CN102301140A

CN102301140A - 具有叶轮的容积式泵及其制造方法

Info

Publication number: CN102301140A
Application number: CN2009801560474A
Authority: CN
Inventors: F·费尔米尼; V·波洛尼
Original assignee: VHIT SpA
Current assignee: VHIT SpA
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: JP2012513565A; EP2368042A1; US20110256012A1; KR20110104526A; US8287258B2; ITTO20080976A1; CN102301140B; WO2010073215A1; IT1392564B1

Abstract

一种旋转容积式泵(1)包括叶轮(3)，其在泵送室(20)中限定具有可变容积的多个连续室(21)，流体通过所述多个连续室(21)从入口(7)机械输送到出口(8)。具有可变容积的室(21)在轴向相对的端部处通过一对转动表面(40，50)限定，所述成对转动表面闭合泵送室(20)并且被设置成围绕相互倾斜的轴线转动。本发明也涉及制造泵的方法。

Description

具有叶轮的容积式泵及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有叶轮的旋转容积式泵，其中，叶轮在泵送室中限定具有可变容积的多个室，流体通过所述多个室从泵的入口机械地输送到泵的出口。

背景技术

这些泵很久前就已知并且用在多个技术领域中。

具有使用偏心旋转构件的叶轮的现有技术泵通常在以下一个或多个方面不令人满意：

-高成本，也涉及泵部件数量多、其标准化有限、所使用的材料和制造这些部件所需的工作；

-对于给定容积排量的有限性能；

-有限几何公差；

-使用灵活性低；

-需要润滑，使得它们不适于用在一些应用中。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有叶轮的容积式泵及其制造方法，其不具有现有技术的缺陷。

根据本发明，可以实现该目的，其中，具有可变容积的室在轴向相对的端部处通过一对转动表面限定，所述成对转动表面轴向地闭合所述泵送室并且被设置成围绕相互倾斜的轴线转动。

优选地，所述表面是锥形表面或者成形为球形帽的表面，并且是一对轮盘或球形帽的面对表面，所述成对轮盘或球形帽的轴线与所述表面的轴线重合并且通过叶轮转动。

优选地，叶轮具有与表面的特定间隙径向槽接合的多个径向叶片。

本发明也涉及一种制造上述泵的方法，包括以下步骤：

-提供泵送室；

-将叶轮安装在所述泵送室中；

-借助于一对转动表面在轴向相对的端部处闭合泵送室，所述成对转动表面具有相互倾斜的轴线并且被设置成接合叶轮以便转动。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明，附图示出了经由非限制例子给出的优选实施方式并且其中：

图1是根据本发明的泵的正视图；

图2是轴向剖视图；

图3是分解图；

图4是定子和转子的正视图；

图5是示出叶轮与轮盘之一相互接合的视图；

图6是叶轮的前视图；

图7是变型实施方式的正视图；和

图8是图7中示出的泵的分解图。

具体实施方式

参照图1至图5，总的由附图标记1标明的根据本发明的泵包括管状泵主体或定子2，其限定泵送室20，该泵送室20的顶端和底端分别由紧固在定子2的端部凸缘22a和22b上的盖9、10封闭。用于被泵送的流体的进入口(入口)7和排出口(出口)8在室20中开口。室20容纳转子，该转子包括叶片叶轮3和通过叶轮3转动的两个轮盘4、5。所述轮盘安装在叶轮3的轴向相对侧，并且具有相互倾斜的轴线。考虑附图，下文中轮盘4、5也将分别被称为上轮盘和下轮盘。

如果需要，可以在轮盘4、5和室20的壁之间设置旋转密封件，以避免泄露。

为了容纳倾斜的轮盘，定子2和室20是弯头形的。

上轮盘4和下轮盘5的面对表面40、50是旋转表面，它们的轴向截面的高度从轮盘的边缘朝着轮盘的轴线逐渐增大。在这里描述的示例性实施方式中，表面40、50是锥形表面，其轴线与轮盘的轴线重合，并且轮盘优选安装在室20中，使得上轮盘4的锥形表面40的母线与下轮盘5的锥形表面50的母线大致平行，如图4所示。在其它实施方式中，替代锥形，表面40、50可以被成形为球形帽。总之有利的是，轮盘4、5彼此相同，以使泵的结构和制造更简单，并且保持待制造的不同零件的数量有限。

轮盘4、5之间的间距可以调节，并且为此至少上轮盘4安装在室20中，使得其轴向位置能够改变。优选地，两个轮盘与各自的平行母线一致地基本上彼此邻近。轮盘间距的改变例如通过气动致动器(未示出)获得。在泵反向旋转的情况中，轮盘位移也可以从给定压力开始出现。

叶轮3是蝴蝶叶轮，具有大致梯形叶片30，所述大致梯形叶片30通过它们的小的基部接合到中央毂31，中央毂31与轴(未示出)成一体，该轴又连接到适当的驱动装置。叶轮3围绕其轴线转动，且在轮盘4和5的中央处枢转，如图5中针对轮盘5所示，并且叶轮3的叶片30的上边缘和下边缘分别接合轮盘4、5的表面40、50中的径向槽41和51(图3)，以使轮盘转动。

叶轮3的叶片30有轴向间隙地接合径向槽41和51，如图2所示。考虑到锥形表面40、50的轴线的倾度并且假定叶片30的上边缘和下边缘具有相同的倾度，每个叶片将与上轮盘4和下轮盘5的相应槽具有不同的间隙，并且不同的叶片将与两个轮盘中的相应槽(或者至少与上轮盘4中的槽，假定下轮盘5具有竖直轴线，如图中所示)具有不同的间隙。通过这样的布置，叶片30和表面40、50在弯头形室20的内侧限定具有逐渐可变容积的多个连续室21(图1，2和4)。

泵1的容积排量取决于锥形表面40、50之间在其中央处的角度(由此取决于其孔口和其转动轴线的倾度)、取决于轮盘4、5的轴向和径向尺寸，以及取决于叶片30的数量和厚度。锥形表面40、50的轴线的相对倾度也影响泵1的转速。实际上，这种倾度越小，泵上的应力越小且由此转速可以越高。理论上，轴线的倾度范围可以从稍高于0°的值到稍低于90°的值。实践中，用于本发明的优选应用(例如真空泵)的适当倾度将低于10°，例如在5°-6°的级别。清楚地，如果锥形表面被设置成使得相应的母线平行，那么由处在相对于平行的母线偏置180°的位置的所述表面限定的角度将为轴线的倾斜角的两倍。

在图示的实施方式中，叶轮3通过外部电动马达6转动。在其它实施方式中，驱动器可以是磁性驱动器。后面的方案尤其适用于希望保持泵送模块(室20和转子3、4、5)与外部隔离的应用。作为另一种替代，可以利用集成在轮盘之一中的电动马达。

回到进入口和排出口(入口和出口)7和8，入口7连接到进入道70并且可能与止回阀相联。出口8也可以与阀相联。在进入和排出处设置阀有助于改进泵1的性能。此外，由叶片30的数量确定的泵的容积排量的细分越多，提供阀以确保合适操作的需要越小。

进入口7和排出口8的位置对于泵1的安装是没有约束的。但是，有利地，排出物指向轮盘4、5中的一个或两个的后侧。以此方式，排出的流体有助于沿中心方向推动轮盘，由此减小在转动过程中的间隙。在使用外部电动马达6驱动叶轮3的真空泵的应用情况中，通过引导排放物朝向位于驱动侧上的轮盘(在附图中为下轮盘5)的后部，排出的流体能够用于冷却电动马达，由此提高其效率。在泵内侧被引导的排放物也有助于降低噪音。但是，排放物甚至可以在泵的外侧被引导。

有利地，泵1的部件能够通过摸制塑性材料来制造，例如添加弹性体以便向材料增加一定柔性。这使得对部件安装的干扰轻微，且部件不会被损坏或者部件也不会损坏其它固定或活动零件。此外，定子2可以由透明塑料制造。特定的材料取决于被泵送的流体的性质。

使用这些材料使泵的几何机构优化并且获得减小的重量，这使得达到高转速更容易。特别地，叶片30必须能够在径向上弯曲(参照图6，围绕由虚线A-A标明的轴线)，以便匹配室21的高度变化。弯曲角度α当然取决于面对表面之间的角度，并且优选地是几度(例如4°到6°)。叶片柔性也能够通过使其由橡胶或涂覆有柔性材料的金属制造来获得。取决于材料的柔性和叶片30与槽41、51之间的间隙，轮盘4、5的轴线之间的角度并且由此泵的容积排量能够增大。

将理解到，在泵用作压缩器或真空泵的情况中，相对于彼此运动的部件之间的润滑是不需要的。例如，可以提供滚柱轴承或滚珠轴承，或者可以使用本领域中熟知的具有高滑移系数的材料。

如上所述，具有相互倾斜的轴线的转动表面导致室20中限定具有可变容积的多个连续室21，由此操作包括被输送的流体体积的膨胀和压缩步骤，结果引入和排出流体体积。最大输送压力将基于轮盘表面40、50的几何结构及其轴向密封系统来确定。这种输送压力可以通过作用在轮盘间距上来调节。

可以想到以下操作来制造上述泵：

-提供弯头形泵送室20；

-将叶轮3安装在泵送室20中，使得叶轮围绕其轴线转动；

-借助于一对转动表面40、50在轴向相对的端部处闭合泵送室20，所述成对转动表面40、50被设置成围绕相互倾斜的轴线转动并且被设置成与叶轮3转动接合。

显然本发明能够达到希望的目标。部件的数量少于现有技术方案，并且部件本身由相对廉价材料制成并且允许宽公差，从而不需要昂贵的精密工作。使用塑性材料使得几何结构的优化更容易，并且结合部件重量的减小和偏心转动零件的消除，允许在高速下使用泵，同时又能够获得高性能。此外，特别是轮盘4、5的一些部件是相同的，并且该特征也有助于降低制造成本。转子部件的形状还允许设计中具有广泛的灵活性，以使泵1适应具有不同要求的不同应用。特殊几何结构允许容易地组装部件。最后，部件的布置导致轴向尺寸减小。

在图7和8中示出的变型实施方式中，与前面附图中示出的元件相对应的元件由相同的附图标记添加上标表示，泵1′包括泵主体或定子2′，其由两个半球形主体2′a、2′b构成，所述两个半球形主体2′a、2′b在沿着各自基部的周边设置的凸缘23a、23b处对应接合。定子2′限定容纳转子的大致球形泵送室20，转子由叶片叶轮3′和位于叶轮的相对侧上的一对球形帽4′、5′构成。类似于图1至6中示出的实施方式中的轮盘4、5，帽4′、5′能够围绕相互倾斜的轴线转动，并且它们的面对表面40′、50′是转动表面(锥形或球形帽的形状)，转动表面的轴向截面的高度从帽的边缘朝着帽的轴线逐渐增大。此外，这些表面40′、50′分别具有径向槽41和51，径向槽41和51通过叶轮3′的叶片30′的边缘接合。

半球形主体2′a、2′b还具有与帽4′、5′的转动轴线同轴的孔24a、24b。这些孔之一用于将叶轮3′联接到转动发生器(例如类似于图1至3中示出的马达6的电动马达)的构件的通道。另一个孔不被使用，并且其将以任何适当方式封闭。设置该另一个孔仅仅由于制造廉价的原因，如此其允许利用相同的模具制造半球形主体2′a、2′b。

这种变型实施方式的操作与图1至6中示出的实施方式相同。

相对于图1至6中示出的实施方式，这种变型实施方式允许减小泵的轴向尺寸，改进零部件的对准和引导并且获得减小的间隙，使得减少对具有高柔性叶片的需要。

清楚的是，上面的描述仅通过非限制例子给出并且可以进一步改变和变型，而不脱离由权利要求限定的本发明的范围。

Claims

1.一种具有叶轮的旋转容积式泵，所述叶轮(3；3′)在泵送室(20)内限定具有可变容积的多个连续室(21)，流体通过所述多个连续室(21)从泵(1；1′)的入口(7)机械输送到泵(1；1′)的出口(8)，其特征在于，具有可变容积的所述室(21)在轴向相对端部处通过一对转动表面(40，50；40′，50′)限定，所述成对转动表面(40，50；40′，50′)轴向地闭合所述泵送室(20)并且被设置成围绕相互倾斜的轴线转动。

2.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，所述转动表面(40，50；40′，50′)是锥形表面或者成形为球形帽的表面。

3.根据权利要求1或2所述的泵，其特征在于，所述转动表面(40，50；40′，50′)是一对轮盘(4，5)或球形帽(4′，5′)的面对表面，所述成对轮盘(4，5)或球形帽(4′，5′)的轴线与所述表面(40，50；40′，50′)的轴线重合，并且通过叶轮(3，3′)围绕其轴线转动。

4.根据权利要求3所述的泵，其特征在于，所述面对表面(40，50；40′，50′)具有轴向截面，其高度从边缘朝着所述轴线逐渐增大。

5.根据前述权利要求所述的泵，其特征在于，所述叶轮(3，3′)具有多个径向叶片(30；30′)，并且所述表面(40，50；40′，50′)具有通过叶轮(3；3′)的叶片(30；30′)接合的径向槽(41，51；41′，51′)。

6.根据权利要求5所述的泵，其特征在于，所述叶片(30；30′)有轴向间隙地接合所述槽(41，51；41′，51′)。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的泵，其特征在于，所述表面(40，50；40′，50′)是锥形表面，并且被设置成使得一个表面的母线与另一表面的母线基本上平行并且使得所述两个表面与平行的母线一致地基本上彼此邻近。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的泵，其特征在于，所述表面(40，50；40′，50′)有可调节轴向距离地安装。

9.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，定子(2；2′)和转子(3，4，5；3′，4′，5′)由柔性材料制成。

10.一种制造具有叶轮的容积式泵(1；1′)的方法，包括以下步骤：

提供泵送室(20)；

将叶轮(3；3′)安装在所述泵送室(20)中；

其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

借助于一对转动表面(40，50；40′，50′)在轴向相对的端部处闭合泵送室(20)，所述成对转动表面(40，50；40′，50′)具有相互倾斜的轴线并且被设置成与所述叶轮(3；3′)转动接合。