жидкостной канал, определяющий направление первичного потока жидкости, при этом ступица лопастного колеса имеет отверстие для вала. В отверстие вала лопастного колеса вставлены подшипники, в которых установлен вал насоса. Ступица лопастного колеса имеет входное отверстие для жидкости, через которое жидкость поступает во внутренний канал неподвижного вала, и выпускное отверстие для жидкости, через которое жидкость вытекает из внутреннего канала вала в первичный поток жидкости.

Еще одной целью изобретения является разработка насоса с магнитным приводом, который включает корпус, лопастное колесо, вращающееся в указанном корпусе, защитную оболочку и первое и второе компенсационные кольца. Защитная оболочка включает открытый торец, закрытый торец и крепежный фланец, отходящий радиально от открытого торца защитной оболочки. Крепежный фланец крепится к корпусу и имеет первое седло компенсационного кольца. Первое компенсационное кольцо съемным образом установлено на седле компенсационного кольца защитной оболочки, а второе компенсационное кольцо съемным образом крепится на лопастном колесе соосно с первым компенсационным кольцом.

В соответствии с еще одной целью изобретение относится к способу балансирования насоса с магнитным приводом, который включает защитную оболочку, имеющую передний торец и задний торец, вал, имеющий внутренний канал и прикрепляемый к заднему торцу защитной оболочки, магнитную муфту, вращающуюся на валу в защитной оболочке, передний и задний подшипники, расположенные между магнитной муфтой и валом, которые вращаются относительно вала, и упорный регулировочный клапан, который включает упорную шайбу и отверстие клапана, имеющее размер, определенный относительным положением между задним подшипником и упорной шайбой. Стадии способа могут включать размещение упорного регулировочного клапана в задней части защитной оболочки между защитной оболочкой и задним подшипником, повышение давления жидкости в защитной оболочке, перемещая, таким образом, задний подшипник по оси по направлению от стопорного кольца, чтобы увеличить размер отверстия упорного регулировочного клапана, перемещение жидкости через отверстие клапана во внутренний канал вала, повышая давление в защитной оболочке, и перемещение заднего подшипника по оси к упорной шайбе по мере снижения давления в защитной оболочке, чтобы выравнять силы давления в насосе.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 - вид сбоку в разрезе на примерный центробежный насос с магнитным приводом в соответствии с настоящим изобретением;

Фигура 2 - вид в крупном масштабе на вал насоса, лопастное колесо и на передние компенсационные кольца, показанные на фигуре 1;

Фигура 3 - увеличенный вид в частичном разрезе на упорной регулировочный клапан и статор, показанные на фигуре 1;

Фигура 4 - вид сбоку в разрезе на лопастное колесо, показанное на фигуре 1;

Фигура 5 - вид спереди на лопастное колесо, показанное на фигуре 4;

Фигура 6 - вид сбоку в разрезе на внутренний магнитный узел, показанный на фигуре 1;

Фигура 7 - вид спереди на внутренний магнитный узел, показанный на фигуре 6;

Фигура 8 - вид сзади в поперечном разрезе на субблок насоса, показанный на фигуре 1, который включает внутренний магнитный узел, лопастное колесо и внутренние компенсационные кольца;

Фигура 9 - вид сзади в поперечном разрезе на субблок, показанной на фигуре 8;

Фигура 10 - вид сбоку в разрезе на статор, показанный на фигуре 1;

Фигура 11 - вид спереди на статора, показанный на фигуре 10, и

Фигура 12 - вид спереди на заднее внешнее компенсационное кольцо, показанное на фигуре 8.

Подробное описание изобретения

Предпочтительный вариант настоящего изобретения, в основном, относится к насосам для перекачки жидкостей и, конкретно, относится к центробежным насосам с магнитным приводом. Один вариант изобретения относится к упорному регулировочному клапану, который регулирует давление в насосе, чтобы выравнивать осевые нагрузки лопастного колеса. Упорный регулировочный клапан включает часть заднего подшипника насоса и стопорное кольцо, которое расположено в защитной оболочке насоса, где закреплен конец вала. Жидкость, проходящая через упорный регулировочный клапан, входит в центральный жидкостной канал вала и выходит из центрального жидкостного канала в первичный поток рабочей жидкости насоса. Поскольку вал неподвижен, жидкость, проходящая через центральный жидкостный канал, может проходить без закручивания, таким образом, увеличивая перепад давления поперек упорного регулировочного клапана.

Для достижения еще одной цели изобретения предлагается статор, который включает множество неподвижных радиальных лопаток, расположенных во внутреннем объеме защитной оболочки около закрытого торца защитной оболочки. Лопатки статора противодействуют вращению жидкости у закрытого торца защитной оболочки, что может обеспечить повышенное давление на входе упорного регулировочного клапана. В другом аспекте изобретение относится к механизму крепления носителя магнита насоса на лопастном колесе. Механизм крепления обеспечивает возможность съема носителя магнита при обеспечении устойчивого вращающего момента в любом направлении вращения. В еще одном аспекте изобретение относится к механизму крепления и блокировки для фиксации компенсационных колец насоса в различных местах относительно лопастного колеса и корпуса насоса.

Пример магнитного центробежного насоса с магнитным приводом 10, который включает признаки настоящего изобретения, описывается со ссылкой на фигуру 1. Как видно на поперечном разрезе установки на фигуре 1, блок насоса 10 включает корпус 12, лопастное колесо 14, внутренний магнитный узел 16, вал 18, передний и задний подшипники 20, 22, статор 24 и защитную оболочку 26. Блок насоса 10 также включает внешнее заднее компенсационное кольцо 28, внутреннее заднее компенсационное кольцо 30, внешнее переднее компенсационное кольцо 32 и внутреннее переднее компенсационное кольцо 34. При работе насоса ступица двигателя 38 передает вращающий момент на внешний магнитный узел 36 и, таким образом, осуществляется вращение лопастного колеса 14 в корпуса 12 благодаря магнитному полю внутреннего магнитного узла 16. Блок насоса 10 также включает упорную шайбу 40, расположенную вблизи передних компенсационных колец 32, 34, патрубок возврата жидкости 42 и упорный регулировочный клапан 44. Упорный регулировочный клапан 44 (см. фигуру 3) наряду с другими элементами блока насоса 10 обеспечивает уравновешивание давления в корпусе 12, что снижает влияние осевых сил и износ.

Корпус 12 включает главный корпус 50, через который проходит канал жидкости 60, всасывающий фланец 52 и соответствующую опору всасывающего фланца 54 и нагнетательный фланец 56 с соответствующей опорой нагнетательного фланца 58. После того как корпус 12 собран и закреплен с помощью винтов 66, 68 и других элементов опоры корпуса (не показаны), блок насоса 10 герметизируется за исключением трубопроводов, предназначенных для движения жидкости через всасывающие и нагнетательные фланцы 52, 56.

Обращаясь теперь к фигурам 4 и 5, мы видим, что лопастное колесо 14 включает ступицу лопастного колеса 70, колпак лопастного колеса 72, имеющий отверстие колпака 74, зубья привода внутреннего заднего компенсационного кольца 76, зубья привода внутреннего переднего компенсационного кольца 77, внутреннее переднее компенсационное кольцо 78, седло внутреннего заднего компенсационного кольца 80 и множество ребер привода 82. Задняя часть 84 лопастного колеса 14 имеет внешнюю поверхность 86 и переднее отверстие 88, заднее отверстие 90 и первичные каналы для потока жидкости 92.

Внутренний задний привод компенсационного кольца 76 и внутреннее седло компенсационного кольца 80 входят в зацепление с внутренним задним компенсационным кольцом 30. Внутреннее переднее седло компенсационного кольца 78 и прилив внутреннего переднего компенсационного кольца 77 входят в зацепление и удерживают внутреннее переднее компенсационное кольцо 34 (см. фигуру 8). Ребра привода 82 входят в зацепление и прижимают внутренний магнитный узел 16 к лопастному колесу 14 (см. фигуру 8). Заднее отверстие 90 задней секции 84 служит для входа в него переднего и заднего подшипников 20, 22 и промежуточного кольца 21, которое разделяет подшипники.

Как видно из фигур 6 и 7, внутренний магнитный узел 16 включает корпус магнита 100, сердечник магнита 102, множество магнитов 104 (см. фигуру 9), отверстие 106, множество блокировочных выступов 108, стопорный фланец 110, прорези для блокировочных выступов 112 и множество лопаток 114. Стопорные выступы 108 служат для зацепления с ребрами привода 82 (см. фигуру 4) лопастного колеса для крепления лопастного колеса 14 и внутреннего магнитного узла 16 вместе с поворотным замком. Стопорный фланец 110 дополнительно соединяет вместе лопастное колесо 14 и внутренний магнитный узел 16 и предотвращает обратное вращение внутреннего магнитного узла 16 относительно лопастного колеса 14, что в противном случае привело бы к отводу блокировочных выступов 108 от ребер привода 82 лопастного колеса.

Отверстия блокировочных выступов 112 обеспечивают доступ к стопорному фланцу 110. Магниты 104 вставлены в корпус магнита 100. Отверстие 106 служит для входа в него задней части 84 лопастного колеса 14 (см. фигуру 4).

На фигуре 9 показан магнитный узел 16, имеющий четырнадцать отдельных магнитов, которые прикреплены к сердечнику магнита 102 и вставлены в корпус магнита 100. Другие варианты могут иметь несколько отдельных магнитов; они могут иметь более четырнадцати магнитов, чтобы оптимизировать конструкцию насоса 10.

Кроме того, различные блокировочные выступы, фланцы, отверстия и лопатки, показанные на фигурах, приведены просто в качестве примера и могут быть заменены любыми другими подходящими фиксирующими или соединительными элементами.

Обращаясь теперь к фигурам 2, 3 и 8, мы видим, что вал 18 включает передний и задний концы 120, 122, внутренний канал 124, предпочтительно проходящий по оси вала, и поперечное отверстие 126, обеспечивающее проход жидкости от внешней части вала к внутреннему каналу 124. Передний конец 120 вала 18 входит в патрубок возврата жидкости 42. Патрубок возврата жидкости включает передний конец 180, центральный открытый сердечник 182 и боковые отверстия 184. Когда патрубок возврата жидкости соединен с передним концом 120 вала 18, внутренний канал 124 вала служит для передачи жидкой среды в центральный сердечник 182. Патрубок возврата жидкости предназначен для выпуска жидкости из сердечника 182 через боковые отверстия 184 в первичный поток жидкости А через насос 10 предпочтительно в направлении потока первичного потока жидкости А. Передний конец 180 может иметь различную конфигурацию, чтобы облегчить поток вокруг переднего конца 120 вала 18.

Как показано на фигурах 10 и 11, статор 24 имеет ступицу, множество радиальных лопаток 132, внешнее кольцо 134, резьбовое отверстие 136, седло упорной шайбы 138 и упорную шайбу 140. Упорная шайба 140 может быть съемно закреплена в ступице 130 или может быть отлита вместе со ступицей 130 и составлять неотъемлемую часть, взаимодействующую с остальными частями статора, как показано на фигурах 10 и 11. Некоторые преимущества статора с радиально отходящими лопатками, которые отделены от защитной оболочки, обсуждены ниже.

Как показано на фигурах 1 и 3, защитная оболочка 26 включает закрытый задний торец 150 и открытый передний торец 152, крепежный фланец 154, отходящий от переднего торца 152, внешнее заднее седло компенсационного кольца 156, седло вала 158 и ступицу статора 160. Защитная оболочка 26 определяет внутренний объем 162, достаточный для размещения в нем статора 24 и подузлов, показанных на фигурах 8 и 9. Компенсационное кольцо 156 служит для удержания внешнего заднего компенсационного кольца 28 в защитной оболочке 26. Пример внешнего заднего компенсационного кольца 28 показан на фигуре 12 и включает множество фиксаторов 190, которые предназначены для фиксации крепежных элементов (не показаны) в седле компенсационного кольца 156. Эти фиксаторы аналогичны фиксаторам 108, которые показаны на фигурах 6 и 7.

Как показано на фигурах 3 и 10, статор 24 имеет резьбовое отверстие 136, в которое ввертываются соединительные винты статора 160. Ступица 160 имеет резьбу на внешней поверхности с расчетом входа в резьбовое отверстие 136 статора. В других вариантах статор может быть смонтирован на соединительной ступице статора 160 с помощью других крепежных приспособлений типа шпоночной канавки, отверстия с совпадающими плоскими гранями, стопорных болтов или с помощью любого другого подходящего крепежного средства.

После сборки насоса 10 заднее внешнее и внутренне компенсационные кольца 28, 30 выравнены по отношению друг к другу, и передние внешнее и внутреннее компенсационные кольца 32, 34 выровнены по отношению друг к другу. Задний конец 190 заднего подшипника 22 расположен рядом с упорным кольцом 140 статора 24. Кроме того, упорная шайба 40 выравнена по отношению к передней поверхности внутреннего переднего компенсационного кольца

Упорная шайба 40 и упорное кольцо 140 используются для регулирования осевых сил в обоих направлениях по оси в условиях, когда осевая нагрузка не сбалансирована давлением, например при пуске. Взаимосвязь и относительный интервал между этими компонентами, которые выравнены по отношению друг к другу, важны для уравновешивания осевых сил в насосе 10, как описано ниже.

При работе насоса перекачиваемая жидкость входит в блок насоса 10 через всасывающий фланец 52 и проходит в лопастное колесо 14 в виде потока жидкости А. После прохождения через лопастное колесо поток перекачиваемой жидкости поступает в жидкостный канал корпуса 60, где жидкость собирается и выходит под давлением из блока насоса 10 через нагнетательный фланец 56. Некоторое количество жидкости, собранной в жидкостном канале корпуса 60, проходит между парами колец корпуса 28, 30 и 32, 34. Жидкость, проходящая между кольцами корпуса 28, 30, собирается во внутреннем объеме 162 защитной оболочки 26. Поскольку во внутреннем объеме 162 создается давление, подузел, показанный на фигурах 8 и 9 без вала 18 (в дальнейшем именуемый как "подузел лопастного колеса/магнита"), начинает двигаться по оси в защитной оболочке 26 в направлении от заднего торца 150 защитной оболочки. При движении подузла лопастного колеса/магнита упорный регулировочный клапан 44 начинает открываться для прохода жидкости из внутреннего объема 162 во внутренний канал 124 вала 18 через поперечное отверстие 126. По мере движения потоков жидкости через упорный регулировочный клапан 44 давление позади лопастного колеса 14 внутреннего объема 162 снижается, и лопастное колесо перемещается по оси к заднему торцу 150 защитной оболочки 26, закрывая зазор между упорным кольцом 140 и задним подшипником 22. Упорный регулировочный клапан 44 закрывается к точке, где достигнуто равновесие между силами давления во внутреннем объеме 162 и силами, действующими на лопастное колесо 14 за пределами защитной оболочки 26. Эта точка равновесия предпочтительно находится в точке, где упорное кольцо 140 и задний подшипник 22 не касаются друг друга и где упорная шайба 40 и внутреннее переднее компенсационное кольцо 34 не касаются друг друга.

После того как жидкость пройдет через упорный регулировочный клапан 44 во внутренний канал 124 вала 18, жидкость может течь в виде потока В по направлению к возвратному патрубку 42 и поступает обратно в первичный поток жидкости А, как показано на фигуре 2.

При работе насоса подузел лопастное колесо/магнит вращается в корпуса 12 с очень большой скоростью под воздействием внешнего магнитного узла 36 и ступицы двигателя 38. Этот вращающийся подузел вызывает вращение жидкости лопастным колесом во внутреннем объеме 162 защитной оболочки. Статор 24, размещенный позади вращающегося подузла, уменьшает вращение жидкости и преобразует кинетическую энергию вращающейся жидкости в потенциальную энергию, которая создает более высокое давление, вносящее свой вклад в увеличение перепада давления между внутренним объемом 162 и жидкостью при возвращении жидкости через возвратный патрубок 42. Высокий перепад давления поперек упорного регулировочного клапана 44 облегчает регулирование давления во внутреннем объеме 162. При низком давлении на входе в упорный регулировочный клапан 44 колебания в расходе жидкости небольшие и, следовательно, при расширении входного отверстия упорного регулировочного клапана давление изменяется незначительно. Если открытие и закрытие упорного регулировочного клапана 44 не изменяет давление во внутреннем объеме 162, то упорный регулировочный клапан 44 вряд ли поможет при балансировании осевых сил.

Перепад давления в блоке насоса 10 дополнительно увеличивается использованием эффекта Вентури, который создается благодаря конструкции и направлению разгрузки, обеспечиваемом возвратом жидкости через патрубок 42. Когда поток жидкости проходит через боковое отверстие 184, поток В вовлекается в поток А. Этот эффект Вентури понижает давление в канале 124, что помогает еще более увеличить перепад давления поперек упорного регулировочного клапана 44. Также важно то, что отверстие клапана 44 расположено в непосредственной близости от внутреннего объема 162, так что жидкости, накапливающейся во внутреннем объеме, не требуется проходить через зоны, где она могла бы вращаться лопастным колесом. Сведя к минимуму вращение жидкости, можно также свести к минимуму и максимальный перепад давления поперек клапана.

Некоторые известные уравнительные клапаны для компенсации осевой нагрузки имеют отверстие клапана переменного сечения в ступице лопастного колеса и отдельное отверстие на неподвижном конце вала. Для того чтобы жидкость текла от неподвижного конца вала к отверстию переменного сечения в ступице лопастного колеса, в этой конфигурации жидкость должна быть направлена по каналу рядом с вращающимся лопастным колесом, например, через ряд канавок, сформированных в лопастном колесе, которые проходят от задний части защитной оболочки к переднему торцу ступицы лопастного колеса. Поскольку эти каналы вращаются вместе с лопастным колесом, создается центробежная сила, которая воздействует на жидкость, вращающуюся в каналах. Эта центробежная сила снижает разность перепада давления между отверстием клапана на неподвижном конце вала и отверстием регулирующего клапана в ступице лопастного колеса. Этот низкий перепад давления ограничивает эффективный рабочий диапазон, в котором регулирующий клапан может регулировать величину осевых сил в блоке насоса. Путем обеспечения упорного регулирующего клапана отверстием переменного сечения на неподвижном конце вала и направляя жидкость через невращающийся элемент (т.е. непосредственно через канал в центре вала), достигается то, блок насоса, описанный выше и показанный на фигурах 1-12, обеспечивает значительно более высокий перепад давления и возможность эффективной работы в широком диапазоне для различных областей применения насоса.

Для изготовления различных компонентов блока насоса 10 могут быть использованы многие различные материалы. Например, упорная шайба, упорное кольцо, компенсационные кольца, вал и подшипники могут быть изготовлены из карбида кремния или других подходящих износостойких материалов. Аналогичным образом, защитная оболочка и лопастное колесо могут быть покрыты износостойким материалом типа карбида кремния.

Приведенное выше описание, примеры и данные дают полное описание изготовления и использования настоящего изобретения. Поскольку существует много вариантов изготовления защитной оболочки по настоящему изобретению без выхода из духа и возможностей изобретения, последнее характеризуется приведенной ниже формулой изобретения.