專利名稱：潛水電動機泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明的領域本發(fā)明涉及一種潛水電動機泵，它由一臺電動機和一臺泵結合在一起成為一個單獨的組合件并具有一個推力平衡機構，更具體點說涉及一種潛水電動機泵，它有一個輔助軸承組合件，當潛水電動機泵在瞬變條件下運轉時可用來支承可旋轉的主軸。
相關技術的說明在潛水電動機泵中使用的靜液壓軸承在泵所泵入的壓力流體的壓力下才有承載能力，這時它可利用在一通常被稱為空腔的小室內的流體的靜壓力以不接觸的狀態(tài)來支承泵的可旋轉的主軸。
潛水電動機泵使用在其旁泵壓的液體作為靜液壓軸承用的壓力流體。當潛水電動機泵不運轉時，或在瞬變條件下即在開始運轉時或停止運轉時，從泵內排出的流體的壓力不夠高，這樣靜液壓軸承就不能合格地完成它們的工作。因此，潛水電動機泵通常除了靜液壓軸承外還使用球軸承作為輔助軸承用來支承泵的主軸。只是當泵不在運轉條件下或者是在瞬變條件下，球軸承才用來支承主軸。當泵在正常條件下運轉，泵所排出流體的壓力足夠高，軸向載荷(即軸向推力)被推力平衡機構平衡時，主軸使由靜液壓軸承支承。其時，由于球軸承并不支承主軸，球軸承沒有來自主軸的任何載荷。
球軸承有一圓筒形的軸承表面，在該表面和主軸的外周表面之間形成一個小的間隙。這個間隙比在靜液壓軸承和主軸之間的間隙小，因為后者要防止當泵在瞬變條件下運轉時靜液壓軸承和主軸的接觸。但在球軸承和主軸之間的間隙不能為零，只能設定一個合適的數(shù)值。當泵在瞬變條件下運轉時，球軸承并不能防止主軸的晃動到間隙內，即并不能足夠穩(wěn)定地支承主軸以便防止過度的振動和各種會導致事故的現(xiàn)象。
本發(fā)明的概述因此本發(fā)明的一個目的是要提供一種潛水電動機泵，當該泵在瞬變條件下運轉時其中的主軸能得到穩(wěn)定的支承。
按照本發(fā)明提供的潛水電動機泵具有一個泵殼體；設在泵殼體內的至少一個葉輪；一臺電動機，一根被電動機轉動并支承葉輪的主軸；一個用來平衡推力的推力平衡機構；利用潛水電動機泵泵壓的壓力流體在沿軸向間隔開的多個位置上用來支承主軸的靜液壓軸承；和一個當潛水電動機泵不在運轉條件下或在瞬變條件下時用來支承主軸的輔助軸承組合件，輔助軸承組合件在沿軸向間隔開的位置上具有用來支承主軸的支承表面，支承表面帶有錐度。
輔助軸承組合件具有一個上球軸承和一個下球軸承分別支承主軸的上部和下部。
支承表面中的一個為裝在上球軸承上的第一軸承套筒和裝在主軸上的第一軸套筒的接觸面，而支承表面中的另一個為裝在下球軸承上的第二軸承套筒和裝在主軸上的第二軸套筒的接觸面。
支承表面中的一個形成在向上的方向上直徑逐漸減小的帶錐度的表面，而支承表面中的另一個形成在向下的方向上直徑逐漸減小的帶錐度的表面。
當潛水電動機泵處在瞬變條件下時，主軸由于本身的重力而下降，下軸承套筒的帶錐度的表面和相應的軸套筒互相配合在一起，主軸被下球軸承同心地支承著，在它們之間沒有任何明顯的間隙。隨著主軸的下降，上球軸承和上軸承套筒在推進件的復位力的作用下亦被下降，上軸承套筒的帶錐度的表面和相應的軸套筒互相配合在一起，主軸被上球軸承同心地支承著，在它們之間沒有任何明顯的間隙。
當潛水電動機泵在正常條件下運轉時，排出流體的壓力足夠高，使靜液壓軸承具有足夠的承載能力，可將主軸支承在不接觸狀態(tài)。推力平衡機構被驅動使主軸升起，于是下軸承套筒的帶錐度的表面和相應的軸套筒互相脫離接合，從而使下軸承套筒和相應的軸套筒互相脫離接觸。設有壓迫裝置使上球軸承克服推進件的復位力而被提升，于是上軸承套筒的帶錐度的表面和相應的軸套筒互相脫離接合，從而使上軸承套筒和相應的軸套筒互相脫離接觸。
本發(fā)明的上述和其他一些目的、特別和優(yōu)點在閱讀下面結合附圖所作的說明后當可清楚，附圖用示范方式示出了本發(fā)明的較優(yōu)實施例。
附圖的簡要說明

圖1為裝有按照本發(fā)明的一個實施例的潛水電動機泵的存儲罐的概略的垂直剖視圖；圖2為圖1中所示潛水電動機泵的放大的垂直剖視圖；圖3為在潛水電動機泵內的下球軸承及其周圍零件的放大的局部的垂直剖視圖，圖中左半邊示出當潛水電動機泵在瞬變條件下運轉時零件的位置，右半邊示出當潛水電動機泵在正常條件下運轉時零件的位置；圖4為在潛水電動機泵內的上球軸承及其周圍零件的放大的局部的垂直剖視圖，圖中左半邊示出當潛水電動機泵在瞬變條件下運轉時零件的位置，右半邊示出當潛水電動機泵在正常條件下運轉時零件的位置。
圖5A為圖1中所示潛水電動機泵的放大的剖視圖；以及圖5B為圖5A中沿A-A線切取的剖視圖。
較優(yōu)實施例的詳細說明按照本發(fā)明的一個實施例的潛水電動機泵將結合圖1到4在下面說明。
如圖1所示，一般地用標號4指出的潛水電動機泵被設置在一個垂直地裝在存儲罐1內的筒2的下部位置上。在潛水電動機泵4的下面設有一個吸入閥3。如圖2所示，潛水電動機泵4有一吸入殼體5、多級泵殼體6、及設在各自的泵殼體6內的多個葉輪12和一個末級葉輪13。
葉輪12和13被固定在一根主軸9上。電動機轉子10可旋轉地設在電動機殼體7內并被固定地支承在主軸9上。誘導器(inducer)30被固定在主軸9的下部上。電動機定子11被固定地裝在電動機殼體7內包圍著電動機轉子10。
如圖1和2所示，當潛水電動機泵4運轉時，液體G如要被泵入的液化氣從吸入閥3的開口流入到泵4的吸入殼體5內如箭頭F1所示。然后如箭頭F2所示，液體G流動通過裝在主軸9上的誘導器30，并連續(xù)地被裝在主軸9上的葉輪12增壓。然后液體G抵達最上面的末級葉輪13，并通過電動機殼體7內制出的排放口14被葉輪13排放到筒2內如箭頭F3所示。此后液體G在筒2內向上流動，并從將筒2的上端連接到存儲罐1的外側的噴嘴29內被排出，如箭頭F4所示。
潛水電動機泵4有一推力平衡機構15可用來平衡作用在主軸9上的推力。潛水電動機泵4還包括一個下靜液壓軸承16依靠它主軸9的下端可旋轉地被支承在吸入殼體5內，一個中靜液壓軸承17，依靠它主軸9的中部可旋轉地被支承在電動機殼體7內，和一個上靜液壓軸承、依靠它主軸9的上端可旋轉地被支承在電動機殼體7內。從葉輪12的中間一個葉輪排出的壓力液體被引入到這些靜液壓軸承16、17和18中。潛水電動機泵4還包括一個輔助軸承組合件，該組合件具有一個上球軸承19、依靠它主軸9的上端可旋轉地被支承在裝在電動機殼體7上端的上殼體8內，和一個下球軸承20、依靠它主軸9的緊接在中靜液壓軸承17下面的中部可旋轉地被支承在電動機殼體7內。標號27指上靜液壓軸承的保持器。
電動機定子11包括繞組，通過電動機引線31與電源進行電連通。電動機引線31被電連接到支承在接線端底板32的接線端上。接線端底板32被定位在上殼體8的上方并被上殼體8支承著。
圖3在左半邊示出當潛水電動機泵4在瞬變條件下運轉時下球軸承20各零件的位置并在右半邊示出當潛水電動機泵4在正常條件下運轉時各零件的位置。
如圖3所示，下球軸承20有一固定在電動機殼體7上的外滾道20a和一個裝有下軸承套筒22的內滾道20b。下軸承套筒22有一帶錐度的內表面，其直徑在向下的方向上逐漸縮小。而在主軸9上固定地安裝著一個下軸套筒24，它有一個帶錐度的外表面，可與下軸承套筒22的帶錐度的內表面接合。下軸承套筒22和下軸套筒24共同構成輔助軸承組合件的一部分并在它們的接合表面上共同提供一個下支承表面FL。
圖4在左半邊示出當潛水電動機泵4在瞬變條件下運轉時上球軸承19各零件的位置并在右半邊示出當潛水電動機泵4在正常條件下運轉時各零件的位置。
如圖4所示，上球軸承19有一個固定在軸承殼體25上的外滾道19a和一個裝有上軸承套筒21的內滾道19b，而軸承殼體25可垂直移動地被容納在上殼體8內。上軸承套筒21具有一個帶錐度的內表面，其直徑在向上的方向上逐漸縮小，而在主軸9上固定地安裝著一個上軸套筒23，它有一個帶錐度的外表面，可與上軸承套筒21上的帶錐度的內表面接合。上軸承套筒21和上軸套筒23共同構成輔助軸承組合件的一部分并在它們的接合表面上共同提供一個上支承表面FU。
如圖4所示，在軸承殼體25和上殼體8之間插置有壓縮螺旋彈簧26以便用來推動上球軸承19以便使它通過軸承殼體25而向下移動。在軸承殼體25和上靜液壓軸承保持器27之間形成一個小室28，當潛水電動機泵4以正常條件運轉時，與潛水電動機泵4內的高壓液體區(qū)連通。
作為空腔的小室28和從高壓液體區(qū)供應給空腔的高壓液體共同成為壓迫軸承殼體25的壓迫裝置，這將在以后說明。
圖5A和4B示出推力平衡機構15和靜液壓軸承17。
如圖5A所示，推力平衡機構15設在末級葉輪13的附近。推力平衡機構具有一塊固定在電動機殼體7上的固定板40，面對固定板40的端面40a的葉輪13的背面13a，一個固定在電動機殼體7上的上磨損環(huán)41，一個固定在泵殼體6上的下磨損環(huán)42，和一個由背面13a、固定板40和電動機殼體7形成的上室43。上磨損環(huán)41的直徑大于下磨損環(huán)42的直徑，這樣來產(chǎn)生一個向上的推力。由于這個向上的力量(或推力)，主軸9和所有其旋轉部分便向上移動一個預定的距離。由于葉輪13向上移動，在葉輪13的背面13a和固定板40的端面40a之間的間隙就被縮小，這樣來限制磨損環(huán)的泄漏流動并使上室43內的壓力增加。由于上室43內的壓力增加，推力的方向便轉為向下的方向，使旋轉組合件向下移動，從而打開在固定板40的端面40a和葉輪13的背面13a之間的通道；使上室43內的壓力降下來。于是在固定板40的端面40a和葉輪13的背面13a之間的開口能自動調節(jié)以便在上室43內產(chǎn)生足夠的壓力來抵銷向上的推力。推力平衡機構15的連續(xù)的自我調節(jié)使該泵在泵壓的整個可用能力的范圍內基本上都是在“零”推力載荷下運轉。
如圖5A和5B所示，靜液壓軸承17具有多個空腔17a和用來將壓力液體供應給空腔17a的孔眼17b。從葉輪12中的一個葉輪排出的壓力液體通過在電動機殼體7內制出的通道45和孔眼17b被引入到空腔17a內。這樣，主軸9就被空腔17a內的液體的靜液壓力所支承。靜液壓軸承16和18具有和靜液壓軸承17相同的結構。
下面說明潛水電動機泵4的運轉情況。
當潛水電動機泵4不運轉時，主軸9由于自身的重力而下降如圖3中左半邊所示，其時下軸承套筒22的帶錐度的表面與下軸套筒24互相配合，這樣來提供下支承表面FL。因此主軸9能被下球軸承同心地支承，在它們之間沒有任何明顯的間隙。
另外，如圖4中左半邊所示，當主軸9下降時，由于壓縮螺旋彈簧26的推動力，上球軸承19跟隨主軸9和軸承殼體25一起下降。這樣，上軸承套筒21的帶錐度的表面便與上軸套筒23互相配合，這樣來提供上支承表面FU。因此主軸9能被上球軸承19同心地支承，在它們之間沒有任何明顯的間隙。
潛水電動機泵4從上述不運轉的條件開始運轉。為了使主軸9能被靜液壓軸承16、17和18支承并被推力平衡機構15提升，潛水電動機泵4必須將排出壓力提高到足夠的程度以便使它們正常地運轉。換句話說，在筒2內須充滿液體G，并且在排放側的液壓阻力須足夠大來滿足上述要求。在泵4開始運轉以后一直到從泵4排出的液體的壓力達到某一數(shù)值為止，主軸9仍在與潛水電動機泵4不運轉時相同的條件下旋轉。但即使在這種瞬變條件下，主軸9仍舊穩(wěn)定地被球軸承19和20同心地支承，在主軸9與球軸承19和20之間沒有任何明顯的間隙。因此可防止主軸9對球軸承的晃動，從而能防止振動或發(fā)生各種會導致事故的現(xiàn)象。
在筒2充滿液體G以后，并且當潛水電動機泵4在正常條件下運轉時，從潛水電動機泵4排出的液體G的壓力便可達到足夠高的程度，這樣靜液壓軸承16、17和18便可得到足夠的承載能力。因此，靜液壓軸承16、17和18能以不接觸的狀態(tài)支承主軸9，主軸9于是不再在徑向上被球軸承19和20支承。由于作用在主軸9上的軸向推力已被推力平衡機構15平衡掉，因此也不需要球軸承19和20在軸向上支承主軸9。
當推力平衡機構15被驅動時，主軸9被提升，致使下軸套筒24也被沿軸向提升，這樣就使其帶錐度的外表面與下軸承套筒22的帶錐度的內表面脫離接合、如圖3的右半邊所示。其時下軸套筒24就和下軸承套筒22互相脫離接觸，從而在它們之間造成一個間隙CL。由于沒有載荷施加在下球軸承20上，下球軸承20就不再旋轉。
當主軸9這樣被提升時，上軸套筒23和上軸承套筒21也被沿軸向提升，于是上球軸承19也被向上推動。其時，在引入到小室28內的液體G的壓力的作用下，軸承套筒25克服壓縮螺旋彈簧26的復位力而被提升一個比主軸9的提升距離還要大的提升距離。結果上軸承套筒21和上軸套筒23的帶錐度的表面便互相脫離接合，從而上軸承套筒21和上軸套筒23之間便互相脫離接觸，在它們之間形成一個間隙CU。上球軸承19不再旋轉因為沒有載荷施加在其上。
當潛水電動機泵4在正常條件下運轉時，由于用作輔助軸承組合件的球軸承19和20與旋轉部分都隔開，因此潛水電動機泵4有一較長的使用壽命。
在所示實施例中，所示潛水電動機泵4為一裝在存儲罐1筒2內的多級潛水電動機泵。但本發(fā)明的原理也可適用于裝在一個沒有吸入閥的抽吸筒或類似物內的多級或單級的潛水電動機泵上。
如上所述，本發(fā)明具有下列優(yōu)點即使在瞬變條件下，主軸在其上、下部也能穩(wěn)定地被包括有球軸承的輔助軸承組合件同心地支承著而可在主軸和球軸承之間沒有任何明顯的間隙。這樣便可防止主軸晃動，從而能夠防止振動或發(fā)生各種會導致事故的現(xiàn)象。
另外，作為輔助軸承組合件的球軸承與各旋轉部分都隔離開，因此潛水電動機泵有一較長的使用壽命。
雖然本發(fā)明的某一較優(yōu)的實施例被示出并詳細說明，但應知道，在不離開所附權利要求限定的范圍的條件下能對本發(fā)明作出各種改變和修改。
權利要求
1．一種潛水電動機泵，包括一個泵殼體；設在所說泵殼體內的至少一個葉輪；一臺電動機；一根支承所說葉輪并被所說電動機轉動的主軸；一個用來平衡推力的推力平衡機構；利用所說潛水電動機泵泵壓的壓力流體在軸向上多個間隔開的位置上支承所說主軸用的靜液壓軸承；及當潛水電動機泵不在運轉條件下或在瞬變條件下時用來支承所說主軸的輔助軸承組合件，所說組合件具有支承表面、可用來在軸向上間隔開的位置上支承所說主軸，所說支承表面帶有錐度。
2．按照權利要求1的潛水電動機泵，其特征為，所說輔助軸承組合件具有一個上球軸承和一個下球軸承，它們分別支承所說主軸的上、下部。
3．按照權利要求2的潛水電動機泵，其特征為，所說支承表面中的第一表面為裝在所說上球軸承上的第一軸承套筒和裝在所說主軸上的第一軸套筒的接觸表面，而所說支承表面中的第二表面為裝在所說下球軸承上的第二軸承套筒和裝在所說主軸上的第二軸套筒的接觸表面。
4．按照權利要求3的潛水電動機泵，其特征為，所說第一支承表面帶有錐度，其直徑在向上的方向上逐漸縮小，而所說第二支承表面帶有錐度，其直徑在向下的方向上逐漸縮小。
5．按照權利要求4的潛水電動機泵還具有推動件，用來推動所說上球軸承使它向下移動；和壓迫裝置，用來壓迫所說上球軸承使它克服所說推動件的推動力而向上移動。
6．按照權利要求5的潛水電動機泵，其特征為，所說推動件包括一螺旋彈簧。
7．按照權利要求5的潛水電動機泵，其特征為，所說壓迫裝置包括空腔和供應給所說空腔的壓力液體。
全文摘要
潛水電動機泵(4)有一輔助軸承組合件(19、20),當該泵不在運轉條件下或在瞬變條件下時可用該組合件來支承一根可旋轉的主軸(9)。潛水電動機泵包括一個泵殼體(6),至少一個葉輪(12),一臺電動機(10、11)和一個用來平衡推力的推力平衡機構(15)。此外還包括靜液壓軸承(16、17、18),可利用該泵泵壓產(chǎn)生的壓力流體在軸向上的幾個間隔開的位置上支承主軸(9)。輔助軸承組合件(19、20)具有帶錐度的支承表面(FL、FU),可用來在軸向上間隔開的位置上支承主軸(9)。
文檔編號F04D13/06GK1219220SQ97194834
公開日1999年6月9日 申請日期1997年6月6日 優(yōu)先權日1996年6月7日
發(fā)明者中村輝夫, 小林文夫, 渡邊秀治 申請人:株式會社荏原制作所