CN107076154B - 侧通道泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有泵壳体(15)的侧通道泵，在泵壳体(15)中布置有设有侧通道(24)的工作腔(23)和马达(19,20)，并且侧通道泵带有在工作腔(23)中的叶轮(22)，叶轮(22)与被马达(19,20)驱动的轴(14)一起旋转。根据本发明，冷却循环(40,44,45,46)从工作腔(23)延伸到马达(19,20)并且从马达(19,20)延伸到泵的吸入区段(46)，其中，冷却循环(40,44,45,46)由工作腔(23)供给，工作腔的输出侧与侧通道泵的输出孔(17)相连接。利用该泵可吸入气体，而泵不会过热。

Description

侧通道泵

技术领域

本发明涉及一种带有泵壳体的侧通道泵。在泵壳体中布置有设有侧通道的工作腔和马达。在工作腔中的叶轮与被马达驱动的轴一起旋转。

背景技术

侧通道泵长期以来已经是已知的(文件DE 855 363)。其用于输送液体以及由液体和气体组成的混合物。侧通道泵的优点是，当在液体中也携带了较大的气体量时，仅仅不显著地损害泵的运行。

外已知的是，开始时可利用侧通道泵输送纯气体，以由此将待输送的液体吸入泵中。那么，当工作腔是干燥的时，即在开始时在工作腔中未包含液体量时，这也是可能的，文件WO 2014/033317 A1。为此，泵以高的转速运行，从而其根据鼓风机的形式工作。

在这种运行状态中存在的风险是，侧通道泵过热。一方面，高转速与强的放热相关。另一方面，只要还没有液体到达泵中，便仅仅运出很少的热量。

发明内容

本发明的目的在于介绍一种侧通道泵，其在吸入气体时不过热。由所提到的现有技术出发，该目的利用权利要求1的特征实现。在从属权利要求中给出有利的实施形式。

根据本发明，侧通道泵包括冷却循环，冷却循环从工作腔延伸至马达并且从马达延伸至泵的吸入区段。

首先，阐述一些概念。当侧通道泵吸入气体时，气体在工作腔中被压缩，从而在工作腔中存在比在泵的输入部处更高的压力。泵的这样的区域被称为吸入区段，即从该区域将介质输送到泵的输出部处并且在该区域中压力小于在工作腔的从中供给冷却循环的区段中。

本发明认识到，可将被输送的介质的一部分用作冷却介质。通过冷却部构造成封闭的循环，在其中，冷却介质从工作腔被引导至马达并且又被引导至泵的吸入区段，可维持冷却介质的持续流动，通过该流动从马达处导出热。本发明尤其地认识到，当输送了气态介质时，冷却循环也起作用。那么，虽然冷却部通常不能有效地使其实现侧通道泵的持续运行。这也非必需的，因为需要仅仅跨越直至在气体之后被吸入液体的时期。为了该目的，足够的是，实现干燥运行经几分钟数量级的时间段。这比在当没有输送液态介质时在几秒钟内过热的通常的泵中长多倍。

在冷却循环上出现的压力差越大，冷却介质的流动越强并且冷却越有效。然而，冷却循环同时也是通过其减小泵的效率的泄漏流。因此，值得期望的是，不允许比所需求的更多的冷却介质流过冷却循环。在优选的实施形式中，因此在冷却循环上出现的压力差小于在侧通道泵的输出孔与侧通道泵的入口孔(Eingangsoeffnung)之间的压力差。更为优选地，在冷却循环上出现的压力差不大于在工作腔上的压力差。

根据本发明的侧通道泵通常是多级的，即包括多个设有侧通道的工作腔。叶轮在工作腔中的每一个中旋转。在此，优选地第一工作腔的输出侧分别与随后的工作腔的输入侧相连接。

冷却循环可由工作腔供给，工作腔的输出侧与泵的输出孔相连接。优选地，冷却循环由工作腔的输出侧供给。例如，冷却循环可从在工作腔与泵的输出孔之间的连接管路中分支出来。

冷却循环可通入从其中供给冷却循环的工作腔中。那么，该工作腔的另一区域形成在本发明的思想中的吸入区段。例如，冷却循环可通入工作腔的间隙中，该间隙构造在轴与泵壳体的包围轴的区段之间。由此，将否则可能形成泄漏间隙的间隙用作冷却循环的一部分。在冷却循环上的压力差优选地小于在工作腔的输入侧与输出侧之间的压力差的60%、更为优选地小于其40%，该工作腔优选地是这样的工作腔，即其输出与输出孔相连接。

冷却循环应设计成，使得热有效地被从马达导出。例如，冷却循环可穿过马达的转子与定子之间延伸。

优选地，冷却循环在纵向上(即平行于轴)在马达的整个长度上延伸。马达的长度表示在其中转子和定子电地共同作用的区段。冷却介质的流动方向可以是如此的，即使得冷却介质在其运动穿过马达的情况中接近工作腔。在其进入马达中之前，冷却介质可从工作腔首先被引导至马达的远离的端部。

此外，在泵壳体中可容纳用于马达的控制电子设备。该控制电子设备尤其地可设计成，用于可变地控制马达的转速。根据本发明的侧通道泵优选地设计成，使得在纵向上观察马达布置在控制电子设备与工作腔之间。

冷却循环可包括布置在马达与控制电子设备之间的区段。在该设计方案中，也可利用冷却循环同时冷却控制电子设备。冷却循环可包括多个布置在控制电子设备与马达之间的通道。这些通道可在径向方向上取向。冷却介质的流动方向可以是如此的，即使得冷却介质在所有通道中都从外向内流动。

为了冷却的有效性此外有利的是，冷却循环设计成，其实现在冷却介质与马达之间的大面积接触。在泵壳体与马达之间可构造环形间隙。环形间隙可在周向上围绕马达延伸。冷却循环可延伸穿过环形间隙。环形间隙可同时形成在工作腔的输出侧与侧通道泵的输出孔之间的连接通道。

优选地，整体以泵输送的介质运动通过环形间隙。介质的一部分可从环形间隙中通过离开孔从泵中引导出来，而另一部分作为冷却介质运动通过冷却循环。优选地，冷却介质仅仅形成全部被输送的介质的较小的份额。该份额例如可小于10%、优选地小于5%。

因此，马达可被外管包围，外管在周向上围绕马达延伸。

外管可直接与马达的定子本体接触。在纵向上，外管优选地至少在马达的长度上延伸。外管可邻接到环形间隙处并且形成用于环形间隙的内部限制。通过在外管与环形间隙之间的大面积接触，可有效地导出热。

马达可包括内管，其布置在马达的定子和转子之间。内管可直接与定子本体接触。冷却循环的区段可延伸通过在马达的内管与转子之间的环形间隙。通过大面积的接触，不仅可由马达的转子而且可由马达的定子导出热。此外，通过这种内管可避免在定子与被输送的介质之间的直接接触。

如果仅仅输送气体，冷却循环通常不足以完全导出在转子中产生的热。那么，马达加热。为了避免马达过热，根据本发明，马达和包围的壳体可设计成，使得其具有高的热容量。由于高的热容量，热量可被容纳在马达中并且限制了温度的提高。

尤其地，定子可设计成，使得其具有大的质量并且与此相关地具有高的热容量。优选地，定子在马达的纵向区段上完全填充在内管与外管之间的间隙，从而不存在具有热绝缘的作用的空腔。更为优选地，该纵向区段在马达的整个长度上延伸。包围定子的卷绕头的空间可以填料填充。由此，马达的内管和外管可具有双重作用，即，其一方面实现与冷却循环的大面积接触并且另一方面限定一空间，在该空间之内可中间储存过量的热量。

泵壳体可配备有通风阀，当输送气态的介质时，通风阀打开，而在当输送液态的介质时，通风阀关闭。气态的介质可通过通风阀离开，从而尽可能仅仅输送液态的介质通过泵的离开孔。通风阀可布置在工作腔的输出侧与泵的离开孔之间。在优选的实施形式中，通风阀通入在外管与泵壳体之间的环形间隙中。泵壳体可具有多个通风阀。通风阀中的一个可布置在泵壳体的上部区段中，另一通风阀可布置在泵壳体的下部区段中。

根据本发明的泵常常使用在一设备中，在其中非常重要的是，被输送的液体不向外渗透。对于该目的来说有用的是，使用实施成无密封的侧通道泵。无密封意味着，驱动马达作用到其上的轴的端部完全布置在泵的壳体之内。由于轴不通过壳体被向外引导，在该部位处不需要轴密封。

叶轮在每个工作腔中旋转。叶轮被包围在工作腔的两个端面之间，其中，侧通道构造在端面的一个中。侧通道相应于在端面中的凹入部，这意味着，在叶轮与端面之间存在的泄漏间隙在侧通道的区域中增大。侧通道可以弧形的路径从工作腔的进入孔(Einlassoeffnung)延伸到排出孔。弧形的路径基本上可相应于这样的路径，即叶轮在从进入孔到排出孔的路径上也表示该路径。

如果泵以超速作为鼓风机工作并且之后液体到达泵的输入级上，这与泵的突变式的负载相关。泵的输入级应设计成，使得其能经受这种突变式的负载。例如，输入级可为离心级。在离心级的情况中，工作轮设有多个通道，其从工作轮的中心区域延伸至工作轮的边缘区域。从以下得到这种离心级的泵作用，即被输送的介质在离心力作用下通过通道从中心的区域运动至边缘区域。

如果介质在轴向方向上到达输入级上，则使介质转向，从而使得其在径向方向上运动。在根据本发明的方法中这具有的优点是，到达输入级上的液体的冲击基本上在轴向方向上作用。尽可能地避免通过其可使泵置于振动中的在径向方向上的力。就此而言此外有利的是，通道在工作轮的周缘上均匀分布。

由于在驱动功率在以超速运行的情况中较小，一旦液体进入到输入级中，则迅速使泵制动。在液体进入随后的设有叶轮和侧通道的级之前，转速已经显著减小，从而随后的级还仅仅在更小的周缘中暴露在冲击式的负载中。

根据本发明的侧通道泵设有控制部，其设计成用于当气体填充泵的工作腔时，使泵以超速运行，并且当液体进入泵中时，使转速减小到运行转速上。可行的是，控制部设定成，其引起泵的主动制动。然而这不是必要的。一旦液体进入泵中，阻力提高，从而当驱动功率保持不变时，则泵的转速也减小。通常，驱动马达设计成，在液体进入泵中之后，驱动马达在以最大功率运行的情况中也可不使泵保持在超速上。因此，控制部可设定成，其在液体进入之后等待，直至转速自身减小到期望的运行转速上并且之后提高驱动功率，从而使泵恒定地保持在运行转速上。

根据本发明的泵的优选的应用领域是从贮存箱中输送液化气。这例如在LPG加油站处进行，在该处从常常被沉入在地下中的贮存箱中为利用液化气运行的车辆加燃料。贮存箱部分地以液态状态的液化气填充，贮存箱的上部分且尤其地被引导至根据本发明的泵的管路被蒸发的液化气占据。那么，当泵没有运行时，在贮存箱和管路中的压力相应于液化气的蒸发压力。

如果使泵运行，则吸入液化气的蒸汽。其首先所具有结果是，在管路中的压力下降并且由此更多的液化气转移到气态的状态中。如果泵仅仅具有低的吸入功率，始终继续这种情况并且泵持续地仅仅输送新蒸发的气体。然而，根据本发明的泵的吸入功率足够大，也实现了在管路中的温度减小，这导致，在管路中的蒸汽压力小于在贮存箱中的蒸汽压力。通过该压力差，液体从贮存箱中上升到管路中并且可被泵吸入。因此，利用根据本发明的方法实现，也从贮存箱中输送以液态形式的液化气。甚至当贮存箱布置得比泵、从贮存箱延伸至泵的管路(即必须通过其以克服重力的方式输送液化气的提升管路)更低时，其也功能正常。一旦液体到达泵的输入级上，泵的转速从超速减小到运行转速上，并且以泵的传统运行方式输送液体。

附图说明

接下来参考附图根据有利的实施形式示例性地说明本发明。其中：

图1显示了根据本发明的侧通道泵的示意图；

图2显示了由根据本发明的侧通道泵和液化气贮存箱构成的布置方案；以及

图3显示了根据本发明的侧通道泵的另一实施形式。

具体实施方式

在图1中的根据本发明的侧通道泵中，轴14可旋转地支承在泵壳体15中。泵壳体15设有进入孔16和排出孔17，其中进入孔16布置成与轴14同心。泵壳体15的与入口孔16相对的端部是封闭的，从而使轴14的端部被容纳在壳体15之内。通过使轴14的一端部通入进入孔16中而使轴14的另一端部被容纳在泵壳体15中，使得在这样的思想中泵是无密封的，即不存如下部位，即在该处泵的内腔和外腔仅仅通过轴密封分离。这具有的优点是，能可靠地防止被输送的介质离开。

在泵壳体15中此外容纳有驱动马达，其包括与轴14相连接的转子19和定子20。经由控制电子设备35操控马达并且尤其地调整马达的转速。

根据本发明的泵包括两个侧通道级，叶轮22分别在侧通道级中在工作腔23中旋转。叶轮22具有带有敞开的叶片间隙的星形地布置的叶片，其紧密地被壳体15包围。轴向地在叶轮22旁边，壳体15形成朝向叶轮22敞开的侧通道24，在侧通道24中通过与叶轮22的冲击交换输送输送介质。侧通道24的进入端部与形成在壳体中的在图1中不可见的工作腔23的进口孔(Eintrittoeffnung)相对。通过进口孔进入的介质穿过叶片的间隙到达侧通道24。在图1中仅仅示意性地指出的通道25分别从之前工作腔23的离开孔开始穿过泵壳体15延伸直至随后的工作腔23的进口孔。那么，被输送的介质先后经过泵的两个侧通道级。

泵的输入级26设计成离心级。与轴14相连接的工作轮27设有通道18，其从工作轮27的中心区域延伸至边缘区域。通过离心力使在中心区域进入通道18中的介质向外运动。通道从工作轮27的外端部开始通过泵壳体15延伸至第一工作腔23的进入孔。

泵壳体15间隔开地包围泵的工作腔23以及马达19,20，从而在泵壳体之内形成包围工作腔23和马达19,20的环形间隙40。第二侧通道级的输出侧通入环形间隙40中。泵的排出孔17同样联接到环形间隙40处。那么，通过泵被输送的介质从第二侧通道级的输出侧通过环形间隙40运动到泵的输出孔17。

驱动马达的定子20被外管41包围。外管41沿着马达延伸并且同时形成环形间隙40的内部限制。驱动马达的定子20向内通过内管42限制。在内管42与外管41之间的空间完全通过定子20填充。定子20直接大面积地与内管42和外管41接触，从而保证了在定子20与内管41以及外管42之间良好的热传递。在卷绕头43的区域中，在定子20与内管42以及外管41之间的空间以导热的填料47填充。

在驱动马达19,20与控制电子设备35之间，多个通道44从环形间隙40径向向内延伸。通道44通入在转子19与定子20的内管42之间的马达间隙45中。马达间隙45在驱动马达19,20的整个长度上延伸并且过渡到被包围在泵壳体15与轴14之间的间隙46中。间隙46通入泵的第二侧通道级的工作腔23中并且因此以下被称为腔间隙46。

通道44、马达间隙45和腔间隙46是冷却循环的组成部分，该冷却循环从第二侧通道级的工作腔23开始通过环形间隙40、通道44、马达间隙45和腔间隙46延伸回到泵的第二侧通道级的工作腔23中。冷却循环的横截面明显小于离开孔17的横截面，从而，被输送的介质的仅仅很小的份额作为冷却介质沿着冷却循环运动，而被输送的介质的较大份额通过离开孔17离开泵。

冷却介质在冷却循环中通过在泵的第二侧通道级的输出侧与腔间隙46之间的压力差保持运动。该压力差几乎相应于在泵的第二侧通道级的输入侧与输出侧之间的压力差的一半。

冷却循环设计成，使得其大面积地与定子20的内管42和外管41接触并且由此可有效地从定子20处导出热。利用通道44，冷却循环在驱动马达19,20和控制电子设备35之间延伸，从而同时也冷却控制电子设备35。在马达间隙45中，除了与定子20接触外，冷却介质也与转子19大面积接触，从而也有效地冷却转子19。在其返回工作腔23之后，冷却介质与被输送的介质混合，被输送的介质通过入口孔进入工作腔23中，从而被冷却介质吸收的热分布在体积流中。

冷却循环设计成，使得在当泵输送液态介质时，根据本发明的泵在持续运行时可保持在恒定的运行温度上。如果相反地泵输送气态介质，则仅仅导出更少的热量并且泵加热。

为了尽管如此可避免泵的快速过热，马达设计成，使得其具有高的热容量。为了该目的，不仅转子19而且定子20实施成极为实心的。尤其地，在定子20的情况中由此来实现高的热容量，即在内管42与外管41之间的空间完全被填充。那么，利用定子20的该设计方案在两个方面克服过热。一方面，通过实心的设计方案可吸收高的热量。第二方面，通过内管42以及外管41与冷却循环的大面积接触给出高的热量。由此实现在泵不过热的情况下输送气体经例如大于1分钟的时间。

在图2中显示了根据本发明的泵的应用例。根据本发明的泵28联接到液化气贮存箱29处。提升管路31从贮存箱29的下部延伸朝向泵28的进入孔16。管路34联接到泵28的排出孔17处，管路34引导至应被添加液化气30的车辆32。泵的体积流如此大，即使得该体积流不能完全被汽车32接收。在分离器33中从体积流中分离气泡，并且将其引导回贮存箱29中。

利用液化气30填充贮存箱29至约三分之一。在贮存箱29中以及在提升管路31中的剩余空间利用蒸发的液化气填充，由此，压力相应于液化气的蒸汽压力。如果使泵28由该状态起开始运行，液化气首先以气态状态进入泵28中。由于随着在贮存箱29中施加负压越来越多的液化气蒸发，泵的吸入功率在该阶段中必须大，以尽管如此能通过提升管路31吸入在液态状态中的液化气。根据本发明，这由此来实现，即泵在该阶段中以明显位于运行转速之上的超速运行。泵几乎作为鼓风机运行的超速例如可为6000U/min(转/分)。该转速明显位于这样的转速之上，即当输送液体时泵最大地运行所利用的转速。在输送液体时，泵例如以3000U/min的转速运行。以例如35m³/h的体积流输送液体。

尽管转速更高，当泵作为鼓风机运行时的泵功率小于在其中输送液体的正常运行中。那么，如果低的功率足够用于将泵加速到超速上，则结果是气体填充泵的工作腔23。控制部35由此设计成使电动机21在超速的情况中以更低的功率运行。

如果液体进入泵中，阻力冲击式地提高并且使泵制动。控制部35设计成，一旦泵28被制动到运行转速上，则其提高电动机21的功率以使泵保持在该转速上。该运行状态如此长地保持，直至完全充满汽车32。一旦是这种情况，则切断泵28。

在泵的停止状态中，还包含在泵中的液化气持续蒸发，从而工作腔23在足够长的等待时间之后又回到初始状态中，在该状态中其被气体填充。如果应继续为汽车加燃料，可重新以低功率使泵加速到超速上。相反地，如果在液体从泵中蒸发之前开始下一加燃料过程，阻力明显更高，并且使泵自开始起以高功率在运行转速下运行，从而可输送液体。

在图3的备选的实施形式中，泵壳体15设有两个通风阀48，其通入环形间隙46中。只要输送气体，通风阀48则打开。如果输送液态介质，通风阀48则关闭。参考图2的实施例，通过通风阀48离开的气体与利用分离器33分离的气体同样被引导回到贮存箱29中。

Claims (12)

1.一种带有泵壳体(15)的侧通道泵，在所述泵壳体(15)中布置有马达和设有侧通道(24)的多个工作腔，并且所述侧通道泵带有在所述工作腔中的叶轮(22)，所述叶轮(22)与被所述马达驱动的轴(14)一起旋转，其特征在于冷却循环(40,44,45,46)，所述冷却循环从所述工作腔延伸至所述马达并且从所述马达延伸至所述侧通道泵的吸入区段(46)，其中，所述冷却循环(40,44,45,46)由其输出侧与所述侧通道泵的输出孔(17)相连接的输出工作腔供给，其中，所述吸入区段(46)布置在所述输出工作腔中，以及其中，所述冷却循环经由形成在所述轴(14)与所述泵壳体(15)的包围所述轴的区段之间的间隙通入到所述输出工作腔。

2.根据权利要求1所述的侧通道泵，其特征在于，所述冷却循环(40,44,45,46)通入所述工作腔的间隙中，所述间隙构造在所述轴(14)与所述泵壳体(15)的包围所述轴的区段之间。

3.根据权利要求1所述的侧通道泵，其特征在于，所述冷却循环(40,44,45,46)穿过所述马达的转子(19)和定子(20)之间延伸。

4.根据权利要求1所述的侧通道泵，其特征在于，在所述泵壳体(15)中容纳有控制电子设备(35)并且所述冷却循环(40,44,45,46)在所述马达与所述控制电子设备(35)之间延伸。

5.根据权利要求1所述的侧通道泵，其特征在于，在所述泵壳体(15)与所述马达之间构造环形间隙(40)。

6.根据权利要求5所述的侧通道泵，其特征在于，所述冷却循环(40,44,45,46)延伸穿过所述环形间隙(40)。

7.根据权利要求5或6所述的侧通道泵，其特征在于，所述马达以外管(41)包围，并且所述外管(41)邻接到所述环形间隙(40)处。

8.根据权利要求7所述的侧通道泵，其特征在于，所述马达包括内管(42)，其布置在所述马达的转子(19)与定子(20)之间。

9.根据权利要求8所述的侧通道泵，其特征在于，所述定子(20)在所述马达的纵向区段上完全填充在所述内管(42)与所述外管(41)之间的空间。

10.根据权利要求9所述的侧通道泵，其特征在于，包围所述定子(20)的卷绕头(43)的空间被填料(47)填充。

11.根据权利要求1所述的侧通道泵，其特征在于，所述泵壳体(15)设有通风阀。

12.根据权利要求1所述的侧通道泵，其特征在于控制部，其设计成用于当气体填充所述侧通道泵的工作腔时，使所述侧通道泵以超速运行，并且当液体进入所述侧通道泵中时，使转速减小到正常的运行转速上。

Images