DE2849740A1 - Mehrzweckige stroemungseinrichtung mit axialer durchstroemung - Google Patents

Mehrzweckige stroemungseinrichtung mit axialer durchstroemung

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DE2849740A1
DE2849740A1 DE19782849740 DE2849740A DE2849740A1 DE 2849740 A1 DE2849740 A1 DE 2849740A1 DE 19782849740 DE19782849740 DE 19782849740 DE 2849740 A DE2849740 A DE 2849740A DE 2849740 A1 DE2849740 A1 DE 2849740A1
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Lajos Natkai
Elek Dipl Ing Ujfalusi
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Orszagos Koeolaj es Gazipari Troeszt
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Orszagos Koeolaj es Gazipari Troeszt
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Description

P?.ir,t?.mvä3
Dipl.-Sr.g. R, Lemcfe . ■
Dr.-Ing. H.-J.. Brommer
Karlsruhe 1 -] ρ 30,3/0,4
orszAgos köolaj- Ss gAzipari teöszt
1055 Budapest Szent Istv&n krt. 11 Ungarn
r-M-:<'int Si.iÖMUNGSEINRICHTUNG MIT AXIALER ϋ<ΜΠ
Die Erfindunc; betrifft eine raehrzweckige Strömuiu liiri·. -itung mit axialer !J-.,i ciiströmung, die auf dem Prjn. ii"?-."" ι 11 Uinenverdrängi'iig betrieben und sowohl als eine
,-.i^flrischine, wie auch eine Arbeitsmaschine oder ein ; i:r ;".n:ungsmessgerät verwendet werden kann.
90-9823/0601
Durch die erfindungsgemässe Einrichtung kann die Energie der strömenden Flüssigkeit in eine mechanische Arbeit, oder kann die Arbeitsfähigkeit des strömenden Mediums durch die zum Antrieb verwendete mechanische Arbeit erhöht werden. Infolge des statischen und dynami« sehen Ausgleiche der sich drehenden Bestandteile, und der restlosen Beibehaltung des volumetrischen Prinzips ist ihre Drehzahl bzw. die Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Bauteile immer zu der Geschwindigkeit des strömenden Mediums proportional* Die Einrichtung ist daher für die hpchgenaue Messung der Strömungsgeschwindigkeit der Gase und der Flüssigkeiten insbesondere geeignet. Die bekannten Einrichtungen gleicher Bestimmung arbeiten die auf dem Prinzip der Volumenverdrängung betriebenen Maschinen mit einem verhältnismässig hohem Reibungsverlust,, wobei die durchströmende Medien zur Wirbelung, zur Richtungsänderung und zur Beschleunigung gezwungen sind. Ihre Volumenabgrenzung ist kompliziert und das Prinzip der Volumetrie kann nur mit Kompromissen und unvoll·» kommen realisiert werden· Die auf Prinzip der Strömungs-« technik betriebenen Einrichtungen können nur unter gegebenen Betriebsverhältnissen ökonomisch betrieben werden: ihr Wirkungsgrad ist von der Strömungsgeschwindigkeit, bzw« von der Drehzahl abhängig· Diese Eigenschaften der auf dem Prinzip der Volumenverdrängung und der Strömungstechnik betriebenen Einrichtungen sind daher mit be deutenden mechanischen, hydraulischen und volumetrischen Verlusten behaftet.
Zweck der Erfindung ist es eine Einrichtung zu schaffen, dadurch die Nachteile der bekannten Einrichtungen gleicher Bestimmung zu eliminieren, d.h. den Wirkungsgrad bei Umwandeln der kynetischen und Potenzialen Energie von
8&9828/060Ϊ
strömenden Gasen und Flüssigkeiten in mechanische Arbeit, bzw. bei Umwandeln der mechanischen Arbeit in kynetische oder Potenziale Energie zu erhöhen.
Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, das Verhältnis zwischen dem Volumen des strömenden Mediums und der Drehzahl der Einrichtung in dem ganzen Funktionsbereich beizubehalten. Die erfindungsgemässe Einrichtung besteht aus einer, in einem druckfesten Gehäuse angeordneten, auf einer zur Strömungsrichtung parallelen Welle gelagerten, rohrförmigen Kammer, deren innere Oberfläche ein Schraubengewinde aufweist. Im Inneren der Kammer ist eine, mit dem inneren Schraubengewinde der Kammer ver« bundene Spindel angeordnet. Die Vermittlung der mechani» sehen Arbeit erfolgt mit Hilfe eines, die Drehbewegung übertragenden Mittels, zweckmässig durch Zahnräder. Die Einrichtung enthält weiters ein die Drehbewegung fühlendes Gerät (zweckdienlich: Impulszeichengeber), nötigenfalls kann aber die Zwangsverbindung zwischen der Kammer und der Spindel durch einen, die Drehbewegung übertragenden Antrieb, (zweckmässig: Zahnradantrieb) realisiert werden. Das innere Profil des Querschnittes der Kammer wird durch eine Epizykloide z. , oder durch zwei, mit zwei parallelen Linien verbundene Kreissegmente gebildet. Das äussere Profil desselben Querschnittes wird durch die, während der relativen Bewegung des zugehörigen Kammerquerschnittes aufliegende Abdeckkurve der gestreiften Oberfläche gebildet. Betrachtet man die Bogenanzahl der Zykloidkurve als Gewindeausläufe, so wird einer Kammer, die eine kontinuierliche, oder veränderliche Ausläufe aufweisende Gewindeoberfläche besitzt, eine Spindel angepasst, deren Gewindegänge in gleicher Richtung ausgearbeitet sind ihr Gewinde-
309828/060t
auslouf ist zo = ζ, + 1 und ihre Gewindesteigung ist
2O.
hQ = 1 h. (kontinuierlich oder veränderlich).
zk
An eine Kammer, deren Querschnitt aus zwei, mit zwei parallelen geraden Linien verbundenen Kreissegmenten besteht, und deren innere Schraubenoberfläche zwei Ausläufe und eine kontinuierliche oder veränderliche Steigung h^ in gleicher Richtung aufweist, wird eine Spindel an» gepasst, die einen Kreisquerschnitt, einen Gewindeauslauf, und eine kontinuierliche oder veränderliche Steigung hQ = 0,5 h. aufweist.
Die Kammer und die Spindel sind in erster Linie durch das, in eine Ebene fallende Profil der Querschnitte miteinander verbunden. Für die Steigerung des zu übertragenden Momentes kann ein, eine gleichrichtige Drehung vermittelndes Organ, zweckdienlich ein Zahnradpaar dessen Aenderung
ο
i = , bzw. i = 0,5 ist -
zk
als eine separate Zwangsverbindung ausgebildet werden. Sowohl der die Kammer unterstützende Wellenzapfen, oder Wellenlager, wie auch der die Spindel unterstützende Zapfen oder Wellenlager sind an das druckfeste Gehäuse steif angeschlossen.
Die Ausbildung einer Kammer, deren inneres Gewinde einen einfachen Auslauf ζ. = 1 und einer Spindel, die einen einfachen Auslauf Zn = ζ. + 1 = 2 aufweist, besitzen
O tv
je einen Querschnitt, deren Anpassung nach einer, in dem ungarischen Patent 152 615 bekanntgemachten Weise erfolgt mit der Abweichung, daß nach dem erwähnten Patent infolge einer tangentialen Durchströmung, die den Kammerquerschnitt
90-982 8/060 t
innen umgebende Epizykloidkurve unterbrochen ist.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Nachteile der bekannten Einrichtungen zu eliminieren, wobei durch die Umwandlung der kynetischen und Potenzialen Energie der strömenden Flüssigkeiten und Gase, in eine mechanische Arbeit, bzw, durch die Umwandlung der mechanischen Arbeit in eine kynetische und Potenziale Energie die Erhöhung des Wirkungsgrades und Beibehaltung des Verhältnisses zwischen dem durchströmenden Volumen und der Drehzahl der Einrichtung in dem ganzen Funktions« oereich gesichert werden können.
Die erf-indungsgemässe Einrichtung besteht daher aus einer, in einem druckfesten Gehäuse, an einer, zu der Strömungsreichtung parallelen Welle gelagerten, eine innere Schraubenoberfläche aufweisenden, rohrförmigen Kammer, eowie aus einer, an einer weiteren, zu der erwähnten, Welle parallelen Welle gelagerten, in der Kammer angeordneten und damit verbundenen, ein äusseres Schrauben*· gewinde aufweisenden Spindel, aus einem zur Übertragung der mechanischen Arbeit geeigneten drehübertragenden Organ (zweckmässig Zahnräder), aus einem die Drehbewegung fühlenden Gerät (zweckmässig Impulszeichengeber) und aus einem nötigenfalls die Zwangsverbindung zwischen der Kammer und der Spindel realisierenden, drehübertragenden Organ (zweckmässig Zahnradantrieb), \
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die in einer Ebene befindlichen Querschnitte der Kammer und der Spindel derart verbunden, als dieselben Bauteile einer gewöhnlichen, bekannten Pumpe. Der Querschnitt der Spindel ist ein Kreis, der der Kammer ist aber ein, durch zwei parallelen geraden Linie verbundenes Kreissegment, wobei die Länge der parallelen Linien zu
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der relativen Bewegung des Spindelkreises gleich ist.
Infolge der Ausbildung der Schraubenoberflächen der Kammer und der Spindel weichen die Kammerquerschnitte zwischen den, in einem Abstand dl befindlichen Ebenen um einen Winkel dy> , die Spindelquerschnitte um einen
Winkel . , ab.
Der Kammerquerschnitt und der Spindelquerschnitt werden daher auf der Länge dl zueinander um einen Winkel
( ι „ ) (jv* gedreht. Da die Querschnitte zueinander
2O
relativ verwunden sind, entstehen entsprechend den kontinuierlichen oder veränderlicher, Gewindesteigungen zwischen der Kammer und der Spindel Hohlräume gleicher oder abweichender Länge für die zu befordernden flüssigen oder gasförmigen Medien. Diese Hohlräume - entsprechend der Verwundung der Kammer und der Spindel — wiederholen sich kontinuierlich, jedoch voneinander abgetrennt nach einer gleichen Phase.
Um die Seiter, der Ein- und der Ausströmung der erfindungsgemässen Einrichtung zuversichtlich zu zertrennen, sollen sowohl die Karrmer, wie auch die Spindel länger als der oben erwähnte Hohlraum bemessen werden. In diesem Falle kann beim ruhigen Zustand der Kammer und der Spindel theoretisch 'kein Medium durchströmen .
Während des Betriebes dreht sich die Kammer mit einer Drehzahl η, und die Spindel mit einer Drehzahl
zo
S_ , n infolge der Zwangsverbindung, bzw. der
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Aendsrung des, die Drehbewegung übertragenden Organes, während das, das Medium befördernde Volumenelement in der Achsenrichtung, ohne Drehbewegung, ohne Aenderung der Form und des Volumens sich vorwärtsbewegt. Seine Geschwindigkeit ν ~ n, . h, = η . h ist entweder konstant, oder veränderlich.
Die erfindungsgemässe Einrichtung weist keinen, eine oszillierende Bewegung durchführenden Bauteil auf. Sowohl die Kammer mehrerer Ausläufe, wie auch die Spindel drehen sich infolge der Symmetrie ihrer Querschnitte um ihre Achse, wobei die Kammer eines Auslaufes, und die Spindel entsprechend ihres Gewiehtspunktes bzw. Aussparung dynamisch 'ausgewuchtet werden sollen.
Die Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung werden anhand der beigelegten Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 stellt die Einrichtung mit einer Kammer eines
Gewindeausläufes und mit einer Spindsl mit zweifachem Gewinde in Längsschnitt dar; an Fig. 2 ist der Durchschnitt nach A-A an Fig. 1 zu sehen, an der
Fig. 3 wird der Durchschnitt nach B-B an Fig. 1 dargestellt, wobei ein anderer Durchschnitt C-C schmal ausgezogen ist.
Fig. 4 stellt die Einrichtung mit Impulszeichengeber, in Längsschnitt dar. An der
Fig. 5 sieht man die ' inrichtung mit einer Kammer von zwei Gewindeauslaufe und mit eine r Spindel mit einfachem Gewinde in Längsschnitt; an der Fig, 6 wird in Längsschnitt die erfindungsgemässe
Einrichtung dargestellt, ohne die, die Kammer drehenden Zahnräder.
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> JS —
Fig. V stellt die Einrichtung nach Fig. 6, gemäss üöi Linie D~D im Längsschnitt dar, wobei mit schmaler Linie ein Schnitt gemäss E-E ausgezogen ist.
An der Fig, 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt - die sowohl als eine Pumpe wie auch ein Hydromotor, oder Kompressor, oder Gasmotor vorteilhaft verwendet werden kann.
An das, auf den Betriebsdruck bemessene Gehäuse sind das die Kammer 2 unterstützende Wellenlager 3 und das die Spindel 4 unterstützende Wellenlager 5 (wobei die Spindel einen ellipsoiden Querschnitt aufweist) mittels eines Lenkkegels 6 und. einer stromlinienförmigen Haltestange 7 steif angeschlossen. Der mit der Kammer 2 zusammen gedrehte Zahnkranz 8 und der mit der Spindel 4 zusammen gedrehte Zahnkranz 9 sichern eine Drehbewegung mit Hilfe eines an der Vorsatzwelle 10 gekeilten Zahnradpaares« Mit der Kammer 2 zusammen wird auch ein Zwischenstück 11 gedreht, wodurch günstige Strömungsverhältnisse zwischen der kreisförmigen Reduktionsöffnung 12 und der epizikloiden öffnung der Kammer 2 gewährleistet werden.
Zu demselben Zweck dient das mit der Spindel zusammen gedrehte Spindelhals 13, wodurch zwischen dem Lenkkergel 6 und dem ellipsoiden Querschnitt der Spindel 4 ebenso günstige Strömungsverhältnisse gesichert werden können«. Das Spindelhals (Spindelzapfen) 13 und der Zahnkranz 9 werden durch die Flügelschaufel 14 verbunden. Die Flügelschaufel 14 sind mit einer Gewindesteigung ausgebildet, die zur Verminderung der Strömung des Achsenrichtung strömenden und wirbelnden Mediums zwischen den Flügelschaufeln nötig ist. Die Vorsatzwelle IO weist
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einen Wellenzapfen 15 auf, der - abhängig von der Bestimmung der Einrichtung - sowohl zur Übernahme, wie auch zur Übertragung der mechanischen Arbeit dient.
An der Fig. 4 wird das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung als ein Strömungsmessgerät dargestellt. Hierbei wird zwischen der Kammer 2 -< die einen einfachen Auslauf aufweist - und der Spindel 4 die Verbindung durch ein Zahnrad 16 (das eine Zähnezahl "z" aufweist) und durch ein weiteres, innenverzahntes Zahnrad 17 (das eine Zähnezahl 2z aufweist) realisiert. Das an der Welle 19 gelagerte Zahnrad 16 und das Zwischenstück 11 werden durch die Flügelschaufel 18 miteinander verbunden. Die Spindel 4 ist mit dem innenverzanten Zahnrad 17 zusammen an dem Wellenzapfen 20 gelagert. Der Impulszeichengeber - der aus einer, am Zwischenstück 11 montierten Scheibe 21 und aus den.Fühler 22 besteht - dient zu einer vorzeichenrichtigen Fernanzeige der, zu dem Volumen des strömenden Mediums proportionalen Umdrehung.
An der Fig. 5 ist das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt - die hierbei mit einer Spindel einfachen Auslaufes und mit einer Kammer zweifachen Auslaufes aufgebaut ist — und die als eine Pumpe, als ein Kompressor, oder als ein Extruder verwendet werden kann. Die Aenderung i » n]/n o c °'5 zwischen der Kammer 2 und der Spindel 4 wird auch durch die, die Kammer 2 und die Spindel 4 antreibenden, an der Vorsatzwelle 10 gekeilten Zahnräder gesichert. Die Betätigung der beschriebenen Einrichtung ergibt sich aus ihrem Aufbau.
Wenn durch die Kammer ein Medium strömt, - das kynetische oder Druckenergie tr^gt - so kann über die,
0^98 28/06
mit der Spindel durch Zahnräder verbundene Ausgangs»* welle eine Arbeitsmaschine angetrieben, oder umgekehrt: wenn der Wellenzapfen mit einem Getriebe und mit einer entsprechenden Kraftmaschine angetrieben wird, so kann die Arbeitsfähigkeit des durchströmenden Mediums erhöht werden. Die erfindungsgemässe Einrichtung - mit Auswahl eines geeigneten Ausführungsbeispieles und entsprechend bemessenen, eventuell mit sonstigen, an und für sich bekannten Bauelementen ergänzt -» kann als eine Flüssigkeitspumpe, als ein Kunststoff-Extruder, als ein Strahlgetriebewerk, als ein Kompressor oder Lüftungsanlage, ein Hydromotor, ein Gasabsauger, ein Gasmotor, oder als ein Messgerät für strömenden Medien verwendet werden.
Se-9 8 2 S / 0 6 0 1

Claims (5)

  1. PATENTANSPROCHF
    Mehrzweckige Srrömumjseinrichtung mit axialer Durchströmung, die auf dem Prinzip der Volumenverdrängung betrieben ist und sowohl als eine Kraftmaschine, wie auch eine Arbeitsmaschine, oder ein Strömungsmessgerät verwendet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer, eine innere Schraubenoberfläche konstanter oder veränderlicher Gewindesteigung aufweisenden Kammer (z) eine, an der Schraubenoberfläche mit Spalten oder ohne Spalten sperrende, und von der inneren Schraubenoberfläche der Kammer abweichende Gewindesteigung aufweisende Spindel (4) angeordnet ist, deren Querschnitt durch die innere Abdeckkurve einer Oberfläche begrenzt ist, die während der relativen Drehbewegung des in der gleichen Ebene liegenden Kammerquerschnittes gestreift wird, wobei die Spindel (4) mit der Kammer (2) in einer, eine gleichrichtige, jedoch eine abweichende Winkelgeschwindigkeit zustellende Zwangsverbindung steht.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Profil (z^) des Kammerquerschnittes eine geschleifte Epizykloide ohne innere Bogen aufweist, das äussere Profil des Spindelquerschnittes eine inner Abdeckkurve (zQ « z^ + 1 / der, durch den Kammerquerschnitt während der relativen Drehbewegung gereibten Ebene ist, wobei die Gewindesteigung der Spindel da? ■— -fache der, der Kammer beträgt und die Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung der'Spindel beträgt das __k -fache der, der Kammer.
    zo
    S0-98287O6OT
    ORIGINAL INSFECTEÖ
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch L, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Profil (z.) der Kammer (2) eine mit Spitzen versehene, oder gedehnte Epizykloide ist, das äussere Profil des Spindelquer-Schnittes aber die innere Abdeckkurve (z = z. + l) einer
    O K
    Oberfläche, die während der relativen Bewegung der Spindel und der Kammer durch den Kammerquerschnitt ge-» streift, ist; die Gewindesteigung der Spindel beträgt
    das — -fache der, der Kammer und die Winkelgeschwin-
    Zk zk
    digkeit der Spindel beträgt das — -fache der, der
    Kammer. °
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Profil des
    Kammerquerschnittes ein durch zwei Parallele verbundenes 5
    Kreissegment ist, das die Abdeckkurve der während der
    relativen Bewegung des kreisförmigen Querschnittes der Spindel (4) entstandenen Oberfläche ist, wobei die Gewindesteigung der Spindel die Hälfte der Gewindesteigung der Kammer beträgt und die Winkelgeschwindigkeit der :O Spindel das zweifache der der Kammer ist«
  5. 5. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß äusser den Profilen der Spindel (4) und der Kammer (2) ein, die Drehbewegung übertragendes Getrieb, zweckmässig
    ί5 ein Zahnradgetrieb - deren Modifizierung i = Z0/^ ist -
    die entsprechende Verbindung zwischen der Kammer und der Spindel versieht.
    9 8-9 82 8 /060 t
DE19782849740 1977-12-28 1978-11-16 Mehrzweckige stroemungseinrichtung mit axialer durchstroemung Ceased DE2849740A1 (de)

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