CN105121853A - 具有过压保护的偏心螺杆泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种偏心螺杆泵，该偏心螺杆泵包括外侧部件(2)和设置在该外侧部件中的内侧部件(3)，其中一个部件(2、3)被可转动地驱动，并且一个部件(2、3)可相对于另一部件(3、2)进行偏心运动。外侧部件(2)的螺纹线(5a、5b)沿该外侧部件的轴向长度(L)环绕少于一整圈螺线，从而在运行中在两侧形成敞开的输送腔，通过所述输送腔实现突发性的卸压。

Description

具有过压保护的偏心螺杆泵
技术领域
本发明涉及一种用于将输送介质从入口侧输送至出口侧的泵，该泵包括外侧部件和设置在该外侧部件中的内侧部件，其中一个部件被可转动地驱动，并且一个部件可相对于另一部件进行偏心运动，其中，内侧部件具有至少一个沿轴向方向螺线形延伸的螺纹线，并且外侧部件的螺纹线的数量比内侧部件的螺纹线的数量多一个；在任意横截面中螺纹线的数量之比与螺纹线的导程之比都一致；并且外侧部件和内侧部件这样接触，使得在这两个部件之间形成输送腔，所述输送腔的轴向位置可通过所述一个部件相对于所述另一部件的转动而改变，从而输送介质可从入口侧被输送至出口侧。
背景技术
这种泵作为偏心螺杆泵已知并且起源于勒内·姆瓦诺(RenéMoineau)的构思，该构思被描述于德国专利DE602107中。在该文献中描述了一种装置，该装置包括相应设有螺纹的外侧部件和内侧部件，外侧部件的螺纹正好比内侧部件多一个。外侧部件上的导程与内侧部件上的导程之比对应于在任意横截面中在相应两个部件上的螺纹数量之比。由此在外侧部件和内侧部件之间形成封闭的腔，当内侧部件在外侧部件中相对转动运动时，这些腔沿轴向从入口侧向出口侧运动。如果该装置应该用作泵，那么根据DE602107中的实施方式该装置必须始终在入口侧和出口侧之间具有至少一个封闭的腔。这意味着，外侧部件的螺纹线必须具有至少一整圈螺线。
已知偏心螺杆泵的不同的实施方式。例如，内侧部件可被驱动并且用作转子、而外侧部件保持不动、即用作定子。但也可以是具有外转子和内定子的结构。在两种方案中都可以是这样的结构，在这些结构中，要么内侧部件相对于外侧部件进行偏心运动、如在DE602107中那样，要么外侧部件相对于内侧部件进行偏心运动。后一种方案(该方案也具有被可转动地驱动的内侧部件)在US2,612,845和2,691,347中被描述。在这里公开的偏心螺杆泵中，静止不动的外侧部件(泵定子)由弹性材料制成并且这样变形，使得所述外侧部件在圆形轨道上围绕中央的泵转子轴线运动并且因此补偿内侧旋转部件(泵转子)和外侧部件之间的偏心率。外侧部件因此也称为自由摆动定子或摆动定子。由此可省却在其它常见的具有管状定子的偏心螺杆泵中所需的在传动系中的万向节，从而具有摆动定子的偏心螺杆泵可明显更短且更便宜地制造。
偏心螺杆泵属于回转式挤压机。在运行中，所述偏心螺杆泵通过输送腔、即在内侧部件和外侧部件之间封闭的腔而持续向出口侧输送。当在出口侧上例如基于关闭的阀、特别是节流阀而存在封闭的腔体积时，在封闭的腔体积中将持续形成压力。因为在不采取适当措施的情况下泵继续通过运动的封闭的输送腔将输送介质从入口侧输送至出口侧，从而出口处的压力急剧升高。在优选使用这种关注的泵的排水技术领域中，出口侧的节流例如可由关闭的阀门或者也通过排水的块状成分在管道中的沉积而引起。在出口侧形成的压力可能导致泵或连接到该泵上的系统的损坏。
因此，为了保护被加载压力的系统，一方面设置监控装置、如压力传感器，并且另一方面设置保护措施、如泵的关断或卸压装置。后者例如可以是安全阀、爆破片或可打开的旁通管路。
在安全阀的情况下存在被排放水的块状成分堵塞的危险，这些块状成分可能沉积在阀的导流构件中。爆破片通过在达到爆破压力时自身被损坏并且释放用于排走处于压力下的输送介质的开口而为被加载压力的系统卸压。为了使系统再次运行，需要更换损坏的爆破片。另外，使用寿命取决于实际运行压力与爆破压力之比，从而爆破片例如有可能因短暂的压力冲击而被预损伤并且随后在较低压力下爆破。爆破片的另一缺点在于相对高的价格。借助旁通管路可绕过关闭的阀或泵下游的堵塞部位。但这需要增加的管道铺设费用，需要结构体积并且导致安装成本增加。
发明内容
有鉴于此，本发明的任务在于提供一种构造成偏心螺杆泵的泵，该泵具有集成的对出口侧过压的保护，从而能够有效避免连接到泵上的系统的损坏并且可省却卸压装置。
该任务通过具有权利要求1的特征的泵来解决。优选的扩展方案在从属权利要求中给出。
根据本发明提出一种用于将输送介质从入口侧输送至出口侧的泵，该泵包括外侧部件和设置在该外侧部件中的内侧部件，其中一个部件被可转动地驱动，并且一个部件可相对于另一部件进行偏心运动，其中，内侧部件具有至少一个沿轴向方向螺线形延伸的螺纹线，并且外侧部件的螺纹线的数量比内侧部件的螺纹线的数量多一个；在任意横截面中螺纹线的数量之比与螺纹线的导程之比都一致；并且外侧部件和内侧部件这样接触，使得在这两个部件之间形成输送腔，所述输送腔的轴向位置可通过所述一个部件相对于所述另一部件的转动而改变，从而输送介质可从入口侧被输送至出口侧；所述外侧部件的螺纹线沿该外侧部件的轴向长度环绕少于一整圈螺线。
因此，本发明的基本构思在于，相对于偏心螺杆泵的已知构造形式这样缩短外侧部件的轴向长度，使得外侧部件的螺纹线围绕外侧部件的对称轴线不环绕整周360°。这导致在内侧部件和外侧部件之间并非一直存在封闭的腔。相反，在所述一个部件相对于所述另一部件转动时在每个输送腔中都有这样的时刻、即这两个部件具有这样的相对位置，在该相对位置中，相应的腔朝向入口侧和出口侧都敞开。由此，在出口侧形成的过压可朝向入口侧降低。
在传统的偏心螺杆泵中，使用静止不动的外侧部件(定子)，所述外侧部件的螺纹线具有多于一整圈螺线。在专利DE602107中明确指出，为了使用具有同类型的内侧部件和外侧部件的装置，需要在这两个部件之间形成至少一个封闭的腔，从而外侧部件的螺纹必须具有至少一圈螺线。
但在本发明的范围内令人惊奇地认识到这并不是强制必须的。因而本发明背离所述技术教导。
例如在传统偏心螺杆泵中使用具有一个唯一的螺纹线的内侧部件并且相应使用具有两条螺纹线的外侧部件，该外侧部件具有正好一整圈螺线，这两个部件这样接触，使得在轴向剖面图中观察，内侧部件的局部区段分别近似形锁合地嵌入外侧部件的两条螺纹线的局部区段中。由此产生的接触面分别限定一个输送腔。这些输送腔沿轴向方向螺旋形地延伸并且当所述一个部件相对于所述另一部件相对转动时沿该螺旋方向运动。这意味着，内侧部件和外侧部件之间的接触面也螺旋形地移动。
当第一输送腔的上游端部到达出口侧并且所述一个部件继续转动时，则该输送腔朝向出口侧敞开。同时，该输送腔在入口侧上、即在其沿螺旋方向的下游端部上正好封闭。在两个部件的当上游端部正好到达出口侧时的相对位置中，内侧部件的两个局部区段因此嵌入外侧部件的限定所观察的输送腔的螺纹线中，亦即一个局部区段嵌入入口侧区域中而另一个局部区段嵌入出口侧区域中。当观察外侧部件的第二螺纹线时，在所观察的位置中，内侧部件的一个局部区段正好嵌入两个部件的轴向中间、嵌入在该第二螺纹线中。这意味着，在该位置中在第二螺纹线中正好形成分别是半开的第二和第三输送腔。沿螺旋方向位于上游的第二输送腔朝向出口侧敞开，沿螺旋方向位于下游的第三输送腔朝向入口侧敞开。
在所观察的两个部件的相对转动位置中清楚的是，通过缩短外侧部件的长度使该外侧部件的螺纹线不具有整圈螺线，以致第一输送腔在上游端部上不(再)封闭、而是敞开的。如果现在略微往回旋转这两个部件，使得第一输送腔在入口侧尚未封闭，则清楚的是，该输送腔在此位置中不再完全封闭。确切来说，该输送腔在两侧都不再封闭、即在两侧敞开。与此相对，第二和第三输送腔在一侧封闭，上游的第二输送腔沿螺旋方向向下游封闭，而下游的第三输送腔沿螺旋方向向上游封闭。因而不再存在完全封闭的输送腔。
当所述一个部件继续旋转180°时，则第三输送腔的上游端部到达出口侧并且朝向该出口侧敞开，而该输送腔在入口侧尚未完全封闭。
在所描述的时刻，在出口侧上形成的压力在所描述的各部件的相对位置时相应暂时导致通过相应在两侧敞开的输送腔从压力侧(出口侧)向吸入侧(入口侧)的流动，也就是说导致入口侧和出口侧之间的内部泄漏并且因此导致突发性的压力减小。
液压泵中的该泄漏导致扬程减小。因此通过根据本发明的偏心螺杆泵构造可以调节出规定的泄漏、即调节特定的最大扬程。因此，外侧部件的轴向长度和因此螺线的长度可以如此有针对性地选择，使得在特定工作点中在小的输送体积流的情况下实现特定的最大扬程Hnominal。
因此，通过根据本发明缩短外侧部件可调节泵的最大扬程，且不需要其它构件并且在有利地选择缩短长度的情况下不会不利地影响泵的液压效率。
另外，泵的运行可靠性更高。因为不再需要爆破片，所述爆破片在压力过高的情况下损坏并且导致泵停止运转直至更换爆破片。另一方面不再需要易堵塞的限压阀。这有利于降低安装成本。
优选的是，外侧部件的螺纹线沿该外侧部件的轴向长度仅环绕一整圈螺线的75％至95％之间。在该范围内确保：通过两侧敞开的输送腔进行有效降压，且不显著降低体积流输送能力。
在根据本发明的泵中可以有不同的实施方案。例如内侧部件或外侧部件可以被转动地驱动。另外在这两种实施方案中都可以的是，内侧部件偏心于外侧部件地运动、特别是在圆形轨道上运动，或者外侧部件偏心于内侧部件地运动、特别是在圆形轨道上运动。优选的是，外侧部件围绕内侧部件的轴线进行偏心运动，其中，内侧部件被转动驱动、即构成转子，而外侧部件构成定子。这具有如下优点：可省却用于使部件之一在偏心轨道上运动的昂贵的万向节。
外侧部件优选由弹性体材料制成。这具有如下优点，外侧部件可变形，从而在内侧部件和外侧部件之间实现磨损小的摩擦锁合的接触。另外，外侧部件优选可在该外侧部件的轴向端部上借助弹性保持机构保持在泵壳体上。弹性保持机构能够实现：外侧部件可以在圆形轨道上偏心于内侧部件地运动。通过单侧固定，外侧部件以摆动定子的形式在一定程度上自由摆动。
附图说明
下面借助图1中所示的实施例说明本发明的其它特征和优点。其中：
图1示出根据本发明的偏心螺杆泵的轴向剖面图，
图2示出最大扬程与定子长度的关系图。
具体实施方式
图1示出构造为偏心螺杆泵的泵。该泵具有入口侧7和出口侧8。在泵运行中，输送介质从入口侧被输送至出口侧。
该泵具有外侧部件2和设置在该外侧部件中的内侧部件3。在这两个部件中，内侧部件2被驱动。该内侧部件构成偏心螺杆泵的转子并且围绕轴线9转动。外侧部件2在运行中相对于内侧部件3在围绕上述轴线9的圆形轨道上进行偏心运动。但是，该外侧部件与内侧部件3的旋转运动相比是静止不动的，并因此称为定子。外侧部件3近似圆筒形并且在靠近入口侧7的端部上一体地过渡到设置在更外侧的弹性保持机构1中。该保持机构1连同外侧部件2由弹性体塑料制成。保持机构1和外侧部件2共同构成偏心螺杆泵的定子，其中，靠外的定子部件1固定在泵壳体10中。位于所述靠外的定子部件1和转子3之间的部件于是构成靠内的定子部件2。由于所述靠内的定子部件由弹性体材料制成并且在一个端部上材料锁合地过渡到靠外的定子部件中，因此所述靠内的定子部件在一定程度上相对于转子是自由摆动的并且在其围绕转子3偏心运动期间如此变形，使得在泵转子3和泵定子2之间的偏心率得以补偿。因此，这种设置被称为摆动定子。
内侧部件2(转子)具有正好一个沿轴向方向螺线形延伸的外螺纹线6。与此相对，外侧部件3(靠内的定子部件)在其内侧上所具有的螺纹线5a、5b的数量比内侧部件2多一个、亦即具有两条螺纹线，这两条螺纹线也沿轴向方向螺线形地延伸。应指出，图1仅可理解为示例性的并且任何其它数量的螺纹线都是可能的。另外，内侧部件3和外侧部件2的轮廓、即内侧部件3的外轮廓和外侧部件2的内轮廓可以是任意的、特别是具有在DE602107中所示的轮廓形状之一。
螺纹线5a、5b、6的数量之比在此是1:2。外侧部件2与内侧部件3的螺纹线的导程选择为，使得在任意横截面中螺纹线5a、5b、6的导程之比与螺纹线5a、5b、6的数量之比都一致。在图1中可见，外侧部件2的内螺纹5a、5b的导程显著大于内侧部件3的外螺纹的导程。内侧部件3的外螺纹6具有两整圈，即该外螺纹在轴向方向上沿两整圈螺线延伸。由于更大的导程，内螺纹5a、5b在与转子3所具有的轴向长度相同的轴向长度上仅形成一整圈。
外侧部件2和内侧部件3这样接触，使得在它们之间形成输送腔A、B，所述输送腔的轴向位置可通过内侧部件2、3相对于外侧部件3、2的转动而改变，从而输送介质可从入口侧7被输送至出口侧8。
根据本发明，外侧部件2的、即靠内的定子部件2的螺纹线5a、5b环绕少于一整圈螺线。这意味着，靠内的定子部件2的轴向长度L短于偏心螺杆泵的传统定子，传统定子的内螺纹至少沿一整圈螺线延伸。如上面已经所述，这通过输送腔A、B不再完全封闭而得出。如果转子3正好转入到在入口侧7处的输送腔正好封闭的位置中，那么该输送腔正好在出口侧8上敞开并且暂时导致输送介质通过从现在起在两侧敞开的输送腔回流，从而消除了出口侧8上的小部分压力。在出口侧上形成的压力越高，回流就越大。由此有效避免在泵抵抗关闭的阀或抵抗排出管道中的堵塞而工作时泵和/或连接到泵上的系统受到损坏。
有利的是，通过根据本发明的措施提高了泵的效率，因为基于缩短的定子而减小了在内侧部件3和外侧部件2之间的摩擦损失。
泵的最大扬程由于减压而减小。所输送的体积流越小，该效果就越明显。图2示出所测得的用于具有传统定子2的泵的标准化液压特性曲线(实线)——在该泵中定子长度L大于螺纹导程Hst，以及示出用于根据本发明的、定子长度L小于螺纹导程Hast的定子2的标准化液压特性曲线(虚线)。扬程H和体积流Q的值被标准化为最大值Hnom和Qnom。清楚的是，定子长度L这样缩短，使得外侧部件2的螺纹线5a、5b环绕少于一整圈螺线，在扬程H方面在中等的和特别是在较高的体积流Q时几乎不会被注意到。
就这点而言已表明，偏心螺杆泵不必如DE602107中所描述的那样在内侧部件3和外侧部件2之间必须强制具有至少一个封闭的腔、即外侧部件的螺纹线必须具有至少一圈螺线。与该技术教导相反，也可以使用缩短的定子2，这令人惊奇地导致所描绘的在压力侧8上的压力减小，并且此外甚至在运行中实现了效率提高。

Claims (5)

1.用于将输送介质从入口侧(7)输送至出口侧(8)的泵，该泵包括外侧部件(2)和设置在该外侧部件中的内侧部件(3)，其中一个部件(2、3)被可转动地驱动，并且一个部件(2、3)能相对于另一部件(3、2)进行偏心运动，其中，内侧部件(2)具有至少一个沿轴向方向螺线形延伸的螺纹线(6)，并且外侧部件(3)的螺纹线(5a、5b、6)的数量比内侧部件(2)的螺纹线的数量多一个；在任意横截面中螺纹线(5a、5b、6)的数量之比与螺纹线(5a、5b、6)的导程之比都一致；并且外侧部件(2)和内侧部件(3)这样接触，使得在这两个部件(2、3)之间形成输送腔(A、B)，所述输送腔的轴向位置能通过所述一个部件(2、3)相对于所述另一部件(3、2)的转动而改变，从而输送介质能从入口侧(7)被输送至出口侧(8)，其特征在于，所述外侧部件(2)的螺纹线(5a、5b)沿该外侧部件的轴向长度(L)环绕少于一整圈螺线。
2.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，外侧部件(2)的螺纹线(5a、5b)沿该外侧部件的轴向长度(L)仅环绕一整圈螺线的75％至95％之间。
3.根据权利要求1或2所述的泵，其特征在于，外侧部件(2)偏心地围绕内侧部件(3)的轴线(9)运动，并且内侧部件(3)被转动驱动。
4.根据上述权利要求之一所述的泵，其特征在于，外侧部件(2)由弹性体材料制成并且在该外侧部件的轴向端部上借助弹性保持机构(1)保持在泵壳体(10)上。
5.根据上述权利要求之一所述的泵，其特征在于，外侧部件(2)的轴向长度(L)选择为，使得该泵具有特定的最大扬程(Hnom)。
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