DE102011101648A1 - Screw machine e.g. double-flow screw pump, for pumping of e.g. fluid, has spindles accommodated with profile packages in casing, where fixed gap is formed among spindles and casing, and gap adjustment unit adjusting gap - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schraubenmaschine, insbesondere eine Schraubenspindelpumpe, mit einem Pumpengehäuse, in dem eine Antriebsspindel und wenigstens eine gegenläufige Laufspindel mit ineinander eingreifenden Profilpaketen aufgenommen sind, wobei zwischen den Spindeln und dem Pumpengehäuse eine festgelegte Spaltweite vorgesehen ist.The invention relates to a screw machine, in particular a screw pump, with a pump housing, in which a drive spindle and at least one counter-rotating spindle are received with intermeshing profile packets, wherein between the spindles and the pump housing, a fixed gap width is provided.
Schraubenspindelpumpen werden zur Förderung von Fluiden und Mehrphasengemischen unterschiedlicher Art eingesetzt. Die Antriebsspindel und die wenigstens eine Laufspindel weisen Förderprofile auf, die gemeinsam mit dem Pumpengehäuse Verdrängerräume bilden, durch die das Fluid axial von der Saugseite zur Druckseite befördert wird. Die zwei oder mehr Spindeln sind über Zahnräder miteinander gekoppelt, alternativ können sie über die Profilflanken getrieben oder durch synchronisierte Motoren angetrieben werden. Gegebenenfalls ist in dem Pumpengehäuse ein Gehäuseeinsatz vorgesehen, in dem die Spindeln aufgenommen sind. Der im Inneren des Gehäuses bzw. des Gehäuseeinsatzes gebildete Druckraum kann mittels Dichtungen abgedichtet sein. Die Spindeln weisen mehrere Lagerstellen auf, wodurch deren Durchbiegung begrenzt wird. Eine derartige Schraubenspindelpumpe ist aus der
Bei herkömmlichen Schraubenspindelpumpen wird während der Konstruktionsphase eine bestimmte Spaltweite zwischen den Spindeln und dem Pumpengehäuse berechnet und den Bauteilen zugewiesen. Die Auslegung der Spaltweite erfolgt im Hinblick auf die Förderaufgabe und den vorgesehenen Betriebspunkt, der Wirkungsgrad der Schraubenspindelpumpe kann allerdings nur für einen einzigen Betriebspunkt optimiert werden. Durch die Einwirkung der geförderten Medien, die teilweise auch Feststoffe enthalten können, kann bei zunehmender Lebensdauer eine Vergrößerung der Spaltweite auftreten, die zu einer Reduzierung der Fördermenge führt. Um diesem negativen Effekt entgegenzuwirken, wird angestrebt, die Schraubenspindelpumpe mit erhöhter Drehzahl zu betreiben, allerdings ist eine Drehzahlerhöhung aus Prozessgründen nicht immer möglich. Sobald der Verschleiß, der sich durch eine vergrößerte Spaltweite äußert, eine bestimmte Grenze überschritten hat, ist daher ein Austausch zumindest der Profilpakete und der entsprechenden zugehörigen Gehäuseteile erforderlich.In conventional screw pumps, a certain gap between the spindles and the pump housing is calculated during the design phase and assigned to the components. The design of the gap width takes place with regard to the delivery task and the intended operating point, the efficiency of the screw pump, however, can be optimized only for a single operating point. As a result of the action of the conveyed media, which may also contain solids in part, an increase in the gap width can occur with increasing service life, which leads to a reduction in the delivery rate. To counteract this negative effect, the aim is to operate the screw pump at an increased speed, but an increase in speed for process reasons is not always possible. As soon as the wear, which manifests itself by an increased gap width, has exceeded a certain limit, it is therefore necessary to exchange at least the profile packs and the corresponding associated housing parts.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schraubenmaschine, insbesondere eine Schraubenspindelpumpe, anzugeben, die eine erhöhte Lebensdauer aufweist und flexibel mit hohem Wirkungsgrad für Medien mit unterschiedlicher Viskosität eingesetzt werden kann.The invention is therefore based on the object, a screw machine, in particular a screw pump to specify, which has an increased life and can be used flexibly with high efficiency for media with different viscosity.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Schraubenmaschine, insbesondere bei einer Schraubenspindelpumpe, der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass sie ein Mittel zum Einstellen der Spaltweite aufweist.To solve this problem is provided according to the invention in a screw machine, especially in a screw pump, of the type mentioned that it has a means for adjusting the gap width.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Lebensdauer einer Schraubenspindelpumpe signifikant erhöht werden kann, indem eine Möglichkeit zur Einstellung bzw. Nachstellung der Spaltweite zwischen den Spindeln und dem Pumpengehäuse vorgesehen ist. Dementsprechend kann bei zunehmendem Verschleiß die Spaltweite nachgestellt, das heißt reduziert werden, so dass sich eine ähnliche Spaltweite wie bei einer neuen Schraubenspindelpumpe ergibt. Diese geringe Spaltweite ermöglicht den Betrieb der Schraubenspindelpumpe in einem gewünschten Betriebspunkt, bei dem der Wirkungsgrad oder ein anderer Parameter optimal ist. Daneben führt die Verringerung der Spaltweite zu einer Erhöhung der Fördermenge, so dass auf eine mit Nachteilen verbundene Drehzahlerhöhung verzichtet werden kann.The invention is based on the recognition that the life of a screw pump can be significantly increased by providing a way to adjust or readjust the gap width between the spindles and the pump housing. Accordingly, with increasing wear, the gap width adjusted, that is reduced, so that there is a similar gap width as in a new screw pump. This small gap width allows operation of the screw pump at a desired operating point where the efficiency or other parameter is optimal. In addition, the reduction in the gap width leads to an increase in the delivery rate, so that it is possible to dispense with a speed increase associated with disadvantages.
Zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung kann es vorgesehen sein, dass das Mittel zum Einstellen der Spaltweite eine konische Antriebsspindel und wenigstens eine konische Laufspindel umfasst, die axial verschiebbar sind. Vorzugsweise ist die Spaltweite im Wesentlichen konstant, daher ist der Spindelgrund vorzugsweise ebenfalls konisch ausgebildet. Bei dieser Variante sind die zwei oder mehr Spindeln relativ zum Pumpengehäuse axial verschiebbar. Durch die Verschiebung ergibt sich die gewünschte Verstellmöglichkeit, um die Spaltweite zwischen den Spindeln und dem Pumpengehäuse einzustellen. Neben der Möglichkeit einer Nachstellung nach einer bestimmten Betriebszeit ermöglicht das Mittel zum Einstellen der Spaltweite auch eine genaue Justierung einer neuen Schraubenspindelpumpe auf einen gewünschten Betriebspunkt, die Justierung kann bereits beim Hersteller vorgenommen werden.To implement the solution according to the invention, provision may be made for the means for adjusting the gap width to include a conical drive spindle and at least one conical running spindle which are axially displaceable. Preferably, the gap width is substantially constant, therefore, the spindle base is preferably also formed conical. In this variant, the two or more spindles are axially displaceable relative to the pump housing. By shifting the desired adjustment results to adjust the gap width between the spindles and the pump housing. In addition to the possibility of readjustment after a certain period of operation allows the means for adjusting the gap width and a precise adjustment of a new screw pump to a desired operating point, the adjustment can be made already at the manufacturer.
Optional kann es vorgesehen sein, dass die normalerweise exakt parallelen Spindeln einen kleinen Winkel miteinander einschließen, sodass die Spindeln aufeinander zu oder auseinander laufen. Dieser Winkel kann bis 3°, gegebenenfalls auch bis 5°, betragen.Optionally, it can be provided that the normally exactly parallel spindles enclose a small angle with each other, so that the spindles run towards each other or apart. This angle can be up to 3 °, and possibly also up to 5 °.
Bei der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe wird es besonders bevorzugt, dass die Antriebsspindel und die wenigstens eine Laufspindel in einem in dem Pumpengehäuse aufgenommenen Gehäuseeinschub angeordnet sind. Bei dieser Variante der Erfindung ist das Mittel zum Einstellen der Spaltweite zum Einstellen des Spalts zwischen den Spindeln und dem Gehäuseeinschub vorgesehen. Dementsprechend wird nicht der Spalt zwischen den Spindeln und dem Pumpengehäuse, sondern zwischen dem Gehäuseeinschub und den Spindeln eingestellt. Der besondere Vorteil dieser Variante ist darin zu sehen, dass der Gehäuseeinschub mit den Spindeln im Rahmen einer Überholung vergleichsweise einfach ausgetauscht werden kann, wenn die Verschleißgrenze erreicht ist. Das Pumpengehäuse und weitere Komponenten, beispielsweise ein Antrieb der Pumpe, können ohne weitere Veränderung beibehalten werden, indem lediglich der Gehäuseeinschub, der auch als Liner bezeichnet wird, mitsamt den Spindeln ausgetauscht wird.In the screw pump according to the invention, it is particularly preferred that the drive spindle and the at least one running spindle are arranged in a housing insert received in the pump housing. In this variant of the invention, the means for adjusting the gap width for adjusting the gap between the spindles and the housing insert is provided. Accordingly, not the gap between the Spindles and the pump housing, but between the housing insert and the spindles set. The particular advantage of this variant is the fact that the housing insert with the spindles in the context of overhaul can be relatively easily replaced when the wear limit is reached. The pump housing and other components, such as a drive of the pump can be maintained without further change, by replacing only the housing insert, which is also referred to as a liner, together with the spindles.
Eine besonders einfache und praktikable Möglichkeit zum Einstellen der Spaltweite ergibt sich, wenn der Gehäuseeinschub konisch ausgebildet und axial verschiebbar ist. Die Einstellung der Spaltweite kann dabei vorzugsweise lediglich durch axiale Verschiebung des Gehäuseeinschubes realisiert werden, so dass die Spindeln ortsfest bleiben. Da lediglich der Gehäuseeinschub durch Verschieben einzustellen ist, ist diese Variante mit vergleichsweise geringem Aufwand zu realisieren. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass sowohl die Spindeln als auch der Gehäuseeinschub axial verschiebbar sind, wenngleich die alleinige Einstellmöglichkeit einer der beiden Komponenten zur Umsetzung der Einstellmöglichkeit der Spaltweite ausreicht.A particularly simple and practical way to adjust the gap width results when the housing insert is conical and axially displaceable. The adjustment of the gap width can preferably be realized only by axial displacement of the housing insert, so that the spindles remain stationary. Since only the housing insert is to be adjusted by moving, this variant can be realized with comparatively little effort. In principle, however, it is also possible for both the spindles and the housing insert to be axially displaceable, although the sole adjustment of one of the two components is sufficient to implement the adjustment possibility of the gap width.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn der Gehäuseeinschub und die Spindeln denselben Konuswinkel aufweisen, um über die Länge des Profilpakets der Spindeln eine zumindest näherungsweise konstante Spaltweite zu realisieren. Der Konuswinkel kann dabei variieren, wobei vorzugsweise das Profilpaket und das Pumpengehäuse bzw. der Gehäuseeinschub den gleichen Konuswinkel aufweisen. Grundsätzlich sind jedoch auch Paarungen denkbar, bei denen das Pumpengehäuse bzw. der Gehäuseeinschub und die Spindeln zumindest leicht unterschiedliche Konuswinkel aufweisen. Dadurch sind unterschiedliche Spaltweiten an verschiedenen Stellen des Profilpakets möglich.It is particularly expedient if the housing insert and the spindles have the same cone angle in order to realize an at least approximately constant gap width over the length of the profile package of the spindles. The cone angle can vary, wherein preferably the profile package and the pump housing or the housing insert have the same cone angle. In principle, however, pairings are also conceivable in which the pump housing or the housing insert and the spindles have at least slightly different cone angles. As a result, different gap widths at different points of the profile package are possible.
Zur Erleichterung der Montage und Demontage kann es bei der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe vorgesehen sein, dass der Gehäuseeinschub zwei oder mehr Gehäuseeinschubabschnitte aufweist. Der Gehäuseeinschub kann vorzugsweise in Umfangsrichtung geteilt sein, alternativ oder zusätzlich wäre auch ein aus mehreren axial hintereinander angeordneten Gehäuseeinschubabschnitten bestehender Gehäuseeinschub denkbar.To facilitate assembly and disassembly, it may be provided in the screw pump according to the invention that the housing insert has two or more Gehäuseinschubabschnitte. The housing insert may preferably be divided in the circumferential direction, alternatively or additionally, a housing insert consisting of a plurality of housing insertion sections arranged axially one behind the other would also be conceivable.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe kann es vorgesehen sein, dass das Mittel zum Einstellen der Spaltweite ein Stellgewinde oder einen Führungszylinder aufweist. Durch das Stellgewinde wird eine Achse definiert, entlang der die Verschiebung des Pumpengehäuses, des Gehäuseeinsatzes oder der Spindeln erfolgt. Alternativ kann ein Führungszylinder vorgesehen sein, dessen Längsrichtung ebenfalls die Verschieberichtung definiert. Das Einstellen der Spaltweite kann manuell oder mittels eines elektrischen, mechanischen oder hydraulischen Antriebs erfolgen, bevorzugt wird dabei ein hydraulisch gesteuerter Kolben, ein Stellmotor oder eine Stellspindel. Sofern die Einstellung der Spaltweite lediglich bei aufgetretenem Verschleiß erfolgen soll, genügt es, z. B. ein Stellgewinde vorzusehen, das im Rahmen der Herstellung zum Einstellen der gewünschten Spaltweite benutzt wird. Wenn nach einer bestimmten Betriebszeit Verschleiß oder bei einer Viskositätsänderung eine Verschlechterung der Förderleistung festgestellt worden ist, kann mittels des Stellgewindes manuell die Spaltweite reguliert, das heißt verringert werden, um eine ähnliche Spaltweite wie bei einer neuen Pumpe zu realisieren. Andererseits ist es auch denkbar, die Spaltweite automatisch zu überwachen und einzustellen, in diesem Fall kann die Schraubenspindelpumpe einen der erwähnten Antriebe aufweisen, um die Spaltweite durch axiale Verstellung der Spindeln und/oder des Pumpengehäuses bzw. des Gehäuseeinschubs festzulegen.According to a development of the screw pump according to the invention, provision may be made for the means for adjusting the gap width to have an adjusting thread or a guide cylinder. The adjusting thread defines an axis along which the displacement of the pump housing, the housing insert or the spindles takes place. Alternatively, a guide cylinder may be provided, whose longitudinal direction also defines the direction of displacement. Adjusting the gap width can be done manually or by means of an electric, mechanical or hydraulic drive, preferably a hydraulically controlled piston, a servomotor or an adjusting spindle. If the adjustment of the gap width should be made only with occurred wear, it is sufficient, for. B. to provide a set screw, which is used in the production of adjusting the desired gap width. If, after a certain period of wear or a change in viscosity deterioration of the capacity has been found, the slot width can be manually adjusted by means of the adjusting thread, that is reduced to realize a similar gap width as in a new pump. On the other hand, it is also conceivable to automatically monitor and adjust the gap width, in this case, the screw pump may have one of the aforementioned drives to set the gap width by axial adjustment of the spindles and / or the pump housing or the housing insert.
Um eine automatische Einstellung der Spaltweite zu ermöglichen, kann das Mittel zum Einstellen der Spaltweite bei der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe wenigstens einen Sensor zum Erfassen der Spaltweite oder der Position eines einstellbaren Bauteils umfassen. Der Sensor kann entweder direkt die Spaltweite erfassen, alternativ genügt es, wenn der Sensor z. B. die Position des verschiebbaren Gehäuseeinschubs präzise erfassen kann.In order to enable automatic adjustment of the gap width, the means for adjusting the gap width in the screw pump according to the invention may comprise at least one sensor for detecting the gap width or the position of an adjustable component. The sensor can either directly detect the gap width, alternatively it is sufficient if the sensor z. B. can accurately detect the position of the sliding housing insert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Schraubenspindelpumpe eine Steuerungs- oder Regeleinrichtung aufweist oder damit gekoppelt ist, mittels der eine bestimmte Spaltweite steuer- oder regelbar ist. Die Steuerungs- oder Regeleinrichtung weist vorzugsweise wenigstens einen Sensor zum Erfassen der Spaltweite oder der Position eines einstellbaren Bauteils auf, um anhand der erfassten Spaltweite die gewünschte, festgelegte Spaltweite einzustellen.In a further embodiment of the invention, it may be provided that the screw pump has a control or regulating device or is coupled thereto, by means of a certain gap width is controlled or regulated. The control or regulating device preferably has at least one sensor for detecting the gap width or the position of an adjustable component in order to set the desired, predetermined gap width on the basis of the detected gap width.
Es wird besonders bevorzugt, dass die Regeleinrichtung zum Einstellen der Spaltweite in Abhängigkeit der Viskosität eines Fördermediums und/oder des Drucks des Fördermediums ausgebildet ist. Daneben sind weitere Regelparameter oder Einflussgrößen denkbar, beispielsweise die Art des Mediums, die Temperatur des Mediums oder die Fließgeschwindigkeit des Mediums. Es ist auch denkbar, dass die Schraubenspindelpumpe für unterschiedliche Medien eingesetzt werden soll, die unterschiedliche optimale Spaltweiten nach sich ziehen. Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Mittel zum Einstellen der Spaltweite kann die Schraubenspindelpumpe somit für jedes Fördermedium optimal eingestellt werden.It is particularly preferred that the regulating device for adjusting the gap width is formed as a function of the viscosity of a conveying medium and / or the pressure of the conveying medium. In addition, other control parameters or influencing variables are conceivable, for example the type of medium, the temperature of the medium or the flow rate of the medium. It is also conceivable that the screw pump is to be used for different media that pull different optimal gap widths. By inventively provided means for adjusting the gap width, the Screw pump thus optimally adjusted for each fluid.
Alle in dieser Anmeldung erwähnten technischen Merkmale können auch in unterschiedlichen Kombinationen Bestandteil der Erfindung sein, dies betrifft insbesondere die Lage und Ausrichtung der Konen zueinander bzw. die Anordnung der Bauteile.All of the technical features mentioned in this application can also be part of the invention in different combinations, in particular the position and orientation of the cones relative to one another or the arrangement of the components.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:Further advantages and details of the invention will be explained below with reference to embodiments with reference to the drawings. The drawings are schematic representations and show:
Die Antriebsspindel
Die in
Das Mittel zum Einstellen der Spaltweite umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Schraube
In den
In Übereinstimmung mit den vorangehenden Ausführungsbeispielen ist ein Mittel zum Einstellen der Spaltweite vorgesehen, das eine Schraube
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann ein berührungsloser Sensor vorgesehen sein, der eine Abstandsmessung bzw. eine Positionsbestimmung ermöglicht und der mit einer Regeleinrichtung verbunden sein kann. Auf diese Weise kann mittels der Regeleinrichtung eine bestimmte Spaltweite aufrechterhalten werden.In other embodiments, a non-contact sensor may be provided, which allows a distance measurement or a position determination and which may be connected to a control device. In this way, a certain gap width can be maintained by means of the control device.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Varianten möglich, beispielsweise kann der Antrieb des Mittels zum Einstellen der Spaltweite mechanisch, elektrisch oder hydraulisch realisiert sein. Es ist auch denkbar, die Spaltweite über ein schälbares Metall zu realisieren, dazu wird ein axiales Ende des Gehäuseeinschubs so weit abgetragen, bis eine gewünschte Spaltweite erreicht ist. Anschließend ist jedoch keine Verstellung in die entgegengesetzte Richtung mehr möglich.In the context of the invention, various variants are possible, for example, the drive of the means for adjusting the gap width be implemented mechanically, electrically or hydraulically. It is also conceivable to realize the gap width via a peelable metal, for this purpose, an axial end of the housing insert is removed so far until a desired gap width is reached. Subsequently, however, no adjustment in the opposite direction is possible.
Der Konuswinkel der Spindeln und des Gehäuseeinschubs kann identisch sein, es ist jedoch auch denkbar, dass die Bauteile unterschiedliche Konuswinkel aufweisen, wodurch sich ein keilförmiger Spalt einstellt. Dieser Effekt kann genutzt werden, um eine Durchbiegung der Spindeln zu berücksichtigen.The cone angle of the spindles and the housing insert can be identical, but it is also conceivable that the components have different cone angles, whereby a wedge-shaped gap is established. This effect can be used to account for deflection of the spindles.
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