CN106415010B - 单轴偏心螺杆泵 - Google Patents

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Abstract

一种单轴偏心螺杆泵，具备：壳体(1)；定子(2)，其一端部与壳体(1)连接并且内周面以内螺纹型形成；转子(3)，其可插通于定子(2)并且由外螺纹型的轴体构成；以及端部螺栓(4)，其与定子(2)的另一端部连接。定子(2)能够向径向膨胀和收缩。

Description

单轴偏心螺杆泵
技术领域
本发明涉及单轴偏心螺杆泵。
背景技术
以往，作为单轴偏心螺杆泵，由定子主体和外筒构成定子并且能够使外筒从定子主体容易地分割的单轴偏心螺杆泵是公知的(例如，参照专利文献1)。
在上述以往的单轴偏心螺杆泵中，存在向定子主体内供给水蒸气、热水等高温的流体来清洗内表面的同时进行杀菌的情况。此时，定子主体膨胀，但是定子主体向外径侧的变形被外筒阻止，因此向内径侧的位移量、即过盈量(转子的外表面与定子的内表面的重叠)增大。该状态下，使转子旋转时，转子相对于定子主体的摩擦力过大，则存在定子主体上会发生异常磨损或者转子发生损伤的情况。另外，也有可能发生不能使转子旋转的情况。因此，通过在定子主体与外筒之间配置垫片等来调整过盈量。
然而，过盈量的调整作业是复杂并且必须经由人工进行的繁琐的作业，而且每次切换运转方式(通常运转和清洗运转)时都需要进行，从而期望对此进行改善。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-137038号公报
发明内容
本发明要解决的课题
本发明的课题是提供一种单轴偏心螺杆泵，不仅不会发生由于转子的旋转导致的定子上的异常磨损，而且能够在高温下对定子内进行清洗和杀菌而不需要复杂且繁琐的调整作业。
用于解决课题的手段
作为用于解决上述课题的手段，本发明提供一种单轴偏心螺杆泵，其具备：
壳体；
定子，其一端部与所述壳体连接，内周面以内螺纹型形成；
转子，其可插通于所述定子，由外螺纹型的轴体构成；以及
端部螺栓，其与所述定子的另一端部连接，
所述定子能够向径向膨胀和收缩。
通过该构成，即便使高温的流体流动，定子也能够向外径方向膨胀，向内径侧的膨胀引起的向转子的压接将得到抑制。因此，即使不调整定子相对于转子的过盈量而使转子相对于定子相对地绕轴心旋转，也不会发生与定子的接触压力增大导致过盈量不必要地增大的情况。即，不需要繁琐的调整作业，能够抑制定子的异常磨损的发生。
优选地，所述定子在一端部与壳体之间的连接部分、以及另一端部与端部螺栓之间的连接部分至少具备防止来自外部的杂质侵入的封闭结构。
通过该构成，通过封闭结构，也不存在周围气氛中所含的杂菌等侵入定子内部的可能性，能够保持清洗后的环境。由于不需要将定子分解，因此能够提高操作性。
优选地，所述封闭结构是防止从所述定子的两端部向外部泄露的密封结构。
根据这种结构，在通常运转时以及清洗运转时的任一情况下，都能够维持气密性，即使要输送的流动物是药品等，也无需担心泄露到周围而发生污染。
优选地，所述定子由定子主体和外筒构成，所述定子主体由橡胶材料构成，所述外筒以与所述定子主体的外周部紧贴的状态配置，并且由通常运转时比所述橡胶材料硬质的树脂材料构成。
通过该构成，在通常运转时通过硬质的外筒能够抑制定子主体的变形，维持在适当的过盈量，因此能够通过转子的旋转以期望的排出压力输送流动物。
所述定子也可以仅由定子主体构成。
优选地，所述密封结构具备：
分别形成于所述定子的两端部的第一凸缘部及第二凸缘部；
第三凸缘部，其形成于与所述定子的一端部的凸缘部抵接的端部螺栓；
第四凸缘部，其形成于与所述定子的另一端部的凸缘部抵接的壳体；
第一夹具，其夹紧所述第一凸缘部和所述第三凸缘部；以及
第二夹具，其夹紧所述第二凸缘部和所述第四凸缘部。
通过该构成，能够通过凸缘部和夹具实现期望的密封状态。另外，仅通过卸下夹具，就能够简单地对定子进行更换。
优选地，所述定子的两端部安装有由金属材料构成的接合器，
所述各接合器分别构成所述第一凸缘部和所述第二凸缘部。
通过该构成，能够在内表面结构复杂的定子上简单地形成凸缘部。另外，如果定子由于磨损需要更换，也能够将接合器卸下并再利用。
优选地，所述密封结构包括连接所述壳体和所述端部螺栓的支撑螺栓。
通过该构成，能够将定子夹持在壳体与端部螺栓之间，能够实现期望的密封状态。
优选地，具备隔套，其安装在所述支撑螺栓的外部，分别与所述壳体和所述端部螺栓抵接，并使所述壳体和所述端部螺栓维持一定间隔。
通过该构成，通过隔套能够使壳体与端部螺栓之间的间隔维持在一定间隔，因此能够以期望的压缩状态夹持定子。因此，在抑制定子向外径侧的膨胀的同时能够确保期望的密封性。
发明效果
根据本发明，无需将定子分解，即便使加热流体在定子内流动，由于定子向外径方向膨胀，因此能够抑制定子向内部的转子的压接。因此，不会发生定子的异常磨损，能够通过转子的旋转顺畅地输送加热流体而进行清洗和杀菌。此时，由于无需将定子分解，因此周围气氛中包含的杂菌等不会侵入内部，能够维持杀菌效果。另外，在通常运转中，不需要预先留有余量地设定定子的内表面与转子的外表面之间的间隙，因此能够以期望的排出压力高效地输送流动物。
附图说明
图1(a)是本实施方式涉及的单轴偏心螺杆泵的概略俯视图，图1(b)是其A-A线剖面图。
图2是表示图1的夹具的概略主视图。
图3(a)是另一实施方式涉及的单轴偏心螺杆泵的概略主视图，图3(b)是表示第一支承框架的侧视图，图3(c)是表示第二支承框架的侧视图。
图4是另一实施方式涉及的单轴偏心螺杆泵的概略主视图。
图5是表示将图1(b)的壳体和定子分解后的状态的放大剖视图。
图6是表示从图5中将壳体与定子连接后的状态的放大剖视图。
图7是表示从图6通过支撑螺栓紧固后的状态的放大剖视图。
图8是表示将图1(b)的定子和端部螺栓分解后的状态的局部放大图。
图9是表示从图8将定子和端部螺栓连接后的状态的放大剖视图。
图10是表示从图9将支撑螺栓紧固后的状态的放大剖视图。
图11(a)是表示另一实施方式涉及的定子主体的一端部的侧视图，图11(b)是表示其一部分的主视剖视图。
具体实施方式
以下，依据附图对本发明涉及的实施方式进行说明。此外，在以下的说明中，根据需要，使用表示特定的方向和位置的用语(例如，包括“上”、“下”、“侧”、“端”的用语)，但是这些用语的使用是为了使参照附图对发明的理解变得容易，本发明的技术范围不受这些用语的含义的限定。另外，以下的说明本质上只不过是例示，不旨在限制本发明、其适用物、或者其用途。另外，附图是示意性的，各尺寸的比率等与现实中不同。
图1表示本实施方式涉及的单轴偏心螺杆泵。该单轴偏心螺杆泵具备设置在壳体1的一端侧的驱动装置(未图示)、以及设置在另一端侧的定子2、转子3以及端部螺栓4。
壳体1是将金属材料形成为筒状的部件，并收纳有联接杆(couplingrod)5。联接杆5的一端部与联接器(coupling)6连接，传递来自驱动装置的动力。另外，在壳体1的一端侧外周面连接有连接管7，从而能够从未图示的罐等供给流动物(例如，蛋黄酱等具有粘性的材料等)。另外，壳体1的另一端开口部形成有向外径侧延伸的凸缘部8。如图5所示，在凸缘部8的内周缘部形成有从端面突出的环状突部8a。从环状突部8a的前端部分至轴心方向的规定范围形成有环状凹部8b。
定子2由外筒9、以及以与外筒9的内表面紧贴的状态配置的定子主体10构成。
外筒9由可弹性变形(或热膨胀)的树脂材料(例如，PEEK(聚醚醚酮，polyetheretherketone)、PTFE(聚四氟乙烯，polytetrafluoroethylene)、POM(聚缩醛，polyacetal)等)构成，如下所述，在加热蒸气等在定子主体10内流动而向外径方向膨胀时，外筒9可能追随定子主体而膨胀。但是，在外筒9上，在利用单轴偏心螺杆泵输送流动物的通常的使用状态下的温度下，使用至少比构成定子主体10的橡胶材料硬度更高的材料。由此，在转子3旋转而输送流动物时，通过阻止定子主体10的变形来维持适当的过盈量，能够获得期望的排出压力。
定子主体10是将根据适宜输送的材料所选择的橡胶、树脂等弹性材料(例如，在包含硅橡胶、硅油的化妆品等中，含氟橡胶)形成为筒状(例如，圆筒状)的部件。对定子2的中心孔而言，其内周面以n条形成单段或多段的内螺纹形状。定子主体10的两端部形成有外径尺寸变大的环部(ring portion)11a、11b，利用该环部11a、11b分别安装有接合器(adaptor)12a、12b。
接合器12a、12b由不锈钢等金属材料形成，由筒状部13a、13b、以及从该筒状部13a、13b的一端向外径侧突出的凸缘部14a、14b构成。在凸缘部14a、14b，从其端面依次形成有第一环状凹部14a1、14b1、以及比第一环状凹部14a1、14b1内径尺寸小的第二环状凹部14a2、14b2。此外，对接合器12a、12b向定子主体10的安装而言，由于定子主体10由弹性材料构成，因此一边使该环部11a、11b向内径侧发生弹性变形一边进行即可。
接合器12a在使其凸缘部14a与下述的端部螺栓(end stud)4的凸缘部18抵接的状态下，由第一夹具(clamp)15保持。如图2所示，第一夹具15由与支轴部15a分别可转动地连接的一对半圆形夹具部15b、15c构成，并具备将两夹具部15b、15c在形成为环状的状态下进行固定的夹钳部(clip portion)15d。两夹具部15b、15c通过以环状的状态下形成于内周面的环状槽(未图示)保持接合器12a的凸缘部14a以及端部螺栓4的凸缘部18。另外，接合器12b在使其凸缘部14b与所述壳体1的凸缘部8抵接的状态下，由与所述第一夹具15相同结构的第二夹具16保持。第一夹具15及第二夹具16均由与接合器12a、12b相同的金属材料(在此，为不锈钢)构成。即，能够使相同质地的硬质的材料构成的接合器12a、12b和第一夹具15、第二夹具16直接接触。因此，不存在使树脂、橡胶材料等构成的定子主体和金属材料构成的第一夹具15或第二夹具16直接接触的情况下那样发生变形的部分，能够使保持状态稳定。由此，能够防止连接部分处的错位，能够使软质的橡胶或树脂材料构成的定子主体10相对于硬质的金属材料构成的接合器12a、12b的凸缘部14a、14b、壳体1的凸缘部8、以及端部螺栓4的凸缘部18的压接状态为期望的状态。其结果，各连接部分处的气密性得到维持，在通常运转时及清洗运转时的任一情况下，防止由于漏液、暴露于周围气氛所引起的杂菌的侵入。
此外，如图11所示，也可以在形成于所述定子主体10的两端部的环部11a、11b内置金属制的环39(但是，在图11中，仅图示了环部11a侧)。由此，作为使由所述夹具15及16实现的夹紧状态更加牢固的部件，能够进一步提高连接部分的气密性。另外，不仅可以采用并用金属制的环39和接合器12a、12b的构成，也可以采用通过使环39具有接合器12a或12b的功能而将接合器12a和12b中的至少一者省略的结构。
转子3是将由金属材料构成的轴体以n-1条形成单段或多段的外螺纹形状的部件。转子3配置在定子2的中心孔内，形成与定子2的长度方向相连的输送空间17。转子3的一端部与壳体侧的联接杆5连接，通过来自驱动装置(未图示)的驱动力，在定子2的内侧自转的同时沿定子2的内周面公转。即，转子3在定子2的中心孔内偏心旋转，由此能够将输送空间17内的材料向长度方向输送。
端部螺栓4是将金属材料形成为筒状的部件。端部螺栓4的一端开口部形成有向外侧扩展的凸缘部18。该凸缘部18如上所述在与接合器12a的凸缘部14a抵接的状态下由第一夹具15保持。另外，在凸缘部18的端面形成有与所述壳体1同样的环状突部18a和环状凹部18b。
端部螺栓4和所述壳体1通过支撑螺栓(stay bolt)19相互连结。即，在端部螺栓4及壳体1的外周面，分别在以轴心为中心的点对称的两个位置上形成有支承片20。支撑螺栓19在外部安装有由金属材料(例如，不锈钢)构成的筒状的隔套(spacer)21的状态下，贯穿端部螺栓4和壳体1的各支承片20，并在一端部与螺母22螺合。通过将螺母22紧固，将定子2夹持在端部螺栓4与壳体1之间。在该状态下，通过隔套21将端部螺栓4与壳体1的间隔维持在一定值。因此，定子主体10不会被超出必要程度地压溃，而是在期望的压缩状态下被夹持。如此，由于所述隔套21的存在，不存在超出必要程度地压缩定子主体10或者在两端部产生间隙的情况。但是，由于外筒9与定子主体10相比是充分硬质的，因此，只要该外筒9能够发挥将端部螺栓4和壳体1的间隔维持在一定的作用，则隔套21不一定是必须的。
在此，参照图5至图10对壳体1和定子2之间的连接、以及定子2和端部螺栓4之间的连接进行详细说明。
在外周部安装有外筒9的定子主体10的两端部分别安装有接合器12a、12b的状态下，如图5及图8所示，环部11a、11b的前端部分从接合器12a、12b的凸缘部14a、14b突出。在该状态下，使壳体1的凸缘部8、端部螺栓4的凸缘部18分别与各接合器12a、12b的端面抵接。环部11a、11b分别位于凸缘部8的环状凹部8b、凸缘部18的环状凹部18b。凸缘部8的环状突部8a、凸缘部18的环状突部18a分别位于环部11a、11b的第一环状凹部14a1、14b1。并且，环部11a、11b被压入各凸缘部8、18的环状凹部8b、18b而发生弹性变形，环部11a、11b的一部分引起定子主体10向轴向位移。伴随于此，如图6及图9所示，外筒9离开接合器12a、12b。
接下来，在接合器12a、12b和各凸缘部8、18上分别安装第一夹具15、第二夹具16，使定子主体10与端部螺栓4以及壳体1的连接变得牢固。然后，将螺母22紧固于支撑螺栓19，经由支承片20将外筒9夹持在壳体1与端部螺栓4之间。由此，如图7及图10所示，定子主体10在轴向上被压缩。然后，环部11a的端面与端部螺栓4的环状凹部18b的内端面压接。另外，环部11b的端面与形成于壳体1的凸缘部8上的环状凹部8b的内端面压接。由此，能够在连接部分确保期望的气密性，在通常运转时、清洗运转时的任一情况下，都能够防止由于漏液、暴露于周围气氛所引起的杂菌的侵入。
接下来，对由上述结构构成的单轴偏心螺杆泵的动作进行说明。
在从罐等排出流动物的情况下，驱动未图示的驱动装置，经由联接器6以及联接杆5使转子3旋转。由定子2的内周面和转子3的外周面形成的输送空间17向它们的长度方向移动。从罐排出的流动物被吸入输送空间17，并向端部螺栓4被输送。到达端部螺栓4之后，进一步向他处被输输送。
然而，在所述单轴偏心螺杆泵中，当停止流动物的输送时，流动物残留在定子2内，如果就此放置下去，存在卫生上是非期望的情况。另外，有时该残留物还附着于内表面。因此，需要定子2内的清洗以及杀菌操作。在此，进行不将生产设备分解而以简单的操作安全地进行自动清洗的原位清洗(CIP：Cleaning in Place)、或者不将机器、配管类从制造时的状态分解而进行杀菌的原位杀菌(SIP：sterilizing in Place)。由此，没有周围气氛的杂菌等侵入的可能，是比较卫生的。
例如，在SIP中，向单轴偏心螺杆泵供给水蒸气、加压热水等(以下，统称记作加热流体)，对驱动装置进行驱动，以使转子3旋转。此时，加热流体所通过的定子2由于热发生膨胀。如上所述，定子2由橡胶材料构成的定子主体10、以及配置在定子主体10的外周侧的外筒9构成。并且，不仅是定子主体10，外筒9也由能够膨胀的材料构成。因此，即便由于加热流体从而定子主体10向外径侧膨胀，外筒9也一起膨胀，不会阻止定子主体10的变形。因此，能够抑制定子主体10向内表面侧的膨胀，不妨碍转子3的旋转。即，通过转子3的旋转使输送空间17移动，由此能够使加热流体顺畅地流动从而对定子2的内表面进行清洗和杀菌。另外，清洗运转时，外筒9还向长度方向膨胀，一端部与壳体1的凸缘部8压接，另一端部与端部螺栓4的凸缘部18压接，由此能够提高两端处的密封性。
SIP结束后，如果随着时间经过而单轴偏心螺杆泵冷却，则定子主体10及外筒9一起收缩向原来的形状复原，能够使原本的流动物的输送再次开始。
如此，根据所述实施方式涉及的单轴偏心螺杆泵，虽然由于加热流体的供给定子主体10发生热膨胀，但是配置在定子主体10的外周侧的外筒9也一起膨胀。因此，能够不将单轴偏心螺杆泵分解而供给加热流体从而对内部空间进行清洗和杀菌。由于不需要将构成部件分解，因此周围气氛中的杂菌等不会侵入内部空间，杀菌效果也不会受损。
另外，在清洗和杀菌时，定子2能够热膨胀，因此，在不发生热膨胀的通常的运转状态的情况下，不需要留有余量地设定定子主体10的内表面与转子3的外表面之间的间隙。并且，能够将定子主体10的内表面与转子3的外表面之间的接触压力、过盈量(定子主体10的内表面与转子3的外表面的重叠)设为期望的值。因此，能够以期望的排出压力高效地进行通常运转时的流动物的输送。
此外，本发明不限于上述实施方式中记载的构成，而能够进行各种变更。
例如，在所述实施方式中，使得单轴偏心螺杆泵以横向(水平方向)配置，但是也可以通过将单轴偏心螺杆泵以纵向(垂直方向)配置将流动物向下侧输送。
另外，在所述实施方式中，采用定子主体10和外筒9构成定子2，但是定子2也可以仅由定子主体10构成。该情况下，优选地，通过在外部安装有隔套21的支撑螺栓19将壳体1与端部螺栓4的间隔维持在一定值。根据该构成，由于仅采用定子主体10构成定子2，因此即便加热流体在内部流动，也不会限制定子主体10向外径方向的变形。因此，不存在转子3与定子2的内表面压接而在定子2上发生异常磨损的担忧。另外，能够在定子2的两端将壳体1与端部螺栓4之间的密封性维持在期望的状态，从而能够防止流动物的漏出、杂菌从外部的侵入。
另外，在所述实施方式中，对单轴偏心螺杆泵、特别是定子2的支承结构未特别提及，但是可设为如下的构成。
即，如图3所示，端部螺栓4和壳体1被支承于固定在基部的第一支承框架23。第一支承框架23由底面部23a和两侧面部23b、23c构成，将第一支承框架23的底面部的中央用螺钉固定于基部，将螺栓经由第一支承框架23的两侧面部螺合到端部螺栓4和壳体1。另外，定子2被支承于固定在基部的第二支承框架24。第二支承框架24由两侧面部24a、24b以及连接两侧面部24a、24b的上端部的上面部24c构成。两侧面部24a、24b的下端部向水平方向弯折，用螺钉固定于基部。另外，一个侧面部的内侧面一体形成有与外筒9抵接的凸部25。在另一侧面部从外表面螺合翼形螺钉26，翼形螺钉26的前端部分与外筒9抵接。而且，通过旋转翼形螺钉26，调整前端部分对外筒9的推压力。
另外，如图4所示，也可以用上半部27和下半部28构成外筒9，并通过夹持部件29保持上半部27和下半部28。上半部27及下半部28由半圆筒部30以及从其两侧边缘向侧方延伸的延伸部31构成。夹持部件29具备将上半部27及下半部28的延伸部31以上下重叠的状态夹持的上板32和下板33。在下板33经由连接棒34一体化形成有安装板35。安装板35用螺钉固定于基部。夹持部件29的上板32和下板33在夹持外筒9的上半部27和下半部28的延伸部31的状态下，将螺栓插通到其中，并将螺栓与螺母螺合。通过将螺母紧固，能够将外筒9的上半部27和下半部28牢固地固定。
附图标记的说明
1…壳体
2…定子
3…转子
4…端部螺栓
5…联接杆
6…联接器
7…连接管
8…凸缘部
9…外筒
10…定子主体
11a、11b…环部
12a、12b…接合器
13a、13b…筒状部
14a、14b…凸缘部
14a1、14b1…第一环状凹部
14a2、14b2…第二环状凹部
15…第一夹具
16…第二夹具
17…输送空间
18…凸缘部
19…支撑螺栓
20…支承片
21…隔套
22…螺母
23…第一支承框架
24…第二支承框架
25…凸部
26…翼形螺钉
27…上半部
28…下半部
29…夹持部件
30…半圆筒部
31…延伸部
32…上板
33…下板
34…连接棒
35…安装板

Claims (4)

1.一种单轴偏心螺杆泵，具备：
壳体；
定子，其一端部与所述壳体连接，所述定子的内周面以内螺纹型形成；
转子，其可插通于所述定子，由外螺纹型的轴体构成；以及
端部螺栓，其与所述定子的另一端部连接，
其特征在于，
所述定子能够向径向膨胀和收缩，且所述定子在一端部与所述壳体之间的连接部分、以及另一端部与所述端部螺栓之间的连接部分至少具备防止来自外部的杂质的侵入的封闭结构，
所述封闭结构是防止从所述定子的两端部向外部泄露的密封结构，
所述密封结构具备：
分别形成于所述定子的两端部的第一凸缘部及第二凸缘部；
第三凸缘部，其形成于与所述定子的另一端部的凸缘部抵接的端部螺栓；
第四凸缘部，其形成于与所述定子的一端部的凸缘部抵接的壳体；
第一夹具，其夹紧所述第一凸缘部和所述第三凸缘部；以及
第二夹具，其夹紧所述第二凸缘部和所述第四凸缘部，
所述定子的两端部安装有由金属材料构成的接合器，
各所述接合器分别构成所述第一凸缘部和所述第二凸缘部。
2.根据权利要求1所述的单轴偏心螺杆泵，其特征在于，
所述定子由定子主体和外筒构成，所述定子主体由橡胶材料构成，所述外筒以与所述定子主体的外周部紧贴的状态配置，并且由通常运转时比所述橡胶材料硬质的树脂材料构成。
3.根据权利要求1所述的单轴偏心螺杆泵，其特征在于，
所述密封结构包括连接所述壳体和所述端部螺栓的支撑螺栓。
4.根据权利要求3所述的单轴偏心螺杆泵，其特征在于，具备：
隔套，其安装在所述支撑螺栓的外部，分别与所述壳体和所述端部螺栓抵接，并使所述壳体和所述端部螺栓维持一定间隔。
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