CN101842595A - 螺杆泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有锥形构造的内构件(4)和锥形构造的外构件(8)的螺杆泵或螺杆压缩机，该内构件和外构件的纵轴线(X₁，X₂)彼此成角度地延伸并相交于一点，其中，所述泵沿轴向具有至少两个区段(2a，2b，2c，2d)，内构件(4)的位于第二区段(2b)中的部件(4b)设置成相对于该内构件的位于第一区段(2a)中的部件(4a)围绕该内构件(4)的纵轴线(X₁)旋转，外构件(8)的位于第二区段(2b)中的部件(8b)设置成相对于该外构件(8)的位于第一区段(2a)中的部件(8a)围绕该外构件(8)的纵轴线(X₂)旋转。

Description

螺杆泵

技术领域

本发明涉及一种螺杆(Moineau)泵或偏心螺杆泵或偏心螺杆压缩机。例如，专利文献US 1892217公开了这样的螺杆泵或偏心螺旋泵。这种泵具有环状外构件和设置在该外构件内的内构件。外构件的内侧和内构件的外侧均具有螺纹状的结构，其中，外构件的结构多具有一圈螺纹或一个回旋(Windung)或一个螺牙。内构件在外构件内在偏心路径上相对于外构件运动，为此内构件和/或外构件可以运动。

背景技术

在锥形构造的螺杆泵中，一个根本问题是脉动地产生的轴向力。在此，尤其是在扬程较大的泵中会出现较大的峰值力，这必然会造成泵的内构件和外构件由于相应很大的轴向力而被压到一起。因此，由于较大的摩擦，一方面使磨损增加，另一方面使得用于驱动泵的启动转矩提高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种改进的螺杆泵或改进的螺杆压缩机，通过这种泵或压缩机，可以减小出现的轴向力以及相应的摩擦和泵的磨损。上述目的通过具有权利要求1所述特征的螺杆泵实现。从属权利要求、说明书以及附图给出了本发明的优选实施方式。

根据本发明的螺杆泵或螺杆压缩机具有锥形构造的内构件和锥形构造的外构件。在此，内构件具有中心锥形凹部。在此，外构件以公知的方式构造为环状，并在其内周边上具有螺纹状

或螺旋状

的结构。内构件在其外周边上对应地构造为螺旋状或螺纹状，在此，外构件的螺纹状结构比在内构件外周上的结构多一个螺牙或一圈螺纹(Gewindegang)。内构件和外构件相对于彼此设置为，它们各自的纵轴线彼此成角度地延伸并相交于一点。

根据本发明，泵沿轴向、即沿输送方向分为至少两个区段。在此，每个区段都具有外构件的部件和内构件的部件。内构件的部件和外构件的部件设置为在至少两个区段中相对于彼此旋转。也就是说，内构件的位于第二区段中的部件相对于内构件的位于第一区段中的部件围绕内构件的纵轴线以特定的角度旋转。相应地，外构件的位于第二区段中的部件相对于外构件的位于第一区段中的部件围绕外构件的纵轴线以特定的角度旋转。

通过使螺杆泵的多个区段或多个级沿旋转方向错开或旋转地设置，可以实现：在这些区段中，轴向力峰值(Axialkraftspitzen)不会出现在驱动轴的相同的角位置处或内构件和外构件相互之间的相同的角位置处，而是在不同的旋转角处在两个区段中出现轴向力峰值。以这种方式能够降低所出现的最大的轴向力，因为轴向力峰值不会在相同的角度位置上叠加。在这些区段彼此旋转的设置中，轴向力关于驱动轴的旋转角的曲线表现为，轴向力峰值的数目更多，但振幅更小。因此，总的来说可以通过旋转角实现更平滑的轴向力曲线。由此可以降低泵驱动装置的总负荷。

另外，通过减小出现的最大轴向力，还使得只需要较小的轴向挤压力(Andruckkraft)来保持内构件和外构件贴靠在一起。由此再次减少了内构件和外构件之间的摩擦，因此一方面减少了磨损，另一方面降低了所需要的启动力矩。由此可以总体上提高效率。

优选地，泵具有多于两个区段或级，这样，在每两个彼此相邻的区段中，位于内构件的第二区段中的部件设置为相对于内构件的位于第一区段中的部件围绕内构件的纵轴线旋转。相应地，外构件的位于第二区段中的部件设置为相对于位于外构件的第一区段中的部件围绕外构件的纵轴线旋转。因此，在多个区段或级中，所有分别彼此相邻的区段优选构造成形成第一区段和第二区段，其中外构件和内构件如上所述地设置为相对于彼此旋转。也就是说，在具有四个区段的泵中，第二区段中的外构件和内构件相对于第一区段中的内构件和外构件旋转，而第三区段中的外构件和内构件相对于第二区段中的外构件和内构件旋转。相应地，第四区段中的外构件和内构件相对于第三区段中的外构件和内构件旋转。在区段更多的情况下，这会相应地继续下去。在此，区段相对于区段的旋转优选沿相同的旋转方向进行，使得总体上所有的区段都相对于彼此旋转，并且不存在这样两个区段，即在其中内构件或外构件相对于内构件或外构件的纵轴线以相同的角度对齐(Winkelausrichtung)地设置。这意味着，部件相对于彼此旋转的角度可以与泵的区段的数目相关，从而使得在第一区段和最后的区段之间部件的旋转小于360°。

进一步优选地，内构件的部件以与外构件的部件不同的角度相对于彼此旋转。由于在内构件和外构件上的螺纹的数目不同，因此可以实现泵的特别稳定地运行。

优选地，在泵的所有区段中，内构件外周边上的螺纹状构型具有相同的间距(Steigung)。相应地优选的是，在泵的所有区段中，外构件内周边上的螺纹状构型具有相同的间距。这意味着，内构件和外构件的螺旋的间距在整个泵上是始终不变的。进一步优选的是，在每个区段中螺纹旋转的数目相同。

有利地，内构件的位于第二区段中的部件相对于内构件的位于第一区段中的部件以下列角度旋转，即

$\mathrm{\α}=\frac{360}{n\×m}.$

相应地，外构件的位于第二区段中的部件有利地相对于外构件的位于第一区段中的部件以下列角度旋转，即

$\mathrm{\α}=\frac{360}{n\×(m+1)}.$

在此，n是泵的区段的数目，m是内构件的螺纹或螺牙的数目。通过根据上述公式选择旋转角，可以确保能够根据泵的区段或级的数目实现尽可能均匀的力曲线。此外，在此应进一步考虑到，外构件的螺旋结构比内构件的螺旋结构多一圈螺纹或一个螺牙。基于这个原因，外构件和内构件的旋转角相应地是不同的。

优选地，在内构件的两个彼此相邻的部件中，部件在彼此相邻的端部(Stirnende)处分别构造为，较小部件的最大截面完全位于较大部件的最小截面之内。以这种方式可以确保，在任何位置上的较小部件均不会超出相邻的较大部件的外周边。

进一步优选地，在内构件的两个彼此相邻的部件中，部件在位于彼此相邻的端侧构造为，位于第二区段中的部件的端侧的最大半径小于位于第一区段中的部件的端侧的最小半径。通过这种布置可以确保，无论两个部件相对于它们的纵轴线相对于彼此以何种角度旋转，位于第一区段中的部件的端侧都不会延伸超出位于第二区段中的部件的相邻端侧的周边。因此，这两个部件能够以任意角度相对于彼此旋转。

根据本发明的另一个优选实施方式，在内构件的两个彼此相邻的部件之间设置间隔件，例如间隔垫圈，该间隔垫圈使上述两个部件沿纵轴线的方向间隔开地被保持。由此可以确保，第一区段的内构件的部件不与外构件的在第二区段中的部件发生碰撞或接触。这意味着，可以确保内构件的部件总是只唯一地与外构件的对应部件发生接触。当内构件和外构件可以沿轴向相对于彼此移动时，则以上所述尤其重要。

根据特别优选的实施方式，内构件通过至少两个区段、优选通过所有区段一体地形成。也就是说，位于泵的这两个区段中的内构件的部件一体地例如由金属或陶瓷制成。由此可以使生产简化，因为无需将用于构成内构件的多个单独部件进行组装和对齐。

附图说明

下面将参照附图对本发明做示例性描述。其中：

图1a示出了侧视图，

图1b示出了具有四个非相对于彼此旋转的区段的内构件的立体图，

图2a示出了侧视图，以及

图2b示出了具有四个根据本发明相对于彼此旋转的区段的内构件的立体图，

图3示出了根据图2的内构件插入外构件中的示意性剖视图，

图4示出了根据本发明的内构件的侧视示意图，

图5示出了根据图1中的内构件的轴向力曲线，

图6示出了根据本发明的泵的轴向力曲线。

具体实施方式

通过图2a的侧视图和图2b的立体图示出了根据本发明的螺杆泵的内构件。根据该实施例，泵分为四个区段，这四个区段沿轴向、即沿泵的纵轴方向或输送方向相继地设置。如图3所示。

内构件4相应地分为四个部件4a、4b、4c和4d，其中，部件4a设置在泵的区段2a，部件4b设置在泵的区段2b，部件4c设置在泵的区段2c，部件4d设置在泵的区段2d。图2和图3中内构件的形状如由图1a和图1b中所示的内构件给出。在此，在图1a和图1b中内构件4的沿轴向X₁相继排列的四个部件4a至4d构造成在这些部件之间没有旋转。在这种状态下，内构件4的外周边具有连续的螺纹结构或螺旋结构。这个或这些螺纹6以连续的螺纹形状在内构件4的整个轴向长度X₁上延伸，即连续地在所述四个部件4a至4d上延伸。此外可以看出，内构件4是锥形的，即从部件4d上的轴向端部开始朝向部件4a的端部上的相对轴向端部逐渐变细。

根据如图1所示的基本结构，部件4a至4d此时根据本发明构造为，或相对于彼此设置为，它们分别相对于彼此围绕内构件4的纵轴线X₁相互旋转。在此，从根据图1的情形出发，部件4c相对于部件4d、部件4b相对于部件4c以及部件4a相对于部件4b分别沿相同的旋转方向围绕纵轴线X₁以相同的角度旋转。在此，部件4a、4b、4c和4d中每两个部件之间的旋转角α为

$\mathrm{\α}=\frac{360}{4\×m},$

其中，m是螺纹或螺牙的数目。也就是说，在内构件4的外周边具有一圈螺纹的情况下，则部件4a、4b、4c和4d分别向相邻部件旋转90°，即部件4c围绕纵轴线X₁相对于部件4d旋转90°。部件4b又相对于部件4c旋转90°，相应地，部件4a相对于部件4b旋转90°。由此得到如图2所示的内构件4的形状。在此应该理解，部件4a至4d并非必须作为单独的部件制成并装配在一起，而是如图2所示，也可将整个构件4一体地直接以那里示出的形状制成。在图2所示出的实施方式中，部件4a至4d在彼此相邻的端侧具有相同的直径。也就是说，例如，部件4d的面向部件4c的一侧的直径22等于部件4c的面向部件4d的一侧的直径20。

对应于按照泵的区段2a至2d对内构件4的划分，也可以将外构件8分为四个部件8a、8b、8c和8d，其中，部件8a位于泵的区段2a，部件8b位于泵的区段2b，部件8c位于泵的区段2c，部件8d位于泵的区段2d。这意味着，内构件4的部件4a在外构件8的部件8a中旋转。相应地，部件4b在部件8b中旋转，等等。

外构件8以公知的方式构造为环状的，并且其内部具有凹部10，内构件4插入该凹部10中。凹部10对应于内构件4锥形地成形并在其内周边上具有带有螺纹12的螺纹状结构。在此，设置在凹部10内周边上的螺纹比内构件4外周边上的螺纹多一圈，即在内构件4具有两圈螺纹的情况下，外构件8的内周边上具有三圈螺纹。

同样，由具有从外构件8的一个轴向端部到相对轴向端部的连续螺纹的外构件8形成外构件8的部件8a至8d的设置。在此，部件8a至8d分别围绕外构件8的纵轴线X₂相对于彼此旋转。外构件8的纵轴线X₂倾斜地延伸，即与内构件的纵轴线X₁成角度地延伸。两条纵轴线X₁和X₂以公知的方式相交于一点。

外构件8的部件8c设置为或构造为，相对于部件8d围绕纵轴线X₂以特定的角度旋转，相应地，部件8b相对于部件8c围绕纵轴线以相同的角度X₂旋转，以及部件8a相对于部件8b同样围绕纵轴线X₂以相同的角度旋转。在此，在这些单独的部件之间的旋转的转动方向总是相同的。外构件8的每两个彼此相邻的部件总是以下面的角度相对于彼此旋转，即

$\mathrm{\α}=\frac{360}{4\×(m+1)},$

其中，m是内构件的螺纹或螺牙的数目。也就是说，对于内构件4具有一圈螺纹的示例，在此处所示出的具有四个区段的泵中，外构件8的彼此相邻的部件之间的旋转角分别是45°。

如内构件4的部件一样，外构件8的部件8a至8d也可以作为单独部件制成，随后相应地将这些部件相对于彼此旋转地装配在一起。可替代地，也可以直接以旋转的设置一体地构成这些部件。

图4示出了由四个部件4a、4b、4c和4d组成的内构件4的示意图，其中，在这种设置中，不同的实施例仅出于说明目的而彼此组合。因此，如在这里所示出的，部件4a、4b、4c和4d可以沿纵轴线X₁的方向具有不同的高度14、16。应该理解的是，这些高度并不仅仅局限于部件4a和4d。部件4d和/或4c也可以具有不同的高度。

在部件4b和4c之间，例如设置有圆柱形的间隔垫圈18。在部件4a和4b之间以及部件4c和4d之间也可以设置这样的间隔垫圈。

此外，在图4中示意性示出了位于部件4c和4d之间的另一种优选的设计方案。更具体地说，部件4c的面对部件4d的轴向端部具有直径20，该直径20沿每个方向都小于部件4d的面对部件4c的轴向端部的直径22。通过这种方式可以确保，无论部件4c相对于部件4d围绕纵轴线X₁以何种角度旋转，沿径向均不超出部件4d的面对部件4c的端部的外周边。这意味着，在部件4c的截面积较大的端侧的外周边和部件4d的截面积较小的端侧的外周边之间的径向距离24、26在整个周边上大于或等于0，但不小于0。应该理解的是，在部件4c与部件4b之间和/或部件4b与部件4a之间也可以相应地构造有这种过渡

通过所述方案可以确保，内构件4的部件在位于单独的部件之间的界面处不会以不期望的方式与外构件8的错误的、即不对应的部件碰撞。例如可以确保，内部件4c不接触外构件8的部件8d并且内构件4的部件4d相应地也不接触外构件8的部件8c。因此这是非常重要的，因为为了改变内构件4和外构件8之间的挤压力，内构件4沿轴向X₁在外构件8中能够以一定的间隙移动。

通过在根据本发明的设计方案中使泵的区段2a至2d或内构件4的部件4a至4d以及外构件8的部件8a至8d相对于彼此旋转，可以实现关于内构件4和外构件8之间的转动(Umdrehung)的轴向力的优化的曲线。下面将参照图5和图6对此进行说明。

首先，图5示出了当部件4a至4d以及相应地部件8a至8d不相对于彼此旋转时、即泵具有如图1所示的方案时，内构件4和外构件8之间的轴向力。图5示出了轴向力与旋转角ω的关系的图。在此示出了单独的曲线28a至28d，它们分别对应于作用在内构件4的各个部件4a、4b、4c和4d上的力。曲线30示出了作用在内构件4上或作用在内构件4和外构件8之间的合力。可以看出，在力曲线28a至28d的齿形曲线中，峰值，即所出现的最大力都在相同的角度出现，在此处于约180°出现。这使得在此在这个角度下出现较大的合力30。

图6示出了对应于根据图3的设置的图，其中，内构件的部件4a至4d和外构件8的部件8a至8d相应地以前述方式相对于彼此旋转。可以看出，由此作用于各个部件4a至4d上的轴向力曲线28a至28d也以相应的角度相对于彼此偏移。这意味着，作用在内构件4的各个部件上的力的峰值或最大力不再都于相同的旋转角ω出现，而是以相应的角度偏移。这使得能够得到这样的合力30，即虽然合力30具有数目更多的振幅，即波动

的频率更大，但是各振幅明显小于在泵的区段非旋转设置时的振幅。此外，所出现的最大的合力，即最大的轴向力也明显更小。

上述轴向力是通过泵内部的流体压力作用于内构件4和外构件8之间的轴向力。这意味着，为了使内构件4保持贴靠在外构件8上，必须从外部施加相应的力。通过减小力的峰值和减小合力，可以减小挤压力，由此减少在泵内部的摩擦和磨损。

以上是参照四级泵，即具有四个区段2a至2d的泵对本发明所做的描述，但应该理解的是，也可以通过具有不同数目的区段或级的泵，例如少于或多于四级的泵，来实现本发明。

附图标记列表

2a至2d    -泵的区段

4         -内构件

4a至4d    -内构件的部件

6         -螺纹(Schraubengang)

8         -外构件

8a至8d    -外构件的部件

10        -凹部

12        -螺纹

14，16    -高度

18        -间隔垫圈

20，22    -直径

24，26    -径向距离

28a至28d  -轴向力曲线

30        -轴向合力曲线

X₁        -内构件的纵轴线

X₂        -外构件的纵轴线

ω        -旋转角

α        -内构件和外构件的彼此相邻部件之间的旋转角

Claims (10)

1.一种螺杆泵或螺杆压缩机，具有锥形构造的内构件(4)和锥形构造的外构件(8)，所述内构件(4)的纵轴线(X₁)和所述外构件(8)的纵轴线(X₂)彼此成角度地延伸并相交于一点，

其特征在于，

所述泵沿轴向具有至少两个区段(2a，2b，2c，2d)，其中，

所述内构件(4)的位于第二区段(2b)中的部件(4b)设置为相对于所述内构件的位于第一区段(2a)中的部件(4a)围绕所述内构件(4)的纵轴线(X₁)旋转，以及

所述外构件(8)的位于第二区段(2b)中的部件(8b)设置为相对于所述外构件(8)的位于第一区段(2a)中的部件(8a)围绕所述外构件(8)的纵轴线(X₂)旋转。

2.如权利要求1所述的螺杆泵，其特征在于，该泵具有多于两个区段(2a-2d)，其中，在两个彼此相邻的区段(2a，2b)中，所述内构件(4)的位于第二区段(2b)中的部件(4b)设置为相对于所述内构件(4)的位于第一区段(2a)中的部件(4a)围绕所述内构件(4)的纵轴线(X₁)旋转，以及所述外构件(8)的位于第二区段(2b)中的部件(8b)设置为相对于所述外构件(8)的位于第一区段(2a)中的部件(8a)围绕所述外构件(8)的纵轴线(X₂)旋转。

3.如权利要求1或2所述的螺杆泵，其特征在于，所述内构件(4)的部件(4a-4d)以不同于所述外构件(8)的部件(8a-8d)之间的角度相对于彼此旋转。

4.如前面任一项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，在所述泵的所有区段(2a-2d)中，位于所述内构件(4)的外周边的螺纹状构型(6)具有相同的间距。

5.如前面任一项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，在所述泵的所有区段(2a-2d)中，位于所述外构件(8)的内周边的螺纹状构型(12)具有相同的间距。

6.如前面任一项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，所述内构件(4)的位于第二区段(2b)中的部件(4b)相对于所述内构件(4)的位于第一区段(2a)中的部件(4a)以下述角度旋转，即

$\mathrm{\α}=\frac{360}{n\×m},$ 以及

所述外构件(8)的位于第二区段(2b)中的部件(8b)相对于所述外构件(8)的位于第一区段(2a)中的部件(8a)以下述角度旋转：

$\mathrm{\α}=\frac{360}{n\×(m+1)},$

其中，n是所述泵的区段(2a-2d)的数目，m是所述内构件的螺距(6)的数目。

7.如前面任一项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，在所述内构件(4)的两个彼此相邻的部件(4c-4d)中，这些部件在彼此相邻的端部构成为，较小部件的最大截面完全位于较大部件的最小截面之内。

8.如前面任一项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，在所述内构件(4)的两个彼此相邻的部件(4c-4d)中，这些部件在彼此相邻的端侧构成为，在位于所述第二区段(2c)中的部件(4c)的端侧的最大半径(20)小于位于所述第一区段(2d)中的部件(4d)的端侧的最小半径(22)。

9.如前面任一项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，在所述内构件(4)的两个彼此相邻的部件(4b，4c)之间设置有间隔件(18)，所述间隔件使所述两个部件(4b，4c)在所述纵轴线(X1)的方向上彼此保持间隔。

10.如前面任一项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，所述内构件(4)通过至少两个区段(2a-2d)一体地形成。

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