DE2352217A1

DE2352217A1 - Pumpe

Info

Publication number: DE2352217A1
Application number: DE19732352217
Authority: DE
Inventors: Michel Drevet
Original assignee: Compagnie des Services Dowell Schlumberger SA
Current assignee: Compagnie des Services Dowell Schlumberger SA
Priority date: 1972-10-20
Filing date: 1973-10-18
Publication date: 1974-05-02
Also published as: JPS532481B2; JPS4976105A; US3958901A; SE393841B; CH575548A5; CA1005277A; FR2204230A5; SU470119A3; IT995698B; GB1413034A

Description

der Firma Compagnie des Services DOWELL-SCHLUMBERGER, 8, rue Bellini, Paris 16^e/Frankreich

betreffendϊ "Pumpe"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialkolbenpumpe und insbesondere auf eine solche Pumpe mit einem festen Zylinderblock»

Äxialkolbenpumpen sind den Fachleuten bekannt. Bei diesen Pumpen wird die Rotatxonsbewegung einer um eine Welle umlaufenden Achse in eine alternierende, geradlinige Bewegung von Kolben parallel zu der Achse umgewandelt. Eine Ausführungsform umfaßt einen festen Zylinderblock und ein mit der Welle verbundenes, umlaufendes Plateau, das eine gegen die Achse geneigte Oberfläche besitzt. Eine gegen Drehung gesicherte schwingende Platte ist in Anlage an die geneigte Oberfläche des umlaufenden Plateaus angeordnet. Das Ende jedes der Kolben ist über ein Längspleuel mit der schwingenden Platte verbunden, und jeder Kolben wird demgemäß einer hin- und hergegehenden Bewegung unterworfen, solange das schräge Plateau umläuft *

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Um die schwingende Platte gegen Drehung zu sichern, besteht eine in der FR-PS 1 146 899 beschriebene Lösung darin, ein Querpleuel zu verwenden, das mit sphärischen Köpfen versehen ist, die in Lagern angeordnet sind, welche einerseits an dem Gehäuse und andererseits an der schwingenden Platte montiert sind. Dieses Querpleuel ist derart angeordnet, daß in Funktion der Drehrichtung des umlaufenden Plateaus das Pleuel immer unter Druck arbeitet. Die auf die schwingende Platte ausgeübten Kräfte verteilen sich demgemäß auf die gesamte Fläche der sphärisch ausgebildeten Lager. Eine solche Anordnung ist jedoch bisher nur bei Hydraulikmediumpumpen verwendet: worden, bei denen das Fluid zum Schmieren und Kühlen der in Kontakt befindlichen beweglichen Flächen einfach das von der Pumpe geförderte Öl ist.

Im Falle von Pumpen für allgemeine Anwendungen, insbesondere solchen hoher Leistung von mehreren hundert PS, ist es notwendig, ein Mittel für die Schmierung und Kühlung vorzusehen, das flexibel und wirksam ist und zugleich vollständig unabhängig wirkt von den geförderten Fluiden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein

solches Mittel vorzuschlagen.

Gemäß der Erfindung sind bei einer Pumpe mit schwingender Platte, die mittels eines Querpleuels gegen Drehung gesichert ist, diese Schmiermittel dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Kanal umfassen, der in das Querpleuel eingebracht ist, damit die Zirkulation eines Schmierfluids von dem Pumpengehäuse bis zu der schwingenden Platte ermöglicht wird.

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Infolge dieser Ausbildung ist es, ausgehend von dem festen Verankerungspunkt des Drehsicherungspleuels, möglich, ein Schmierfluid unter Druck zu den verschiedenen Gelenkpunkten der schwingenden Platte unter sehr flexibeln Bedingungen zu führen. Bei Nichtanwendung der Ausbildung gemäß der ERfindung könnte man eine flexible Rohrleitung vorsehen, um den Schmierdruckerzeuger mit der schwingenden Platte zu verbinden. Die Abnützung einer solchen flexiblen Rohrleitung wäre aber ganz erheblich, und die Zuverlässigkeit der gesamten Pumpe würde demgemäß beeinträchtigt.

In der Praxis umfaßt die schwingende Platte Leitungen zum Verteilen des Schmierfluids, ausgehend von dem Lager des Querpleuels bis zu verschiedenen Lagern der einzelnen Längspleuel. Darüberhinaus wird es, da jedes Längspleuel einen durchbohrten Kanal aufweisen kann, gleichermaßen möglich, das Schmierfluid unter Druck bis zu dem Lager der Längsepleuel zu führen, das in den hinteren Teil jedes Kolbens eingearbeitet ist.

Erfindungsgemäße weitere Merkmale ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Pumpe gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ist ein Querschnitt nach Linie 2-2 der Fig. und

Fig. 3 ist ein Querschnitt nach Linie 3-3 der Fig.

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Man erkennt in den Figuren eine Pumpe Io mit einem Gehäuse 11 und einem Zylinderblock 12, die miteinander verbunden sind und eine Längsachse X aufweisen. Das Gehäuse besteht beispielsweise aus einem Grundrahmen 13, auf dem ein Deckel 14 mittels Schrauben 15 befestigt ist, sowie aus einem Gehäuse 16, das am Grundrahmen' 13 mittels Bolzen 19 befestigt ist und einen Innenraum 17 aufweist, der von der Querwandung 18 abgeschlossen ist. Der Grundrahmen 13 weist eine Bohrung 2o in der Ahse X auf, in deren Innerem das Zapfenende 21 einer gekröpften Welle 22 mittels eines Rollenlagers 2 3 drehbar gelagert ist. Die gekröpfte Welle 22 durchsetzt den Raum 17 und umfaßt, in Fig. 1 rechts, ein weiteres Ende 24, das in einer Manschette 25 der Achse X mittels eines Rollenlagers 26 drehbar gelagert ist. Die Manschette 25 ist in einer Bohrung 2 7 einer Platte 28 angeordnet, die ihrerseits beispielsweise mittels Schenkeln an der Querwandung 18 befestigt ist.

Zwischen ihren beiden Zapfenenden 21 und 24 umfaßt die gekröpfte Welle 22 ein umlaufendes Plateau 31 mit einer ebenen Fläche 32, die gegen die Achse geneigt ist und um einen geneigten Wellenstumpf 33 verlängert ist, der sich senkrecht zur ebenen Fläche 32 erstreckt. Dieses umlaufende Plateau 31 stützt sich am Grundrahmen 13 mittels eines Kegelrollenstirnlagers 34 ab. Am Umfang des umlaufenden Plateaus 31 ist mittels Schrauben 35 ein Zahnkranz befestigt, mit dem ein Ritzel 37 mit Schraubenverzahnung kämmt, das auf die Welle 4o eines Antriebsmotors aufgekeilt ist. Die Antriebswelle weist eine mit Keilnuten 41 versehene und das Gehäuse durchsetzende Verlängerung auf und ist drehbar gelagert ist Lagern 42 und 43. Das Ritzel 37 und der Zahnkranz 36 bilden ein Untersetzungsgetriebe, mittels dem das umlaufende Plateau 31 zu einer relativ niedrigen Drehzahl, beispielsweise unter 6oo UpM

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angetrieben werden soll.

Auf der schrägen Welle 33 ist drehbar eine schwingende Platte 44 mittels Lagern 45 und 46 gelagert, die eventuell ersetzt werden könnten durch reibungsarme Gleitlager aus Metall. Diese schwingende Platte 44 liegt an der geneigten Fläche 32 mittels eines Kegelrollenstirnlagers 47 an und wird an ihrem Platz gehalten mittels eines Halteringes 48, der auf denen Gewindeabschnitt der schrägen Welle 33 aufgeschraubt ist.

Die schwingende Platte umfaßt zylindrische Ausnehmungen, etwa bei 49, die regelmäßig um die geneigte Welle herum angeordnet sind. Die zylindrische Ausnehmung 49 ist so ausgebildet, daß sie einen sphärischen Lagerkörper 5o aufnimmt, der an seiner Peripherie mit einer Dichtung 51 versehen ist und von einem Gewindering 52 gesichert gehalten wird. Wie man aus Fig. 2 ersehen kann, weist die schwingende Platte Lagerkörper 5o, 5ο¹ und 5o" auf, die um 12o° zueinander versetzt sind und einer gleichen Anzahl von Kolben zugeordnet sind. Die Pumpe gemäß der Erfindung kann aber auch mit einer abweichenden Zahl von Kolben realisiert werden.

An dem Lagerkörper 5o liegt unter Druck der sphärische Kopf eines Längspleuels 5o an, das die schwingende Platte mit einem Kolben 54 verbindet. Der Kolben 54, gebildet von einer Axialkolbenstange 55 und einem Kolbenkörper 56, ist mit dem Ende·der axialen Kolbenstange an einem zylindrischen Schieber 57 befestigt, der beweglich in einer Manschette 58 sitzt, welche mit einem Anti-Reib-Belag versehen ist. Der Schieber 57 weist eine zylindrische Ausnehmung 6o auf, die einen sphärischen Lagerkörper 61 aufnimmt, welcher von einem Gewindering 62 an seinem Platz gehalten wird, und an dem der zweite Kopf des Längspleuels 53 unter Druck anliegt. Die

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beiden anderen Kolben der Pumpe, die um 12o° bezüglich der Achse X zu dem beschriebenen versetzt angeordnet sind, sind ebenfalls jeweils mit der schwingenden Platte 44 über gleichartig zum Längspleuel 53 ausgebildete Pleuel verbunden, die ebenfalls in sphärischen Lagerkörpern aufgenommen sind. Die drei Mnjaschetten 58, 58* ... sind in Ausnehmungen der Wandung 18 des Gehäuses 11 angeorndet und dort eingeschweißt. Die Platte 28, die ebenfalls mit Bohrungen versehen ist, hält das andere Ende der drei Manschetten. Der Zylinderblock ist an dieser Platte 28 mittels Kopfstücken 63 befestigt.

Die schwingende Platte 44 umfaßt an ihrer Unterseite eine Verlängerung 64, die eventuell von einem getrennten Bauteil gebildet werden kann und eine zylindrische Ausnehmung 65 aufweist, welche sich seitlich öffnet und in der ein sphärischer Lagerkörper 66 eingebettet ist, der von einem Gewindering 67 gehalten ist und an seinem Umfang eine Dichtung 6 8 aufweist (Fig. 2). Gegenüber der seitlichen öffnung der Ausnehmung 65 ist ein Block© an dem Gehäuse befestigt. Dieser Block 69 weist eine Ausnehmung 7o auf, die sich in Richtung der Verlängerung 64 der schwingenden Platte 44 öffnet und ausgebildet ist zur Aufnahme eine sphjfäischen Lagerblocks 71, der von einem Gewindering 72 gehalten und ai seinem Umfang mit einer Dichtung 73 versehen ist. Zwischen den beiden sphärischen Lagerkörpern 66 und 71 ist ein Querpleuel 74 plaziert, welches bei Umlauf die schwingende Platte 44 drehfest sichert. Falls während des Normalbetriebs der Pumpe die Welle 33 in Pfeilrichtung umläuft, ist das Querpleuel 74 auf der linken Seite der Fig. 2 angeordnet, damit es unter Druck arbeitet. Bei umgekehrter Drehrichtung wäre natürlich das Pleuel 74 auf der anderen Seite anzuordnen.

Die Verwendung des Querpleuels 74 als Mittel zum drehfesten Halten der schwingenden Platte erlaubt die RedB.sie-

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rung eines Schmiersystems, das besonders interessant ist und nachfolgend erläutert wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist anzumerken, daß die Wandung des Gehäuses 16 und der Block 69 von einem Durchlaß 75 durchbrochen sind, der eine Verbindung herstellt zu einer Einspritzpumpe 76 für Schmiermittel, das in den sphärischen Lagerkörper 71 eingebracht werden soll. Das Querpleuel 74, dessen Köpfe mit Dichtungen 77 und 78 versehen sind, ist mit einem Kanal 79 durchbohrt, welcher das Schmierfluid zum sphärischen Lagerkörper 66 weiterfördert. Der Kanal 79 kommuniziert mit einer Leitung 8o, die in die schwingende Platte 44 eingebohrt ist und das Schmierfluid in eine Kammer 81 fördert. Die Kammer 81 ist mit den Basisabschnitten der sphärischen Lagerkörper 5o, 5ο¹ und 5o" über individuelle Leitungen 82, 83 bzw. 84 verbunden, welche in die Masse der schwingenden Platte eingearbeitet sind. Diese Leitungen könen auch Rohrleitungen sein, die auf der schwingenden Platte verlegtSsind. Ein Kanal 85 (Fig. 1) durchsetzt in Längsrichtung das Längspleuel 53 und verbindet den Lagerkörper 5o mit dem Lagerkörper 61. Ähnliche Kanäle sind in die anderen Längspleuel eingearbeitet.

Dank dieser Anordnung schmiert man, ausgehend von der Pumpe 76, die verschiedenen Gelenke der schwingenden Platte 44, wie auch die sphärischen Lagerkörper der Kolben. Ein solches Schmiersystem ist nur möglich dank der Ausbildung des Querpleuels 74,das ermöglicht, einen festen Punkt am Gehäuse vorzusehen, ausgehend von dem man das Schmierfluid injizieren kann. Jeder sphärische Lagerkörper kann mit verschiedenen öffnungen versehen sein, welche die Kommunikation zwischen den verschiedenen Durchlässen und Leitungen sicherstellen trotz der geringfügigen Verdrehung der Pleuelköpfe in ihren Lagerkörpern.

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Der Zylinderblock 12 ist von drei Zylindern 86 durchsetzt, in welchen die Kolben gleitbeweglich aufgenommen sind. Auf der Seite der Platte 28 umfaßt der Zylinder 86 eine Ausnehmung 87 größeren Durchmessers, in der Abdichtungen 88 plaziert sind. Ein Gewindering 9o, eingeschraubt in die Manschette 58, gestattet es, selektiv diese Dichtungen zu komprimieren und gleichzeitig die Führung des Kolbens sicherzustellen. In der Verlängerung des Zylinders 86 und auf der Platte 2 8 abgewandten Seite ist eine Bohrung 92 eingebracht, die in Richtung nach innen eine Schulter 93 und nach außen ein Gewinde 9 4 aufweist. Diese Bohrung dient dazu, ein Einlaßklapp ventil 95 aufzunehmen, das von einem Stopfen 96 an seinem Platz gehalten wird. In Verlängerung der beiden anderen Zylinder 86' und 86" sind ebenfalls Bohrungen 92· und 92" (Fig. 3) vorgesehen, die zur Aufnahme von Zulaufklappventilen 95* bzw. 95" identisch zum Ventil 95 ausgebildet sind.

Das Ventil 95 kann irgendeine, an sich bekannte Rückschlagventilausbildung haben, insbesondere die in Fig. 1 dargestellte. Ein solches Ventil umfaßt einen Ventilkörper loo aus zwei Teilen, der außen mit Dichtungen lol versehen ist und eine Innenausnehmung Io2 aufweist. Eine Manschette Io3 ist koaxial in der Ausnehmung Io2 von Flügeln Io4 gehalten, die zwischen die beiden Abschnitte des Ventilkörpers loo geklemmt sind. Ein Schließglied Io5, verbunden mit einer in der Manschette Io3 axial beweglichen Stange, wird in seine Schließposition von einer Feder Io7 gedrückt. Der Ventilkörper ist mit einer Queröffnung Ho versehen, die den Innenraum Io2 mit einem Durchlaß Ho kommunizieren läßt, der radial in den Zylinderblock 112 eingeschnitten ist. Der Durchlaß 111 mündet in eine axiale Zulaufkammer 112, die ebenfalls in den Zylinderblock 112 eingeschnitten ist und sich von der Pumpe nach außen öffnet. Das Ventil 95 erlaubt den Durchgang von Fluid, der von der Pumpe in die Zulaufkammer 112 in Richtung auf den Zylinder 86 gefördert wird, unterbindet jedoch den

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Rückfluß in umgekehrter Richtung.

In der gleichen Radialebene wie der Durchlaß 111 und unter einem Winkel von 12o° gegenüber diesem versetzt (Fig. 3) sind Durchlässe 111' und 111" eingearbeitet, die jeweils mit dem Inneren des Zylinderblockes die Zulaufkammer 112 mit den beiden Bohrungen 92' bzw. 92" kommunizieren läßt, welche in die Verlängerung der Zylinder 95' bzw. 95" eingearbeitet sind. Die Flüssigkeit oder das Gas, das unter Druck von der Pumpe gefördert wird, gelangt mittels eines (nicht dargestellten) Leitungssystems in die Zulaufkammer 112, ausgehend von der es auf die drei Zylinder mittels der Durchlässe 111' bzw. 111" verteilt wird.

Der Zylinderblock 12 umfaßt ferner drei Ausnehmungen 113, 113' und 113", die parallel zu den Bohrungen 92, 92' und 92" eingearbeitet sind und relativ zu den letzteren um 6o° versetzt angeordnet sind. Gegenüber jeder dieser Ausnehmungen und auf der der Platte 28 abgewandten Seite ist in den Zylinderblock ein abgerundeteter Ausschnitt 114, 114' und 114" eingearbeitet. Die Ausnehmungen 113, 113' und 113" kommunizieren mit den Zylindern 86, 86' bzw. 86" über Durchlässe 115, 115' bzw. 115", die im Inneren des Zylinderblocks 12 in einer Querebene parallel zur Ebene der Durchlässe 111, 111¹ und 111" eingearbeitet sind. Die Ausnehmungen 113, 113' und 113" kommunizja:en auch mit den Außenraum über Radialdurchlässe 116, 116' und 116", die in den Zylinderblock in einer anderen Querebene, ebenfalls parallel zur Ebene der Durchlässe El, 111' und 111", eingearbeitet sind.

Die Ausnehmung 113" (Fig. 1), die mit dem Zylinder 86" kommuniziert, umfaßt eine Innenschulter 117' und einen äußeren Gewindeabschnitt 12o'. Ein Auslaßventil 121* ist in die Ausnehmung 113' eingebaut und liegt an der Schulter 117'

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an, wo es von einem Gewindestopfen 122' gehalten wird. Andere Auslaßventile identischer Bauart sind in gleicher Weise in die Ausnehmungen 113 und 113' eingebaut. Die Auslaßventile können die gleiche Form wie die Zulaufventile 95 haben. Der Durchlaß 116' umfaßt in Richtung nach außen einen Gewindeabschnitt 123',auf dem ein Auslaßrohr der Pumpe aufgeschraubt werden kann. Die Durchlässe 116, 116' und 116" verlängern sich bis zum Zentrum des Zylinderblocks 12 derart, daß sie miteinander kommunizieren. Das Auslaßventil 121' ermöglicht den Durchlaß von Fluid, das von dem Pumpenzylinder 86' gefördert worden ist in Richtung auf die mit Gewinde versehenen Auslässe 123, 123' und 123", während der Durchlaß in umgekehrter Richtung unterbunden wird.

Insgesamt erkennt man, daß das von der Pumpe geförderte Fluid in die Kammer 112 gelangt, auf die drei Zylinder 86, 86', 86" über die Durchlässe 111, 111" bzw. 111" und die Zulaufventile 95, 95", 95" veiteilt wird, danach über die Durchlässe 115, 115', 115" gefördert und den Auslaßventilen 121, 121' und 121" in Richtung auf die AuslaBdurchbrüche 116, 116', 116" zugeführt wird. Man erhält demgemäß drei Auslässe, die an drei unterschiedliche Rohrleitungen oder an einen Sammelring angeschlossen werden können.

Die betriebene Pumpe ist besonders gut geeignet für hohe Leistungen (mehr als 5oo PS) und insbesondere für die Übertragung hoher Drehmomente bei geringer Drehzahl (mehrere hundert Umdrehungen pro Minute), wobei die Pumpe eventuell verwendet werden kann für höhere Drehzahlen mit einem niedrigeren Drehmoment. Die Pleuel mit sphärischen Lagerkörpern und insbesondere das Querpleuel sind nämlich Organe, die senr gut geeignet sind für das Abfangen der erheblichen Druckkräfte und dies umso mehr, als durch die Konstruktion diese Kräfte im wesentlichen längs der Längsachse der Pleuel übertragen

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werden. Darüberhinaus kann man dank der Konzeption eines Querpleuels für das Drehfesthalten der schwingenden Platte die Pumpe mit einem Druckschmiersystem versehen, das gerade bei den hohen Leistungen von besonderer Bedeutung ist.

Die Anordnung "in einer Linie" der verschiedenen Organe: Umlaufendes Plateau und schwingende Platte, Kolben und Zylinderblock, verbunden mit relativ geringem Gewicht, führt zu einer besonders interessanten Anwendung für Pumpen, die auf Lastwagen angeordnet sind, wie man sie vor allem in der Erdölindustrie benötigt. Eine solche Pumpe kann demgemäß den Gegenstand zahlreicher technischer Abänderungen sein, die alle noch innerhalb des Rahmens der Erfindung liegen. Insbesondere kann das oben erwähnte Untersetzungsgetriebe durch ein Epicycloidengetriebe ersetzt werden, das die Antriebswelle mit der Achse X verbindet.

(Patentansprüche)

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Claims

Patentansprüche

Pumpe hoher Leistung mit einem Gehäuse, in dem ein um eine Achse umlaufendes und von einer Antriebswelle angetriebenes Plateau angeordnet ist, welches eine gegen die Achse geneigte Fläche aufweist, mit einer an der geneigten Fläche anliegenden schwingenden Platte, die gegen Drehung relativ zu dem Gehäuse mittels eines Querpleuels gesichert ist, das mit Köpfen in einerseits mit dem Gehäuse, andererseits mit der schwingten Platte verbundenen Lagerkörpern aufgenommen ist, und mit einem mit dem Gehäuse verbundenen Zylinderblock, in dem Kolben parallel zu der Achse beweglich angeordnet sind, welche Kolben an einem Ende mit der schwingenden Platte verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Querpleuel (74) von einem Längskanal (79) durchsetzt ist, über den Schmiermittel der schwingenden Platte (5o) zuführbar ist, welches Schmiermittel an dem mit dem Gehäuse (16) verbundenen Lagerkörper (71) des Querpleuels eingespeist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, nach der jeder Kolben mitÜer schwingenden Platte über ein Längspleuel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingende Platte Schmiermitte lleitungen (8o - 84) aufweist, welche den mit der schwingenden Platte verbundenen Laerkörper (66) des Querpleuels (74) mit den zugeordneten Lagerkörpern (5o, 5o', 5o") der Längspleuel (53, 53', 53") verbindet, und welche Leitungen in die schwingende Platte eingearbeitet sind.
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Längspleuel (53, 53', 53") von einem Kanal (85) durchsetzt ist, der seine Enden miteinander verbindet zwecks Weiterleitung des Schmiermittels zu den an den Kolben (56, 56', 56") befestigten Lagerkörpern (61) der Längspleuel.

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