CN103075338A - 叶片单元机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及叶片单元机(1)，该叶片单元机具有定子(2)和转子(3)，转子带有设置在导向体(8)中的径向可替换的叶片(5)，所述叶片(5)支承在定子(2)的内部，并且和转子、定子(2)和侧壁(15)一起在转子(3)的每个轴向端部建立工作腔(14)边界。它致力于提供一种叶片单元机，其具有良好的内部密封，其中依然保持低磨损。为了这个目的，在径向内部区域侧壁(15)包括插入物(17)，该插入物可在侧壁(15)中轴向地活动，并且具有轴向内部和轴向外部的压力施加表面(27，28)。

Description

叶片单元机

技术领域

本发明涉及具有定子和转子的叶片单元机，转子具有设置在导向体中的可替换的叶片，所述叶片支承在定子的内部并且和转子、定子和侧壁一起在转子的每个轴向端部建立工作腔边界。

背景技术

这样的叶片单元机例如是用作反渗透系统回路中的压力变换器之前或之后的放大泵。在反渗透系统中，水例如海水通过薄膜泵出，然后在薄膜的出口侧得到静化的或淡化的水。

在这样的机器中，转子相对于定子旋转，在每次旋转过程中高压在工作腔中至少占到一次支配地位，因此必须保证叶片单元机对于内部和外部是密封的。内部泄漏将降低效率。无论如何也不希望出现外部泄漏。

因此，转子和侧壁必须以一定的力对彼此施压，以将内部泄漏保持得尽可能地小。然而，这个力也不允许太大，因为在侧壁和转子之间的摩擦由此将导致太大的磨损。

发明内容

本发明基于这样的任务，即提供一种具有良好的内部密封性和低磨损的叶片单元机。

利用在前序部分提及的叶片单元机，该任务这样解决，在径向内部区域，侧壁包括插入物，该插入物可在侧壁中轴向地活动，并且具有轴向内部和轴向外部的压力施加表面。

利用该实施例，侧壁被分成两个元件，即插入物和围绕该插入物的元件。然后插入物在侧板中形成某种活塞，所述活塞可在转子的方向或者在相反的方向移动。在这一点上，位移力遵循沿轴向内部和轴向外部作用在两个压力施加表面上的压力。当压力施加表面和作用在它们之上的压力因此彼此适应时，可以获得液压平衡，因此插入物和转子利用选择的力彼此施压，因此在一方面可以获得令人满意的密封，在另一方面可以保持低磨损。

优选的是，侧壁作为板制造。板是相对容易地制造的。当插入物插入到板中时，组装的板可以作为一个单独的元件与定子组装。在功能方面，则具有插入物的板形成定子的一部分。

可替换地，侧壁可以形成在叶片单元机的壳体中。在这种情况下，除了插入物之外不需要其他的元件，这在安装过程中对于精度也具有积极效果。需要安装部件的数量越少，因为公差的缘故，则可能产生的误差也越少

优选的是，在定子和插入物之间设置密封环。该密封环，例如O型环，朝向外部地密封插入物。该密封环可以设置在凹槽中，以明确地限定它的位置。密封环设置在一位置，其中邻接的部件不会相对于彼此移动。这样，密封环提供了一种简单的方式，防止大量的流体从定子泄漏到外部。

优选的是，密封环设置在转子的径向位置，在此由密封环径向外部的流体的压力导致的力与由面向转子的插入物一侧上的流体的压力导致的力一样大。这些力不必完全地平衡。径向向内作用的力可以比径向向外作用的力稍微大一些。密封环径向向内地密封。在密封环的径向外部，流体可存在于定子和插入物之间。在插入物的相对侧，流体可以通过在转子和插入物之间的间隙径向向内地进一步渗入。然而，在这些间隙，流体的压力从外部向内部径向地减弱。现在，密封环的位置可以确定，因此位于插入物上的压力施加表面在径向外部比径向内部更小。在这一点上，压力施加表面在径向延伸，并且遭受沿轴向作用的压力。那么，在压力施加表面的尺寸之间的关系可以选择，因此沿径向减弱的压力作用在轴向的插入物内部的相对较大的压力施加表面上。简单地表述，当考虑轴向截面时，穿过插入物轴向外部表面的压力的整体近似地与穿过插入物轴向内部的压力施加表面的压力的整体一样大。

优选的是，插入物包括轴向延伸部分，其形成轴承，该轴承用于与转子连接的轴。这样，可以形成插入物，因此同时它形成用于转子的轴的轴承。因此轴封可以设置在转子的轴和插入物之间。在这种情况下，压力可以轴向地作用在插入物的完全的轴向延伸部分的内部。

优选的是，延伸部分包括台阶，其形成用于密封环的支承面。同时，台阶则限定密封环的径向位置。

优选的是，插入物设置在侧壁的中心凹座中，并且包括一偏心孔，转子引导通过该孔。当转子具有轴时，该轴当然地引导通过插入物的偏心孔。在叶片单元机中，转子的每次旋转带有叶片的一个工作行程，安置叶片的定子内部可以具有空心圆柱体的形状。仍然是为了实现叶片径向的延伸和收缩运动，转子被偏心地支撑，即在每次旋转的过程中，转子的圆周上的一个点接近定子的内部并且又远离定子的内部。该偏心结构容易地通过插入物实现。这样的实施例具有更多的优点，它容易地保证叶片可以始终用它们的前部安置在围绕插入物的元件上。因此，叶片和该元件可以在材料方面彼此适应，以这样的方式保持磨损尽可能的小。

附图说明

在下面，将结合附图根据优选的实施方式描述本发明，其中显示的是：

图1是示意性的穿过叶片单元机的纵向截面，

图2是根据图1的II-II截面，

图3是穿过叶片单元机的改进的实施方式的部分剖面，

图4(a-c)是根据图3的插入物的放大视图，

图5是解释了在插入物上的压力分布的示意图，

图6是根据图5的用于不同的实施方式的简化的视图，和

图7是根据图1的改进的实施方式。

具体实施方式

叶片单元机1包括定子2，其中转子3被可旋转地支撑。转子连接到轴4，即，当叶片单元机1制造为泵时，连接到未详细显示的驱动电机。当叶片单元机1作为电机工作时，输出可以在轴4获取。

转子3由第一材料制造，优选的是钢。在转子3中，几个叶片5在圆周方向分布，每个叶片包括由不同于第一材料的第二材料制造的外壳7围绕的钢核6，第二材料优选的是塑料，其与转子3的钢材料无摩擦地相互作用。定子2也由第一材料制造，优选的是钢。当叶片单元机1也利用水操作时，外壳7也与定子2的材料无摩擦地相互作用。

在下面的描述中，钢用作第一材料，而塑料用作与钢无摩擦地相互作用的第二材料。

用于外壳7的材料可以从高抗性热塑性塑料材料的组中，所述的组以下述材料为基础：聚芳醚酮，尤其是聚醚醚酮、聚酰胺、聚缩醛类、聚芳醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚酰胺系列、聚丙烯酸酯、石炭酸树脂例如酚醛清漆树脂、和玻璃、石墨、聚四氟乙烯或碳，尤其是如纤维，可以被用作填料。

对于每个叶片，转子3具有导向体8。每个导向体8具有两个大体上径向扩展和轴向延伸的壁9、10，其间叶片5在径向引导(相对于转子的旋转轴)。在叶片5的径向内部，腔11设置在导向体中，流体通过在叶片5和壁9、10之间的间隙进入所述腔。

如图2所示，转子3具有偶数数量的叶片5。在任意两个直径相对的叶片5之间，放置杆12。杆12也是由摩擦降低塑料制造的。杆12的尺寸这样设置，因此直径相对的叶片5支承在转子3的内部13。可以允许小的公差以避免堵塞。

在圆周方向任意两个彼此靠近的叶片5界限出腔14。如图2所示，腔14的容积在转子的旋转过程中在定子2的内部变化，如从叶片单元机已知的。

腔14必须在它们的轴向前部固紧。为此，侧壁15形成在叶片5的每个前部。在当前的例子中，侧壁15在一板16形成。板16由钢制造，因此叶片5及其外壳7可沿着板16摩擦。因为外壳7的塑料材质，在此产生相对低摩擦的运动。

插入物17插入到板16中。至少在其表面上，插入物由第三材料制造，其可以与第二材料相同。这样，在此插入物17的表面也由摩擦降低塑料制造。插入物17支承在转子3的前部区域18上。

插入物17插入到板16的中心孔19中。插入物17包括偏心孔20，转子3引导通过该孔。因此，可以设置板16与插入物17的尺寸，因此完整的旋转过程中，叶片5及其外壳7仅仅支承在板16上，即在钢上，而转子3及其前部侧区域18仅仅支承在插入物17上，即在塑料上。仅仅在叶片5的径向内端区域中，在叶片5和插入物17之间可能产生轻微的重叠，然而，这是不关键的，因为这是很小的。

利用该实施方式，它可以保证摩擦始终仅仅在这样的部件之间产生，其中一个具有钢的表面，而另一个具有摩擦降低塑料的表面，例如PEEK。

可能的是，压力下的流体可以轴向地渗入到板16和插入物17之间的外部。因此，O型环22(或类型的密封)可以设置在插入物17和前部壳体部件21之间。这样O型环22可以具有轴向和/或径向的预加拉应力，因此它在小压力中已经固紧，例如避免在启动过程中的泄漏。

O型环的位置将在下文中解释。

转子3具有几个轴向地延伸贯穿的通道25，其保证在轴向转子端部之间的压力平衡。

插入物17可相对于板16沿轴向活动，即形成某种″活塞″。分开为插入物17和板16也简化了制造方式。这样，板16和插入物17可以由平坦的平行表面制造。插入物17可以比板16稍微厚一些。

图3显示了稍微改进的实施例，其中相同的元件具有相同的附图标记。图4单独显示了插入物17，即在图4a的正视图、图4b的根据图4a的截面A-A和图4c的侧视图中。

插入物17现在在轴向延伸并且形成用于转子3的轴承23。因此，在转子3(钢)和在其圆周表面上的轴承23(PEEK)之间的两种材料这样制造，因此在此处产生无摩擦的状态。

O型环的位置根据图5解释。相同的和功能相等的元件具有与图1-4中相同的附图标记。

在此，转子3和轴4整体地制造。然而，轴4也可以作为一个单独的部件制造。

在插入物17和壳体部分21之间形成间隙25。进一步地，间隙26设置在转子3和插入物17之间。间隙25可以比间隙26稍微大一些。在间隙25中设置了O型环22，因此它保证在压力较小状态下间隙25可以始终保持开启。

在间隙25中，插入物17具有第一压力施加表面27。在间隙26中，插入物17具有第二压力施加表面28。第一压力施加表面27通过O型环22界定径向内部。基本上，第二压力施加表面28通过轴4或者密封轴4的轴封29界定。由此可见，第二压力施加表面28比第一压力施加表面27更大。在压力施加表面27、28之间的关系可以通过O型环22的位置确定。

在壳体部分21和插入物17之间的间隙25中，高压占统治地位，如箭头30表示。该压力在径向是常量，这通过所有箭头30都具有相同长度这一事实表示。

在间隙26中，高压也占主导地位，这通过箭头31表示。由于在转子和插入物17之间允许小流量，压力从径向外部朝向径向内部减弱。这通过径向向内的箭头具有减少的长度的事实表示。

现在两个压力施加表面27、28的尺寸这样设置，因此第一压力施加表面27和恒定的压力(箭头30)的积近似地等于第二压力施加表面28和在间隙26中的下降的压力的积。利用这个尺寸，它可以获得跨过插入物17产生的液压平衡。由于插入物在板16中是可以轴向活动的，插入物17相对于转子的位置可以调整，因此获得最大的紧密度(tightness)，而同时也保持低磨损。然而，插入物17相对于侧板16的活动是非常小的。

插入物17和板16作为两个单独的部件制造，因此由板16和插入物17制造的侧板可以利用平坦的平行表面制造。

图6显示了具有台阶24的插入物17的对应的实施方式。此外，在此间隙25也存在于壳体部件21和插入物17之间，并且间隙26存在于插入物17和转子3之间。第一压力施加表面17小于第二压力施加表面18，而第一压力施加表面27径向地朝向内部通过O型环22界限。台阶24限定O型环22的位置。在根据图5的实施方式中，凹槽32用来定位。

另外，箭头30、31表示了在间隙25中作用于第一压力施加表面27的压力在径向是常量、以及在间隙26中作用于压力施加表面28的压力从径向外部朝向径向内部减弱。

图7显示了根据图1改进的实施方式的示意图。相同的和功能相等的部件具有相同的附图标记。

在该实施方式中，插入物17直接设置在前部壳体部件21中，即在插入物17的径向外部，前部侧壳体部件21也起到板16的作用。

在该实施方式中，在插入物17和前部侧壳体部分之间的O型环21不是绝对必需的。因此，为了清楚起见，在图7中没有显示O型环。当然，它可以仍然在那里。则该O型环可以充当″弹簧″，用于在启动过程中产生在插入物17上的初始压力，因此在启动过程中插入物17已经压靠在转子3的相应的表面上。

然而，这样的力也可以以不同的方式产生，例如依靠在插入物17和前部壳体部件21之间的弹簧。

Claims (8)

1.叶片单元机(1)，具有定子(2)和转子(3)，转子带有设置在导向体(8)中的径向可移动的叶片(5)，所述叶片(5)支承在定子(2)的内部，并且和转子、定子(2)和侧壁(15)一起在转子(3)的每个轴向端部建立工作腔(14)边界，其特征在于，在径向内部区域，侧壁(15)包括插入物(17)，该插入物可在侧壁(15)中轴向地活动，并且具有轴向内部和轴向外部的压力施加表面(27，28)。

2.根据权利要求1所述的叶片单元机，其特征在于，侧壁(15)制造为板(16)。

3.根据权利要求1所述的叶片单元机，其特征在于，侧壁(15)形成在叶片单元机(1)的壳体(21)中。

4.根据权利要求1-3任一项所述的叶片单元机，其特征在于，密封环(22)设置在定子(2)和插入物(17)之间。

5.根据权利要求4所述的叶片单元机，其特征在于，密封环(22)设置在转子(3)的径向位置，在此由密封环(22)径向外部的流体的压力导致的力与由朝向转子(17)的插入物一侧的流体的压力导致的力一样大。

6.根据权利要求1-5任一项所述的叶片单元机，其特征在于，插入物包括轴向延伸部分，其形成轴承(23)，该轴承用于与转子(3)连接的轴(4)。

7.根据权利要求6的叶片单元机，其特征在于，延伸部分包括台阶(24)，该台阶形成用于密封环(22)的支承面。

8.根据权利要求1-7任一项所述的叶片单元机，其特征在于，插入物(17)设置在侧壁(15)的中心凹座(19)中，并且包括一偏心孔(20)，转子(3)引导通过该偏心孔。

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