具有熱交換器的特種泵和系統的制作方法

專利名稱：具有熱交換器的特種泵和系統的制作方法
技術領域：
本發明構思總體涉及流體泵和熱交換系統，更具體地來說，涉及與用于流體泵的動力系統的潤滑劑產生相互作用的流體泵。
背景技術：
齒輪箱，包括給流體泵提供動力的齒輪箱，裝有用于傳遞機械動力的各種齒輪。 一般地，為了減少摩擦力，在密封齒輪箱內部的齒輪周圍環繞有油或者其他潤滑劑。在運行過程中機械功率的傳遞在齒輪，齒輪箱，和油或其他潤滑劑內部產生熱量和摩擦力。齒輪箱內部過熱，尤其是持續過熱可能是災難性的，導致潤滑劑故障和齒輪、齒輪轉換(gear exchange)、軸承和齒輪箱失效。因此，已經作出各種努力以減少齒輪箱內部的熱量。用于減少齒輪箱內部熱量的一種系統包括直接在齒輪箱內部引入冷卻劑源。這種系統可以包括使用銅管插入齒輪箱腔內部。冷卻劑例如是泵送的冷卻水或其他冷卻液體， 有時連續地穿過銅管以冷卻齒輪箱的內部。除上述技術以外，其它的一些系統，例如在Ruthy等人在美國專利號6，997，238中示出的組件，泵送冷卻流體到齒輪箱冷卻盤，冷卻流體通過齒輪箱冷卻盤冷卻齒輪箱的外殼，并因此冷卻齒輪箱內的潤滑劑。也存在其他的系統用于冷卻用在消防泵的運行中使用的齒輪箱傳動的油。雖然現有技術已經提供了油潤滑冷卻系統的示例，但總是有進一步改進的空間。

發明內容
本發明的構思涉及一種特種泵以及一種熱交換裝置。這種特種泵是離心泵，其具有殼體，殼體部分地限定流體通道，以及內側蓋，其連接到殼體且部分地限定流體通道，其中內側蓋具有公共壁，其部分地限定潤滑劑或油通道，公共壁將潤滑劑通道與流體通道分離開。與其他的系統不同，本裝置包括使用泵來冷卻給自身提供動力的潤滑劑。本發明另一方面的熱交換系統包括齒輪箱，其具有潤滑劑腔、潤滑劑泵和特種水泵，其中潤滑劑通過潤滑劑泵從潤滑劑腔泵送到特種泵，通過與水泵水路具有公共壁的路徑并回到潤滑劑腔。與現有技術的泵和熱交換裝置以及使用和制造這些裝置的方法相比， 發明人實現了本發明設備和系統以及使用和制造該設備的方法的優點。本發明的一個目的是提供一種熱交換裝置，其通過泵送潤滑劑使其通過水泵的通道來冷卻潤滑劑(例如，油)。本發明的一個目的是提供一種熱交換裝置，其通過泵送熱的潤滑劑使其通過流體泵的殼體(或通道)來加熱和因此防止流體泵(和在其中的流體)的凍結。本發明的一個目的是提供一種熱交換裝置，其用于冷卻潤滑劑和加熱流體泵，并消除了在流動的潤滑劑和流過流體泵的另一流體之間提供密封的需要。本發明的一個目的是提供熱交換裝置，用于冷卻油，其中消防泵用作熱交換裝置的一部分。
本發明的一個目的是提供一種泵，在其自身內部具有熱交換部件并冷卻來自齒輪箱用于給自身提供動力的油。本發明的一個目的是提供一種泵，具有與水泵的水路共用壁的潤滑劑通道，用于循環和冷卻潤滑劑。上述本發明的概要并非旨在描述本發明的每個圖示的實施例，方面或者每個實施方式。隨后的附圖和具體實施方式
將更詳細的說明本發明的這些及其他實施例和另外的方


結合附圖并考慮到本發明的各個實施例的以下描述，本發明可以更完整地理解， 其中圖1是本發明的實施例的透視圖。圖2是本發明實施例的特種泵的透視圖，其中為了清楚的顯示，泵的一部分被移去。圖3是本發明的零件的立體圖。圖4是沿圖3中4-4線截取的本發明的部分零件的透視剖面圖。圖5是本發明的零件的側視圖。圖6是沿圖5中6-6線截取的本發明的零件的透視剖面圖。盡管本發明能夠作出各種修改和變形，其特定的結構已經在附圖中的示例中示出，并將在說明書中詳細描述。然而，應當理解的是，本發明的意圖不限于在發明描述的特定的實施例。
具體實施例方式本發明涉及一種特種流體泵(specialty fluid pump) 12，以及包括泵12的熱交換系統。系統10包括齒輪箱30、潤滑劑(油)泵40和特種流體泵12，齒輪箱30具有帶有潤滑劑例如油的腔體，其中限定為室。潤滑劑例如是油通過油泵40泵送，從潤滑油室穿過泵 12的通道54，并返回到齒輪箱30內的潤滑油室，通道M與水泵12的水路60共用公共壁 53。使用油作為潤滑劑是優選的，并且可以使用其他任何能夠適當潤滑齒輪箱30及其內容物的滑劑。一般地，驅動離心泵12的齒輪箱的齒輪具有保持齒輪傳動流暢的潤滑系統。典型地，齒輪會導致齒輪箱30中的油飛濺以有效地潤滑該系統。然而當需求大功率的系統時， 這種飛濺潤滑可能不足以提供足夠的冷卻/潤滑效果。在本系統中，潤滑油系統中的油可以從頂端部分，例如在齒輪箱30的第一位置32，施加到齒輪上，并且在重力的作用下，油可以匯聚到底部部分，如齒輪箱30的第二位置34。由于齒輪箱30內部的齒輪傳動系統的運行會產生的熱量，流過潤滑油系統的油可能被加熱，如果油沒有被冷卻，將會被加熱到不希望的溫度，導致油的降解/損耗以及會導致齒輪或其他組件的過度磨損。本發明的油泵熱交換系統10可以在油溫達到不希望的溫度之前啟動以冷卻油。如圖1所示，齒輪箱30連接到水泵12(例如，消防泵20)，其中齒輪箱30的齒輪可以和其他的活動件一起作用以運行消防泵20。齒輪箱30可以是為設備所用的常規的種類，其中的各個齒輪和軸相互轉換(interchange)或連接。齒輪箱30也可以是使用在消防車或消防設備中的齒輪箱。齒輪箱30設計用來給水泵12，例如是使用在消防車上用于滅火的水泵，提供動力。齒輪箱30包括潤滑油系統以保證齒輪箱30內部的齒輪和軸保持良好的潤滑。潤滑系統從齒輪箱30的頂端部分將油施加到齒輪箱30的齒輪，并允許油匯聚到齒輪箱30的底部部分(例如齒輪箱內的在第二位置)，在此可以通過油泵40排出。油泵40將齒輪箱30的油泵送到和穿過消防泵20以冷卻被加熱的油。如圖1所示，油泵40可以包括供應管48，油泵轂(hub) 42和排出管49。油泵40可以從齒輪箱30中泵送加熱的油，穿過第一供應管48a到達油泵轂42，和從油泵轂42通過第二供應管48b泵送到消防泵20。—旦加熱的油已經被泵送到消防泵20，加熱的油穿過位于外部部分的進油口 50 或者穿過內側蓋(inboard head) 52的外壁表面5 進入消防泵20。內側蓋52構成水泵 12鑄造外形的一部分；另一部分包括泵殼22。另外的部分可以包括外側蓋84(outboard head)(見圖幻。內側蓋52，泵殼體22和外側蓋84連接在一起構成消防泵20。蓋52和殼體22是典型地通過螺栓74連接。葉輪78定位在離心泵20內部，其(通過來自使葉輪軸 82旋轉的齒輪箱30的動力)旋轉并推動流體穿過流體通道60，離開排出口 68。例如，排出口 68排出的流體是用于消防目的的高壓流體。內側蓋52包括外壁表面5 和內壁表面52b。外壁表面5 是內側蓋52的一部分，其不與在泵20的流體通道60中循環的水或其他流體相接觸。通道60接收從旋轉葉輪 78排出的水或流體。水或流體圍繞泵殼22的內側循環是現有技術已知的。通道60包括通道60’，其總體地限定沿著葉輪側壁78延伸(span)的通道，如圖2所示。通道60’大體由側壁78，殼體22和壁表面52b限定。內壁表面52b是內側蓋52的一部分，其至少部分地與在泵20的流體通道60’中循環的水或其他流體相接觸。可以理解的是與通道60連通的流體也與通道60’連通。內側蓋52包括公共壁53。公共壁53包括內壁表面52b的一部分和第一側內壁表面62 (見圖4)。公共壁53部分地限定流體通道60’。公共壁53部分地限定內部油通道討。第二側內壁表面65(見圖6)被定位成大體與壁表面62相對并部分地限定油通道M。 內側蓋52形成密封并優選與泵殼22形成氣密封。內壁部分52b'鄰接泵殼22以形成密封配合。內側蓋52的臺肩(shelf) 55也與泵殼22鄰接以形成密封。如圖2所示，葉輪77 包括密封肋80，其從葉輪側壁78伸出并沿葉輪側壁延伸。密封環76接收葉輪77的密封肋 80并在泵12的排出部分和泵12的吸入部分或低壓部分之間密封流體。在葉輪77的運行期間密封肋80通過密封環76旋轉。公共壁53允許在內部油通道M和流體通道60、60’之間的熱傳遞。當加熱的油通過通道M以及冷卻流體通過通道60’的時候熱量通過壁53進行交換。可以理解的是熱傳遞的結果是循環穿過通道M的油被冷卻以及循環穿過通道60’的流體被加熱。在這種情況下，傳熱包括降低通過通道M的加熱的油的溫度。通道60’內部流體的溫度低于通道 54內部的油的溫度。從排出口 56排出的油的溫度低于油通過口 50進入時的溫度。一旦加熱的油通過入口 50進入內側蓋52，油可受到油泵40的壓力以及從其他來源的壓力，穿過內部油通道M。通常，油可以沿著如圖6所示的箭頭66所指的方向循環。 肋72促進了沿箭頭66的方向的油的流動。一旦油在內部油通道M中循環和被冷卻(即，熱能從油中移走)，油可以通過出油口 56從內側蓋52排出并且通過油泵40和排出管49被泵送到齒輪箱30，這里的冷卻油可以再次進入齒輪箱30的潤滑系統。排出管49可以連接在出口 56。如圖1所示，排出管49可以連接到齒輪箱30的上部(即，在齒輪箱30內的第一位置32)以允許油在齒輪箱30內部向下流動。當加熱的油沿著壁53流過通道M且當冷卻水/流體沿著壁53流過流體通道60時，熱量在公共壁53附近進行交換。圖2-6顯示了包括泵殼體22的消防泵20的各部分的不同視圖，其中泵殼體22與內側蓋52連接。內側蓋52包括3個口，進油口 50，出油口 56和排油口 58，如圖2和3所示。增加或減少口均可使用。口 50，56，和58在內側蓋52的鑄造過程中定位在如圖所示的位置上。使用專門鑄造工藝以形成油通道M。特別是，沙、泡沫或其他的造型元件在模子內配置成通道M的形狀，用于制造內側蓋52。當蓋52的鑄造完成時，沙，泡沫或其他的造型元件穿過口 50，56和58移除(或蒸發)。可以理解的是，通道M是現場澆鑄或使用“現場澆鑄”的方法。申請人優選將沙移除口定位成與有效的油口 50、56和58相一致。口 50、 56、58也可以定位在不同的位置，然而申請人有利地將口 58定位在內側蓋52相對較低的位置以用于排出的目的，同時為了使通道M的行程最大化將口 50和56定位在上部位置。從圖中可以理解的是，通道討基本圍繞內側蓋52的中心延伸。在一方面，通道M 可以定位在內側蓋52內的基本環形的路線上。也可以理解的是，通道討可以使用其他的方位而且路徑也不必限定在圖中示出的方位。優選地，通過通道M行進的路徑方位和公共壁53的內壁表面52b的表面面積被配置成或最大化以允許在通道M內的油和通道60’內的流體之間的最大的熱傳遞。盡管使用較大或較少的行程，通道M可接近大約360度的行程。如圖6所示，通道M的行程是沿逆時針方向從基準線Tl延伸至基準線T2。如圖中所示的通道M的行程是大于大約270度。可以理解的是通道M的行程也可以小于270度。 如圖3所示，通道M從口 50到口 56的行程Dl沿順時針方向從基準線P2延伸至基準線 P1。口 50，56，58可以提供通往和來自內部油通道M的通路。更具體地，口 50、56、58可以是通往和來自油通道M的油入口點。口 50、56、58可以連接到各種管或其他裝置以便于將加熱的油傳輸到內部油通道M并從內部油通道M傳輸冷卻的油。具體地，當系統10沒有使用時，排油口 58可以用來沖洗或清潔油通道討的內部。內側蓋52可以由能將內側蓋52形成為整體材料件的任何方法形成；例如，內側蓋 52可以由模制或鑄造的方法形成。內側蓋52可以具有外壁表面5 和內壁表面52b。內側蓋52的口 50、56、58定位在外壁表面5 上的特定結構可以允許加熱的油通過內側蓋52 進行冷卻。代替需要將加熱的油流過單獨的或附加的換熱器，申請人制造了作為換熱器運行的特種泵12。水泵12成為熱交換器以冷卻用于給水泵12提供動力的傳動裝置的油。使用內部具有油通道M的泵12允許將熱油布置成與冷卻水相對緊密接觸，而油和水之間沒有事實上的混合(即，避免二者之間的物理接觸)。替代油在泵的外表面運行， 需要密封件或者墊圈的情況，油穿過被定位成與泵的流體通道60、60’緊密接觸的專門的油通道M進行輸送。如圖4和圖6所示，油通道M與泵12的內側蓋52整體形成。不需要單獨的或附加的熱交換裝置。公共壁53在加熱的油和冷卻水之間形成直接的壁(direct wall)。公共壁53可以是主要的熱交換場所，當熱的油在公共壁53第一側62上的內部油通道M中流過時，冷的流體(例如，水)可以沿著公共壁53的第二側64的流體通道60’流過。此外，由于油穿過內部油通道M進行循環，加熱油可以被冷卻并且消防泵20(和通道60內部的流體)可以被加熱。在一些溫度情況下，通道60’內部液體的加熱會幫助避免通道60’內部的液體的凍結或使通道60’內部的液體的凍結減到最小。公共壁53可以是厚的且其結構應適合于使用在消防目的的大功率液體泵。可以理解的是公共壁53可以具有不同的厚度以為了適應不同的熱交換率。同樣可以理解的是，公共壁53的長度和結構可以變化使得通道M可以根據結構和體積以及暴露至流體通道60’的表面面積對尺寸進行改變。本發明的另一方面包括一種熱交換系統的齒輪箱中的油的冷卻方法，其中系統包括由齒輪箱提供動力的流體泵，并且其中流體泵包括如上所述的泵20的特征。本發明的另一方面包括給熱交換系統的流體泵(和泵內部的流體)加熱，其中系統包括由系統的齒輪箱提供動力的流體泵。加熱方法可進一步包括將油從齒輪箱的腔內部的第一位置輸送到流體泵20和將油輸送通過流體泵，并使通過流體泵的流體加熱和將油從流體泵輸送到齒輪箱的腔內部的第二位置。內側蓋52也可以作為連接到離心泵殼體22上的加熱板52，用于提供與公共壁53 相接觸的加熱流體，以加熱離心泵20和從其通過的流體，其中公共壁53形成通過離心泵殼體22的流體通道60’。在此使用的術語和描述是僅用于解釋而并不作為限制。本領域技術人員將會認識到在下面的權利要求書以及它們的等同權利要求中限定的本發明的精神和范圍之內可能有許多變形，其中除非另外具體地指出，所有的術語應被理解為其可能的最寬含義。特別的，盡管在此示出的和詳細描述的帶有換熱器和系統的特種泵完全能夠實現本發明的上述描述的方面，應理解，這是本發明目前優選的實施例，因此，其是本發明預期的寬泛主題的代表，本發明的范圍完全包括其他的實施例，該其他實施例對本領域的技術人員來說是顯而易見的，并且本發明的范圍僅僅是根據附加的權利要求書進行限定，其中除非明確的說明，以單數的方式引用的構件并不意味著"一個和僅有一個"，而是"一個或多個"。此外，每個裝置或方法無需解決通過本發明設法解決的每個問題，這些包括在本發明的權利要求書中。此外，不論元件、部件或方法步驟是否明確地記載在權利要求書中，本發明公開的任何元件、部件或方法步驟都不意味著貢獻給公眾。除非要件明確使用詞組"裝置用于"來進行描述，否則不能根據35U. S. C.第112條第6款對在此權利要求中的要件進行解釋。
權利要求
1.一種離心泵，其特征在于包括殼體，所述殼體部分地限定流體通道；和內側蓋，所述內側蓋連接到所述殼體并部分地限定所述流體通道； 所述內側蓋具有公共壁，所述公共壁部分地限定油通道，所述公共壁將所述油通道與所述流體通道分隔開。
2.如權利要求1所述的泵，其特征在于所述油通道是現場澆鑄的。
3.如權利要求1所述的泵，其特征在于所述內側蓋進一步包括 與所述油通道相連通的進口 ；和與所述油通道相連通的出口。
4.如權利要求3所述的泵，其特征在于所述的通道具有從所述進口到所述出口的行程，所述行程大于45度的旋轉。
5.如權利要求3所述的泵，其特征在于所述內側蓋進一步包括排油口。
6.一種離心泵，其特征在于包括 齒輪箱組件；和流體泵，所述流體泵包括 殼體；內側蓋，其中所述殼體和所述內側蓋限定所述流體泵的流體通道；和由所述內側蓋限定的供油口，且通過所述口能從所述齒輪箱組件接收油。
7.如權利要求6所述的泵，其特征在于進一步包括油泵，所述油泵能將油從所述齒輪箱組件通過供油管泵送到所述內側蓋。
8.如權利要求6所述的泵，其特征在于進一步包括由所述內側蓋限定的油通道，并且所述油通道與所述齒輪箱組件流體連通。
9.如權利要求8所述的泵，其特征在于所述油通道與所述流體通道熱連通。
10.如權利要求6所述的泵，其特征在于所述內側蓋包括公共壁，所述公共壁部分地限定在所述內側蓋中的油通道，并且部分地限定所述流體通道。
11.如權利要求6所述的泵，其特征在于所述齒輪箱組件連接到所述內側蓋。
12.如權利要求11所述的泵，其特征在于所述流體泵包括連接到葉輪軸的葉輪，所述葉輪軸通過在所述齒輪箱組件內的齒輪驅動。
13.一種熱交換系統，用于冷卻配置成驅動離心泵的齒輪箱中使用的潤滑劑，其特征在于所述系統包括齒輪箱組件；和流體泵，所述流體泵與所述齒輪箱組件相連接，所述流體泵包括 殼體；內側蓋，所述內側蓋具有公共壁，所述公共壁部分地限定在所述內側蓋中的潤滑劑通道；和葉輪，其中所述葉輪和所述公共壁部分地限定所述流體泵的流體通道。
14.如權利要求13所述的熱交換系統，其特征在于當加熱的潤滑劑流過所述潤滑劑通道同時較冷流體流過所述流體通道時，在所述公共壁處發生熱傳遞。
15.如權利要求13所述的熱交換系統，其特征在于所述潤滑劑通道定位在所述內側蓋內的大體圓形的路徑上。
16.如權利要求13所述的熱交換系統，其特征在于進一步包括潤滑劑泵，所述潤滑劑泵能將潤滑劑從所述齒輪箱組件通過潤滑劑供應管泵送到所述內側蓋。
全文摘要
具有熱交換器的特種泵和系統，具有由齒輪組件驅動的流體泵。流體泵具有泵殼和內側蓋，當二者相互連接在一起時形成流體通道。齒輪組件在傳動過程中使用潤滑劑，而且潤滑劑是通過從齒輪組件中泵送通過在內側蓋中的潤滑劑通道，然后循環回到齒輪組件中用于進一步使用而進行冷卻。除了冷卻潤滑劑之外，系統加熱流體泵和/或通過流體泵的流體。
文檔編號F04D1/00GK102297136SQ201110180908
公開日2011年12月28日 申請日期2011年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者道格拉斯·W·塞茨 申請人:W.S.達利公司