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Drehkolben. purn. pe,-kompressor oder-turbine
Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe,-kompressor oder-turbine mit einem im Gehäuse frei drehbaren und die Ein- und Austrittsöffnungen im Gehäuse für das Förder- bzw. Betriebsmittel gegenseitig dichtenden Laufrad, das aus einem Zylinder und einem exzentrisch hiezu angeordneten, von den Flügeln gebildeten Stern besteht.
Bei einer bekannten Pumpe dieser Bauart ist jeder Flügel im Laufradzylinder mittels Zylinderabschnitten, die eine zur Zylinderachse parallele Trennfläche aufweisen, schwenkbar ge- lagert, wobei diese Zylinderabschnitte in axial gerichtete Bohrungen des Laufradzylinders eingesetzt sind, welche mittels eines Durchbruches mit dem Raum ausserhalb und innerhalb des Laufradzylinders verbunden sind, wodurch den Flügeln der Durchtritt durch den Laufradzylinder unter Berücksichtigung ihres Schwenk- bereiches möglich ist. Jeder Flügel weist zwei zur Flügelebene senkrechte Augen auf, die eine auf einer feststehenden Achse drehbar gelagert Hülse umfassen.
Die feststehende Achse ist konzentrisch zur Zylindergehäuseinnenwand angeordnet, so dass die Flügel hinsichtlich ihrer radialen Lage von dieser Achse geführt werden und nicht von der Gehäuseinnenwand.
Dadurch wird jeder Reibungsverlust zwischen Gehäuseinnenwand und Flügelaussenkante vermieden. Die Augen der Flügel weisen kleinen axialen Abstand voneinander auf, so dass für die axiale Lage der Flügel gesonderte Führungen vorgesehen sein müssen. Diese bestehen bei der bekannten Bauart aus zwei auf der genannten Hülse links und rechts vom Flügelstern angeordneten Scheiben, gegen die sich Verbreiterungen am Fuss des Flügels anlegen.
Diese Scheiben rotieren mit dem Flügelstern mit, doch ist diese seitliche Führung in radialer Richtung gesehen, nur schmal. Solange jeder Flügel zwei Augen aufweist, die seine Lage in radialer Richtung sichern, reicht man mit dieser Führung aus.
Bei schmalen Pumpen, wo jeder Flügel nur ein Auge aufweisen kann reicht diese Führung nicht aus, um ein Verkanten der Flügel und eine Reibung dieser Flügel an der Gehäusewandung zu vermeiden. Aber auch bei Anordnung von zwei Augen an jedem Flügel erfordert die bekannte Bauart den sorgfältigen Zusammenbau in axialer Richtung zwischen der auf der feststehenden Achse rotierenden und von den Augen umfassten Hülse, dem Laufradzylinder und dem Gehäuse, um ein Schleifen der Flügelräder am Laufradzylinder oder am Gehäuse zu vermeiden. Die bekannte Bauart ist daher verwickelt und konnte sich in der Praxis nicht durchsetzen.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer die Nachteile der bekannten Bauart vermeidenden und in der Praxis verwendbaren Drehkolbenpumpe oder-turbine bzw. eines Drehkolbpnkompressors, was erfindungsgemäss durch die Kombination folgender zum Teil an sich bekannter Merkmale erzielt wird :
a) jeder Flügel ist im Laufradzylinder mittels zweier eine zur Zylinderachse parallele Trennfläche aufweisenden Zylinderabschnitte schwenkbar gelagert, die in axial gerichteten Bohrungen im Laufradzylinder eingesetzt sind wobei in diesem Zylinder Durchbrüche für den Druchtritt der Flügel unter Berücksichtigung ihres Schwenkbereiches vorgesehen sind. b) Jeder Flügel umfasst mit mindestens einem quer zur Flügelebene stehenden Auge ein konzentrisch zur Gehäuseinnenwandung angeordnete Achse oder Welle, c) der Laufradzylinder weist Stirnwände auf, mittels denen die Flügel an ihren Schmalseiten zumindest im Bereich ihrer Schwenklager seitlich geführt sind.
Besonders vorteilhaft ist diese Bauart, wenn jeder Flügel nur mit einem Auge die Steuerwelle umfasst.
In diesem Fall soll die seitliche Führung jedes Flügels mehr als die Hälfte der Länge seiner Schmalseite betragen.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann im Gegensatz zu der in der Praxis bekannten Pumpe ähnlicher Bauart auch für kleine Förder- bzw. Betríebsmengen gebaut werden.
Um grosse Fördermengen zu erreichen, wird eine hohe Drehzahl des Laufrades angestrebt. In einem solchen Falle erstreckt sich die Eintrittsöffnung über einen grossen Teil des Gehäuseumfanges. Die Anzahl
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der Vorrichtung angeordnet ist. Die Flügelzahl beträgt daher meist acht, kann aber auch grösser oder kleiner sein, beträgt aber niemals z. B. drei.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass sich die erfindungsgemässe Vorrichtung besonders für verunreinigte
Medien eignet, z. B. für Sand enthaltendes Öl, Staub enthaltende Gase, breiige Substanzen, wie Papier- brei, Zahnpasta u. dgl.
Auf der Druckseite ist die Form des Auslaufrohres davon abhängig, ob Flüssigkeiten oder Gase geför- dert werden sollen. Bei Flüssigkeitspumpen kann der Auslauf wie der Einlauf und, weil die Pumpe schnell rotierend verwendet werden kann, der Auslauf wie ein Diffuser geformt sein, um die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in geeigneter Weise in Druck umzusetzen.
Beim Pumpen von Gas ist es vorteilhaft, dass die innere Zylinderfläche des Gehäuses auf der Druck- seite in der Umfangsrichtung beträchtlich länger ist als auf der Ansaugseite. Das Gas wird dann zwischen den Flügeln und der Zylinderfläche komprimiert, bis der Druck des Gases so hoch ist, wie der Druck im Austrittsrohr.
Die Pumpe kann auch sehr gut als Dampf- oder Gaskraftmaschine betrieben werden, wenn das Gehäuse dasselbe ist wie bei der Komprimierung von Luft. Das Medium strömt dann in der entgegengesetzten Richtung und ebenso ist der Drehsinn des Laufrades entgegengesetzt. Die Anzahl der Flügel ist dabei sehr wichtig, um eine stetige Expansion zwischen dem Zylinder des Laufrades, den Flügeln und der Dichtung. fläche des Pumpengehäuses zu erzielen. Mit der Ausnützung der Expansionsenergie ist das Laufrad geeignet, sehr rasch umzulaufen so dass auch die Geschwindigkeitsenergie voll ausgenützt wird.
Innerhalb des Laufradzylinders sind die Flügel mit Öffnungen versehen, um eine freie Zirkulation innerhalb des Laufradzylinders zu ermöglichen. Die Flügel sind seitlich durch die Stirnwände des Laufradzylinders geführt womit ihre axiale Lage im Pumpengehäuse bestimmt ist.
Die Flügel können mit einem Gleitring verbunden sein, der die exzentrische Welle umgreift, was für Pumpen für kleine Liefermengen von Flüssigkeiten und vielen Flügeln sehr von Vorteil ist.
Bei der erfindungsgemässen Pumpe werden die Flügel im Laufrad durch die exzentrische Welle gesteuert und berühren daher die das Laufrad umschliessende Innenzylinderfläche des Gehäuses nicht. Zwischen Einlass und Auslass ist eine Dichtungsfläche vorgesehen, so dass die Leckverluste von der Druckzur Saugseite möglichst klein werden. Die Dichtungsflächen sind so kurz wie möglich, so dass praktisch der ganze aktiv pumpende Teil des Laufrades gegen den Einlass der Pumpe offen ist. Dies bedingt, dass die Pumpe mit dem Laufrad eine grössere Ansaughöhe ohne Kavitationserscheinungen überwinden kann.
Ausserdem ist der Auslass der Pumpe wie ein Diffusor geformt, so dass die Geschwindigkeitsenergie der Flüssigkeit nicht verlorengeht.
In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei beispielsweisen Ausführungsformen schematisch veranschaulicht. Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Flüssigkeitspumpe. Fig. 2 ist ein Längsschnitt hiezu und zu Fig. 3, die einen Querschnitt eines Kompressors oder einer Turbine zeigt.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Pumpe besteht das Laufrad aus zwei Hauptteilen, die exzentrisch zueinander angeordnet sind und bei einer Drehung eine gegenseitige Bewegung vollführen. Diese Bewegung entspricht der Wirkungsweise einer Kolbenpumpe, wobei die Kolbenwirkung von einem Laufradzylinder 1 und einem diesen teilenden aus Flügeln 2 gebildeten Stern ausgeht. Bei einer Drehung des Laufrades 1, werden sich die Flügel 2 gegenüber dem Laufradzylinder l verschieben und verursachen daher die Pumpwirkung. Die Flügel 2 des Sterns sind im Bereiche des Laufradzylinders 1 von Dichtungseinsätzen 3 umschlossen, die drehbeweglich darin gelagert sind und die Dichtung zwischen dem Laufradzylinder 1 und den Flügeln 2 bewirken.
Das Pumpengehäuse 4 umschliesst das Laufrad 1, 2 und nimmt eine Antriebswelle 5 auf, während die Flügel auf einer exzentrischen Welle 6 angeordnet sind, die in einem Gleitlager 7 des Gehäusedeckels gelagert ist. Jeder der Flügel umfasst die exzentrische Welle mit einem Lagerauge, wobei eines derselben durch einen Keil 8 mit der Welle verbunden ist. Innerhalb des Laufradzylinders 1 hat jeder Flügel 2 eine Öffnung 9, durch die eine freie Zirkulation innerhalb des Zylinders möglich ist.
Die Erfindung hat die Vorteile, die eine Zentrifugalpumpe im Hinblick auf die Kapazität im Verhältnis zur Grösse hat, und die Vorteile einer Kolbenpumpe hinsichtlich Druck und Verdichtung von Luft.
Sie erfüllt daher sowohl die Aufgaben einer Kolbenpumpe als auch einer Zentrifugalpumpe und ist deshalb für ein grosses Arbeitsgebiet anwendbar.
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Rotary piston. purn. pe, compressor or turbine
The invention relates to a rotary lobe pump, compressor or turbine with an impeller that is freely rotatable in the housing and mutually sealing the inlet and outlet openings in the housing for the conveying or operating medium, which is formed from a cylinder and an eccentrically arranged thereto, formed by the blades Star exists.
In a known pump of this type, each vane is pivotably mounted in the impeller cylinder by means of cylinder sections that have a separating surface parallel to the cylinder axis, these cylinder sections being inserted into axially directed bores of the impeller cylinder, which by means of an opening with the space outside and inside the Impeller cylinder are connected, whereby the blades can pass through the impeller cylinder, taking into account their pivoting range. Each wing has two eyes which are perpendicular to the wing plane and which comprise a sleeve rotatably mounted on a fixed axis.
The fixed axis is arranged concentrically to the inner wall of the cylinder housing, so that the blades are guided in terms of their radial position by this axis and not by the inner wall of the housing.
This avoids any loss of friction between the inner wall of the housing and the outer edge of the wing. The eyes of the wings have a small axial distance from one another, so that separate guides must be provided for the axial position of the wings. In the known design, these consist of two disks arranged on the mentioned sleeve to the left and right of the wing star, against which the widenings at the base of the wing are placed.
These disks rotate with the wing star, but this lateral guide is only narrow when viewed in the radial direction. As long as each wing has two eyes that secure its position in the radial direction, this guide is sufficient.
In the case of narrow pumps, where each wing can only have one eye, this guide is not sufficient to prevent the wings from tilting and these wings from rubbing against the housing wall. But even with the arrangement of two eyes on each wing, the known design requires careful assembly in the axial direction between the sleeve rotating on the fixed axis and surrounded by the eyes, the impeller cylinder and the housing in order to grind the impellers on the impeller cylinder or on the housing to avoid. The known design is therefore involved and could not establish itself in practice.
The invention aims to create a rotary lobe pump or turbine or rotary lobe compressor that avoids the disadvantages of the known design and can be used in practice, which is achieved according to the invention by the combination of the following features, some of which are known per se:
a) each wing is pivotably mounted in the impeller cylinder by means of two cylinder sections having a separating surface parallel to the cylinder axis, which are inserted into axially directed bores in the impeller cylinder, with openings in this cylinder for the wing to pass through, taking into account their pivoting range. b) Each wing has at least one eye standing transversely to the wing plane and an axis or shaft arranged concentrically to the housing inner wall, c) the impeller cylinder has end walls by means of which the wings are laterally guided on their narrow sides at least in the area of their pivot bearings.
This design is particularly advantageous if each wing only surrounds the control shaft with one eye.
In this case, the lateral guidance of each wing should be more than half the length of its narrow side.
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In contrast to the pump of a similar design known in practice, the device according to the invention can also be built for small delivery or operating quantities.
In order to achieve large flow rates, a high speed of the impeller is aimed for. In such a case, the inlet opening extends over a large part of the circumference of the housing. The number
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the device is arranged. The number of wings is therefore usually eight, but can also be larger or smaller, but is never z. B. three.
In practice it has been shown that the device according to the invention is particularly suitable for soiled
Media suitable, e.g. B. for oil containing sand, gases containing dust, pulpy substances such as paper pulp, toothpaste and the like. like
On the pressure side, the shape of the outlet pipe depends on whether liquids or gases are to be conveyed. In the case of liquid pumps, the outlet can be shaped like the inlet and, because the pump can be used to rotate at high speed, the outlet can be shaped like a diffuser in order to convert the speed of the liquid into pressure in a suitable manner.
When pumping gas, it is advantageous that the inner cylinder surface of the housing on the pressure side is considerably longer in the circumferential direction than on the suction side. The gas is then compressed between the blades and the cylinder surface until the pressure of the gas is as high as the pressure in the outlet pipe.
The pump can also be operated very well as a steam or gas engine if the housing is the same as for the compression of air. The medium then flows in the opposite direction and the direction of rotation of the impeller is also opposite. The number of vanes is very important to ensure constant expansion between the cylinder of the impeller, the vanes and the seal. to achieve surface area of the pump housing. By utilizing the expansion energy, the impeller is able to revolve very quickly so that the speed energy is also fully utilized.
Inside the impeller cylinder the vanes are provided with openings to allow free circulation within the impeller cylinder. The blades are guided laterally through the end walls of the impeller cylinder, which determines their axial position in the pump housing.
The vanes can be connected to a sliding ring that surrounds the eccentric shaft, which is very advantageous for pumps for small delivery quantities of liquids and many vanes.
In the pump according to the invention, the vanes in the impeller are controlled by the eccentric shaft and therefore do not touch the inner cylindrical surface of the housing surrounding the impeller. A sealing surface is provided between the inlet and the outlet so that the leakage losses from the pressure to the suction side are as small as possible. The sealing surfaces are as short as possible, so that practically the entire actively pumping part of the impeller is open to the inlet of the pump. This means that the pump with the impeller can overcome a greater suction height without cavitation phenomena.
In addition, the outlet of the pump is shaped like a diffuser so that the velocity energy of the liquid is not lost.
In the drawing, the invention is illustrated schematically in two exemplary embodiments. Fig. 1 is a cross section of a liquid pump. Fig. 2 is a longitudinal section related thereto and to Fig. 3 showing a cross section of a compressor or a turbine.
In the pump shown in the drawing, the impeller consists of two main parts, which are arranged eccentrically to each other and perform a mutual movement when rotated. This movement corresponds to the mode of operation of a piston pump, the piston action emanating from an impeller cylinder 1 and a star formed from vanes 2 dividing this. When the impeller 1 rotates, the vanes 2 will move relative to the impeller cylinder 1 and therefore cause the pumping action. The blades 2 of the star are enclosed in the area of the impeller cylinder 1 by sealing inserts 3, which are rotatably mounted therein and effect the seal between the impeller cylinder 1 and the blades 2.
The pump housing 4 encloses the impeller 1, 2 and receives a drive shaft 5, while the vanes are arranged on an eccentric shaft 6 which is mounted in a slide bearing 7 of the housing cover. Each of the vanes comprises the eccentric shaft with a bearing eye, one of which is connected to the shaft by a key 8. Within the impeller cylinder 1, each wing 2 has an opening 9 through which free circulation within the cylinder is possible.
The invention has the advantages that a centrifugal pump has in terms of capacity in relation to size, and the advantages of a piston pump in terms of pressure and compression of air.
It therefore fulfills the tasks of a piston pump as well as a centrifugal pump and can therefore be used for a wide range of applications.