DE19614562A1

DE19614562A1 - Screw pump

Info

Publication number: DE19614562A1
Application number: DE1996114562
Authority: DE
Inventors: Allan J Prang
Original assignee: Ingersoll Dresser Pump Co
Current assignee: Ingersoll Dresser Pump Co
Priority date: 1995-04-13
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 1996-10-17
Also published as: JPH08338373A; CA2174032A1; GB9607593D0; GB2299832A

Abstract

A pump (10) for pumping fluid consisting of liquid with a variable volume of entrained air or gas includes a fluid inlet (25) to a walled fluid passage (36) and a fluid outlet therefrom with at least one bleed port (40) in the wall at an intermediate point in the fluid passage. At least two parallel interacting helical screw rotors are rotatably mounted within the fluid passage (36) and extend from the fluid inlet (25) to the fluid outlet (55), the rotors having a higher pumping flow rate between the fluid inlet (25) and the intermediate point than between the intermediate point and the fluid outlet. The pump can operate effectively with void volumes between 0% and 100%.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Schraubenpumpen und insbesondere auf Schrauben pumpen mit positiver Verdrängung, die mehr als eine Schraubensteigung zum Behandeln von Flüssigkeiten mit veränderlichen Volumen von mitgeführten Gasen haben.The invention relates generally to screw pumps, and more particularly to screws pump with positive displacement that has more than one screw pitch to handle Have liquids with variable volumes of entrained gases.

Schraubenpumpen mit positiver Verdrängung werden zum Pumpen einer Vielzahl von Fluiden weitgehend eingesetzt, die stark veränderliche Pumpcharakteristiken haben. Eine nicht kompressible Flüssigkeit, die einen variablen Gasgehalt hat, stellt ein Problem dar, indem eine typische Schraubenpumpe mit zwei Schrauben die Flüssigkeit mit stark veränderlicher Wirksamkeit behandelt. Wenn die Pumpe einem großen Gasvolumen oder Fehlstellen in der Flüssigkeit ausgesetzt ist, arbeitet sie nicht effizient, weil sie in der Höhe der Kompression beschränkt ist, die sie auf ein Gas ausüben kann. Dies führt zur Verschwendung von Energie und zum Erfordernis einer größeren Pumpe für eine gegebene Pumpkapazität für Flüssig keiten, was sowohl für die Wirksamkeit als auch für die Kapazität nachteilig ist.Screw pumps with positive displacement are used to pump a variety of fluids largely used, which have highly variable pump characteristics. Not one compressible liquid that has a variable gas content poses a problem by a typical screw pump with two screws the liquid with highly variable Effectiveness treated. If the pump has a large volume of gas or defects in the When exposed to fluid, it does not work efficiently because of the amount of compression is limited, which it can exercise on a gas. This leads to a waste of energy and the need for a larger pump for a given pumping capacity for liquid what is detrimental to both effectiveness and capacity.

Ein Kompressor arbeitet gut zum Komprimieren und Pumpen von Gas, aber er kann nicht einen Stoß von nicht kompressibler Flüssigkeit verarbeiten. Wenn es möglich wäre, sicher zustellen, daß Fluide von nur einer Phase auftreten würden, z. B. durch Trennen vor dem Pumpen oder durch irgendeine andere Vorrichtung, dann wäre es möglich, für Gase einen Kompressor und für Flüssigkeiten eine Pumpe mit positiver Verdrängung zu verwenden.A compressor works well for compressing and pumping gas, but it can't process a burst of incompressible liquid. If it were possible, sure deliver that fluids from only one phase would occur, e.g. B. by separating before Pumping or by some other device, then it would be possible to use one for gases Compressor and for liquids use a pump with positive displacement.

In vielen Fällen ist eine solche Trennung nicht praktikabel, selbst wenn sie möglich wäre, und Wirksamkeit und Kapazität für das Pumpen von Flüssigkeit müssen geopfert werden, um ein unvorhersehbares und veränderliches Gasvolumen zu beherrschen. Eine Zentrifugalpumpe, eine Kreiselpumpe oder eine andere, nicht-positive Verdrängungspumpe kann verwendet werden, aber diese wäre sowohl in bezug auf den Druck als auch auf die Kapazität gleich zeitig und bezüglich ihrer Beurteilung als positive Verdrängerpumpe stark beschränkt.In many cases, such a separation is not practical, even if it were possible, and Efficacy and capacity for pumping liquid need to be sacrificed in order to to control unpredictable and variable gas volumes. A centrifugal pump, a centrifugal pump or other non-positive displacement pump can be used would be, but this would be the same in both pressure and capacity timely and severely limited in terms of their assessment as a positive displacement pump.

Aus dem vorstehenden ergeben sich Nachteile und Beschränkungen, die bei bekannten Pumpen mit positiver Verdrängung bestehen. Es wäre daher vorteilhaft, eine Alternative zu schaffen, die auf die Überwindung einer oder mehrerer dieser Beschränkungen oder Nachteile gerichtet ist. Demgemäß wird durch die Erfindung eine geeignete Alternative vorgeschlagen, deren Merkmale im folgenden offenbart werden.From the foregoing there are disadvantages and limitations that exist with known ones Pumps with positive displacement exist. It would therefore be beneficial to have an alternative create that to overcome one or more of these limitations or disadvantages is directed. Accordingly, the invention proposes a suitable alternative the characteristics of which are disclosed below.

Die Erfindung ist in den Patentansprüchen gekennzeichnet.The invention is characterized in the claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Pumpe zum Pumpen von Fluiden geschaffen, die ein Gehäuse aufweist, das einen Fluideinlaß, einen Fluidauslaß und einen mit Wänden versehenen Fluiddurchgang zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidauslaß hat, und die mindestens eine Entlastungs- oder Entlüftungsöffnung durch die Wand hindurch an einem Zwischenpunkt in dem Fluiddurchgang hat, wobei wenigstens zwei parallele, miteinander zusammenwirkende schraubenförmig gewendelte Schraubenrotoren drehbar innerhalb des Fluiddurchgangs angeordnet sind und sich von dem Fluideinlaß zu dem Fluidauslaß er strecken, wobei die Rotoren zum Pumpen mit einer ersten Strömungsrate zwischen dem Fluideinlaß und dem Zwischenpunkt und mit einer zweiten Strömungsrate zwischen dem Zwischenpunkt und einem Punkt ausgebildet sind, der näher an dem Fluidauslaß liegt als der Zwischenpunkt, und wobei Mittel vorgesehen sind, um die Rotoren drehbar anzutreiben.According to one aspect of the invention, a pump for pumping fluids is provided, which has a housing having a fluid inlet, a fluid outlet and one with walls provided fluid passage between the fluid inlet and the fluid outlet, and the at least one relief or vent opening through the wall on one Has intermediate point in the fluid passage, being at least two parallel to each other interacting helically wound screw rotors rotatable within the Fluid passage are arranged and extending from the fluid inlet to the fluid outlet stretch, the rotors for pumping at a first flow rate between the Fluid inlet and the intermediate point and with a second flow rate between the Intermediate point and a point are formed which is closer to the fluid outlet than that Intermediate point, and wherein means are provided to rotatably drive the rotors.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description an embodiment with reference to the drawing.

Fig. 1 ist eine bruchstücksweise, schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht, die einen von wenigstens zwei Rotoren zeigt, die in einer Schraubenpumpe mit positiver Verdrängung gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sind. Fig. 1 is a fragmentary, schematic, partially sectioned view showing one of at least two rotors of the present invention are arranged in accordance with a screw positive displacement pump.

Fig. 1 zeigt eine Pumpe 10, die ein Gehäuse 15 mit einer Zuführung 20 am Boden, einem Ausgang 60 an der Oberseite und einem Einlaß 25 hat, der von der Zuführung 20 zu einem Fluiddurchgang 36 führt. Die Zuführung 20 und der Ausgang 60 sind zur leichteren Dar stellung an der Unterseite und an der Oberseite gezeigt, aber es sollte für den Fachmann klar sein, daß die Zuführung und der Ausgang an jeder geeigneten Stelle angeordnet sein können, ohne die Pumpfunktion zu beeinflussen. Der Fluiddurchgang 36 erstreckt sich von dem Einlaß 25 zu einem Auslaß 55. Ein Rotor mit einer Welle 35 mit einem Schraubenläufer mit hoher Steigung in einer ersten Stufe 30 und einem Schraubenläufer mit geringer Steigung in einer zweiten Stufe 50 ist drehbar innerhalb des Durchgangs 36 gelagert und reicht von dem Einlaß 25 zu dem Auslaß 55. Es ist festzuhalten, daß die Figur nur einen Rotor zeigt (Welle 35 mit der schraubenförmigen ersten Stufe 30 und der zweiten Stufe 50), aber hinter dem ersten Rotor liegt ein zweiter Rotor, dessen Läufer in diejenige des sichtbaren Rotors für eine positive Verdrängung eingreifen. Auch ist der Rotor symmetrisch von Ende zu Ende gezeigt, um von beiden Enden her zur Mitte hin zu pumpen, was ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellt. Der Rotor könnte aber auch mit nur einer einzigen Saugstelle an einem Ende und einem einzigen Auslaß an dem entgegengesetzten Ende der Welle 35 ausgebildet sein. Fig. 1 shows a pump 10 having a housing 15 with a feed 20 at the bottom, an outlet 60 at the top and an inlet 25 which leads from the supply 20 to a fluid passage 36. The feed 20 and exit 60 are shown at the bottom and top for ease of illustration, but it should be apparent to those skilled in the art that the feed and exit may be located at any convenient location without affecting the pumping function. The fluid passage 36 extends from the inlet 25 to an outlet 55 . A rotor with a shaft 35 with a high pitch helical rotor in a first stage 30 and a low pitch helical rotor in a second stage 50 is rotatably supported within the passage 36 and extends from the inlet 25 to the outlet 55 . It should be noted that the figure shows only one rotor (shaft 35 with the helical first stage 30 and the second stage 50 ), but behind the first rotor lies a second rotor, the rotor of which meshes with that of the visible rotor for positive displacement. The rotor is also shown symmetrically from end to end to pump from both ends to the center, which is a preferred embodiment. However, the rotor could also be designed with only a single suction point at one end and a single outlet at the opposite end of the shaft 35 .

An einem Zwischenpunkt 38 des Durchgangs 36 durchdringt eine Entlüftungs- oder Entla stungsöffnung 40 die Wand 45 des Durchgangs 36 und dient als Entlastung für die Spitze des Volumens und des Druckes der Flüssigkeit, die dann auftritt, wenn der Leerraumanteil des gepumpten Fluids zu Null wird. Das Entlastungsfluid kann beseitigt werden, es kann einem Sumpf zum Recyclen zugeführt werden, oder es kann direkt zu dem Einlaß 25 zum Weiter pumpen zurückgeführt werden, oder es kann in anderer Weise weiterbehandelt werden. Eine direkte Zurückführung zu dem Einlaß 25 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, weil hierin ein Potential steckt, den Leistungsverbrauch für das Ansaugen von Fluid von dem Einlaß 25 in den Durchgang 36 zu vermindern, während die Wirksamkeit des Pumpens aufrechterhalten wird.At an intermediate point 38 of the passageway 36 , a vent opening 40 penetrates the wall 45 of the passageway 36 and serves as a relief for the peak in volume and pressure of the liquid which occurs when the void fraction of the fluid being pumped becomes zero. The relief fluid can be removed, it can be sent to a sump for recycling, or it can be returned directly to the inlet 25 for further pumping, or it can be further treated in another way. Direct return to the inlet 25 is a preferred embodiment because it has the potential to reduce the power consumption for drawing fluid from the inlet 25 into the passage 36 while maintaining the effectiveness of the pumping.

Im Betrieb wird die Welle 35 durch einen Motor oder durch andere Einrichtungen angetrie ben, die nicht gezeigt sind. Dichtungen, Lager, Kupplungen und Antriebsmittel sind im Stand der Technik bekannt und sind für diese Erfindung nicht weiter bedeutsam und daher nicht gezeigt.In operation, the shaft 35 is driven by a motor or other means not shown. Seals, bearings, couplings and drive means are known in the art and are of no further significance for this invention and are therefore not shown.

Eine Drehung des Rotors veranlaßt die erste Stufe 30, Fluid in dem Einlaß 25 in den Durch gang 36 mit einer hohen volumetrischen Pumprate einzusaugen. Wenn sich in dem Fluid irgendein mitgeführtes Gas befindet, wird dieses komprimiert und mit der flüssigen Fraktion längs des Durchgangs 36 gepumpt. Beim Erreichen des Zwischenpunkts 38 trifft das gepump te Fluid auf die zweite Stufe 50, und, da die Welle 35 aus einem Stück besteht, unterliegt die Pumprate einem starken Abfall aufgrund der Verminderung der Steigung des Läufers. Aufgrund der Inkompressibilität der Flüssigkeit wird augenblicklich eine Druckspitze erzeugt, die umgekehrt proportional zu dem Gas- oder Leerraumanteil des Fluids und direkt propor tional zu dem Kompressionsverhältnis ist.Rotation of the rotor causes the first stage 30 to draw fluid in the inlet 25 into the passage 36 at a high volumetric pumping rate. If there is any entrained gas in the fluid, it is compressed and pumped along the passage 36 with the liquid fraction. When the intermediate point 38 is reached , the pumped fluid meets the second stage 50 and, since the shaft 35 is made in one piece, the pumping rate is subject to a sharp drop due to the reduction in the gradient of the rotor. Due to the incompressibility of the liquid, a pressure peak is instantaneously generated, which is inversely proportional to the gas or empty space portion of the fluid and directly proportional to the compression ratio.

An dem Zwischenpunkt 38 ist wenigstens eine Entlastungsöffnung 40 durch die Wand 45 des Durchgangs 36 hindurch vorgesehen, um die Druckspitze abzubauen, ohne die Pumpe oder die Antriebsmittel zu beschädigen. Ein Druckentlastungsventil 40a ist an der Entlastungsöff nung 40 oder anderswo in dem Entlastungssystem vorgesehen, um einen minimalen ge wünschten Pumpendruck einzustellen. Solange der Gasgehalt ausreichend ist, um den Druck an dem Zwischenpunkt 38 unterhalb des eingestellten Punktes des Entlastungsventils zu halten, bleibt das Ventil geschlossen, und es tritt keine Entlastungsströmung durch die Entlastungsöffnung 40 hindurch auf. Dies stellt sicher, daß die Pumpe immer mit ihrer maximalen Pumpkapazität arbeitet, trotz des unvorhersehbaren variablen Gas- oder Leerraum anteils, weil das Entlastungsventil 40a auf einen maximalen Druck eingestellt werden kann, der geringer ist als derjenige, der die Pumpe beschädigen würde.At the intermediate point 38 , at least one relief opening 40 is provided through the wall 45 of the passage 36 to relieve the pressure spike without damaging the pump or the drive means. A pressure relief valve 40 a is provided on the discharge opening 40 or elsewhere in the relief system in order to set a minimum desired pump pressure. As long as the gas content is sufficient to maintain the pressure at the intermediate point 38 below the set point of the relief valve, the valve remains closed and no relief flow occurs through the relief opening 40 . This ensures that the pump always works at its maximum pumping capacity, despite the unpredictable variable gas or empty space proportion, because the relief valve 40 a can be set to a maximum pressure that is lower than that which would damage the pump.

Im Betrieb verbraucht diese Pumpe weniger Energie als standardisierte Pumpen mit ein heitlicher Steigung, und sie pumpt wirksam bei Leerraumvolumen zwischen Null Prozent und einhundert Prozent, wodurch die Verwendung von kleineren Pumpen als normalerweise erforderlich möglich ist.In operation, this pump consumes less energy than standardized pumps gradual slope, and it pumps effectively with void volumes between zero percent and one hundred percent, reducing the use of smaller pumps than normal necessary is possible.

Claims

1. Pump for pumping fluids with a housing ( 15 ) which has a fluid inlet ( 25 ), a fluid outlet ( 55 ), a fluid passage ( 36 ) provided with a wall ( 45 ) between the fluid inlet ( 25 ) and the fluid outlet ( 55 ) and at least one discharge opening ( 40 ) through the wall ( 45 ) at an intermediate point ( 38 ) in the fluid passage ( 36 ), with at least two parallel, co-operating, helically wound screw rotors ( 35 , 30 , 50 ), which are rotatably supported within the fluid passage ( 36 ) and extend from the fluid inlet ( 25 ) to the fluid outlet ( 55 ), the rotors means ( 30 ) for pumping at a first flow rate between the fluid inlet ( 25 ) and the intermediate point ( 38 ) and means ( 50 ) for pumping at a second flow rate less than the first flow rate between the intermediate point ( 38 ) and a point closer to the fluid outlet ( 55 ) is as the intermediate point ( 38 ), A directions are provided for the rotary drive of the rotors.

2. Pump according to claim 1, with means for recirculating the fluid that exits through the at least one relief opening ( 40 ) back to the fluid inlet ( 25 ).

3. Pump according to claim 1 or 2, with means ( 40 a) for controlling a pressure at which fluid exits through the at least one relief opening ( 40 ).

4. Pump for pumping liquids with a pump housing ( 15 ) which has a fluid inlet ( 25 ), a fluid outlet ( 55 ) and a wall ( 45 ) provided with a fluid passage ( 36 ) therebetween, characterized by at least two parallel, interacting , helically wound screw rotors ( 35 , 30 , 50 ) which are rotatably mounted within the fluid passage ( 36 ), the at least two rotors having a high screw pitch ( 30 ) adjacent to the fluid inlet ( 25 ), which are located at an intermediate point ( 38 ) in the fluid passage ( 36 ), and have a smaller screw pitch ( 50 ) extending from the intermediate point ( 38 ) to the fluid outlet ( 55 ) with at least one relief opening ( 40 ) through the wall ( 45 ) of the fluid passage ( 36 ) at the intermediate point ( 38 ) and with devices for the rotary drive of the at least two rotors.

5. Pump according to claim 4, with means for recirculating fluid exiting through the relief opening ( 40 ) back to the fluid inlet ( 25 ).

6. Pump according to claim 4 or 5, with means ( 40 a) for controlling a pressure at which fluid exits through the relief opening ( 40 ).

7. Pump for pumping liquid having a variable volume of entrained gas, with a pump housing ( 15 ) with a fluid inlet ( 25 ), a fluid outlet ( 55 ) and a fluid passage ( 36 ) provided with a wall ( 45 ) therebetween, characterized by at least two parallel, cooperating, helically wound screw rotors ( 35 , 30 , 50 ) which are rotatably mounted within the fluid passage ( 36 ), the at least two rotors means ( 30 ) for pumping at a high volumetric flow rate from the fluid inlet ( 25 ) to an intermediate point ( 38 ) in the fluid passage ( 36 ) and means ( 50 ) for pumping with a lower volumetric flow rate from the intermediate point ( 38 ) to the fluid outlet ( 55 ), with means ( 40 , 40 a) for Regulating the volume and pressure of the fluid passing the intermediate point ( 38 ) and into the rotor of the device ( 50 ) for pumping he lower volumetric flow rate occurs, and with devices for rotatably driving the at least two rotors.

8. Pump according to claim 7, wherein the means ( 40 , 40 a) for regulating the volume and pressure of the fluid that passes the intermediate point ( 38 ) and enters the device ( 50 ) for pumping with a lower volumetric flow rate , at least one relief opening ( 40 ) through the wall ( 45 ) of the fluid passage ( 36 ) and a pressure relief valve ( 40 a) for limiting the pressure at the intermediate point ( 38 ).

9. The pump of claim 8 including means for recirculating the fluid exiting through the at least one relief port ( 40 ) back to the fluid inlet ( 25 ).

10. Pump according to claim 7, wherein the device ( 40 , 40 a) for regulating the volume and pressure of the fluid that passes the intermediate point ( 38 ) and in the rotor ( 50 ) of the device for pumping with a lower volumetric flow rate , has a relief opening ( 40 ) through the wall ( 45 ) of the fluid passage ( 36 ) at the intermediate point ( 38 ), a relief plenum located outside and surrounding the wall ( 45 ) of the fluid passage ( 36 ) with a pressure relief valve ( 40 a), which limits the pressure within the relief plenum, and with means for recirculating fluid from the relief plenum back to the fluid inlet ( 25 ).

11. Pump for pumping a liquid having a variable volume of entrained gas, with a pump housing ( 15 ) which has a fluid inlet ( 25 ), a fluid outlet ( 55 ) and a fluid passage ( 36 ) provided with a wall ( 45 ) therebetween wherein the walled ( 45 ) fluid passage ( 36 ) has a fluid inlet plenum at each end, a fluid outlet plenum connected to the fluid outlet ( 55 ) at the center of the fluid passage ( 36 ) and at least two relief openings ( 40 ) through the Wall ( 45 ) therethrough, each with a relief opening ( 40 ) at an intermediate point ( 38 ) between the plenum at the fluid inlet ( 25 ) and the plenum at the fluid outlet ( 55 ), with at least two parallel, interacting, helically wound Screw rotors ( 35 , 30 , 50 ) rotatably supported within the fluid passage ( 36 ), the at least two rotors having means ( 30 ) for pumping with a high volumetric flow rate from the plenums at the fluid inlets ( 25 ) to the intermediate points ( 38 ) in the fluid passage ( 36 ) and means ( 50 ) for pumping with a lower volumetric flow rate from the intermediate points ( 38 ) to the plenum at the Have fluid outlet ( 55 ), with means for regulating the volume and pressure of the fluid, which passes at the intermediate points ( 38 ) and in runner ( 50 ) of the device for pumping with the lower volumetric flow rate, and with devices for rotatable mounting of the at least two rotors.