CN101107447B - 泵，尤其是泥浆泵 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种结构简单、运行平稳优选地用于混凝土有一个在外壳(2)内驱动旋转的转子(4)的泵，尤其泥浆泵，为此建议，转子(4)设计为多角形棱柱体，其中至少底面的角的连接直线构成一个等边多角形，以及它围绕其在一个圆轨迹上运行的中心轴线实施旋转运动，在这里，棱柱体(4′)的纵棱与外壳(2)的纵侧内壁面(2′)接触。

Description

泵，尤其是泥浆泵
技术领域
本发明涉及一种泵，尤其是泥浆泵，其包括一个在外壳内被驱动旋转的转子。
背景技术
迄今主要使用有两个输送缸的活塞式泵作为其中含有粗颗粒磨蚀性成分的泥浆泵，如混凝土泵，其中通过液压缸运动的输送活塞实施相互交替的抽吸和压缩行程，在每次从抽吸行程向压缩行程变换时发生取决于转换时间及输送缸充填度的输送中断。
为了输送缸与供料罐或与输送管路的交替连接，使用不同结构类型的滑阀，它同样通过液压缸运动。在这种结构类型的泵中，泵协调的工作过程需要比较高的控制成本。由于液压缸并因此还有被驱动的泵元件的不连续运动，必然实施一种输送物料不连续的在每次从抽吸行程向压缩行程变换时中断的输送。由于这种不连续性还导致一种相应于泵送周期进行的、在不断变换时发生的、运动的泵元件及被泵送的输送物料的冲击式加速和减速运动。由此使所有在泵送系统内装配和连接的构件遭受一种周期性的冲击负荷。
混凝土在施工现场大多通过固定式或安装在适用于市内交通的车身底盘上的所谓混凝土布料杆泵送到混凝土浇注地点。在这里，上述泵特性导致布料杆摆动，因此造成布料杆端部，亦即混凝土出口运动，运动的程度随布料杆长度的加长而增大，从而可能危及在此区域内工作的人员以及可使混凝土浇注变得极为困难，甚至不再可能。通过相应于泵送周期进行的加速，主要基于输送物料的质量，使得随输送管路长度的增加造成驱动器越来越大的能量消耗。
已知一些不同的装置企图减轻活塞式泵所述的缺点。然而这始终伴随着巨大的附加费用支出，并除此之外增大功能受干扰的危险。
用于输送此类泥浆如混凝土的另一种结构类型的泵是所谓的软管泵。它的特征在于一种简单的连续旋转的驱动器。采用这种结构类型使软管泵在输送时比前面所介绍的活塞泵产生小得多的不连续性。然而它们仅限于在比较低的输送压力下(30bar以下)使用，这使它们在泥浆泵中的使用受到严重的限制。
发明内容
本发明的目的是创造一种新型的容积式泵，尤其作为泥浆泵用于泵送不均匀的磨蚀性介质，如混凝土，借助这种泵在结构形式简化的同时可以消除或基本避免上述结构类型的泵有害的特性以及带来附加的使用优点。
此目的通过本发明的泵达到。
设计为棱柱体的转子，其中至少底面的角的连接直线构成一个等边多角形，在其绕其同时在一个圆轨迹上运动的中心轴线旋转时通过其纵棱产生外壳的纵侧内壁面。
若假定是刚性的纵侧外壳壁，则当转子中心轴线经过一个整圆期间，转子必须旋转由棱柱体底面的角的连接轴线构成的等边多角形的中心角。因此，外壳纵侧内壁面的形状取决于棱柱体纵棱的数量。
在这里通过棱柱体纵棱与外壳纵侧内壁面持续接触，借助外壳纵侧内壁面和棱柱体纵侧外壁面，再加上外壳两个端侧壁的内壁面，形成持续改变的空腔，要泵送的介质，尤其是泥浆，如混凝土在这些空腔内输送。
转子中心轴线的圆运动通过其支承于支承在外壳端侧壁内被驱动的偏心轴的偏心轮上产生。可通过不同的传动装置迫使转子按所述的规律性绕其中心轴线旋转。
在这里可举两种传动装置为例进行说明：
第一种传动装置由一个旋转固定地设在转子中心轴线上的空心齿轮构成，它与一个设在偏心轴的轴线上固定在外壳端壁上的小齿轮啮合。在此传动装置中，偏心率的大小通过所述的传动级及其规律性确定。
第二种传动装置由设在转子中心轴线上的行星齿轮系构成，它的太阳齿轮旋转固定地固定在偏心轴的偏心轮上，它的行星齿轮旋转自由地支承在旋转固定的行星轮支架上，它的空心齿轮旋转自由地支承在偏心轴的偏心轮上并通过交叉连杆(Kreuzkoppel)旋转固定地支承在外壳端侧壁上。通过空心齿轮借助铰接装置支承在外壳上，达到使空心齿轮只是还实施一种称为“圆形滑动”的运动。因此，所述的传动装置相应于行星齿轮系，包括经太阳齿轮输入，经行星支架输出，以及固定在外壳上的空心齿轮。在此传动装置中偏心率的大小原则上可以自由选择。
为了控制输送物料的输入和排出不需要阀。在外壳纵侧壁上交替地分别设一个输送物料的输入口和一个输送物料的排出口。在这里必须规定，所述输入口末端和排出口始端以及排出口的末端和输入口的始端相对于转子当时的中心，分别错开由多棱体底面的角的连接直线构成的等边多角形的中心角地设置在外壳的纵侧内壁面上，分别。在遵守上述有关输入口与排出口相互配置的规律性的条件下，它们在外壳纵侧内壁面上的位置原则上可以自由选择。
输入口与排出口的位置结合棱柱体的长度决定了泵的几何输送容积。因此，为获得尽可能大的输送流量，有必要将输入口与排出口的位置确定为使几何输送容积的值最大。
当转子旋转方向逆转时，使输送流的方向反向。由此也提供回输的可能性。若转子选择一种五角形棱柱体，则在外壳纵侧壁上可交替地设两个输入口和两个排出口。因此在旋转一整圈时相应地也产生两个泵循环。
随着增加转子棱柱体角的数量，按一定的规律性也增加可能的输入口与排出口的数量以及相应地增加转子旋转一整圈时泵循环的数量。输送流的脉动随转子旋转一整圈时存在的泵循环数量的增加而减小。
基于上述事实，这种泵送原理在广泛的应用领域中，例如在化学工业中，也有兴趣使用于均质液体的泵。此外在流体静力学中提供使用于液压泵或液压马达。
在将此泵送原理应用于容积泵时，而所述容积泵规定用于泵送内含粗颗粒磨蚀成分的泥浆，例如混凝土，则为了在尺寸尽可能小的同时获得尽可能大的几何输送容积，为转子采用三角或四角棱柱体。在这种情况下为了合理配置输入口和排出口，所以在转子旋转一整圈时只可能实施一个泵循环。
在这里，通过平行并列地设两个泵单元达到输送物料只有低加速和减速的不间断输送流，它们借助其偏心轴错开一个规定的角度接合。
在泥浆泵旁，尤其当它设计为混凝土泵时，可建造一个供料罐，在这里泥浆泵布置为，使它的一个(多个)输入口处于供料罐中充填的输送物料最低水平面的下方。
在转子内，优选地在其中心轴线上，设一个沿径向围绕所述传动装置延伸到外壳两个端侧壁内壁面优选圆柱形的隔板。在这种情况下有利的是，与转子尺寸的确定相结合以这样的方式决定隔板的径向位置，即，使被隔板端侧覆盖的面处于被转子构成棱柱体纵侧外壁面的外壁端侧覆盖的面之外。
由棱柱体外壁的纵侧内壁面和隔板纵侧外壁面再加上外壳两个端侧壁的内壁面构成的空腔规定作为冲洗腔。冲洗液的输入和排出或可通过外壳的端侧壁进行，或也可以借助通过偏心轴和转子导引的管路进行。
在转子构成棱柱体纵侧外壁面的外壁端侧上，设橡胶弹性有高耐磨性的构件，它们与外壳两个端侧壁的内壁面接触。因此整个由棱柱体外壁的纵侧内壁面结合外壳两个端侧壁的内壁面构成的内腔，相对于连续变化的输送腔是密封的。
橡胶弹性构件优选硫化或粘结在上面。对于橡胶弹性的构件与金属表面之间的连接强度而言有利的是，采取措施增大连接面的尺寸，即，使橡胶弹性构件超过端侧向外延伸到棱柱体外壁的纵侧外壁面上。因此，没有必要除此之外再使金属外壁的纵侧外壁面有高的耐磨性。采用这种设计还提供可能性实现与总功能协调的、更好的橡胶弹性构件的成型。
在转子的棱柱体纵棱上，密封条通过它们与外壳纵侧内壁面的持续接触将输送腔彼此隔开或使它们相互密封。密封条优选可更换地固定在棱柱体纵棱上。它们用有高耐磨强度和硬质的材料制成，因为它们通过其端侧也经过在外壳纵侧内壁面上的输入口和排出口，并在此过程中截割输送介质。
尤其是，密封条可以安装并固定在一个加工在棱柱体纵棱上的槽内。此外，在棱柱体的纵棱上还可以存在附加的交替地加工并用硫化或粘结上的橡胶弹性材料充填的凹槽，从而在其加速时通过输送介质的压力将固定在所加工的槽内的密封条取决于压力地压靠在外壳纵侧内壁面上。
在转子上和在优选地圆柱形隔板的端侧设密封件和尤其还设导引件，它们与外壳两个端侧壁的内壁面接触。因此，被隔板内壁面径向围绕并结合外壳两个端侧壁的内壁面构成的空腔相对于用作冲洗腔的空腔密封。
密封件面朝密封的空腔那一侧恰当地具有非常好的刮脱效果，从而可靠地刮去粘附在外壳端侧壁的内壁面上细粒和磨蚀性的颗粒。在转子上棱柱体的纵侧外壁通过多个优选地相同设计的单个元件构成，它们可拆地固定在一个由转子的其余元件组成的基体上。为了布置规定的密封件，有利地令外壁由角件组成。
按转子的另一种实施形式，棱柱体的纵侧外壁由一个整体件构成，它可拆地固定在一个由转子的其余元件组成的基体上。在棱柱体的纵侧外壁整体式设计的情况下，不存在使输送腔与转子内腔之间的密封装置复杂化的分界点。此外，采用整体件使转子的组装更加简单。
在泵壳上，外壳纵侧壁的内壁面设计为耐磨的和/或施加有耐磨镀层，从而在输送磨蚀性介质例如混凝土时保持尽小可能的磨损量。在外壳两个端侧壁的内侧，至少在被转子端侧的密封件和导引件覆盖的面积区内，设可拆地固定的板。板的内侧表面用作转子密封件和导引件的对向工作面，并与此同时构成持续变化的输送腔和冲洗腔的端侧边界。其结果是造成一个非常光滑和耐磨的表面，它优选地通过镀层尤其通过渗铬硬化制成。泵壳由纵侧壁和两个与之可拆地连接的端壁构成。
采用泵壳的上述设计得到一种简单的结构方式。外壳纵侧壁的形状由棱柱体纵棱在其按所述的规律性实施运动时的轨迹得出。在此纵侧的外壳壁内设输送物料的输入口与排出口。
外壳端侧壁优选地通过法兰连接装置与外壳纵侧壁用螺钉连接。在外壳端侧壁中央设偏心轴的轴承。在偏心轴上偏心轮的直径恰当地设计为比增大偏心率两倍的最大的轴直径大。采用这种设计简化偏心轴的制造并同样简化转子的装配。
转子支承点和传动齿以及端侧的密封和导引件，为使磨损降到最低程度由至少一个中央润滑设备供给润滑剂。在转子的所有润滑点，借助通过偏心轴导引的管路供入润滑剂。
按作为泥浆泵的泵一种优选的设计方式，转子设计为棱柱体，其中至少底面的角的连接直线构成一个等边三角形。采用如此设计的转子，与有更多角的棱柱体的转子相比，在转子尺寸类似时提供最大可能的输送容积，或在给定输送容积时使类似的转子尺寸最小。在这里作为对比量可以适用棱柱体由角的连接直线构成的底面外接圆直径。
若转子棱柱体的纵侧外壁在其中部区设置优选地圆弧形的鼓突，则用于设在转子内的传动装置的空间可以设计为大于由棱柱体角的连接直线规定的空间。由于所述的鼓突还减小了在输送腔内对于输送容积无效的空腔部分。
与先有技术相比，上述泵具有的优点是：
-简化结构和没有阀(滑阀)；
无需控制泵送过程；
简化连续的旋转驱动器；
-几乎完全充填输送腔；
-不间断的输送流和输送物料较小的加速度；
比活塞式泵低的附加能耗；
-与活塞式泵相同的输送压力；
-泵单元紧凑的结构形式，从而需要较小的紧凑的安装空间。
在用作混凝土泵时，当其与布料杆一起安装在适用于市内交通的车身底盘上时，由于紧凑的结构形式及泵单元较小的重量，所以为布料杆下部结构的设计提供了更好的可能性以及给于全部布料杆允许的总重量更大的份额。
附图说明
下面借助附图描述和说明多种实施例。其中：
图1表示泥浆泵横截面；
图2表示泥浆泵纵剖面；
图3表示转子的一种特别的实施形式横截面；
图4表示转子角部区横截面详图；
图5示意表示传动装置纵剖面；
图6示意表示传动装置纵剖面、交叉连杆俯视图。
具体实施方式
图1表示包括设计为三角形棱柱体的转子4和外壳2纵侧壁的泥浆泵1的示意横截面。
图中表示多个转子位置，其中可以看出，转子三角形棱柱体4′的纵棱始终与外壳2纵侧内壁面2′接触。通过外壳2纵侧内壁面2′和转子棱柱体4″纵侧外壁面并结合外壳2两个端侧壁的内壁面，构成随转子位置连续改变的输送腔(F)。
在转子4中央设传动装置5。外壳2的纵侧壁分别被输入口(Z)和排出口(A)中断一次。此外还表示，泥浆泵1在其装入位置是如何将输入口浸入泵送介质内(可能浸入供料罐内)的。在这里，当转子4顺时针旋转时造成从输入口向排出口输送；在反转时造成从排出口向输入口输送。
图2表示按图1的泥浆泵纵剖面。在外壳2中心在端侧的外壳壁2b内支承带有其偏心轮3a的偏心轴3。它由电机驱动。转子4装在偏心轴3的偏心轮3a上。转子由设在其中心用于安装轴承4a的轮毂、包括设在中央的隔板6的腹板4a以及同样设在中央通过螺钉连接装置固定在腹板上的构件4b组成，通过构件4b构成转子棱柱体的纵侧外壁。
通过转子棱柱体纵侧外壁的内壁面和隔板纵侧外壁面并结合外壳两个端侧壁的内壁面构成冲洗腔(S)。在转子棱柱体4′纵侧外壁的端侧和外壁面上硫化上橡胶弹性件7a。此外，在转子棱柱体4′的纵棱上设密封条4c。在隔板的端侧相应地加工的槽内装入密封件和导引件7b。
在这里隔板6还用于安装和固定必要时装在转子4中央的空心齿轮5b，它与设在偏心轴3旋转轴线上固定在外壳端侧壁2b上的小齿轮5a啮合。在这里，在固定在外壳上的小齿轮5a的轮毂内安装偏心轴3的轴承。
外壳2由纵侧壁2a和两个端侧壁2b组成。端侧壁2b通过法兰连接装置与纵侧壁2a用螺钉固定。外壳纵侧壁2a的内侧壁面在这里配备有一个特别硬和耐磨的衬里，设在转子棱柱体纵棱上的密封条4c的端侧面在其表面上滑动。衬里可更换地固定。在外壳端侧壁2b的内侧可更换地安装具有硬质表面及高表面质量的耐磨板8。它们用作转子4端侧密封件和导引件7a、7b的对向工作面。
图3表示转子4一种优选实施形式的转子三角形棱柱体纵侧外壁的轮廓形状。在转子三角形棱柱体中具有这种鼓突造型的纵侧外壁的优点在于，在减小输送空腔内对于输送容积无效的空腔部分的同时，增大了用于包容在其中的传动装置5的空间。
图4表示转子三角形棱柱体角部区一种可能的实施形式详图。在这里密封条4c固定在一个加工在转子棱柱体4′纵棱内的槽中。在此横截面内，在一侧表示了一个交替加工的充填橡胶弹性材料的凹槽4″′以及硫化在转子棱柱体4′纵侧外壁上的橡胶弹性件7a。
图5示意表示具有传动装置5的图1所示泵纵剖面。此示意图包含泵的所有主要部分，如外壳2、偏心轴3、转子4和传动装置5的构件。可以看出，在外壳2中心设在偏心轴3轴线上、固定在外壳上的小齿轮5a，与设在偏心轮3a中心轴线上或设在支承在偏心轮3a上的转子4中心轴线上的旋转固定的空心齿轮5b啮合(也如图2所示)。
图6示意表示具有传动装置的图1所示泵纵剖面和局部俯视图。与图5一样，此示意图包含泵1的所有主要部分和传动装置5的构件。图中可见设在偏心轮3a中心轴线上或设在支承在偏心轮3a上的转子4中心轴线上的行星齿轮系。太阳齿轮3a旋转固定地固定在偏心轴3的偏心轮3a上；行星齿轮5d旋转自由地支承在旋转固定的行星轮支架5e上。空心齿轮5f旋转自由地支承在偏心轴3的偏心轮3a上以及通过其轮毂与交叉连杆5g的导杆连接。由于所述的连接可以设计为不绕偏心轮3a的中心轴线旋转并通过交叉连杆5g支承在外壳2上。交叉连杆5g单独地用俯视图同样示意地表示在图6的右半图内。

Claims (31)

1.一种泵，包括一个在外壳(2)内驱动旋转的转子(4)，其特征为：所述转子(4)设计为多角形棱柱体，其中，至少底面的角的连接直线构成一个等边多角形，以及它围绕其在一个圆轨迹上运行的中心轴线实施旋转运动，在这里，棱柱体(4′)的纵棱与外壳(2)的纵侧内壁面(2′)接触，其特征为，在外壳(2)的纵侧壁上交替地分别设至少一个输入物料的输入口(Z)和一个输出物料的排出口(A)，在外壳的纵侧内壁面(2′)上，相对于转子(4)当时的中心，错开由多棱体底面的角的连接直线构成的等边多角形的中心角地，分别设有所述输入口(Z)的末端和所述排出口(A)的始端以及所述排出口(A)的末端和所述输入口(Z)的始端。
2.按照权利要求1所述的泵，其特征为，所述泵是泥浆泵。
3.按照权利要求1所述的泵，其特征为，所述转子(4)旋转自由地以这样的方式支承在一个偏心轴(3)的偏心轮(3a)上，即，使偏心轮(3a)的中轴线与转子(4)的中心轴线重合并通过一传动装置(5)在偏心轴(3)转一圈时旋转一个角度，这一角度等于由棱柱体底面的角的连接直线构成的等边多角形的中心角。
4.按照权利要求1所述的泵，其特征为，所述转子(4)旋转自由且纵轴线自由地以这样的方式支承在一个偏心轴(3)的偏心轮(3a)上，即，使偏心轮(3a)的中轴线与转子(4)的中心轴线重合并通过一传动装置(5)在偏心轴(3)转一圈时旋转一个角度，这一角度等于由棱柱体底面的角的连接直线构成的等边多角形的中心角。
5.按照权利要求3所述的泵，其特征为，所述传动装置(5)由旋转固定的空心齿轮(5b)和固定在外壳上的小齿轮(5a)构成，前者设在转子(4)的中心轴线上以及后者设在偏心轴(3)的旋转轴线上。
6.按照权利要求3所述的泵，其特征为，所述传动装置(5)由设在转子(4)中心轴线上的行星齿轮系构成，它的太阳齿轮(5c)旋转固定地固定在偏心轴(3)的偏心轮(3a)上，它的行星齿轮(5d)旋转自由地支承在旋转固定的行星轮支架(5e)上，它的空心齿轮(5f)旋转自由地支承在偏心轴(3)的偏心轮(3a)上并通过交叉连杆(5g)旋转固定地支承在外壳(2)端侧壁上。
7.按照权利要求3所述的泵，其特征为，平行并列地设有多个泵单元(1)，以及它们通过其偏心轴(3)互相接合借助一个或多个驱动器通过偏心轴(3)的自由端驱动。
8.按照权利要求3所述的泵，其特征为，平行并列地设有两个泵单元(1)，以及它们通过设在泵单元(1)之间的驱动器借助偏心轴(3)接合并被驱动。
9.按照权利要求7或8所述的泵，其特征为，所述泵单元(1)的偏心轴(3)错开一个规定的角度接合。
10.按照权利要求3所述的泵，其特征为，在转子(4)内，设一个沿径向围绕传动装置(5)延伸到外壳(2)两个端侧壁的内壁面的隔板(6)。
11.按照权利要求3所述的泵，其特征为，在转子(4)内在转子的中心轴线上，设一个沿径向围绕传动装置(5)延伸到外壳(2)两个端侧壁的内壁面的隔板(6)。
12.按照权利要求1所述的泵，其特征为，在转子(4)上，在构成棱柱体纵侧外壁面的外壁端侧上，设橡胶弹性的耐磨件(7a)，它们与外壳(2)两个端侧壁的内壁面接触。
13.按照权利要求12所述的泵，其特征为，在转子(4)构成棱柱体纵侧外壁面的外壁端侧所设的橡胶弹性的耐磨件(7a)硫化或粘结在上面，并超过外壁的端侧向外还延伸到外壁的纵侧外壁面上。
14.按照权利要求1所述的泵，其特征为，在转子(4)棱柱体(4′)的纵棱上设有密封条(4c)。
15.按照权利要求14所述的泵，其特征为，在棱柱体(4′)纵棱上的密封条(4c)是可更换的并用有高耐磨强度的硬质材料制成。
16.按照权利要求14或15所述的泵，其特征为，密封条(4c)安装并固定在一个加工在棱柱体(4′)纵棱上的槽内。
17.按照权利要求16所述的泵，其特征为，在棱柱体(4′)纵棱上交替加工附加的凹槽(4′″)并用硫化或粘结上的橡胶弹性耐磨材料充填。
18.按照权利要求10所述的泵，其特征为，在转子(4)上隔板(6)的端侧设密封件(7b)，它们与外壳(2)两个端侧壁的内壁面接触。
19.按照权利要求10所述的泵，其特征为，在转子(4)上隔板(6)的端侧设密封件(7b)以及导引件，它们与外壳(2)两个端侧壁的内壁面接触。
20.按照权利要求1所述的泵，其特征为，在转子(4)上棱柱体(4′)的纵侧外壁通过可拆地固定在一个基体(4a)上的一些单个元件(4b)构成。
21.按照权利要求1所述的泵，其特征为，在转子(4)上棱柱体(4′)的纵侧外壁通过可拆地固定在一个基体(4a)上的一个构件(4b)构成。
22.按照权利要求1所述的泵，其特征为，外壳(2)纵侧壁的内壁面(2′)设计为耐磨的和/或施加有耐磨层。
23.按照权利要求1所述的泵，其特征为，在外壳(2)两个端侧壁的内侧，至少在被端侧的密封件(7a、7b)覆盖的面积区内，设有可拆地固定的具有耐磨表面的板(8)。
24.按照权利要求23所述的泵，其特征为，所述板(8)镀层。
25.按照权利要求23所述的泵，其特征为，所述板(8)被渗铬硬化。
26.按照权利要求1所述的泵，其特征为，所述外壳(2)由一纵侧壁(2a)和两个与之可拆地连接的端侧壁(2b)构成。
27.按照权利要求3所述的泵，其特征为，在偏心轴(3)上偏心轮(3a)的直径设计为至少与增大偏心率(e)两倍的最大轴直径一样大。
28.按照权利要求6所述的泵，其特征为，支承点和传动齿以及密封和导引件(7a、7b)由一个中央润滑设备供给润滑剂。
29.按照权利要求6所述的泵，其特征为，支承点和传动齿以及密封和导引件(7a、7b)由一个中央润滑设备借助通过偏心轴(3)和转子(4)导引的管路(9)供给润滑剂。
30.按照权利要求1所述的泵，其特征为，转子(4)设计为棱柱体(4′)，其中至少底面的角的连接直线构成一个等边三角形。
31.按照权利要求30所述的泵，其特征为，棱柱体(4′)的纵侧外壁在其中部区有圆弧形鼓突。
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