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HINTERGRUND
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Fluidzirkulationssystem. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Fluidzirkulationssystem zum Rückführen von Fluid ohne die Verwendung einer eigens vorgesehenen Pumpvorrichtung.
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KURZDARSTELLUNG
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Bei einer Ausführungsform stellt die Offenbarung ein Fluidzirkulationssystem bereit, das zum Zirkulieren eines Fluids von einem Fluidtank zu einer Maschine und zurück zum Fluidtank konfiguriert ist. Das Fluidzirkulationssystem umfasst eine erste Fluidpumpvorrichtung mit einem Pumpeneinlass und einem Pumpenauslass. Der Einlass steht mit dem Fluidtank in Verbindung. Das System umfasst des Weiteren ein Gehäuse für die zumindest teilweise Unterbringung der Maschine. Das Gehäuse steht mit dem Pumpenauslass in Verbindung. Darüber hinaus ist eine Rückführleitung dahingehend positioniert, einen Fluidstrom vom Gehäuse zum Fluidtank zu gestatten. Das System umfasst ferner eine Luftzufuhrvorrichtung, die zum Einlassen von Luft in das Fluid konfiguriert ist. Das Fluidzirkulationssystem weist keine zweite Fluidpumpvorrichtung auf.
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Bei einer weiteren Ausführungsform stellt die Offenbarung ein Fluidzirkulationssystem bereit, das zum Zirkulieren eines Fluids von einem Fluidtank zu einer Maschine und zurück zum Fluidtank konfiguriert ist. Das Fluidzirkulationssystem umfasst eine Fluidpumpvorrichtung mit einem Pumpeneinlass und einem Pumpenauslass. Der Einlass steht mit dem Fluidtank in Verbindung. Es ist ein Gehäuse für die zumindest teilweise Unterbringung der Maschine vorgesehen. Das Gehäuse steht mit dem Pumpenauslass in Verbindung. Das System umfasst des Weiteren eine erste Leitung, die dazu konfiguriert ist, einen Fluidstrom von dem Pumpenauslass zum Gehäuse zu gestatten. Eine Rückführleitung ist dazu konfiguriert, Fluidstrom von dem Gehäuse zum Fluidtank zu gestatten. Des Weiteren ist eine Luftzufuhrvorrichtung an der ersten Leitung positioniert. Eine zweite Leitung ist zwischen der Luftzufuhrvorrichtung und einer Luftquelle gekoppelt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform stellt die Offenbarung ein Verfahren zum Zirkulieren von Fluid von einem Fluidtank zu einer Maschine und zurück zum Fluidtank bereit. Das Verfahren umfasst Bewegen des Fluids vom Fluidtank zu einem Gehäuse, das zumindest teilweise die Maschine enthält, und Zuführen von Luft in das Fluid, während sich das Fluid zum Gehäuse bewegt. Das Verfahren umfasst des Weiteren Trennen der Luft von dem Fluid bei Eintritt des Fluids in das Gehäuse und dadurch Erhöhen eines Innendrucks in dem Gehäuse. Des Weiteren umfasst das Verfahren Schmieren von Teilen der Maschine mit dem Fluid in dem Gehäuse und Heraustreiben des Fluids aus dem Gehäuse zu dem Fluidtank mit dem Innendruck.
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Weitere Aspekte der Offenbarung werden bei Betrachtung der detaillierten Beschreibung und beiliegenden Zeichnungen offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Fluidzirkulationssystems mit einer Luftzufuhrvorrichtung.
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2 ist eine schematische Darstellung eines anderen Fluidzirkulationssystems mit der Luftzufuhrvorrichtung von 1.
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3 ist eine schematische Darstellung eines Fluidzirkulationssystems mit einer anderen Luftzufuhrvorrichtung.
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4 ist eine schematische Darstellung eines Fluidzirkulationssystems mit noch einer anderen Luftzufuhrvorrichtung.
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5 ist eine schematische Darstellung eines Fluidzirkulationssystems mit mehreren Gehäusen und einer Luftzufuhrvorrichtung.
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6 ist eine schematische Darstellung eines anderen Fluidzirkulationssystems mit mehreren Gehäusen und einer Luftzufuhrvorrichtung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Vor der detaillierten Erläuterung von Ausführungsformen soll angemerkt werden, dass die Offenbarung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung von Komponenten, die in der folgenden Beschreibung aufgeführt oder in den folgenden Zeichnungen dargestellt werden, beschränkt ist. Die Offenbarung kann eine Basis für andere Ausführungsformen sein und verschiedenartig in die Praxis umgesetzt oder durchgeführt werden.
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1 und 2 stellen schematisch ein Fluidzirkulationssystem 10 zum Zirkulieren eines Fluids 12 (z. B. Öl oder ein anderes Schmier-/Kühlmedium) von einem Fluidtank 18 zu Maschinen, wie z. B. einer Hubkolbenmaschine oder Drehmaschine (z. B. einem Motor oder einer Kraftmaschine) oder einer anderen Maschine, die Schmierung oder Kühlung erfordert, die zumindest teilweise in einem Gehäuse 14 eingeschlossen ist, um einen Innendruck aufrechterhalten, dar. Das Fluidzirkulationssystem 10 kann eine oder mehrere Fluidpumpvorrichtungen 22 umfassen. Wie veranschaulicht wird, sind eine Fluidpumpvorrichtung 22 (d.h., eine Pumpe) und eine Luftzufuhrvorrichtung 26 zwischen dem Fluidtank 18 und dem Gehäuse 14 positioniert. Die Pumpe 22 weist eine Saugseite 30 mit einem Einlass und eine Auslassseite 34 mit einem Auslass auf. Eine Einlassleitung oder ein Einlassrohr 38 verbindet den Fluidtank 18 mit der Saugseite 30 der Pumpe 22. Eine Auslassleitung oder ein Auslassohr 42 erstreckt sich zwischen der Auslassseite 34 der Pumpe 22 und dem Gehäuse 14. Eine Rückführleitung oder ein Rückführungsohr 46 verbindet das Gehäuse 14 mit dem Fluidtank 18 und umfasst eine Rückstromverhinderungsvorrichtung oder ein Rückschlagventil 50.
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Der Fluidtank 18 definiert ein Volumen, das zum Teil mit dem Fluid 12 und zum Teil mit Luft gefüllt ist, und umfasst einen Einlass 64, der mit der Rückführleitung 46 in Verbindung steht, und einen Auslass 68, der mit der Einlassleitung 38 in Verbindung steht.
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Die Luftzufuhrvorrichtung 26, die in Form einer venturiartigen Düse vorliegen kann, ist in der Auslassleitung 42 positioniert und steht mit dem Fluidtank 18 über eine Nebenleitung 72, die mit einer Rückstromverhinderungsvorrichtung oder einem Rückschlagventil 76 konfiguriert ist, in Verbindung. Nebenleitung 72 koppelt die Luftzufuhrvorrichtung 26 mit Luft im Fluidtank 18. Alternativ dazu kann die Leitung 72 mit einer eigenständigen Quelle von reiner trockener Luft gekoppelt sein. Bei der Ausführungsform von 1 und 2 umfasst die Luftzufuhrvorrichtung 26, als eine herkömmliche venturiartige Düse, einen Einlass, einen Auslass und eine Verengung dazwischen mit einem Saugkanal zur Verbindung mit der Leitung 72.
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Das Gehäuse 14 weist einen Einlass 124, der mit der Auslassleitung 42 in Verbindung steht, und einen Auslass 128, der mit der Rückführleitung 46 in Verbindung steht, auf. Bei der Ausführungsform von 1 ist der Einlass 124 allgemein bei einem oberen Teil 132 des Gehäuses 14 oder in der Nähe davon positioniert, und der Auslass 128 ist bei einem unteren Teil 136 des Gehäuses 14 oder in der Nähe davon auf einer Höhe H über einer Gehäusebasis 138 positioniert; die Bedeutung dessen wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.
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Bei Betrieb saugt die Pumpe 22 Fluid 12 durch den Auslass 68 des Fluidtanks 18 in die erste Leitung 38. Die Pumpe 22 verstärkt den Fluiddruck und leitet das Fluid 12 zur Auslassleitung 42. Bei Eintritt des Fluids 12 in den Einlass der Luftzufuhrvorrichtung reduziert die Luftzufuhrvorrichtung 26 den statischen Druck des Fluids 12 bei der Verengung, wie allseits bekannt ist. Das Niederdruckfluid 12 leitet Umgebungsluft vom Fluidtank 18 (oder von einer anderen Quelle) in und durch die Leitung 72, wo sie zur Bildung eines Luft-Fluid-Gemischs in das vorbeiströmende Fluid 12 eingetragen wird. In der Vorrichtung 26 gewinnt das Luft-Fluid-Gemisch einen Teil des verlorenen statischen Drucks wieder und strömt zum Einlass 124 des Gehäuses 14.
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Bei Eintritt des Luft-Fluid-Gemischs in das Gehäuse 14 wird die eingetragene Luft aus dem Fluid entfernt und sammelt sich, aufgrund einer Dichtedifferenz, im oberen Teil 132 des Gehäuses 14 an, während das Fluid 12 die rotierenden Komponenten schmiert und/oder kühlt und sich im unteren Teil 136 ansammelt. Bei Eintritt zusätzlicher Luft mit dem einströmenden Luft-Fluid-Gemisch in das Gehäuse 14 steigt der Druck im Gehäuse 14, wodurch das Gehäusevolumen und entsprechend das angesammelte Fluid 12 mit Druck beaufschlagt wird. Sobald der Innendruck im Gehäuse 14 ein ausreichendes Niveau erreicht hat, wird das angesammelte Fluid durch den Auslass 128 aus dem Gehäuse 14 heraus und in die Rückführleitung 46 getrieben. Insbesondere sammelt sich das Fluid 12, wenn der Auslass 128 auf einer Höhe H über der Basis 138 positioniert ist, in dem Gehäuse 14, bis es die Höhe H erreicht, an welchem Punkt es bei ausreichendem angelegtem Druck gegen den Gegendruck in der Rückführleitung 46 durch den Auslass 128 gedrückt wird. Bei einigen Ausführungsformen kann der Auslass 128 mit einem Tauchrohr in dem Gehäuse 14, das sich in einer Länge kleiner gleich der Höhe H vom Auslass 128 nach unten erstreckt, verbunden sein. Alternativ dazu kann der Auslass 128 an der Basis 138 des Gehäuses 14 positioniert sein, wie in 2 dargestellt wird.
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Bei jeglicher Konfiguration gibt die Beziehung zwischen 1) dem in der Rückführleitung 46 vorliegenden Gegendruck (eine Funktion von allgemein der Höhe D des Tanks 18 über dem Auslass 128 und anderer Faktoren, die dem Fachmann bekannt sind), 2) der Höhe H des Auslasses (oder der Öffnung eines Tauchrohrs) bezüglich des Pegels des im unteren Teil 136 angesammelten Fluids, und 3) des in dem Gehäuse 14 entstandenen Drucks, der durch das Einführen von Luft erzeugt wird, die Bedingungen vor, unter denen das angesammelte Fluid 12 beginnt, in der Rückführleitung 46 zurück zum Fluidtank 18 zu strömen. Beispielsweise kann der Auslass 128 bei einer Ausführungsform an der Basis 138 des Gehäuses 14 positioniert sein (siehe z. B. 2), jedoch sammelt sich Fluid 12 zunächst in dem unteren Teil 136 und wird nur aus dem Gehäuse 14 getrieben, wenn der durch das Einführen und Ansammeln von Luft in dem Gehäuse 14 entstandene Druck den Gegendruck in der Rückführleitung 46 übersteigt. Bei einigen Anwendungen kann der im Gehäuse 14 entstandene Druck über 5 psig betragen, und kann insbesondere über 10 psig betragen, und/oder kann im Bereich von ungefähr 5 bis 15 psig liegen. Die beim Betrieb durch die Düse 26 eingeleitete Luft kann weniger als zehn Standardkubikfuß pro Stunde betragen und kann insbesondere im Bereich von ungefähr 7–10 Standardkubikfuß pro Stunde liegen.
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Das zum Fluidtank 18 zurückgeführt Fluid 12 verbleibt zur Rezirkulation im Fluidtank 18, und ein Fluidkühler oder eine andere Fluidkonditionierungsvorrichtung (nicht gezeigt) kann mit oder ohne den Tank 18 zur Behandlung des Fluids 12 verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Fluidzirkulationssystem 10 nur eine Fluidpumpvorrichtung 22, und das System schließt die Rezirkulation des Fluids 12 durch die Erzeugung von Druck in dem Gehäuse 14 als eine Antriebskraft und ohne die Verwendung einer separaten Antriebsvorrichtung (z. B. einer Rückförderpumpe oder Saugpumpe) in der Rückführleitung 46 oder in dem Gehäuse 14 und auch ohne einen auf Schwerkraft basierenden Ablauf ab. Solch ein System bietet durch weniger zur Zirkulation des Fluids erforderliche bewegte Teile reduzierte Installations- und Wartungskosten. Darüber hinaus reduziert das Abführen des Fluids aus dem Gehäuse 14, so wie es hier erörtert wird, fluidbezogene Widerstandsverluste im System 10 (d.h., Verluste aufgrund der zumindest teilweisen Bewegung von Hubkolben- oder Drehmaschinen in einer Fluidansammlung). Bei anderen Ausführungsformen kann das Fluidzirkulationssystem 10 mehrere Fluidpumpvorrichtungen 22 umfassen.
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Es können andere Luftzufuhrtechniken zur Einführung von Luft in den Fluidstrom eingesetzt werden. Mit Bezug auf 3 dient ein mit der Auslassleitung 42 auf der Auslassseite 34 der Pumpe 22 in Verbindung stehender Verdichter 200 als eine alternative Luftzufuhrvorrichtung. Quellluft für den Verdichter 200 kann aus der Luft im Fluidtank 18 gemäß der Darstellung oder aus einer anderen Quelle bezogen werden. Bei einem Druck, der über dem statischen Druck in der Auslassleitung 42 liegt, verdichtete Luft kann in das Fluid 12 eingeführt oder anderweitig verteilt werden, um das zuvor beschriebene Luft-Fluid-Gemisch zu erzeugen.
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Bei anderen Ausführungsformen kann Luft auf der Saugseite 30 der Pumpe 22 in die Einlassleitung 38 zugeführt werden. Beispielsweise und gemäß der Darstellung in 4 kann sich eine separate Leitung 204 vom Fluidtank 18 oder einer anderen Luftquelle zu einer Stelle in der Nähe des Einlasses der Pumpe 22 erstrecken, deren Druck beim Betrieb niedrig genug ist, um eine Strömung von der Luftquelle herbeizuführen. Bei einigen Anwendungen kann in Abhängigkeit von dem an der Pumpe zur Verfügung stehenden Einlassdruck und im Hinblick auf mögliche Pumpbetriebprobleme (z. B. Kavitationsbedenken) eine venturiartige Düse auf der Saugseite 30 der Pumpe 22 positioniert sein. Mehrere Luftzufuhrvorrichtungen können somit dazu konfiguriert sein, dem Fluid 12 auf der Saugseite 30 oder auf der Auslassseite 34 der Pumpe 22 Luft zuzuführen, um das oben beschriebene Luft-Fluid-Gemisch zu erzeugen.
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Abgesehen von dem unterschiedlichen Einleiten von Luft in das Fluid 12 läuft der Betrieb der Systeme von 3 und 4 jedoch wie oben mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben wird.
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Bei anderen Ausführungsformen (5 und 6) kann die Hubkolben- oder Drehmaschine Leistung an einen Getriebezug oder eine andere drehzahlreduzierende Vorrichtung abgeben, so dass das Gehäuse 14 mit einem zweiten Gehäuse 208 gekoppelt oder verbunden ist. Beispielsweise könnte das zweite Gehäuse 208 eine Planetenradanordnung (nicht gezeigt) umfassen. Obgleich dies in 5 und 6 nicht dargestellt wird, erstreckt sich eine Antriebswelle zwischen dem Gehäuse 14 und dem zweiten Gehäuse 208 zur Leistungsübertragung zwischen den darin enthaltenen Vorrichtungen. Eine Hochdruckdichtung 210 dichtet das Gehäuse 14 gegen das zweite Gehäuse 208 ab und reduziert ein Ausströmen des Fluids 12 aus dem Gehäuse 14 in das zweite Gehäuse 208.
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Bei der Ausführungsform von 5 steht die in der Auslassleitung 42 positionierte Luftzufuhrvorrichtung 26 über eine Nebenleitung 212, die sich entweder direkt oder über ein separat verbundenes Tauchrohr 216, das am Auslass 220 befestigt ist, in das Gehäuse 208 erstreckt, mit dem zweiten Gehäuse 208 in Verbindung. Das Tauchrohr ist um eine Länge (H‘) von der Basis 230 des Gehäuses 208 positioniert, was einem maximalen Sollfluidpegel im Gehäuse 208 entspricht. Eine zusätzliche Leitung 234 koppelt die Luft im Fluidtank 18 (oder in einer anderen Luftquelle) durch einen Einlass 238 mit dem Inneren des zweiten Gehäuses 208.
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Beim Betrieb des Systems von 5 wird erwartet, dass Fluid 12 aus dem Hochdruckgehäuse 14 austreten und sich im Gehäuse 208 ansammeln kann. Der bei der Verengung der Vorrichtung 26 entstandene Niederdruck leitet einen Teil des Inhalts (der sowohl Fluid 12 als auch Luft umfassen kann) des zweiten Gehäuses 208 durch die Leitung 212 oder das Tauchrohr 216 in die Vorrichtung 26 und in die Auslassleitung 42 ein, wo er in das vorbeiströmende Fluid 12 eingetragen wird, um ein Luft-Fluid-Gemisch zu bilden. Insbesondere sammelt sich bei einer Positionierung des Tauchrohrs 216 bei der Höhe H‘ über der Basis 230 Fluid 12 in dem zweiten Gehäuse 208 an, bis es die Höhe H‘ erreicht, an welchem Punkt es durch Ansaugung effektiv beseitigt oder aus dem zweiten Gehäuse 208 entfernt und letztlich durch die Luftzufuhrvorrichtung 26 wieder dem Zirkulationssystem zugeführt wird. Das aus dem Gehäuse 208 entfernte Volumen an Fluid/Luft wird durch die Leitung 234 durch Luft ersetzt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform (6) teilt sich die Auslassleitung 42 stattdessen stromabwärts der Vorrichtung 26 und tritt in beide Gehäuse 14 und 208 ein, wobei das Gehäuse 208 nun zum Halten eines Innendrucks abgedichtet ist. Eine Auslassleitung 250, 254 aus jedem Gehäuse 14, 208 umfasst eine separate Rückstromverhinderungsvorrichtung oder ein separates Rückschlagventil 258 bzw. 262 und verbindet jedes jeweilige Gehäuse 14, 208 mit der Rückführleitung 46. Der Auslass 220 kann auch mit Bezug auf 6 an der Basis 230 des Gehäuses 208 positioniert sein, bei anderen Ausführungsformen kann der Auslass 220 jedoch zwischen einem oberen Teil 266 und einem unteren Teil 270 auf einer Höhe über der Basis 230 (z. B. Höhe H“) mit einer Konfiguration, die der des in 1 dargestellten Auslasses 128 des Gehäuses 14 ähnlich ist, positioniert sein.
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Der Betrieb des Systems von 6 ist ähnlich dem oben mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen (im Hinblick auf die Hubkolben- oder Drehmaschinen und den gekoppelten Getriebezug von 5), mit der Ausnahme, dass das Luft-Fluid-Gemisch in beide Gehäuse 14, 208 eintritt, wo, wie zuvor beschrieben wird, ein erhöhter Druck entwickelt wird, um das Fluid 12 gegen den Gegendruck in der Rückführleitung 46 aus den Gehäusen 14, 208 herauszutreiben. Das System muss nicht so konfiguriert sein, dass in jedem der Gehäuse 14, 208 derselbe Druck entwickelt wird.
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Verschiedene Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind in den folgenden Ansprüchen aufgeführt.
