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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung ist eine nicht provisorische Anmeldung der anhängigen provisorischen U.S. Patentanmeldung Nr. 62/032,848, von Duncan et al. unter dem Titel ”Dual Integrated Organic Working Fluid Pump” eingereicht am 4. August 2014, deren Gesamtheit durch Bezugnahme Bestandteil hiervon wird.
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Gebiet der Offenbarung
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Die Offenbarung steht im Allgemeinen in Verbindung mit Verdrängerpumpen, insbesondere auf eine verbesserte Saugkraftsteigerungsanordnung für eine Innenzahnradpumpe mit Sichel.
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Hintergrund der Offenbarung
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Beim Pumpen von Flüssigkeiten mit einem hohen Dampfdruck, insbesondere von Kältemitteln in organischen Rankine-Zyklen und Kältekreisläufen, können bei CIG-Pumpen (Innenzahnradpumpen mit Sichel) Probleme mit Hohlraumbildung auftreten, die durch einen nicht ausreichenden Einlassdruck verursacht werden. Um die Anforderungen an eine Pumpenleistung zu erfüllen, weisen CIG-Pumpen häufig Beschränkungen bei der Drehzahl oder der Höhe, in welche die CIG-Pumpe die Flüssigkeit befördern kann, auf. Eine Lösung ist es, den Einlassdruck in die CIG-Pumpe zu steigern, so dass sie ohne eine Hohlraumbildung betrieben werden kann. Herkömmlich muss das gesamte System unter Bezugnahme auf die Position der CIG-Pumpe entworfen werden, um vor den Voraussetzungen für eine Hohlraumbildung zu schützen. Häufig ist es erforderlich, dass eine zweite, eigenständige Pumpe in einem unteren Bereich des Systems angebracht werden muss, um eine Drucksteigerung bei niedrigem Druck in den CIG-Pumpeneinlass zur Verfügung zu stellen.
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Ein Entweichen von Kältemittel in die Umgebung zu verhindern ist ein Hauptanliegen unter Umwelt- und Betriebsaspekten. Traditionelle mechanische Dichtungen und Lippendichtungen sind häufig unzuverlässig, was deutlich wird an der geringen Menge eines Austretens, das seitens der Behörden erlaubt ist. Eine herkömmliche Lösung für derartige Dichtungsprobleme ist es, einen Magnetantrieb zu verwenden, was das Erfordernis für eine Dichtung zwischen der Antriebswelle und dem Pumpengehäuse beseitigt. Magnetantriebe, die mit hohen Drehzahlen betrieben werden, weisen allerdings einen anderen Nachteil auf, nämlich Hitze. Wenn Magnetantriebe verwendet werden, wird Wärmeenergie erzeugt, und da die Wärmeenergie sich staut, wird der Antrieb weniger effizient. In einigen Fällen macht die von dem Antrieb erzeugte Wärmeenergie die Vorteile des Antriebs zunichte und kann ein Versagen des Antriebs zur Folge haben.
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Darüber hinaus, wenn Pumpen in Anwendung gebracht werden, um den Einlassdruck in eine CIG-Pumpe zu steigern, sind derartige Steigerungspumpen als ein komplett separates Pumpensystem zur Verfügung gestellt, einschließlich Rohren/Schläuchen, Anschlussstücken und dergleichen. Des Weiteren ist es wichtig, bei einer Verwendung von Steigerungspumpen sicher zu stellen, dass der Steigerungspumpe ein ausreichender Einlassdruck zur Verfügung gestellt wird, um eine Hohlraumbildung und Schäden an der Steigerungspumpe zu verhindern.
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Wenn keine separate Steigerungspumpe in Anwendung gebracht wird, muss das System derart entworfen sein, dass die CIG-Pumpe sich am niedrigsten Punkt in dem System befindet, um den Einlassdruck zu maximieren. Häufig ist dies aber nicht genug, und die CIG-Pumpe ist für die Anwendung nicht ausreichend.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Im Hinblick auf die Defizite beim Stand der Technik wäre es wünschenswert, eine Zentrifugalpumpe zur Verfügung zu stellen, um eine CIG-Pumpe zu versorgen, wobei die Pumpelemente der beiden Pumpen an einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Bei der offenbarten Anordnung sind die Pumpenräder derart entworfen, dass der Druckabfall an dem Einlass minimal ist, so dass das Produkt weniger anfällig für eine Hohlraumbildung am Einlass zu dem Pumpenrad ist.
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Dem entsprechend zeigt die Offenbarung eine verbesserte Anordnung, um den Einlassdruck in eine CIG-Pumpe effizient zu steigern, insbesondere wenn die CIG-Pumpe zum Pumpen von organischen Arbeitsflüssigkeiten in Anwendung gebracht wird.
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Die offenbarte Pumpe kann einen integrierten Zentrifugalpumpenabschnitt und einen CIG-Pumpenabschnitt, die eine gemeinsame Antriebswelle, ein gemeinsames Gehäuse und einen gemeinsamen Anschluss haben, umfassen. Der Zentrifugalpumpenabschnitt kann den Einlassdruck für den CIG-Pumpenabschnitt steigern. Die Pumpe kann dazu konfiguriert sein, mit Kältemitteln verwendet zu werden, aber sie kann auch Anwendung finden beim Pumpen einer Vielzahl von Flüssigkeiten, was ein durchschnittlicher Fachmann zu schätzen wissen wird. Die Kombination von zwei Pumpelementen an einer einzelnen Welle führt dazu, die Gesamtkosten im Vergleich zu zwei separaten Pumpen zu senken. Sie kann darüber hinaus unnötige Leitungsverluste und Defizite verringern. Da die Drehzahlsteuerung beider Pumpen auf einer gemeinsamen Welle erfolgen kann, wird die Ausgangsleistung des Zentrifugalpumpenabschnitts automatisch angepasst, um genau den gewünschten Steigerungsdruck für den CIG-Abschnitt zuzuführen, anstatt zu viel unnötigen Druck zuzuführen, wie es bei bisherigen Systemen der Fall sein kann. Dies verbessert die Effizienz des Systems und verringert den für das System erforderlichen Energieverbrauch.
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Im Vergleich zu bisherigen Systemen, bei denen ein separates Pumpensystem verwendet wird, um den Einlassdruck für eine CIG-Pumpe zu steigern, weist der offenbarte Entwurf mehrere Vorteile auf. Zunächst kann die integrierte Pumpe sehr viel kleiner und kompakter sein, wodurch sie weniger Platz beansprucht und weniger Teile benötigt. Die integrierte Pumpe kann daher kostengünstiger sein als das zur Verfügung Stellen von zwei separaten Pumpen. Auch kann die integrierte Pumpe effizienter und robuster als zwei separate Pumpensysteme sein. Darüber hinaus senkt die Kombination von zwei Pumpelementen an einer einzelnen Welle die Gesamtkosten im Vergleich zu zwei separaten Pumpen. Dies verringert außerdem unnötige Leitungsverluste und Defizite. Da die Drehzahlsteuerung für beide Pumpen auf einer gemeinsamen Welle ist, kann die Ausgangsleistung des Zentrifugalpumpenabschnitts automatisch angepasst werden, um genau den gewünschten Steigerungsdruck für den CIG-Pumpenabschnitt zuzuführen, anstatt zu viel unnötigen Druck zuzuführen. Dies verbessert die Effizienz des Systems und verringert den für das System erforderlichen Energieverbrauch.
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Auch wenn die Beschreibung in Bezug auf einen Zentrifugalpumpenabschnitt zur Drucksteigerung an dem Einlass eines CIG-Pumpenabschnitts fortgeführt wird, ist die Tatsache zu würdigen, dass die offenbarte Pumpe einen Zentrifugalpumpenabschnitt in Kombination mit anderen Arten von Verdrängerpumpen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Innenzahnradpumpen, Außenzahnradpumpen und Schraubenpumpen, umfassen kann.
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Eine Kühlung der Magnetkupplung kann durch eine Übertragung der Wärmeenergie auf die durch die Pumpe fließende Arbeitsflüssigkeit erreicht werden. Dies verhindert ein Überhitzen der Antriebskupplung und bietet zugleich ein System ohne Undichtigkeiten.
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Die integrierte Pumpe kann auch verwendet werden, um andere Flüssigkeiten außer Kältemitteln zu handhaben. Die Pumpe kann zum Beispiel mit Brennstoffölen, Alkohol, Schmierölen und anderen derartigen Flüssigkeiten verwendet werden. Die Pumpe kann Flüssigkeiten aufnehmen, für die der Einlassdruck in die CIG-Pumpe allein nicht ausreichend ist, um die Pumpe zu füllen, wodurch eine Hohlraumbildung verursacht wird. Dieses Konzept kann auch bei Flüssigkeiten mit einer höheren Viskosität angewendet werden. In gleichem Maße, wie die Viskosität sich erhöht, muss typischerweise die Betriebsdrehzahl von Zahnradpumpen verringert werden. Dies liegt daran, dass die Flüssigkeit eventuell nicht schnell genug in den Zahnradsatz fließen kann, um die Zahnradpumpe ordnungsgemäß zu füllen. Der offenbarte Entwurf kann es der Pumpe ermöglichen, Produkte mit einer viel höheren Viskosität zu pumpen, ohne dabei die Pumpendrehzahl verringern zu müssen, so dass kleinere Pumpen verwendet werden können, um die gleiche Strömungsmenge wie eine herkömmliche, größere Pumpe zu bewegen.
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Offenbart wird eine Pumpe, die ein Gehäuse umfasst, das wenigstens einen ersten Pumpenabschnitt und einen zweiten Pumpenabschnitt umschließt. Der erste Pumpenabschnitt und der zweite Pumpenabschnitt können an eine gemeinsame Antriebswelle gekoppelt werden. Bei der Drehbewegung der gemeinsamen Antriebswelle kann der erste Pumpenabschnitt veranlassen, dass ein erster Flüssigkeitsdruck sich zu einem zweiten Flüssigkeitsdruck verändert, mit einem Flüssigkeitsauslass unter dem zweiten Flüssigkeitsdruck. Bei der Drehbewegung der gemeinsamen Antriebswelle kann der zweite Pumpenabschnitt veranlassen, dass der zweite Flüssigkeitsdruck sich zu einem dritten Flüssigkeitsdruck verändert. Der zweite Pumpenabschnitt kann einen Flüssigkeitseinlass aufweisen, und der Flüssigkeitseinlass kann unter dem zweiten Flüssigkeitsdruck sein und in Flüssigkeitsverbindung mit dem Flüssigkeitsauslass des ersten Pumpenabschnitts stehen.
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Offenbart wird ein Verfahren zur Steuerung eines Einlassdrucks einer Pumpe, wobei das Verfahren umfasst: Drehen einer Antriebswelle, die mit einem ersten Pumpenabschnitt und einem zweiten Pumpenabschnitt gekoppelt ist, wobei der erste Pumpenabschnitt und der zweite Pumpenabschnitt von einem gemeinsamen Gehäuse umschlossen sind, und Bewegen einer Flüssigkeit durch den ersten Pumpenabschnitt und den zweiten Pumpenabschnitt. Die Flüssigkeit kann mit einem ersten Flüssigkeitsdruck in den ersten Pumpenabschnitt hinein fließen, und kann den ersten Pumpenabschnitt mit einem zweiten Flüssigkeitsdruck verlassen. Die Flüssigkeit kann mit dem zweiten Flüssigkeitsdruck in den zweiten Pumpenabschnitt hinein fließen, und kann den zweiten Pumpenabschnitt mit einem dritten Flüssigkeitsdruck verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Als Beispiel wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine spezifische Ausführungsform der offenbarten Vorrichtung beschrieben:
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ist ein Diagramm eines beispielhaften organischen Rankine-Zyklus, das die Position der offenbarten Pumpe illustriert;
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ist eine Endansicht einer Pumpe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung;
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ist eine Querschnittsansicht der Pumpe von entlang der 3-3-Linie von ;
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ist eine Querschnittsansicht der Pumpe von entlang der 4-4-Linie von ;
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ist eine Querschnittsansicht der Pumpe von entlang der 5-5-Linie von ;
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ist eine Querschnittsansicht der Pumpe von , die beispielhafte Druckbereiche innerhalb der Pumpe illustriert;
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ist eine Querschnittsansicht der Pumpe von die beispielhafte Auslassströmungen und Druckbereiche innerhalb des CIG-Abschnitts der Pumpe illustriert;
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ist eine Querschnittsansicht der Pumpe von , die beispielhafte Strömungswege durch die Magnetkupplung illustriert;
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ist eine Endansicht einer Pumpe gemäß eines anderen Aspektes der Offenbarung; und
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ist eine Querschnittsansicht der Pumpe von entlang der 10-10-Linie von .
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Detaillierte Beschreibung
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Offenbart wird eine Pumpe, die ein zentrifugales Steigerungselement und eine CIG-Pumpe an einer gemeinsamen Welle und in einem gemeinsamen Gehäuse umfasst. Der Auslassdurchgang für das zentrifugale Pumpelement ist gemeinsam mit dem Einlassdurchgang für die CIG-Pumpe. Das zentrifugale Element ist derart konfiguriert, dass ein Druckabfall an dem Einlass zu dem Zentrifugalpumpenabschnitt minimal ist, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Hohlraumbildung an diesem Abschnitt verringert wird. Dies bietet einem Systementwickler eine höhere Flexibilität bei der Bestimmung, wo in dem System die Einheit angebracht werden kann, ohne dass es erforderlich ist, die CIG-Pumpe an dem niedrigsten Punkt in dem System anordnen zu müssen. Die Tatsache, dass beide Pumpelemente (d. h. Zentrifugal- und CIG-Pumpe) an einer gemeinsamen Welle angebracht sind, verringert Unzulänglichkeiten, die bei bisherigen Systemen, bei denen für jede Pumpe separate Antriebe verwendet werden, auftreten. Darüber hinaus werden dabei kritische Leitungsverluste im Zusammenhang mit Rohrleitungen und Rohrbiegungen zwischen Steigerungspumpe und CIG-Pumpe beseitigt. Des Weiteren ermöglicht eine gemeinsame Antriebswelle, den Steigerungsdruck für die CIG-Pumpe automatisch anzupassen. Das heißt, die Drehzahl der CIG-Pumpe erhöht sich, die Drehzahl der Steigerungspumpe erhöht sich ebenfalls, und dadurch wird nur in minimalen Maße Energie verschwendet durch einen unnötigen Druckstau. Die Einsparungen bei der Effizienz und der Energie sind in jedem organischen Pumpensystem ein wichtiger Faktor, da der Hauptzweck dieser Systeme der ist, verschwendete Energie zurückzuführen und als nutzbare Energie zurückzugeben.
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Im Allgemeinen strömt die Arbeitsflüssigkeit in einen Zentrifugalpumpenabschnitt 16 der Pumpe 2 (siehe z. B. ) mit einem Druck, der zu niedrig ist für den CIG-Pumpenabschnitt 14 (d. h. es tritt ein signifikanter Druckabfall an dem Einlassabschnitt zu einem CIG-Pumpenabschnitt, der den Zahnradsatz mit Flüssigkeit füllen soll, auf). Allerdings wird der Druck erhöht, während die Flüssigkeit durch den Zentrifugalpumpenabschnitt 16 fließt. Die unter Druck stehende Flüssigkeit strömt dann durch den Auslass 32 des Zentrifugalpumpenabschnitts 16 in den Einlass 34 des CIG-Pumpenabschnitts 14. Der Druck an dem Einlass 34 des CIG-Pumpenabschnitts 14 ist nun über dem erforderlichen Netto-Einlassdruck (NIPR, Net Inlet Pressure Required), so dass an dem CIG-Pumpenabschnitt 14 keine Hohlraumbildung auftritt. Die Flüssigkeit verlässt die Pumpe 2 an dem Auslassöffnung 50 des CIG-Pumpenabschnitts 14 mit von dem System erforderlicher Strömung und Druck. In dem Maße wie die Drehzahl des CIG-Pumpenabschnitts 14 sich erhöht, erhöht sich auch der Bedarf nach einem höheren Einlassdruck für den CIG-Pumpenabschnitt. Da der Zentrifugalpumpenabschnitt 16 an derselben Antriebswelle 22 wie der CIG-Pumpenabschnitt 14 angeordnet ist, erhöht sich auch dessen Drehzahl, wodurch sich der Auslassdruck und die Strömung des Zentrifugalpumpenabschnitts erhöhen. Auf diese Art und Weise kann die Ausgangsleistung des Zentrifugalpumpenabschnitts 16 mit dem Einlassbedarf für den CIG-Pumpenabschnitt 14 mithalten.
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Auch wenn die Beschreibung in Bezug auf einen Zentrifugalpumpenabschnitt 16 zur Drucksteigerung an dem Einlass eines CIG-Pumpenabschnitts 14 fortgeführt wird, ist die Tatsache zu würdigen, dass die offenbarte Pumpe 2 einen Zentrifugalpumpenabschnitt in Kombination mit anderen Arten von Verdrängerpumpen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Innenzahnradpumpen, Außenzahnradpumpen und Schraubenpumpen, umfassen kann.
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Unter Bezugnahme auf , eine schematische Ansicht eines beispielhaften organischen Rankine-Zyklus 1, wird die Position der offenbarten Pumpe 2 im Zusammenhang mit einem Verdampfer 4, einem Expander 6 und einem Kondensator 8 gezeigt. Obwohl die Pumpe 2 im Zusammenhang mit einem organischen Rankine-Zyklus dargestellt wird, ist die Tatsache zu würdigen, dass ihre Verwendung nicht darauf beschränkt ist, sondern dass die Pumpe in einer Vielzahl von anderen Anwendungen Verwendung finden kann. In der illustrierten Ausführungsform ist die Pumpe 2 dargestellt, wie sie dem Verdampfer 4 unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit zuführt, welcher dann die Arbeitsflüssigkeit verdampft und sie dem Expander 6 zuführt. Die Arbeitsflüssigkeit strömt von dem Expander 6 zu einem Kondensator 8, wo sie kondensiert wird und dem Einlass der Pumpe 2 zugeführt wird.
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ist eine Endansicht der offenbarten Pumpe 2 und zeigt ein erstes Ende 10 der Pumpe. Ein Magnetkupplungsabschnitt 12 ist an dem ersten Ende 10 angeordnet, um der Pumpe 2 eine Drehbewegung zur Verfügung zu stellen, was im Folgenden genauer beschrieben werden wird. Die und sind Querschnittsansichten der Pumpe 2 und stellen die relative Anordnung des Magnetkupplungsabschnitts 12, des CIG-Pumpenabschnitts 14 und des Zentrifugalpumpenabschnitts 16 dar. Der CIG-Pumpenabschnitt 14 umfasst ein erstes und ein zweites Zahnrad 18, 20. Das zweite Zahnrad 20 ist an einer Antriebswelle 22 derart angebracht, dass die Antriebswelle das zweite Zahnrad 20 mit einer gewünschten Drehgeschwindigkeit drehen kann. Das zweite Zahnrad 20 greift mit dem ersten Zahnrad 18 ineinander, um Arbeitsflüssigkeit zu pumpen, und zwar in einer Art und Weise, die dem durchschnittlichen Fachmann bekannt ist. Der Zentrifugalpumpenabschnitt 16 umfasst einen Einlass 24, ein Pumpenrad 26 und einen Diffusor 28. Das Pumpenrad 26 ist mit einem ersten Ende 30 der Antriebswelle 22 so gekoppelt, dass die Antriebswelle das Pumpenrad mit der gleichen Geschwindigkeit wie das zweite Zahnrad 20 des CIG-Pumpenabschnitts 14 drehen kann.
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Wie zu erkennen ist, ist ein Auslass 32 des Zentrifugalpumpenabschnitts 16 koexistent mit dem Einlass 34 des CIG-Pumpenabschnitts 14, wodurch verständlicherweise Verluste zwischen den Pumpenabschnitten vermindert werden.
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Die Pumpe 2 umfasst einen ersten, zweiten und dritten Gehäuseabschnitt 36, 38, 40, die, wenn sie miteinander verbunden werden, ein einheitliches Pumpengehäuse ergeben. Der erste Gehäuseabschnitt 36 und der zweite Gehäuseabschnitt 38 bringen, wenn sie gekoppelt sind, das Pumpenrad 26 und den Diffusor 28 des Zentrifugalpumpenabschnitts 16 unter. Obwohl ein Diffusor dargestellt ist, ist die Tatsache zu würdigen, dass er nicht notwendig ist, und in manchen Ausführungsformen könnte der Zentrifugalpumpenabschnitt 16 anstatt eines Diffusors eine Schnecke umfassen. Der zweite Gehäuseabschnitt 38 und der dritte Gehäuseabschnitt 40 bringen, wenn sie gekoppelt sind, das erste und das zweite Zahnrad 18, 20 des Zentrifugalpumpenabschnitts 14 unter. Der Magnetkupplungsabschnitt 12 kann an dem dritten Gehäuseabschnitt angebracht sein, und die Antriebswelle 22 kann sich von dem Magnetkupplungsabschnitt durch den ersten, zweiten und dritten Gehäuseabschnitt 36, 38, 40 erstrecken. Obwohl die illustrierte Ausführungsform drei diskrete Gehäuseabschnitte darstellt, ist die Tatsache zu würdigen, dass auch andere Gehäuseanordnungen verwendet werden können. Darüber hinaus, obwohl die illustrierte Ausführungsform die Gehäuseabschnitte durch Befestigungselemente mit Gewinde (Bolzen, Kopfschrauben etc.) gekoppelt darstellt, ist die Tatsache zu würdigen, dass die Abschnitte mit Hilfe einer beliebigen, angemessenen Technik gekoppelt werden können.
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Der Magnetkupplungsabschnitt 12 kann einen äußeren Abschnitt 44, einen Spalttopfabschnitt 45 und einen inneren Abschnitt 46 umfassen. Bei der illustrierten Ausführungsform ist der innere Abschnitt 46 mit einem zweiten Ende 42 der Antriebswelle 22 gekoppelt und ist dazu betriebsfähig, die Antriebswelle mit einer gewünschten Geschwindigkeit zu drehen. Obwohl der Motor als einen Magnetantrieb umfassend beschrieben wird, ist die Tatsache zu würdigen, dass dies nicht entscheidend ist, und dass auch andere Arten von Motoren verwendet werden können, ohne von dem Geiste der Offenbarung abzuweichen. Bei der illustrierten Ausführungsform ist der innere Abschnitt 46 des Magnetkupplungsabschnitts 12 über eine Keil und Keilnutanordnung 48 (siehe ) drehbar mit dem zweiten Ende 42 der Antriebswelle gekoppelt. Da der Motor den Magnetkupplungsabschnitt 12 dreht, der die Antriebswelle 22 dreht, drehen sich bei einer derartigen Anordnung das zweite Zahnrad 20 und das Pumpenrad 26, um Flüssigkeit aus dem Einlass 24 des Zentrifugalpumpenabschnitts 16 zu einem Auslass 50 (siehe ) des CIG-Pumpenabschnitts 16 zu pumpen.
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illustriert eine beispielhafte Zahnradanordnung für den CIG-Pumpenabschnitt 14. Wie zu erkennen ist, umfasst das erste Zahnrad 18 ein Zahnkranzelement, während das zweite Zahnrad 20 mit der Antriebswelle 22 gekoppelt ist. Ein Sichelelement 52 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad 18, 20 angeordnet. Während die Antriebswelle 22 und das zweite Zahnrad 20 sich drehen, wird Arbeitsflüssigkeit von dem Einlass 34 des CIG-Pumpenabschnitts angesaugt und in den Auslass 50 (siehe ) gepumpt.
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Unter Bezugnahme auf die und wird nun eine Beschreibung der Strömung im Inneren der Pumpe 2 während des Betriebs zusammen mit einer Diskussion der unterschiedlichen Druckzonen der Pumpe zur Verfügung gestellt. Am Einlass 24 des Zentrifugalpumpenabschnitts 16 ist der Einlassdruck als ”P1” angegeben, bei dem es sich im Wesentlichen um den Druck der empfangenen aus dem Kondensator 8 (siehe ) stammenden Arbeitsflüssigkeit handelt minus Leitungsverluste zwischen den beiden Komponenten handelt. Der Flüssigkeitsdruck ”P2” steigt über das Pumpenrad 26 an und erreicht den Druck ”P3” in dem Auslass 32 des Zentrifugalpumpenabschnitts 16 und dem Einlass 34 des CIG-Pumpenabschnitts 14. Zwischen dem ersten und zweiten Zahnrad 18, 20 des CIG-Pumpenabschnitts 14 steigt der Flüssigkeitsdruck ”P4” weiter an bis hin zu dem vollen Auslassdruck ”P5” am Auslass 50 des CIG-Pumpenabschnitts 14. Der Auslassdruck ”P5” ist im Wesentlichen der Druck der Arbeitsflüssigkeit, der dem Verdampfer 4 (siehe ) zur Verfügung gestellt wird, minus etwaige Leitungsverluste zwischen der Pumpe 2 und dem Verdampfer.
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zeigt eine beispielhafte Kühlungsanordnung durch den Magnetkupplungsabschnitt 12 der Pumpe 2. Wie bereits erwähnt, können bei Magnetantrieben Probleme wegen der Erzeugung von überschüssiger Wärmeenergie auftreten, was deren Effizienz beeinflussen kann. Um dies zu verhindern umfasst die offenbarte Pumpe 2 eine Kühlungsanordnung, die betriebsfähig ist, um den Magnetkupplungsabschnitt zu kühlen, wodurch die gewünschte Effizienz des Motors erhalten bleibt.
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Eine Kühlung des Magnetkupplungsabschnitts 12 wird durch eine Übertragung der Wärmeenergie auf die durch die Pumpe fließende Arbeitsflüssigkeit erreicht. Strömung wird erzeugt durch einen Druckunterschied an den gegenüber liegenden Seiten des Spalttopfabschnitts 45. Hochdruck gelangt in den Spalttopfabschnitt 45, indem er durch die Lager 58 an der Vorderseite des CIG-Pumpenabschnitts 14 ausströmt. Die Flüssigkeit strömt dann um den inneren Abschnitt 46 des Magnetkupplungsabschnitts 12 herum, absorbiert die Wärmeenergie aus den Komponenten, und strömt dann durch die Bohrungen in der Antriebswelle zurück zu dem Auslass 32 des Zentrifugalpumpenabschnitts 16.
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zeigt, dass das zweite Ende 42 der Antriebswelle 22 in dem inneren Abschnitt 46 des Magnetkupplungsabschnitts 12 aufgenommen wird. Die Antriebswelle 22 umfasst eine längliche Bohrung 54, die von dem zweiten Ende 42 der Antriebswelle zu einer Position knapp vor dem Diffusor 28 verläuft. An dieser Position ist in der Antriebswelle 22 eine radiale Bohrung 56 zur Verfügung gestellt, so dass die radiale Bohrung 56 und die längliche Bohrung 54 miteinander verbunden werden. Die radiale Bohrung 56 kann in Flüssigkeitsverbindung mit dem Auslass 32 des Zentrifugalpumpenabschnitts 16 stehen.
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Während des Betriebs strömt Arbeitsflüssigkeit aus dem CIG-Pumpenabschnitt 14 zwischen der Antriebswelle 22 und dem dritten Gehäuseabschnitt 40 (durch den Pfeil ”A” verdeutlicht). Dann strömt die Arbeitsflüssigkeit in Richtung des Pfeils ”B” durch das Wellenlager 58 in einen Hohlraum 60, der zwischen dem Magnetkupplungsabschnitt 12 und dem dritten Gehäuseabschnitt 40 ausgeformt ist. Anschließend strömt die Flüssigkeit zwischen dem Spalttopfabschnitt 45 und dem inneren Abschnitt 46 des Magnetkupplungsabschnitts 12 (durch die Pfeile ”C” und ”D” verdeutlicht), worauf hin sie in die längliche Bohrung 54 an dem zweiten Ende 42 der Antriebswelle 22 eintritt (bei Pfeil ”E”). Dann strömt sie weiter durch die längliche Bohrung (Pfeil ”F”), tritt in die radiale Bohrung 56 ein und strömt darin (Pfeil ”G”), bis sie sich mit dem Auslass 32 des Zentrifugalpumpenabschnitts 16 verbindet. Die Zirkulation der Arbeitsflüssigkeit durch diesen Kühlpfad wird durch die Druckunterschiede zwischen den verschiedenen Abschnitten des Pfades verursacht. Zum Beispiel verursacht der relativ hohe Druck ”P4” an der Zwischenstufe des CIG-Pumpenabschnitts 14, dass die Arbeitsflüssigkeit durch den Kühlpfad zu dem relativ niedrigeren Druck ”P3” an dem Auslass 32 des Zentrifugalpumpenabschnitts 16 strömt.
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Auf diese Weise stellt der Strömungskreislauf dem Magnetkupplungsabschnitt 12 eine Kühlung zur Verfügung. Indem die relativ kühle Flüssigkeit ständig über die Oberflächen des Magnetkupplungsabschnitts 12 bewegt wird, kann Wärme abgeführt werden, wodurch es dem Magnetkupplungsabschnitt 12 ermöglicht wird, durchgehend kühl zu laufen, und zwar unabhängig von Drehzahl und Last.
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Die und illustrieren eine Ausführungsform der offenbarten Pumpe 2, die einen Pumpeneinlaufkranz 60 umfasst, welcher mit dem Einlass 24 des Zentrifugalpumpenabschnitts 16 gekoppelt ist. Das Hinzufügen eines Pumpeneinlaufkranzes in den Ansaugbereich des Pumpenrads 26 an dem Zentrifugalpumpenabschnitt 16 kann es der Pumpe 2 ermöglichen, zunehmend mühsamere Betriebsbedingungen, bei denen der Einlassdruck alleine bereits die Grenzen der Belastbarkeit des Zentrifugalpumpenabschnitts 16 erreicht, zu bewältigen. Das Hinzufügen eines Pumpeneinlaufkranzes 60 kann den Flüssigkeitsdruck im Zentrum des Pumpenrads 26 erhöhen, wodurch der Einlasshohlraum des Pumpenrads schneller gefüllt wird und die Wahrscheinlichkeit einer Hohlraumbildung an dem Zentrifugalpumpenabschnitt 16 verringert wird.
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Diese Option kann verwendet werden bei Anwendungen, bei denen der Einlassdruck in die Pumpe 2 unterhalb eines erforderlichen Einlassdrucks für den Zentrifugalpumpenabschnitt 16 liegt. Wenn bei einer solchen Anwendung kein Pumpenrad verwendet wird, kann an dem Zentrifugalpumpenabschnitt 16 eine Hohlraumbildung auftreten.
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Basierend auf den voranstehenden Informationen kann ein Fachmann leicht verstehen, dass die Erfindung für ein breites Feld von Nutzungen und Anwendungen geeignet ist. Zahlreiche Ausführungsformen und Adaptionen der Erfindung, die über die speziell hierin beschriebenen hinaus gehen, sowie eine Vielzahl von Variationen, Modifikationen und äquivalenten Anordnungen sind aus der vorliegenden Erfindung und der voranstehenden Beschreibung derselben offensichtlich oder können vernünftigerweise durch sie angeregt werden, ohne vom Wesen oder dem Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dem entsprechend, obwohl die Erfindung hierin detailliert in Bezug auf ihre bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, ist zu verstehen, dass die Offenbarung der vorliegenden Erfindung lediglich illustrativen und beispielhaften Zwecken dient und nur zu dem Zwecke erfolgt, eine vollständige Offenbarung der Erfindung zur Verfügung zu stellen. Die vorstehende Offenbarung ist nicht dazu bestimmt, für eine Beschränkung der Erfindung herangezogen zu werden oder in sonstiger Weise irgendeine andere Ausführungsform, Adaption, Variation, Modifikation oder äquivalente Anordnung auszuschließen. Die Erfindung ist lediglich durch die hieran angehängten Patentansprüche und Äquivalente davon beschränkt. Obwohl hierin spezifische Begriffe verwendet werden, werden sie lediglich in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und nicht zum Zwecke einer Beschränkung verwendet.
