DE518994C

DE518994C - Rotary lobe pump system, which consists of two or more positively coupled rotary lobe pumps

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Publication number: DE518994C
Application number: DET35517D
Authority: DE
Original assignee: DIETER THOMA DR ING
Current assignee: DIETER THOMA DR ING
Priority date: 1928-08-07
Filing date: 1928-08-07
Publication date: 1931-02-25

Description

Drehkolbenpumpenanlage, die aus zwei oder mehr zwangläufig gekuppelten Drehkolbenpumpen besteht Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drehkolbenpumpen für Förderung von Flüssigkeiten und Gasen und bezweckt die Vermeidung der periodischen Schwankungen der Fördermenge, die bei den bekannten Bauarten dieser Pumpen auftreten und oft stören. Dieser Zweck wird dadurch erreicht, daß die gesamte Förderung auf zwei oder mehr in besonderer Weise zwangläufig gekuppelte, eine besondere Form des Flügelumrisses aufweisende Pumpen oder Drehkolbenpaare verteilt wird.Rotary lobe pump system consisting of two or more inevitably coupled Rotary Lobe Pumps Consists of The present invention relates to rotary lobe pumps for conveying liquids and gases and aims to avoid periodic Fluctuations in the flow rate that occur with the known types of these pumps and often disturb. This purpose is achieved by having the entire promotion on two or more inevitably coupled in a special way, a special form of the Pumps or rotary piston pairs having a wing outline is distributed.

Die Sachlage soll an dem Beispiel einer Pumpe mit zwei gleich schnell laufenden, durch gleich große Zahnräder miteinander gekuppelten und gleich geformten Drehkolben nach Art der bekannten Root-Gebläse dargelegt werden. In Abb. i bedeuten 0, und 0, die Drehpunkte der beiden Drehkolben Dl und D., die - zwecks Anwendung der bekannten Sätze der Verzahnungslehre - als ineinander eingreifende Zähne angesehen werden können. Der Berührungspunkt der beiden Teilkreise, der im vorliegenden Falle mit dem Mittelpunkt der Zentrale 01-0.> zusammenfällt, ist mit C bezeichnet (Ä1)b. 2). Der Punkt, in dein sich bei einer beliebigen Stellung der Drehkolben die Drehkolben berühren, ist als Eingriffspunkt mit E bezeichnet. Die Strecke 0,-E sei mit f1, die Strecke 0=-F mit f, die Strecke E-C mit e bezeichnet; die Größen f1, f, und e verändern sich bei der Drehung der Kolben. Bezeichnet man schließlieh noch mit r den Radius der beiden Gehäusebohrungen, mit b die senkrecht zur Ebene der Abbildungen gemessene Länge der Drehkolben und finit m die Winkelgeschwindigkeit der beiden Drehkolben, dann ist da. bei der augenblicklichen Stellung der Drehkolben sekundlich geförderte Flüssigkeitsvolumen O gegeben durch Um diese Beziehung nachzuweisen, sei zunächst darauf hingewiesen, daß die bei irgendeiner Stellung der Kolben sekundlich geförderte Flüssigkeitsmenge nicht geändert wird, wenn man die Form der Kolben an den Stellen, an denen sie weder die Gehäuscwan@l noch den anderen Kolben berühren, ändert. So bewirkt beispielsweise das Ausnehmen einer Kerbe X (Abb. .4) oder die Anbringung einer Abflachung Y (Abb. d.) offenbar keine Veränderung der augenblicklichen sekundlichen Fördermenge bei der gezeichneten Stellung der Kolben. Man ändert deswegen die augenblickliche Fördermenge auch dann nicht, wenn man die Kolben j e durch zwei ebene, mit der Achse verbundene Flächen (Flügel) ersetzt, welche sich von der Achse bis zu den Berührungslinien der Kolben mit der Gehäusewand und bis zu der gegenseitigen Berührungslinie der Kolben erstrecken, wie in Abb.5dargestellt ist. Die augenblickliche Fördermenge dieser Ersatzpumpe kann nun __tundrn «-erden durch die Er@.@>ä;;ung, dal; bei Vernachlässigung der Reibung die augenblickliche Antriebsleistung L der Pumpe nach dem Energiegesetz gleich dein Produkt der augenblicklichen Fördermenge 0 mit dem Förderdruck p ist.The situation will be illustrated using the example of a pump with two rotating pistons running at the same speed, coupled to one another by gears of the same size and having the same shape, in the manner of the known Root blower. In Fig. I, 0 and 0 mean the pivot points of the two rotary pistons Dl and D., which - for the purpose of applying the known principles of gear theory - can be viewed as meshing teeth. The point of contact of the two partial circles, which in the present case coincides with the center point of the control center 01-0.>, Is denoted by C (Ä1) b. 2). The point at which the rotary lobes touch in any position of the rotary lobes is denoted by E as the point of engagement. The segment 0, -E is denoted with f1, the segment 0 = -F with f, the segment EC with e; the quantities f1, f, and e change as the pistons rotate. Finally, if one designates the radius of the two housing bores with r, the length of the rotary lobes measured perpendicular to the plane of the figures, and finite m the angular velocity of the two rotary lobes, then there is. at the instantaneous position of the rotary lobes, the liquid volume O delivered secondarily is given by In order to demonstrate this relationship, it should first be pointed out that the amount of liquid delivered secondarily at any position of the pistons is not changed if the shape of the pistons is changed at the points where they do not touch either the housing van @ 1 or the other piston. For example, removing a notch X (Fig. 4) or making a flat Y (Fig. D.) Does not seem to change the instantaneous secondary delivery rate in the position of the pistons as shown. The current flow rate is therefore not changed even if the pistons are replaced by two flat surfaces (vanes) connected to the axis, which extend from the axis to the contact lines of the piston with the housing wall and to the mutual contact line of the Pistons extend as shown in Figure 5. The current delivery rate of this replacement pump can now __tundrn «-ground through the Er @. @>Ä;; ung, dal; If the friction is neglected, the instantaneous drive power L of the pump according to the law of energy is equal to your product of the instantaneous delivery rate 0 with the delivery pressure p.

Um die Antrie:;sleitung L. zu berechnen. wird angenommen, daß die beiden Kolben sich im Punkt E drucklos berühren. Dann treten Drehmorner_te nur infolge des Flüssigkeitsdruckes auf. Die auf dezl linken Flügel des linken Kolbens (Abb. 5) wirkende Kraft ist P,- p b r, der Abstand ihrer Richiungslinie von der Drehachse ist ihr Drehmoment also Im entgegengCs, tzten Sinne wirkt das Drehmoment auf den. rechten Flügel des linken Kolbens; es ist hier die Kraft P,. - b fl, ihr Abstand fi und ihr Drehmoment gbfiz. Das resultierende 1o- 1 ment beider Flügel ist somit f#' (r2 - f;) . Die zum Antrie'1 des linken Kolbens erforderliche augenblickliche Leistung ergibt sich somit durch Multiplikation mit der Winkelgeschwindigkeit (") In gleicher Weise ergibt sich die zum Antrieb des rechten Kolbens erforderliche Leistung zu Die gesamte augenblickliche Antriebsleistung ist somit Indem man diesen Ausdruck gleich O > p setzt, erhält man die obige Gleichung für O.To calculate the drive line L. it is assumed that the two pistons touch at point E without pressure. Torques then only occur as a result of the fluid pressure. The force acting on the left wing of the left piston (Fig. 5) is P, - p b r, the distance between its direction line and the axis of rotation so its torque In the opposite sense, the torque acts on the. right wing of the left piston; it is the one here Force P ,. - b fl, your distance fi and you Torque gbfiz . The resulting 1o- 1 ment of both wings is thus f # '(r2 - f;). the The instantaneous power required to drive the left piston is thus obtained by multiplying it by the angular velocity (") The power required to drive the right piston results in the same way The total instantaneous drive power is thus By setting this expression equal to O> p, one obtains the above equation for O.

Diese Gleichung läßt sich noch vereinfachen. Mit Gien Bezeichnungen der Abb. 6 ist Hier fällt 2 a b heraus, und wenn man noch beachtet, daß b2 + 112 - e2 ist, ergibt sich Durch Einsetzen dieses Ausdruckes in die obige Gleichung für Q ergibt sich Q-wb [r2-a2- e2].This equation can still be simplified. With Gien designations the Fig. 6 is Here 2 a b falls out, and if one also takes into account that b2 + 112 - e2, the result is Substituting this expression into the above equation for Q gives Q-wb [r2-a2-e2].

Dabei ist CL gleich der Strecke 0,-C .- Strecke 0,-C und somit unabhängig von der jeweiligen Stellung der Kolben.CL is equal to the distance 0, -C .- distance 0, -C and is therefore independent on the respective position of the pistons.

Da die Winkelgeschwindigkeit to schon aus praktischen Gründen. unveränderlich sein muß, ist die mit der Winkelstellung der Drehko-Len wechselnde Entfernung e für die Schwankungen der Fördermenge allein maßgebend. Aus dr Lehre von den Verzahnungen folgt nun. daß der Weg des Eingriffspunktes F_, die Eingriffslinie, durch C hindurchgehen muß, wobei e=o wird. Da e nicht dauernd gleich Null sein kann - man würde dann als Drehkolben zwei Kreiszylinder erhalten, die die Fördermenge zwar konstant, aber gleich iVTull ergeben - folgt, daß eine einzelne Drehkolbenpumpe dieser Bauart notwendigerweise periodische Schwankungen der Fördermenge erzeugt; da der Eingriffspunkt während einer Drehung der Kolben bei dem vorliegenden Beispiel viermal durch C geht, beträgt die Periodenzahl der Schwankung vier je J_Tmdrehung.Since the angular velocity to for practical reasons. immutable must be, is the distance e, which changes with the angular position of the rotating cone solely decisive for the fluctuations in the delivery rate. From the doctrine of the gears now follows. that the path of the point of engagement F_, the line of action, go through C. must, where e = o. Since e cannot always be zero - one would then be called Rotary piston received two circular cylinders, which the delivery rate is constant, but equal to iVTull - it follows that a single rotary lobe pump of this type necessarily generates periodic fluctuations in the flow rate; because the point of engagement during one rotation of the pistons passes through C four times in the present example the number of periods of the fluctuation four per J_Tm rotation.

Wenn man zwei oder mehr miteinander gekuppelte Drehkolbenpuinpen parallel schaltet, kann man erreichen, daß die Schwankungen sich gegenseitig aufheben. 'im- die hierfür maßgebende Bedingung zu ermitteln, muß man den veränderlichen Teil der Fördermenge in der letzten der obigen Gleichungen beachten. Bezeichnet man allgemein die Winkelgeschwindigkeiten der verschiedenen zusamrnenarbeitenden Pumpen mit co', ui', co- usw. und entsprechend mit b', b", b"' usw. die Länge der Drehkolben und mit e', e", e"' usw. die jeweils zeitlich zusammengehörenden Entfernungen der Eingriffspunkte von den Mitten der Zentralen, so muß ,wr bY2 -L W» biI eln2 - »@ bri' ei712 -r . . . i unveränderlich, d. h. von der jeweiligen Stellung der Drehkolben unabhängig sein. Diese Bedingung ist bestimmend für die Form der Kolben und für den Winkel, unter dein die Pumpen gekuppelt wenden müssen.If you connect two or more coupled rotary piston pumps in parallel, you can achieve that the fluctuations cancel each other out. In order to determine the decisive condition for this, one must consider the variable part of the delivery rate in the last of the above equations. The angular velocities of the various pumps working together are generally designated as co ', ui', co- etc. and correspondingly with b ', b ", b"' etc. the length of the rotary lobes and with e ', e ", e"' etc. . the temporally related distances of the points of intervention from the centers of the central units, so must, wr bY2 -LW »biI eln2 - » @ bri 'ei712 -r . . . i unchangeable, ie independent of the respective position of the rotary lobes. This condition is decisive for the shape of the pistons and for the angle at which the coupled pumps must turn.

Im folgenden wird der .sinfachste Fall, daß die Gesamtförderung auf zwei gleiche, unmittelbar miteinander gekuppelte Pumpen verteilt wird, näher erörtert. Die obige Bedingung vereinfacht sich dann zu e'2 -r e"2 - tonst . Der Winkel, um den die beiden Pumpen gegeneinander versetzt sind, werden mit .#q bezeichnet. Die Stellung des einen Kolbens der Pumpen möge durch den von einer bestimmten Ausgangslage, i. B. von der senkrechten Stellung des Kolbens, aus gemessenen Drehwinkel a bezeichnet werden. Wenn der Drehwinkel der ersten Pumpe a' irgendeinen bestimmten Wert v., hat, ist für die zweite Pumpe a " = a, + (p. Da beide Pumpen gleich ausgeführt sind, ist e bei beiden dieselbe Funktion des Drehwinkels. Bezeichnet man den zu irgendeinem Winkel a gehörigen Wert von e mit e., so ergibt sich als notwendige un l hinreichende l'edingung, «-elche diese Funktion erfüllen muß, wenn e'= -#- e"= = const sein soll, die Forderung, daß für jeden Winkel <c bei konstantem #o ist (eJ 2 rt (e,+o,) 2 - const .The simplest case in which the total delivery is distributed to two identical pumps which are directly coupled to one another is discussed in more detail below. The above condition is then simplified to e'2 -re "2 - tonst. The angle by which the two pumps are offset from one another are denoted by. # Q , i.e. the angle of rotation a measured from the vertical position of the piston. If the angle of rotation of the first pump a 'has any specific value v If both pumps are designed the same, e is the same function of the angle of rotation for both. If one denotes the value of e belonging to any angle a with e. if e '= - # - e "= = const, the requirement that for every angle <c with constant #o (eJ 2 rt (e, + o,) 2 - const.

Zur praktischen Ermittlung der Zahnform nimmt man am besten eine Funktion e - f (a: ), «-elche der obigen Bedingung genügt, an; aus dieser Annahme lassen sich dann, auf Grund bekannter Sätze der Verzahnungslehre, die Eingriffslinie und die Zahnform eindeutig bestimmen.For the practical determination of the tooth form, it is best to assume a function e - f (a:), «-which satisfies the above condition; From this assumption, the line of action and the tooth shape can then be clearly determined on the basis of known theorems of the gear theory.

Wenn inan doppelt symmetrische Drehkolben (d. h. solche mit zwei Zähnen wie in Abb. r) erhalten will, kann man die einfache Funktion e=C#cos 2U annehmen (wobei c eine Konstante bedeutet), denn mit T =.I3° wird dann e -i- 2a .t,4,2 = C2COS22u-- c2cos22(x i 45-) - C2tos22u + C2coS2 (2a -E- 9o°) = C2 (cos2 2J i sm2 22) = C2, und die Bedingung für das zeitliche Gleichbleiben der Summe der Fördermengen der beiden Pumpen ist erfüllt. Die in den Abbildungen gezeichnete Form ist in dieser Weise bestimmt, und zwar für c' 0,25 y. Wenn zwei solch: Pumpen in Parallelschaltung und mit gleicher Drehzahl so zusammengekuppelt sind, daß die eine Pumpe der anderen, um .I5° voreilt, ist die Gesamtförderung ganz gleichmäßig.If inan doubly symmetrical rotary pistons (ie those with two teeth as in Fig. R) are to be obtained, one can assume the simple function e = C # cos 2U (where c means a constant), because with T = .I3 ° then e -i- 2a .t, 4,2 = C2COS22u-- c2cos22 (xi 45-) - C2tos22u + C2coS2 (2a -E- 9o °) = C2 (cos2 2J i sm2 22) = C2, and the condition for the temporal The sum of the delivery rates of the two pumps remains the same. The shape shown in the figures is determined in this way, for c ' 0.25 y. If two such pumps are connected in parallel and at the same speed so that one pump leads the other by .15 °, the total delivery is quite even.

In derselben Weise lassen sich auch die Fördermengen zweier gleicher Pumpen, deren zusammenarbeiten(le Drehkolben verschiedene Drehzahlen haben, 5egeneinander abgleichen. In Abb.3 ist beispielsweise eine Ausführungsform einer solchen Pumpe dargestellt. Das Übersetzungsverhältnis des einen Kolbens (Winkelgeschwindigkeit to) auf den anderen ist (iahei Auch hier ergibt sich die Bedingung, daß die Summe der Quadrate der Abstände e zeitlich unveränderlich sein muß.In the same way, the delivery rates of two identical pumps, whose working together (le rotary lobes have different speeds, can be compared with one another. In Fig. 3, for example, an embodiment of such a pump is shown (iahei Here, too, the condition arises that the sum of the squares of the distances e must be invariable over time.

Für den praktisch wichtigsten Fall, daß die zusammengekuppelten Pumpen gleiche Bauart und Drehzahl haben, läßt sich die Bedingung auch so ausdrücken, daß das arithmetische Mittel der Quadrate der zeitlich zusammengehörigen Abstände e zeitlich unveränderlich sein muß.For the practically most important case that the coupled pumps have the same design and speed, the condition can also be expressed in such a way that the arithmetic mean of the squares of the temporally related distances e must be unchangeable over time.

Wenn man in dem allgemeinsten Fall, daß die z« anglä ufig miteinander gekuppelten Pumpen verschieden gebaut sind und mit verschiedenen Drehzahlen betrieben werden, die zu den einzelnen Pumpen gehörigen Größen wie oben durch Striche kennzeichnet, ergibt sich, daß die Summe wl bi (ni + I) e12 + w11 bii (WI I) e112 will biii (niii + I) e1112 ... zeitlich unveränderlich sein muß. Man kann dies auch so ausdrücken, daß das unter Berücksichtigung der Winkelgeschwindigkeiten, Übersetzungsverhältnisse und Kolbenlängen gebildete Mittel der Quadrate der zeitlich zusammengehörenden Abstände e zeitlich unveränderlich sein muß.If, in the most general case, that the pumps, which are coupled to one another, are built differently and are operated at different speeds, the quantities belonging to the individual pumps are indicated by dashes as above, then the result is that the sum wl bi (ni + I) e12 + w11 bii (WI I) e112 will biii (niii + I) e1112 ... must be unchangeable over time. This can also be expressed in such a way that the mean of the squares of the temporally related intervals e, which is formed taking into account the angular velocities, transmission ratios and piston lengths, must be invariable over time.

Claims

PATENTANSPRUCI3: Rotary lobe pump system consisting of two or more inevitably coupled rotary piston pumps, characterized in that during rotation the 1st piston is the arithmetic mean of the square of the distances (e) between the points of engagement (E) of the points of contact of the partial circles (C) remains unchanged when all pumps are the same and run at the same speed or. if the pumps are not the same or do not run at the same speed that taking into account the speeds, gear ratios and the mean of these squares formed by the piston lengths remains unchanged.