CN107110153A - 单轴偏心螺杆泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单轴偏心螺杆泵，其具有：定子9、转子10、外壳体8和移动机构7，上述定子9的内周面形成为内螺纹型；上述转子10由外螺纹型的轴体构成，并可插入定子9；上述外壳体8可在定子9的外周侧的第1位置和压缩定子9的第2位置之间移动；上述移动机构7使外壳体8在第1位置和第2位置之间移动。由此，稳定定子9对转子10的接触压力，并以所期望的排出压力使流动物排出。

Description

单轴偏心螺杆泵

技术领域

本发明涉及一种单轴偏心螺杆泵。

背景技术

通常，在单轴偏心螺杆泵中，定子根据液温或气温的变化而膨胀和收缩，因此，有时难以在与这些变化相对应的合适的状态下输送流动物。例如，在CIP(Cleaning InPlace：原位清洗)和SIP(Steriling In Place：原位灭菌)中使高温的蒸气或热水在定子内流动，因而会产生该问题。此外，如果定子发生磨损而对于转子的过盈量减小，则无法恰当地输送流动物，而如果定子如上所述地大幅度膨胀，则容易发生磨损，需要提前更换新的定子或转子。

以往，作为可应对这种问题的单轴偏心螺杆泵，已知有在于壳体内收容由弹性体构成的定子，并使转子插入定子内的状态下，通过调整形成于壳体和定子之间的空间内的气压，使定子在径向上弹性变形，从而使其与转子的接触压力维持一定的单轴偏心螺杆泵(例如，参照专利文献1)。

然而，为了使定子相对于转子的接触压力维持一定而将空间内的压力设为何种程度，实际上难以控制。如果压力较大，例如，如图9所示，则空腔103变小而无法得到所期望的排出量，上述空腔103为形成于转子101和定子102之间的用于输送流动物的空间。此外，转子101和定子102之间的摩擦力增大，则为了使转子101旋转的扭矩也会增大，或定子102提早发生磨损。另一方面，如果压力较小，则即使使转子101旋转，也无法使流动物充分流动，从而不可能以所期望的排出压力排出流动物。

此外，由于对定子102直接作用气压，因此在定子102产生龟裂等损伤时，空气可能会从损伤部分泄漏。此时，无法以所期望的接触压力相对于转子101推压定子102。而且，有时会发生空气经由损伤部分混入流动物中，或流动物向外部流出的情况。流动物(特别是食品)中混入空气会导致品质上的问题，相反，如果流体向周围流出，则其流出位置会被污染。

专利文献

专利文献1：日本特开昭60-173381号公报

发明内容

本发明的课题在于，提供一种能够稳定定子对转子的接触压力，并以所期望的排出压力使流体排出的单轴偏心螺杆泵。

作为用于解决上述课题的方法，本发明提供一种单轴偏心螺杆泵，其特征在于，具有：

定子，上述定子的内周面形成为内螺纹型；以及

转子，上述转子由外螺纹型的轴体构成，并可插入上述定子，

上述单轴偏心螺杆泵还具有：

外壳体，上述外壳体可在上述定子的外周侧的第1位置和压缩上述定子的第2位置之间移动；以及

移动机构，上述移动机构使上述外壳体在上述第1位置和上述第2位置之间移动。

根据该结构，仅通过移动机构改变外壳体的位置，就能够改变定子相对于转子的接触压力。因此，能够稳定定子所产生的紧固力，防止定子的磨损、转子的旋转扭矩的增大或流动物的排出压力的变动。

上述外壳体优选为由多个外壳部构成，其通过移动至上述第2位置，使相邻的上述外壳部彼此的侧部分别抵接而连接为环状，从而阻止进一步的移动。

通过该结构，外壳部不会超过第2位置而推压定子。因此，能够确实地防止定子超过必要地被推压而产生的定子的磨损、转子的旋转扭矩的增大或流动物排出压力的变动。

优选具有保持上述外壳部的保持部件，上述保持部件由弹性材料构成，在通过上述移动机构使上述外壳部移动的情况下，上述保持部件介于两部件之间并对上述外壳部施力。

通过该结构，移动机构经由具有弹性的保持部件而间接地使外壳体移动。因此，不易从定子对转子作用不合理的接触压力，从而能够得到更加良好的紧固状态。

上述移动机构设置为具有套筒即可，上述套筒配置于覆盖上述定子的壳体内，并向内侧发生弹性变形而使上述外壳体移动。

利用上述移动机构进行的上述外壳体的移动设为基于流体压力进行即可。

通过该结构，能够根据帕斯卡原理同样地对外壳体作用力。因此，能够防止力部分集中而使外壳体倾斜等而导致定子的变形量不均匀等问题的发生。

利用上述移动机构进行的上述外壳体的移动可设为通过推压部件进行。

此时，上述推压部件设为可通过弹簧驱动即可。

此外，上述推压部件也可设为可通过螺线管驱动。

根据本发明，通过使外壳体移动的位置来设定由定子对转子的紧固力，因此可使该紧固力稳定在所期望的值。因此，能够可靠地防止定子的磨损、转子的旋转扭矩的增大或流动物的排出压力的变动。

附图说明

图1为第一实施方式所涉及的单轴偏心螺杆泵的概略截面图。

图2为图1的局部放大图。

图3为沿图2的A-A线横截的截面图。

图4为第二实施方式所涉及的单轴偏心螺杆泵的局部截面图。

图5为仅仅图4所示的外壳体和卷绕体的截面图。

图6为其他实施方式所涉及的单轴偏心螺杆泵的局部截面图。

图7为其他实施方式所涉及的单轴偏心螺杆泵的局部截面图。

图8为其他实施方式所涉及的单轴偏心螺杆泵的局部截面图。

图9为现有技术所涉及的单轴偏心螺杆泵的定子和转子的截面图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明所涉及的实施方式进行说明。应予说明，以下的说明在本质上仅为示例，并不意图限制本发明、其应用对象或其用途。此外，附图为模式性的图，各尺寸的比例等与现实有所差异。

(第一实施方式)

图1表示第一实施方式所涉及的单轴偏心螺杆泵。该单轴偏心螺杆泵具有设置于壳体1一端的驱动机(未图示)和设置于另一端的泵主体2。

壳体1为将金属材料制成筒状而形成，并收容有联接杆3。联接杆3的一端部与联轴节4连接，从而传递来自驱动机的动力。此外，壳体1的一端侧的外周面上连接有连接管5，使得可从未图示的罐等供给流动物。

泵主体2为在定子壳6内收容套筒7、外壳体8、定子9和转子10，并在定子9的端部安装有端部螺栓(end stud)11。

通过利用螺栓和螺母使凸缘部彼此相连，将壳体1连结于定子壳6的一端部。此外，同样利用螺栓和螺母使凸缘部彼此相连，将端部螺栓11连结于定子壳6的另一端部。这些连结部分被未图示的密封条等密封。在定子壳6的下方侧中央部连接有注入口12，而在上方侧中央部连接有排出口13。在与注入口12连接的配管的途中，从定子壳6侧按顺序设置有第1开关阀14、控制阀15、第1压力计16a以及稳压器(调压器)16b。由此，能够通过稳压器16b对被供给的控制流体(也可以是气体，但优选以液体为代表的非压缩性流体。)的压力进行调整，并从被切换为打开位置的控制阀15以及打开的第1开关阀14经由注入口12向后述的密封空间21内注入该控制流体。在与注入口13连接的配管的途中，从定子壳6侧按顺序设置有第2压力计18和第2开关阀17。第2压力计18检测密封空间21内的控制流体的压力。检测压力被输入至未图示的控制装置。控制装置可基于被输入的检测压力，对被经由注入口12注入的控制流体的流量、压力进行调整，并通过开闭第2开关阀17而排出密封空间21内的控制流体。

套筒7为将弹性材料制成筒状而成。套筒7的一端开口部被夹持于定子壳6的一端侧内周面与第1夹具(clamp)19的外周面之间，另一端开口部被夹持于定子壳6的另一端侧内周面与第2夹具20的外周面之间。这样，通过第1夹具19和第2夹具20，能够简单地在套筒7和定子壳6之间形成环状的密封空间21。控制流体经由注入口12被注入密封空间21，并经由排出口13排出。在图2中，用双点划线表示由于注入控制流体而发生最大变形的套筒7的最大变形状态，并用实线表示变形前的初期状态。应予说明，套筒7构成本发明所涉及的移动机构，通过将控制流体从注入口12注入密封空间21内，套筒7向内侧膨胀，从而推压外壳体8。

外壳体8为由硬质的不锈钢等金属材料或合成树脂材料构成的刚体，如图3所示，上述外壳体8由第1外壳部22和第2外壳部23构成。通过第1外壳部22和第2外壳部23，外壳体8形成为其截面的外周为大致圆形，内周为大致十边形的筒状。第1外壳部22和第2外壳部23的相对面之间用定位销24进行定位。定位销24的一端侧形成有外螺纹。在图3中，通过定位销24(第1定位销24a及第2定位销24b)对两处进行定位。第1定位销24a配置为使一个端部与第1外壳部22螺合，并使另一个端部可在第2外壳部23的第2定位孔23a处滑动。第2定位销24b配置为使一个端部与第2外壳部23螺合，并使另一个端部可在第1外壳部22的第1定位孔22a处滑动。由此，第1外壳部22和第2外壳部23在被定位销24引导的状态下接近和分离。此时，第1外壳部22和第2外壳部23可在不对定子9加压的第1位置和使相对面彼此相互抵接而形成十边形的第2位置之间移动。当第1外壳部22和第2外壳部23从第1位置向第2位置接近时，使其内表面侧与定子9的外表面进行面接触。而且，第1外壳部22和第2外壳部23为刚体，同样地将定子9整体向内侧压缩。因此，不会发生定子9相对转子10的接触压力在轴心方向不均匀而产生脉动等的问题。此外，由于一旦超过第2位置就无法接近，因此定子9相对于转子10的接触压力不会进一步升高。

定子9为将根据输送的流动物而适当选择的橡胶、树脂等弹性材料(例如，硅橡胶、氟橡胶(后者被用于流动物含有硅油的化妆品等))形成为筒状(例如，截面形状为圆形)而成。定子9的中心孔9a的内周面被形成为n条单级或多级的内螺纹形状。

转子10为将由不锈钢等金属材料构成的轴体形成为n-1条单级或多级的外螺纹形状而成。转子10配置于定子9的中心孔9a内，并形成在其长度方向上相连的输送空间9b。转子10的一个端部与壳体侧的联接杆3连结，通过来自驱动机(未图示)的驱动力，在定子9内侧自转，同时，沿着定子9的内周面进行公转。即，转子10通过在定子9的中心孔9a内偏心旋转，能够将输送空间9b内的材料向长度方向输送。

接着，对由上述结构构成的单轴偏心螺杆泵的组装方法进行说明。

首先，通过将第2夹具20压入定子9的一端部而进行一体化。然后，以第1外壳部22和第2外壳部23的各内表面抵接于定子9的呈大致十边形的外表面的方式进行组合。此时，第1外壳部22和第2外壳部23通过定位销24对齐。接着，一边使套筒7在轴心方向上滑动一边将其安装于组装在定子9上的第1外壳部22和第2外壳部23的外周。通过将第1夹具19压入与第2夹具20进行了一体化的端部的相反侧的端部而进行一体化。

在这样组装而成的各部件(组件)中，套筒7密接于第1外壳部22和第2外壳部23的外周面，第1夹具19和第2夹具20一体化于两端部。因此，套筒7的内侧被密封，即使定子9上产生龟裂等，内部的流动物泄漏，该流动物也不会从套筒7进一步向外侧流出。此外，上述组件通过第1夹具19连结于壳体1的一端部。然后，将转子10从壳体1的另一端侧即驱动机侧插入定子9的中心孔9a内。进而，将定子壳6安装于套筒7的外周，从而完成组装工作。如果安装定子壳6，则能够通过第1夹具19和第2夹具20维持套筒7和定子壳6之间的气密性，并形成密封空间21。因此，注入密封空间21的控制流体不会流入套筒7的内侧。此外，除了套筒的内侧，还可通过密封空间21保持气密性，因此即使定子9发生龟裂等，也不必担心流动物会向外部漏出。

接着，对由上述结构构成的单轴偏心螺杆泵的动作进行说明。

预先设定控制流体向密封空间21的注入量、流动物的种类、转子10的旋转速度与排出压力之间的关系。例如，将控制流体向密封空间21的注入量设置为最低值，并使套筒7位于初始状态。然后，按照流动物的每个种类，将转子10的旋转速度与排出压力的关系作为数据表进行存储。此外，阶段性地改变控制流体向密封空间21的注入量并进行相同的处理，从而完成数据表。

在从罐等排出流动物的情况下，首先，通过打开第1开关阀14等，将控制流体注入通过定子壳6和套筒7形成的密封空间21内。参照上述数据表来决定控制流体向密封空间21的注入量，以使得能够根据后述转子10的旋转速度以所期望的排出压力排出流动物。此时，如果控制流体为非压缩性流体，则可得到注入量和排出压力之间的关系不发生变化的稳定的物质，因此较为优选。

如果要提高排出压力，则使控制流体向密封空间21内的注入量增大，并通过套筒7使第1外壳部22和第2外壳部23相互接近。由此，定子9被加压，其与转子10的接触压力上升。另一方面，如果要抑制排出压力，则抑制控制流体的注入量，以使得第1外壳部22和第2外壳部23不那么接近。由此，定子9相对于转子10的接触压力被抑制。

接着，驱动未图示的驱动机，通过联轴节4和联接杆3使转子10以预先设定的旋转速度旋转。考虑每单位时间的排出量来决定此时的旋转速度。由此，由定子9的内周面和转子10的外周面形成的输送空间9b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9b，并向端部螺栓11输送。到达端部螺栓11的流动物被进一步输送至其他场所。

这样，根据上述结构的单轴偏心螺杆泵，可得到如下所述的优点。

(1)由于定子9相对于转子10的接触压力被调整，因此能够以所期望的排出压力使流动物从端部螺栓11排出。

(2)从套筒7作用于外壳体8的力由注入密封空间21的控制流体的注入量决定，较为稳定。此外，外壳体8与定子9面接触，并同样地向其作用推压力。因此，转子10在旋转时受到的摩擦阻力也仅由已设定的接触压力引起，不易发生变化。因此，使转子10旋转时不会增大旋转扭矩。

(3)即使由于转子10的旋转而对定子9暂时作用了过大的力，但在定子9也仅作用有由控制流体向密封空间21内的注入量决定的一定的压力。因此，定子9会向外径侧柔软地变形而不会产生损伤。而且，定子9经由套筒7被推压。因此，即使在定子9上形成龟裂等，由于其周围被套筒7覆盖，因此不会发生外部空气等从外部侵入套筒7内或流动物向周围泄漏而造成污染的情况。

(4)由于吸入侧为低压、排出侧为高压，因此如果向密封空间21注入控制流体，则相比排出侧，定子9在吸入侧更容易被大幅压缩(或在排出侧大幅扩张)，但由于外壳部8的存在，可防止在吸入侧的压缩(或在排出侧的扩张)程度过大。也就是说，能够作为整体同样地进行压缩，使得在输送流动物时的压缩程度不会大幅变化。

应予说明，也可在第1夹具19或第2夹具20形成连通套筒7与定子9之间的空间和外部的贯通孔。由此，当控制流体流入密封空间21内时，能够经由贯通孔将存在于第1外壳部22或第2外壳部23与套筒7或定子9之间的空气排出。其结果为，能够通过套筒7经由外壳体8对定子9均匀地作用推压力。此外，在定子9发生龟裂等损伤的情况下，由于从定子9内部向外部漏出的流动物经由贯通孔流出，因此可提前发现定子9的异常。此外，在套筒7发生损伤的情况，或套筒7的组装方法存在问题的的情况下，由于控制流体经由贯通孔流出，因此也可提早发现它们的异常。

此外，在抑制控制流体向密封空间21内的注入量的情况下，套筒7所产生的第1外壳部22和第2外壳部23的推压力较小，也可使定子9不被压缩。例如，也可通过抑制控制流体注入量，使推压力为0。由此，即使定子9在原位清洗或原位灭菌等中发生膨胀，由于第1外壳部22和第2外壳部23为向外侧移动自如的状态，因此不会发生定子9压接于转子10而阻止其旋转等问题。

(第二实施方式)

图4表示第二实施方式所涉及的单轴偏心螺杆泵。在该单轴偏心螺杆泵中，与上述第一实施方式相比在以下方面有所不同。应予说明，在以下说明中，对与第一实施方式相同的部分，附上相同的符号并省略其说明。

在定子9的外周设置有外壳体8(第1外壳部28和第2外壳部29)和用于将它们定位于定子9的周围而被缠绕的卷绕体25。该卷绕体25为本发明的保持部件的一个例子。而且，将控制流体注入由定子壳6和配置于其内径侧的套筒7形成的密封空间21内，使套筒7向内径侧膨胀，由此，经由卷绕体25、第1外壳部28和第2外壳部29对定子9向内径侧加压。

在定子壳6的下部中央连接有注入口26。可经由注入口26将控制流体注入被定子壳6和套筒7划分的密封空间21。此外，在定子壳6的上部中央连接有排出口27，可将控制流体排出。此外，在排出口27设置有压力计，可检测密封空间21内的控制流体的压力。由压力计检测的压力被输入未图示的控制装置，并被用于控制经由注入口26注入的控制流体的流量和压力。

第1外壳部28和第2外壳部29与上述第一实施方式所涉及的部件不同，它们形成为板状。如图5所示，这些外壳部28、29在配置于定子9的外周的状态下，形成为沿着定子9的外表面形状的大致十边形。但是，在第1外壳部28和第2外壳部29的两侧边缘之间形成有空隙。而且，通过推压第1外壳部28和第2外壳部29，使外壳部28、29接近，能够使定子9向内侧发生弹性变形。但是，如果两侧边缘相互抵接，则无法进一步移动，因此定子9不会超过必要地被压缩。

卷绕体25由耐热塑料等构成，其缠绕于外壳体8的周围，用于相对定子9临时固定第1外壳部28和第2外壳部29而防止发生位置偏移。即，防止第1外壳部28和第2外壳部29在圆周方向上发生位置偏移而使两者的边缘部相互重叠。第1外壳部28以及第2外壳部29在沿着定子9的外表面形状配置的状态下，其外表面呈大致十边形。即使为这样的多边形状，卷绕体25也能够缠绕于其上，并能够相对于定子9简单地临时固定第1外壳部28和第2外壳部29。

在上述结构的单轴偏心螺杆泵中，向定子9组装第1外壳部28和第2外壳部29的作业能够通过仅在它们的周围缠绕卷绕体25这样简单且廉价的结构来进行。外壳部之间不需要高精度的对齐。此外，当旋转转子10而输送流动物时，事先向密封空间21内注入控制流体，使得能够以预先期望的排出压力进行输送。由此，套筒7向内侧膨出，并经由卷绕体25通过外壳体8推压定子9。而且，能够通过定子9以所期望的接触压力推压转子10，使得能够以规定的排出压力排出流动物，这一点与上述第一实施方式相同。

根据上述结构的单轴偏心螺杆泵，简化了外壳体8的结构，仅通过以沿着定子9的状态缠绕卷绕体25便能够进行临时固定。因此，可提高加工性，并且能够廉价地进行制作。

应予说明，本发明不受上述实施方式所记载的结构的限定，可以进行各种变形。

例如，在上述实施方式中，虽然以使得能够根据转子10的旋转速度以所期望的排出压力来排出的方式决定控制流体向密封空间21的注入量，但也可结合定子9的磨损状态、伴随气温或流动物的液温变化的排出量或排出压力的变化来决定。在前者的情况下，只要通过预先实验，基于从使用开始的经过时间来决定控制流体向密封空间21的注入量，使得流动物的排出量(或排出压力)达到期望值即可。在后者的情况下，只要通过预先实验，基于气温或流动物的液温来决定控制流体向密封空间21的注入量，使得流动物的排出量(或排出压力)达到期望值即可。

此外，在上述实施方式中，虽然对将外壳体8分割成第1外壳部22和第2外壳部23两部分来构成的例子进行了说明，但也可分割成3部分以上来构成。图6表示将外壳体8分割为由截面为1/4个圆的4个外壳部8a～8b组成的4个部分来构成的例子。各个外壳部8a～8d可在径向(内径侧和外径侧)上移动，通过移动至最靠近内径侧，相邻的外壳部之间的侧部端面相互抵接，形成连接为环状的状态。虽然在此未提及，但与上述实施方式同样地，优选设置在外装部沿径向往返移动时对其进行引导的定位销。

此外，在上述实施方式中，虽然通过流入密封空间21内的控制流体的流体压力使外壳体8移动，但如图7和图8所示，也可设置为通过推压部件30使外壳体8移动。

在图7中，将第1外壳部22配置于上半部，将第2外壳部23配置于下半部。而且，以第1外壳部22可在上下方向上移动，并且第2外壳部23不发生位置偏移的方式进行支承。第1外壳部22在其一端侧具有凸缘状的推压部30a，并被受到弹簧31向下方侧的施力的棒状推压部件30推压。

此时，在内压由于流动物而变得比预先设定的值(设定值)更大的情况下，只要将弹簧31的施力事先设定为第1外壳部22可向上方移动的值即可。作为设定值，例如，只要事先设定为比所期望的排出压力稍大的值，使得能够吸收排出压力的变动即可。

此外，也可设置为除弹簧31之外还具有驱动机构，上述驱动机构通过气压等对抗弹簧31的施力，并使第1外壳部22向上方移动。由此，与仅设置弹簧31的情况不同，而与上述实施方式相同地，能够对作用于外壳体8的力进行细致的调整。

在图8中，在与图7相同的结构中，将推压部件30设为可动铁芯，并在其外周配置有螺线管32。通过对螺线管32进行励磁、消磁而使推压部件30往返移动，并通过增大励磁时导通的电流值来增大推压部件30所产生的推压力。

此外，在图7和图8中，虽然设置为仅第1外壳部22被推压部件30推压，但也可设置为第2外壳部23也被其他推压部件推压，也可根据外壳体8的分割数来增加推压部件。

符号说明

1……壳体

2……泵主体

3……联接杆

4……联轴节

5……连接管

6……定子壳

7……套筒(移动机构)

8……外壳体

9……定子

9a……中心孔

9b……输送空间

10……转子

11……端部螺栓

12……注入口

13……排出口

14……第1开关阀

15……控制阀

16……第1压力计

17……第2开关阀

18……第2压力计

19……第1夹具

20……第2夹具

21……密封空间

22……第1外壳部

23……第2外壳部

24……定位销

25……卷绕体(保持部件)

26……注入口

27……排出口

28……第1外壳部

29……第2外壳部

Claims (8)

1.一种单轴偏心螺杆泵，其特征在于，具有：

定子，所述定子的内周面形成为内螺纹型；以及

转子，所述转子由外螺纹型的轴体构成，并可插入所述定子，

所述单轴偏心螺杆泵还具有：

外壳体，所述外壳体可在所述定子的外周侧的第1位置和压缩所述定子的第2位置之间移动；以及

移动机构，所述移动机构使所述外壳体在所述第1位置和所述第2位置之间移动。

2.如权利要求1所述的单轴偏心螺杆泵，其特征在于，

所述外壳体由多个外壳部构成，其通过移动至所述第2位置，使相邻的所述外壳部彼此的侧部分别抵接而连接为环状，从而阻止进一步的移动。

3.如权利要求2所述的单轴偏心螺杆泵，其特征在于，

所述单轴偏心螺杆泵具有保持所述外壳部的保持部件，

所述保持部件由弹性材料构成，在通过所述移动机构使所述外壳部移动的情况下，所述保持部件介于两部件之间并对所述外壳部施力。

4.如权利要求1至3中任一项所述的单轴偏心螺杆泵，其特征在于，

所述移动机构具有套筒，所述套筒配置于覆盖所述定子的壳体内，并向内侧发生弹性变形而使所述外壳体移动。

5.如权利要求1至4中任一项所述的单轴偏心螺杆泵，其特征在于，

利用所述移动机构进行的所述外壳体的移动是基于流体压力进行的。

6.如权利要求1至4中任一项所述的单轴偏心螺杆泵，其特征在于，

利用所述移动机构进行的所述外壳体的移动是通过推压部件进行的。

7.如权利要求6所述的单轴偏心螺杆泵，其特征在于，

所述推压部件可通过弹簧驱动。

8.如权利要求6所述的单轴偏心螺杆泵，其特征在于，

所述推压部件可通过螺线管驱动。