DE69817582T2

DE69817582T2 - Geräuscharme saugpumpe

Info

Publication number: DE69817582T2
Application number: DE69817582T
Authority: DE
Inventors: P. Gregory WOOD; D. Michael WALTERS
Original assignee: Delaware Capital Formation Inc; Capital Formation Inc
Current assignee: Delaware Capital Formation Inc; Capital Formation Inc
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2018-01-09
Also published as: AU5914798A; CN1276852A; JP4143261B2; CN1247898C; ES2205443T3; EP1005613A1; KR100499652B1; US6030191A; EP1005613B1; WO1999009322A1; KR20010023056A; JP2001515184A; BR9811328A; DE69817582D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Saugpumpen, insbesondere eine geräuscharme Saugpumpe, die sich zum Pumpen flüchtiger Flüssigkeiten eignet.
Hintergrund der Erfindung
Saugpumpen werden bei vielen Prozessen verwendet, um Flüssigkeiten von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort zu transportieren. Eine typische Saugpumpe umfasst ein Pumpengehäuse, durch das eine Pumpenkammer gebildet wird. Ein Rotor, der durch einen Motor in Umdrehung versetzt wird, ist in der Pumpenkammer angeordnet. In dem Rotor sitzt eine Anzahl von Schaufeln. Wenn der Rotor umläuft, zwingt die entstandene Zentrifugalkraft die Schaufeln nach außen gegen die Wand des Pumpengehäuses, das die Pumpenkammer definiert. Aufgrund der Geometrie der Pumpenkammer und der Position des Rotors in der Pumpenkammer entsteht ein Vakuum in den Zwischenräumen zwischen den Schaufeln, die als Flüssigkeitszwischenräume bezeichnet werden. Wenn ein Flüssigkeitszwischenraum sich am Einlass der Pumpenkammer befindet, stellt dieses Vakuum ein Sauggefälle für die gepumpte Flüssigkeit dar. Die Flüssigkeit wird dadurch in den Flüssigkeitszwischenraum gesaugt und rotiert mit dem Flüssigkeitszwischenraum. Wenn sich der Rotor dreht nimmt die Größe des Flüssigzwischenraumes ab, wenn er sich dem Auslass der Pumpenkammer nähert. Diese Änderung der Größe des Flüssigkeitszwischenraums zwingt die Flüssigkeit aus der Pumpenkammer und durch die Einlassleitung, die an die Pumpe angeschlossen ist.
Ein besonderes Flüssigkeitstransportsystem, bei dem eine Saugpumpe häufig eingesetzt wird, ist ein Brennstoffausgabesystem. Ein typisches Brennstoffausgabesystem ist zum Ansaugen von Kraft- oder Brennstoff von einem unterirdischen Vorratstank konstruiert, in dem der Brennstoff (Benzin, Dieselkraftstoff, Kerosin, Alkohol, flüssiges Propan, flüssiges Butan, andere verflüssigte Gase und andere flüssige Brennstoffe, die sehr flüchtig sind) gelagert wird. Das Ausgabesystem weist eine Pumpe auf, das den Brennstoff zu und durch eine Schlauch- und Zapfhahnsubeinheit über dem Erdboden zwingt. Der Durchfluss durch die Pumpe wird häufig durch ein vom Zapfhahn kontrolliertes Ein- und Ausschaltventil gesteuert. Es ist auch ein Strömungsmesser vorhanden, der das Volumen der ausgegebenen Flüssigkeit kontrolliert, um die Daten zur Verfügung zu stellen, die notwendig sind, dass der Verbraucher exakt mit der Menge des ausgegebenen Brennstoffs belastet wird. Wenn eine Saugpumpe in einem Brennstoffausgabesystem verwendet wird, saugt die Pumpe Brennstoff von dem Vorratstank und zwingt ihn durch die wegführenden Ausgabesystemkomponenten. Sollte sich ein Leck in der Zufuhrleitung von dem Vorratstank bilden, wird durch die Saugkraft der Pumpe, anstatt dass Brennstoff herausfließt, Luft in die Leitung gesaugt. Der Einsatz einer Saugpumpe in einem Brennstoffausgabesystem dient deshalb dazu, unerwünschte Brennstofflecks und den Umweltschaden, den ein solches Leck anrichten kann, zu minimieren.
Obgleich Saugpumpen nützliche Einrichtungen in vielen Systemen bilden, um eine Flüssigkeit zu zwingen, einen Flüssigkeitsstrom zu bilden, beispielsweise in Brennstoffausgabesystemen, gibt es einige Nachteile, die mit ihrem Einsatz zusammenhängen. Ein besonderer Nachteil, der vielen Flüssigkeitspumpen anhaftet, ist der, dass, wenn sie laufen, sie einen beträchtlichen Lärm erzeugen. Dieser Lärm entsteht, weil, wenn die Flüssigkeit in den Flüssigkeitszwischenraum ein tritt, sie sich volumenmäßig ausdehnen kann. Einige Flüssigkeiten verdampfen teilweise. Wenn die Größe des Flüssigkeitszwischenraumes abnimmt, wird dann die Flüssigkeit komprimiert. Diese Kompression verursacht, dass die Blasen der verdampften Flüssigkeit zusammenfallen. Dieses Zusammenfallen oder Platzen der Dampfblasen kann einen erheblichen Lärm erzeugen. Dieses Verdampfen und das anschließende Kondensieren der Flüssigkeit tritt insbesondere dann auf, wenn die Flüssigkeit im flüssigen Zustand flüchtig ist, wie bei vielen Brennstoffen. Bei einem Brennstoffausgabesystem ist die Saugpumpe üblicherweise in dem Gehäuse oberhalb des Erdbodens angeordnet, das die meisten anderen Komponenten des Ausgabesystems enthält. Das Geräusch, das von der Pumpe während ihres Betriebs erzeugt wird, kann daher von einer Person, die das Ausgabesystem verwendet, deutlich gehört werden. Wenn der Brennstoff einen relativ hohen Dampfdruck aufweist, kann dieses Geräusch relativ laut sein. Wenn das Geräusch zu laut wird, kann die Person, die das System verwendet, so besorgt sein, dass er/sie das Pumpen des Brennstoffs einstellt in der Meinung, dass eine Betriebsstörung des Ausgabesystems vorliegt. Wenn eine Person diesen Schritt vollzieht, verlängert dies die Gesamtzeit erheblich, die notwendig ist, um den Brennstoffausgabevorgang durchzuführen.
Es sind einige Versuche unternommen worden, um das Ausmaß des Lärms, der durch Saugpumpen erzeugt wird, durch Herabsetzung der Rotationsgeschwindigkeit des Pumpenrotors zu minimieren. Ein Nachteil dieser Technik besteht darin, dass bei einer vorgegebenen Pumpengröße die Geschwindigkeit herabgesetzt wird, mit der die Pumpe die Flüssigkeit fördert. Demzufolge ist es bei einigen Flüssigkeitsausgabesystemen notwendig, die Pumpengröße zu erhöhen, um diese Herabsetzung der Flüssigkeitspumpleistung zu kompensieren. Andere Versuche sind unternommen worden, um das Ausmaß des erzeugten Lärms zu reduzieren, indem lediglich eine akustische Isolierung um die Pumpe angebracht worden ist. Durch diese Isolierung wird die Gesamtgröße der Pumpe erhöht. Diese größeren Pumpen, die notwendig sind, um das gebildete Geräusch auf einem Minimum zu halten, können schwierig an Stellen zu installieren sein, bei denen Platz knapp ist, beispielsweise im Inneren eines Brennstoffausgabegehäuses.
Aus dem US-Patent 4,925,372 geht eine Pumpe hervor, bei welcher abgegebene Flüssigkeit zurück in die Pumpenkammer geführt wird. Es wird davon ausgegangen, dass diese Pumpen nicht zu einer deutlichen Reduzierung des Geräuschs führen, das durch die Kompression der durch Kavitation gebildeten Blasen verursacht wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Saugpumpe, welche bei ihrem Betrieb nur ein geringes Geräusch erzeugt. Obgleich die erfindungsgemäße Saugpumpe in vielen Flüssigkeitsfördersystemen eingesetzt werden kann, ist sie insbesondere zum Einsatz in einem Flüssigkeitsausgabesystem, das flüchtige Brennstoffe fördert, geeignet.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist im Einzelnen in den beigefügten Ansprüchen beschrieben. Die vorstehend genannten und weiteren Vorteile der Erfindung sind anhand der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen
1 eine schematische Ansicht eines Ausgabesystems ist, bei dem eine erfindungsgemäße Saugpumpe verwendet wird;
2 eine perspektivische Ansicht einer Saugpumpe ist;
3 eine Draufsicht auf die Auskleidung, den Pumpenrotor und die Schaufeln ist, welche die Saugpumpe bilden;
4 eine Seitenansicht ist, die die Einlassöffnungen, in der Auskleidung veranschaulichen;
5 eine perspektivische Ansicht der Auskleidung der erfindungsgemäßen Pumpe ist;
6 eine Explosionsdarstellung einer Schaufel ist, die sich im Inneren der Pumpe befindet; und
7 eine Seitenansicht ist, die die Flüssigkeitskräfte erläutert, die auf eine Schaufel während des Betriebs der Pumpe einwirken.
Detaillierte Beschreibung
1 zeigt ein Brenn- oder Kraftstoffausgabesystem 20, das eine erfindungsgemäße Saugpumpe aufweist. Der Brennstoff im flüssigen Zustand ist einem unterirdischen Vorratstank 24 enthalten. Das Ausgabesystem 20 ist in einer Ausgabeeinheit 26 über dem Erdboden enthalten, welche die Pumpe 22 aufnimmt. Der Brennstoff wird von dem Vorratstank 24 in die Pumpe 22 durch eine Zufuhrleitung 28 gesaugt. Der Brennstoff wird dann von der Pumpe in einen Strömungsmesser 30 abgegeben und dann durch einen Schlauch 32 zur Abgabe in ein Fahrzeug. Der Strömungsmesser 30 liefert ein Volumenmaß der Menge des Brenn- oder Kraftstoffs, der an das Fahrzeug abgegeben wird. Die Datensignale, die dem Volumenmaß entsprechen, werden von dem Strömungsmesser 30 einer Verarbeitungseinheit 34 zugeführt. Die Verarbeitungseinheit 34 zeigt dem Verbraucher sowohl die Menge des abgegebenen Baubrennstoffs wie die Kosten an. Der Brennstoffstrom durch das System 20 wird mit einem Zapfhahn 33 gesteuert, der an dem freien Ende des Schlauchs 32 angebracht ist.
Die erfindungsgemäße Saugpumpe wird nun anhand der 2 beschrieben. Die Pumpe 22 weist einen Gehäusekörper 36 auf, der die anderen Komponenten der Pumpe aufnimmt. Normalerweise ist der Gehäusekörper 36 durch eine Stirnplatte abgedichtet, die hier nicht dargestellt ist, um die anderen Komponenten der Pumpe 22 zeigen zu können. Der Gehäusekörper 36 ist so geformt, dass er eine Einlasskammer 38 definiert, an welche die Einlassleitung 40, die eine Verlängerung der Zufuhrleitung 28 darstellt, angeschlossen ist. Der Gehäusekörper 36 ist mit einer Öffnung 42 ausgebildet, damit der Brennstoff von der Einlassleitung 40 in die Einlasskammer 38 fließen kann. Obgleich nicht dargestellt, ist bei vielen bevorzugten Versionen der Erfindung ein Sieb über der Öffnung 42 angebracht, um zu verhindern, dass Verunreinigungen mit dem Brennstoff in die Einlasskammer 38 eintreten. Die Einlasskammer 38 ist vorgesehen, um die Geschwindigkeit des Brennstoffs, der in die Pumpe 22 fließt, herabzusetzen. Diese Herabsetzung der Geschwindigkeit ist erwünscht, um das positive Nettosauggefälle, das für die Pumpe 22 erforderlich ist, so gering wie möglich zu halten.
Der dargestellte Gehäusekörper 36 ist auch mit einer Bypassöffnung 44 in die Einlasskammer 38 versehen. Die Bypassöffnung 44 ist die Öffnung, durch welche Brennstoff von einem Luftseparator 46 in die Pumpe zurückkehrt. Obgleich es nicht Teil der Erfindung ist, ist darauf hinzuweisen, dass der Luftseparator 46 mit der Pumpe 22 eingesetzt wird, um Luft zu entfernen, welche in dem Brennstoffstrom mitgerissen wird, der von der Pumpe von dem Brennstoffstrom abgegeben wird, bevor der Brennstoff mit dem Strömungsmesser 30 gemessen wird. Ein Bypassventil (nicht dargestellt) ist über der Bypassöffnung 44 in der Einlasskammer 38 angebracht, um sicherzustellen, dass die Strömung durch die Öffnung 44 nur in einer Richtung in die Kammer fließt und nur auftritt, wenn das Druckgefälle der Strömung durch den Luftseparator 46 ein ausgewähltes Niveau erreicht.
Der Gehäusekörper 36 ist weiterhin ausgebildet, um eine kreisförmige Bohrung 48 zu bilden, in der die tatsächlichen bewegbaren Komponenten der Pumpe 22 aufgenommen sind. Die Bohrung 48 ist in Fluidverbindung mit der Einlasskammer 38 und neben der Schwerpunktbasis des Gehäusekörpers 36 angeordnet, um stets ein geflutetes Saugen zu erzeugen. In der Bohrung 48 sitzt eine Auskleidung 50. Die Auskleidung 50, die nun anhand der 3 und 5 erläutert wird, weist im einzelnen eine Form auf, um eine äußere Fläche 51 zu bilden, die dimensioniert ist, um gleitend gegen die benachbarten Flächen des Gehäusekörpers 36, der die Bohrung 48 definiert, angebracht zu werden. Die Innenwand der Auskleidung 50 definiert die Pumpenkammer 52. In der Pumpenkammer 52 sitzt ein Rotor 54. Der Rotor 54 ist mit Schlitzen 56 ausgebildet, in denen Schaufeln 58 sitzen. Der Rotor ist mit einer (nicht dargestellten) Welle versehen, die sich nach außen durch eine Öffnung in der Stirnplatte erstreckt, die auf dem Gehäusekörper 36 angebracht ist. Die Welle ist mit einem (nicht dargestellten) Motor gekuppelt, der die Bewegungsenergie zur Betätigung des Rotors liefert.
Kehrt man zur 2 zurück, ist ferner festzustellen, dass der Gehäusekörper 36 mit einer Auslassöffnung 60 versehen ist, die in Fluidverbindung mit der Bohrung 48 steht. Der Brennstoff, der von der Pumpe 22 abgegeben wird, wird durch eine Auslassöffnung 60 in den Luftseparator 46 gezwungen. Bei der dargestellten Version der Erfindung ist der Gehäusekörper 36 mit einer Luftbeseitigungskammer 62 versehen, die über der Einlasskammer 38 und der Bohrung 48 angeordnet ist. Die Luftbeseitigungskammer 62 ist Teil des Luftseparators 46. Mit Dampf beladene Luft, die durch andere Komponenten des Luftseparators entfernt worden ist, wird an die Luftbeseitigungskammer 62 über eine Öffnung 64 in dem Gehäusekörper 36 abge geben. Der Dampf in diesem Luftstrom kondensiert und schlägt sich am Boden der Luftbeseitigungskammer 62 nieder. Der kondensierte flüssige Brennstoff kehrt dann zu der Einlasskammer 38 über eine Öffnung 66 in der Wand des Gehäusekörpers 36 zurück, der die Luftbeseitigungskammer 62 von der Einlasskammer 38 trennt. Ein nicht dargestelltes Schwimmerventil dichtet die Öffnung 66 normalerweise ab. Wenn eine große Menge Brennstoff in der Luftbeseitigungskammer 62 vorliegt, öffnet sich das Schwimmerventil, damit der Brennstoff in die Einlasskammer 38 strömen kann.
Die Komponenten, die die eigentliche Pumpeneinheit der Saugpumpe 22 bilden, werden nun im einzelnen anhand der 3, 4 und 5 erläutert. Die Auskleidung 50 ist ausgebildet, um zwei Öffnungen 68 und eine Öffnung 70 zu bilden, welche gemeinsam die Einlassöffnung zwischen der Einlasskammer 38 und der Pumpenkammer 52 bilden. Bezogen auf die gegenüberliegenden flachen Enden der Auskleidung 50 bilden die Öffnungen 68 die obere und untere Öffnung in die Pumpenkammer 52. Die Öffnungen 68 werden durch einen in die Auskleidung integrierten Steg 72 getrennt und sind gegenüber dem Steg 72 symmetrisch geformt. Die Öffnung 70 ist zwischen den Öffnungen 68 angeordnet und ist von den Öffnungen 68 durch zwei Stege 74 getrennt.
Die Auslassöffnung zwischen der Pumpenkammer 52 und der Auslassöffnung 60 wird durch zwei Öffnungen 78 und eine Öffnung 80 in der Auskleidung 50 gebildet. Die Öffnungen 78 sind durch einen Steg 82 getrennt und zu dem Steg 82 symmetrisch ausgebildet. Die Öffnung 80 ist zwischen den Öffnungen 78 angeordnet. Jede Öffnung 78 ist von der Öffnung 80 durch einen getrennten Steg 84 getrennt. Die Stege 84 erstrecken sich von dem freien Ende des Stegs 82.
Die Auskleidung 50 ist so ausgebildet, dass die Pumpenkammer 52 ein exzentrisches Profil aufweist. Insbesondere ist die Innenwand der Auskleidung 50 ausgebildet, um einen ersten und einen zweiten wirklichen Radiusabschnitt 86 bzw. 88 aufzuweisen, welche sich zwischen den Teilen der Auskleidung erstrecken, die die Einlassöffnung und die Auslassöffnung definieren. Unter einem wirklichen Radius ist zu verstehen, dass die Abschnitte 86 und 88 der Innenwand ein Kreisprofil mit konstantem Radius aufweisen. Die Auskleidung 50 ist ferner ausgebildet, um einen ersten exzentrischen Abschnitt 90 aufzuweisen, der um den Teil der Innenwand angeordnet ist, welcher den Einlassöffnungen 68 und 70 gegenüberliegt. Es ist ein zweiter exzentrischer Abschnitt 92 vorhanden, der um den Teil der Innenwand angeordnet ist, der den Auslassöffnungen 78 und 80 gegenüberliegt. Die exzentrischen Abschnitte 90 und 92 der Innenwand der Auskleidung 50 sind so ausgebildet, dass, obgleich das Profil der Auskleidung gekrümmt ist, der Radius der Krümmung sich entlang der Bögen der Abschnitte ändert. Es ist damit zu erkennen, dass die Radiuskrümmung des zweiten wirklichen Radiusabschnittes 88 größer ist als die Radiuskrümmung des ersten wirklichen Radiusabschnittes 86.
In der Pumpenkammer 52 sitzt der Rotor 54 so, dass er axial mit der Achse der Krümmung des ersten wirklichen Radiusabschnitts 86 fluchtet. Der Rotor ist so ausgebildet, dass er einen äußeren Durchmesser aufweist, der nur wenig geringer ist als der Durchmesser des ersten wirklichen Radiusabschnitts 86 der Auskleidung 50. Die Außenfläche des Rotors 54 und die Innenwand der Auskleidung 50, welche den zweiten wirklichen Radiusabschnitt 88 definiert, definieren damit einen Flüssigkeitstransportabschnitt 95 in der Pumpenkammer 52, durch den der Brennstoff von den Öffnungen 68 und 70 zu den Öffnungen 78 und 80 fließt. Bei der dargestellten Version der Erfindung liegt der Flüssigkeitstransportabschnitt 95 im allgemeinen gegenüber dem zweiten wirklichen Radiusabschnitt und wird durch ihn definiert. Diese Beziehung ist nicht bei jeder Version der Erfindung vorhanden. Der Rotor 54 ist mit einer Anzahl von Schaufeln 58 versehen. Wenn sich der Rotor 54 dreht, werden die Schaufeln 58 nach außen gegen die Innenwand der Auskleidung 50 gedrückt. Die Räume in der Pumpenkammer 52 zwischen den einzelnen Schaufeln 58 werden als Flüssigkeitszwischenräume 96a, 96b, 96c, ... 96f bezeichnet.
Bei der erfindungsgemäßen Pumpe 22 ist der Rotor 54 mit einer ausreichenden Anzahl von Schaufeln 58 versehen, sodass immer wenigstens ein Flüssigkeitszwischenraum ganz in dem Flüssigkeitstransportabschnitt 95 liegt. Bei der dargestellten Version der Erfindung ist erkennbar, dass die Flüssigkeitszwischenräume 96a und 96b dem ersten exzentrischen Abschnitt 90 der Auskleidung 50 gegenüberliegen, also dem Abschnitt, durch den Brennstoff in die Pumpenkammer 52 durch die Öffnungen 68 und 70 gesaugt wird. Die Flüssigkeitszwischenräume 96c und 96d, liegen dem Flüssigkeitstransportabschnitt 95 gegenüber. Mit anderen Worten, wie für die Flüssigkeitszwischenräume 96c und 96d dargestellt, ist jeder Flüssigkeitszwischenraum während der Rotation des Rotors 54 vorübergehend sowohl von den Einlass- sowie den Auslassöffnungen zu der Pumpenkammer 52 isoliert. Die Flüssigkeitszwischenräume 96e und 96f liegen dem zweiten exzentrischen Abschnitt 92 der Auskleidung gegenüber, also dem Abschnitt, durch den die Flüssigkeit durch die Öffnungen 80 und 82 austritt.
Die Auskleidung 50 ist ferner ausgebildet, um einen Ausströmkanal 102 zu bilden, der sich von der Öffnung 78 zu dem Teil der Auskleidung erstreckt, welcher den zweiten wirklichen Radiusabschnitt 88 der Innenwand der Auskleidung bildet. Zwei Ausströmöffnungen 104 und 106 erstrecken sich von dem Ausströmkanal 102 durch die Innenwand der Auskleidung in die Abschnitte der Pumpenkammer 52, durch die der Brennstoff bewegt wird. Die Ausströmöffnung 104 ist insbesondere so positioniert, dass sie in den Flüssigkeitszwischenraum 96c mündet; die Ausströmöffnung 106 ist so positioniert, dass sie in den Flüssigkeitszwischenraum 96d mündet.
Der Ausströmkanal 102 ist durch eine nach innen gestufte Fläche 108 definiert, die an der Auskleidungsaußenfläche 51 gebildet ist. Die gestufte Fläche 108 erstreckt sich von den Öffnungen 78 zu der Außenfläche der Auskleidung 50, die dem zweiten wirklichen Radiusabschnitt 88 benachbart ist. Die Weite des Ausströmkanals 102 ist wesentlich größer als der Durchmesser der Ausströmöffnungen 104 und 106. Es ist weiterhin erkennbar, dass bei der beschriebenen Version der Erfindung die Ausströmöffnung 104 weg von dem Ende der Ausströmöffnung 102 am entfernteren Ende zu den Öffnungen 78 angeordnet ist.
Der Durchmesser jeder Ausströmöffnung 104 und 106 stellt eine Funktion des Drucks der Flüssigkeit, die durch die Pumpe 22 fließt, sowie des Ausmaßes dar, mit dem die Ausströmöffnung als Leitung für den durch Kompression induzierten Ablassstrom in den Flüssigkeitszwischenraum 96c oder 96b verwendet wird, welcher das Ausmaß, mit dem der Flüssigkeitszwischenraum mit dampfförmigen Fluid gefüllt wird, reduziert. Die Größe jeder Ausströmöffnung 104 und 106 ist insbesondere eine Funktion des Volumens des Flüssigkeitszwischenraumes, mit dem die Öffnung in Fluidverbindung steht, des Volumens der Flüssigkeit, des Auslassstroms, der zu dem Flüssigkeitszwischenraum durch die Ausströmöffnung zurückkehrt, der Zeitspanne, in der der Flüssigkeitszwischenraum in Fluidverbindung mit der Ausströmöffnung steht und des Druckunterschieds der Flüssigkeit quer zur Ausströmöffnung. Das Flüssigkeitsvolumen, das durch die Ausströmöffnung zurückkehrt, ist eine Funktion des Volumens des Dampfes in dem Flüssigkeitszwischenraum und des Ausmaßes, mit dem die Größe der Dampfblase in dem Flüssigkeitszwischenraum herabgesetzt wird, wenn sie dem Auslassstrom von der Ausströmöffnung ausgesetzt wird. Die Zeitspanne, in der der Flüssigkeitszwischenraum in Fluidverbindung mit der Außenströmöffnung ist, ist eine Funktion der Drehgeschwindigkeit des Rotors.
Wie aus 6 ersichtlich, ist jede Schaufel 58 so dargestellt, dass sie einen im Wesentlichen flachen, rechtwinklig geformten Körper 110 aufweist. Die obere Kante des Körpers 110 bildet eine Dichtfläche 112, welche die Fläche der Schaufel 58 darstellt, die an der Innenwand der Auskleidung anstößt, welche die Pumpenkammer 52 definiert. Die Schaufel 58 ist weiterhin mit einem Satz von Rippen 114 und 116 versehen, die in den Körper 110 integriert sind und sich entlang der Länge des Körpers erstrecken. Die Rippen 114 sind an den gegenüberliegenden Enden des Körpers angeordnet und relativ schmal. Die Rippen 116 sind um den Mittelpunkt des Körpers 110 angeordnet und relativ breit. Jede Rippe 114 ist ausgebildet, um einen Schlitz 118 zu bilden. Jede Rippe 116 ist ausgebildet, um zwei Schlitze 119 zu bilden, die parallel zueinander verlaufen. Es ist ferner erkennbar, dass die oberen Abschnitte der Rippen 114 und 116 mit schrägen Oberflächen 117 ausgebildet sind, welche der Dichtoberfläche 112 des Schaufelkörpers 110 entsprechen.
Die erfindungsgemäße Pumpe 22 funktioniert im Wesentlichen in der gleichen Weise wie eine konventionelle Saugpumpe. Wenn der Rotor 54 umläuft, drückt die entstandene Zentrifugalkraft die Schaufeln 58 aus den Schlitzen 56 und gegen die Innenwand der Auskleidung 50. Aufgrund der Form der Pumpenkammer 52 nimmt das Volumen jedes Flüssigkeitszwischenraumes 96 zu, wenn der Rotor 54 umläuft. Diese Zunahme der Größe führt zur Entstehung eines niedrigen Druckgebiets in dem Flüssigkeitszwischenraum, wenn er sich zu den Öffnungen 68 und 70 dreht, welche die Einlassöffnung in die Pumpenkammer 52 bilden. Dieses niedrige Druckgebiet saugt damit Brennstoff von dem Vorratstank 24 und durch die Zufuhrleitung 28, die Einlassleitung 40 und die Einlasskammer 38 in die Pumpenkammer 52. Wenn sich der Rotor 54 weiterdreht, wird der Flüssigkeitszwischenraum und der darin enthaltene Brennstoff zu den Öffnungen 78 und 80 gedreht, welche die Auslassöffnung der Pumpen 52 bilden. Da der von den Öffnungen 78 und 80 abgegebene Brennstoff unter Druck steht, ist es klar, das der größte Teil dieses Brennstoffs durch die Auslassöffnung 60 in dem Gehäusekörper 36 abgegeben wird. Nichts desto weniger strömt ein Teil des abgegebenen Brennstoffs durch den Ausströmkanal 102, wie dies durch die Pfeile 120 in 3 dargestellt ist. Dieser Strom ist der Auslassstrom.
Aufgrund des abnehmenden Drucks in den Flüssigkeitszwischenräumen, die an der Einlassöffnung in der Pumpenkammer 52 liegen, also die Flüssigkeitszwischenräume 96a und 96b in 3, neigt der Brennstoff in diesen Zwischenräumen zum Verdampfen. Die Flüssigkeitszwischenräume liegen dann dem zweiten wirklichen Radiusabschnitt 88 der Auskleidung 50 gegenüber; sie werden zu den Flüssigkeitszwischenräumen 96c und 96d. Wenn die Flüssigkeitszwischenräume bei ihrer Drehung diesen Punkt erreichen, wird der Auslassbrennstoffstrom in die Kammern durch die Ausströmöffnungen 104 bzw. 106 gezwungen, wie dies durch die Pfeile 122 bzw. 124 dargestellt ist. Dieser Brennstoff setzt die verdampften Brennstoffblasen in den Flüssigkeitszwischenräumen 96c und 96d unter Druck. Diese gestufte Druckerhöhung setzt langsam die Gesamtgröße und die Anzahl der Dampfblasen herab. Wenn der Rotor 54 zu der Position gedreht wird, in der die Fluidhohlräume in der Größe abnehmen, es werden dies die Fluidhohlräume 96e und 96f, nimmt die Größe und Zahl der Dampfblasen deutlich ab. Demzufolge wird das Ausmaß der schnellen Kompression oder des Zusammenfallens der Dampfblasen, welches in den Flüssigkeitszwischenräumen 96e und 96f auftritt, gleichfalls herabgesetzt. Durch die Minimierung dieser raschen Kompression und des Zusammenfallens der Dampfblasen wird das Ausmaß des Geräusches, welches von der Saugpumpe 22 erzeugt wird, auf einem Minimum gehalten.
Es ist ferner erkennbar, dass der Ausflussstrom nicht verloren ist. Damit unterdrückt die erfindungsgemäße Pumpe 22 das durch Kavitation erzeugte Geräusch ohne die Geschwindigkeit nachteilig zu beeinträchtigen, mit der die Flüssigkeit von der Pumpe abgegeben wird. Demgemäss können relativ breite Ausströmöffnungen, falls notwendig, vorgesehen sein, um in einem hohen Ausmaß das durch Kavitation hervorgerufene Geräusch der gepumpten Flüssigkeit zu reduzieren.
Wie weiterhin aus 7 ersichtlich ist, fließt durch die Saugpumpe 22 der Brennstoff, der unter Druck steht, in den Raum in dem Schlitz 56, in dem die Schaufel 58 normalerweise sitzt. Wie durch die Pfeile 126 und 130 dargestellt, werden die gegenüberliegenden Enden der Rippen 114 und 116, die in die Schaufel integriert sind, dem gleichen und dem entgegengesetzten Brennstoffdruckgefälle ausgesetzt; diese entgegengesetzten Kräfte heben sich einander auf. Wie durch den Pfeil 132 dargestellt, werden die untere Fläche des Körpers 110 der Schaufel 58, also die Fläche gegenüber der Dichtfläche 112, einer Kraft der unter Druck stehenden Flüssigkeit ausgesetzt, die sich mit keiner entgegengesetzten Kraft aufhebt. Diese durch die Flüssigkeit hervorgerufene Kraft zwingt deshalb die Schaufel 58 gegen die benachbarte Innenwand der Auskleidung 50. Dieser Vorgang erleichtert die Bildung einer relativ dichten Abdichtung zwischen der Schaufel 58 und der Auskleidung 50 während des Betriebs der Pumpe 22.
Neben der Erzeugung eines minimalen Geräuschs ist damit die erfindungsgemäße Saugpumpe 22 mit einem wirksamen Mechanismus zur Abdichtung ihrer Schaufeln 58 gegen die komplementäre Auskleidung 50 versehen. Dadurch wird die Gesamtleistung des Betriebs dieser Pumpe erhöht.
Die vorstehende Beschreibung beschränkt sich auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Es ist jedoch klar, dass der Aufbau von dem, der beschrieben und gezeigt ist, abweichen kann. Beispielsweise ist klar, dass, obgleich die erfindungsgemäße Saugpumpe zur Verwendung in einem Brennstofffördersystem 20 beschrieben worden ist, die Pumpe auch in einem anderen Flüssigkeitsfördersystem eingesetzt werden kann, insbesondere in solchen Systemen, die zum Fördern hoch flüchtiger Flüssigkeiten verwendet werden. Die erfindungsgemäße Saugpumpe kann damit in einem Lösungsmittelfördersystem eingesetzt werden, einer chemischen Prozessanlage oder in einer erdölverarbeitenden Anlage. Die Pumpe kann im Allgemeinen in jedem Flüssigkeitsfördersystem eingesetzt werden, bei dem die Flüssigkeit zum Verdampfen neigt. Es ist außerdem klar, dass die Pumpe nicht nur als eine Ausgabepumpe verwendet werden kann. Die Pumpe kann auch als Förderpumpe eingesetzt werden, um eine Flüssigkeit von einem Behälter zu einem zweiten Behälter zu transportieren, wie sie beispielsweise in vielen industriellen und chemischen Verarbeitungseinrichtungen zu finden sind.
Obgleich in der beschriebenen und dargestellten Version der Erfindung zwei Flüssigkeitszwischenräume zwischen den Einlass- und den Auslassöffnungen der Pumpe vorgesehen sind, muss dies nicht immer der Fall sein. Bei einigen Versionen der Erfindung kann es erforderlich sein, nur einen einzigen Flüssigkeitszwischenraum in dem Flüssigkeitstransportabschnitt 95 der Pumpenkammer 52 zu haben. Nach wieder anderen Versionen der Erfindung können drei oder mehr Flüssigkeitszwischenräume in der Flüssigkeit zwischen den Einlass- und Auslassöffnungen vorgesehen sein. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass die Anzahl der Schaufeln, mit der die Pumpe versehen ist, eine Funktion der Anzahl der Flüssigkeitszwischenräume der Pumpe ist, deren Bildung vorgesehen ist. Als Minimum sind vier Schaufeln erforderlich. Es ist zu erwarten, dass bei vielen bevorzugten Versionen der Erfindung die Pumpe acht Schaufeln haben wird. Bei einigen anderen Versionen der Erfindung können für die Pumpe zwölf Schaufeln oder sogar noch mehr Schaufeln eingesetzt werden.
Es ist darüber hinaus nicht erforderlich, dass die erfindungsgemäße Saugpumpe immer eine exzentrisch geformte Pumpen kammer aufweist. Bei einigen Versionen der Erfindung kann die Pumpenkammer kreisförmig und der Rotor axial versetzt zur Achse der Pumpenkammer angeordnet sein.
Es ist auch nicht erforderlich, dass nur eine einzige Ausströmöffnung in jedem Flüssigkeitszwischenraum vorliegt. Nach einigen Versionen der Erfindung können zwei oder mehr Ausströmöffnungen je Flüssigkeitszwischenraum vorhanden sein. Die Ausströmöffnungen brauchen auch nicht immer ein kreisförmiges Profil aufzuweisen. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass in einigen Versionen der Erfindung die Ausströmöffnungen, die in verschiedene Flüssigkeitszwischenräume münden, unterschiedliche Querschnittsflächen haben können. Eine solche Dimensionierung kann erwünscht sein, damit sich unterschiedliche Kompressionsdrücke in den einzelnen Flüssigkeitszwischenräumen entwickeln, wenn sie durch die Pumpenkammer rotieren. Um verschiedene Druckgefälle hervorzurufen, die in den Flüssigkeitszwischenräumen auftreten, kann es erwünscht sein, die Breite des Ausströmkanals zu ändern, durch den die unter Druck stehende Flüssigkeit in die Flüssigkeitszwischenräume zurückkehrt.
Es ist auch darauf hinzuweisen, dass bei anderen Versionen der Erfindung die Auskleidung weggelassen werden kann und die Pumpenkammer durch die Innenwände des Pumpengehäuses definiert wird. Bei diesen Versionen der Erfindung können der Ausströmkanal und die Ausströmöffnungen direkt in dem Pumpengehäuse gebildet sein. Stattdessen kann bei einigen Versionen der Erfindung der Ausströmkanal und die Ausströmöffnungen ganz oder teilweise in der Stirnplatte gebildet sein, welche über dem Pumpengehäuse sitzt.
Bei einigen Versionen der Erfindung kann es außerdem erwünscht sein, ein die Strömung drosselndes Glied in dem Ausströmkanal 102 zwischen der Stelle, an der der Auslassstrom in den Ausströmkanal eintritt, und den stromabwärtigen Aus strömöffnungen 104 und 106 anzuordnen. Dieses Glied kann die Auslassströmungsgeschwindigkeit zu den Ausströmöffnungen reduzieren. Ein potentieller Vorteil der Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit des Auslassstromes in die Flüssigkeitszwischenräume besteht darin, dass das Geräusch reduziert wird, das durch den Auslassstrom selbst erzeugt wird, ohne die Fähigkeit des Auslassstromes die Kavitation in den Flüssigkeitszwischenräumen zu reduzieren, nachteilig zu beeinträchtigen. Bei einigen Versionen der Erfindung kann dieses die Strömung drosselnde Glied so positioniert sein, dass der Auslassstrom derart gelenkt wird, dass verschiedene Volumina des Auslassstromes in die einzelnen Flüssigkeitszwischenräume auftreten. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, mehr Auslassstromflüssigkeit in den Flüssigkeitszwischenraum 96d zu lenken, also dem Zwischenraum, der der Auslassöffnung am nächsten ist, als in den Flüssigkeitszwischenraum 96c, also den Zwischenraum, der der Einlassöffnung am nächsten ist.
Bei einigen Versionen der Erfindung können diese die Strömung drosselnden Glieder die Form von Wänden annehmen, die sich in den Auslasskanal 102 erstrecken und die Öffnungen aufweisen, durch die der Auslassstrom hindurchtritt. Diese Öffnungen brauchen nicht notwendigerweise kreisförmige Öffnungen zu sein. Bei Versionen der Erfindung, bei denen die Pumpe mit der vorstehend beschriebenen Auskleidung 50 versehen ist, können diese Wände als Teil in die Auskleidung integriert sein. Wenn es beispielsweise erwünscht ist, die Menge des Auslassstromes in den Flüssigkeitszwischenraum 96c zu reduzieren, gegenüber dem Flüssigkeitszwischenraum 96d, kann die Wand so positioniert sein, dass sie sich in den Auslasskanal 102 zwischen den Auslassöffnungen 104 und 106 erstreckt. Klarerweise können mehrfache die Strömung drosselnde Glieder im Abstand entlang dem Ausströmkanal vorgesehen sein.
Es ist ferner erkennbar, dass es auch möglich ist, verschiedene Mengen von Ausströmflüssigkeit zu den einzelnen Flüssig keitszwischenräumen 96c und 96d zurückkehren zu lassen, in dem Ausströmöffnungen mit unterschiedlich großen Öffnungen in die einzelnen Zwischenräume vorgesehen sind.
Es ist deshalb die Aufgabe der beigefügten Ansprüche, alle diese Modifikationen und Variationen abzudecken, die innerhalb des Gedankens und des Schutzumfangs der Erfindung liegen.

Claims

Saugpumpe, welche besagte Saugpumpe aufweist: Ein Pumpengehäuse (36), wobei das Pumpengehäuse eine Pumpenkammer (52), eine Einlassöffnung (68, 70) in die Pumpenkammer und eine Auslassöffnung (78) aus der Pumpenkammer aufweist, wobei die Einlassöffnung und die Auslassöffnung im Abstand von einander angeordnet sind; einen Rotor, der zur Rotation in der Pumpenkammer (52) liegt, wobei der Rotor in der Pumpenkammer angeordnet ist, um in der Pumpenkammer einen Flüssigkeitstransportabschnitt (88) zu definieren, der zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung liegt; und eine Vielzahl von beabstandeten Schaufeln (58), die an dem Rotor so befestigt sind, dass sie sich vom Rotor (54) weg erstrecken, wobei jedes benachbarte Paar von Schaufeln einen Flüssigkeitszwischenraum (96) in der Pumpenkammer (52) bildet und die Schaufeln so angeordnet sind, dass während der Rotation des Rotors eine Vielzahl von Flüssigkeitzwischenräumen (96c, 96d) periodisch vollständig in dem Flüssigkeitstransportabschnitt (88) zu der Pumpenkammer angeordnet ist; wobei das Pumpengehäuse (36) ferner so ausgebildet ist, um einen Ausströmkanal (102) zu definieren, der sich von der Auslassöffnung (78) zu dem Flüssigkeitstransportabschnitt (88) der Pumpenkammer (52) erstreckt, welcher eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem besagten Ausström kanal (102) und dem besagten Flüssigkeitstransportabschnitt (88) bildet; dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Ausströmöffnung (104) eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem besagten Ausströmkanal (102) und einem ersten der Flüssigkeitszwischenräume (96c) in dem besagten Flüssigkeitstransportabschnitt (88) bildet, und eine zweite Ausströmöffnung (106) getrennt und im Abstand von der ersten Ausströmöffnung (104) eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem besagten Ausströmkanal (102) und einem zweiten der Flüssigkeitsräume (96d) in dem besagten Flüssigkeitstransportabschnitt (88) bildet; und die besagten Ausströmöffnungen (104, 106) unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen und/oder die Breite des Ausströmkanals (102) so variiert, dass beim Betrieb der Pumpe die Flüssigkeit, die zu dem ersten Flüssigkeitszwischenraum (96c) zurückkehrt, das Entstehen eines ersten Kompressionsdrucks in dem ersten Flüssigkeitszwischenraum (96c) hervorruft, und die Flüssigkeit, die zu dem zweiten Flüssigkeitszwischenraum (96d) zurückkehrt, das Entstehen eines zweiten Kompressionsdrucks in dem zweiten Flüssigkeitszwischenraum (96d) hervorruft, wobei sich der zweite Kompressionsdruck von dem ersten Kompressionsdruck unterscheidet.
Saugpumpe nach Anspruch 1, wobei sich mehrfache Ausströmöffnungen in wenigstens eine der Flüssigkeitszwischenräume (96c oder 96d) öffnen.
Saugpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Pumpengehäuse (36) derart ausgebildet ist, dass die Pumpenkammer (52) wenigstens einen exentrisch gekrümmten Abschnitt (90, 92) aufweist.
Saugpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Pumpengehäuse (36) mit einer Bohrung (48) ausgebildet ist, und eine Auskleidung (50) in der besagten Bohrung sitzt, wobei der Auskleidung eine Außenfläche (51) und eine Innenfläche, welche die Pumpenkammer (52) definiert, aufweist.
Saugpumpe nach Anspruch 4, wobei die Innenfläche der besagten Auskleidung (50) derart ausgebildet ist, dass die Pumpenkammer (52) ein Profil aufweist, das wenigstens einen teilweise exentrisch gekrümmten Abschnitt (90, 92) aufweist.
Saugpumpe nach Anspruch 4 oder 5, wobei die besagte Auskleidung (50) weiterhin ausgebildet ist mit einer ersten Öffnung (68) von der besagten Außenfläche (51) zu der besagten Innenfläche, welche die besagte Einlassöffnung zu der Pumpenkammer (52) definiert, einer zweiten Öffnung (78) von der besagten Außenfläche zu der besagten Innenfläche, welche die besagte Auslassöffnung von der Pumpenkammer definiert, einem nach innen gestufen Abschnitt in der besagten Außenfläche, welcher sich von der besagten zweiten Öffnung weg erstreckt, um den besagten Ausströmkanal (102) zu bilden, und der besagte Ausströmkanal (104) in der besagten Auskleidung so ausgebildet ist, dass er sich von dem einwärts gestuften Abschnitt der besagten Außenfläche zu der besagten Innenfläche erstreckt.
Verfahren zum Saugpumpen einer Flüssigkeit, welche die Schritte umfasst: Bereitstellung einer Pumpe (22) mit einer Pumpenkammer (52), welche eine erste Öffnung (68), durch die die Flüssigkeit in die Pumpenkammer gesaugt wird, eine zweite Öffnung (78), die im Abstand von der ersten Öffnung angeordnet ist, durch welche Flüssigkeit aus der besagten Pumpenkammer abgegeben wird, und eine Vielzahl von Flüssigkeitszwischenräumen (96) aufweist, die sich durch die Pumpenkammer bewegen und voneinander getrennt sind; Erzeugung einer Ansaugung in jedem Flüssigkeitszwischenraum, wenn der Flüssigkeitszwischenraum der ersten Öffnung (68) benachbart ist, sodass die Flüssigkeit in den Flüssigkeitszwischenraum gesaugt wird; Bewegen jedes Flüssigkeitszwischenraumes mit der Flüssigkeit darin von der ersten Öffnung (68) zu der zweiten Öffnung (78), wobei während eines Teils der besagten Bewegung der besagte Flüssigkeitszwischenraum von der besagten ersten Öffnung und der besagten zweiten Öffnung getrennt wird und jederzeit wenigstens zwei Flüssigkeitszwischenräume gleichzeitig sowohl von der ersten Öffnung wie von der zweiten Öffnung getrennt sind; und Herabsetzen der Größe jedes Flüssigkeitszwischenraumes, wenn der Flüssigkeitszwischenraum der zweiten Öffnung (78) benachbart ist, um Flüssigkeit durch die besagte zweite Öffnung abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass wenn ein Flüssigkeitszwischenraum sich zu einer ersten Flüssigkeitszwischenraumposition (96c) bewegt, welche von der ersten Öffnung (68) und der zweiten Öffnung (78), getrennt ist, ein Teil der Flüssigkeit, welche aus der besagten zweiten Öffnung (78) austritt, zu dem Flüssigkeitszwischenraum durch die erste Ausströmöffnung (104) zurückkehrt; und wenn sich der Flüssigkeitszwischenraum zu einer zweiten Flüssigkeitszwischenraumposition (96d) bewegt, welche von der ersten Öffnung, der ersten Flüssigkeitszwischenraumposition und der zweiten Öffnung getrennt ist, ein Teil der Flüssigkeit, welche durch die zweite Öffnung (78) austritt, zu dem Flüssigkeitszwischenraum durch eine zweite Ausströmöffnung (106) zurückkehrt, welche getrennt und im Abstand von der ersten Ausströmöffnung angeordnet ist, wobei die beiden Ausströmöffnungen (104, 106) derart ausgebildet sind, dass die Flüssigkeit, die in den Flüssigkeitszwischenraum zurückkehrt, wenn der Flüssigkeitszwischenraum in den separaten Flüssigkeitszwischenraumpositionen ist, die Entwicklung eines ausgewählten Kompressionsdrucks in dem Flüssigkeitszwischenraum in einer der Flüssigkeitszwischenraumpositionen hervorruft, sodass der entwickelte Kompressionsdruck in dem Flüssigkeitszwischenraum, wenn der Flüssigkeitszwischenraum in der ersten Flüssigkeitszwischenraumposition (96c) ist, sich von dem entwickelten Kompressionsdruck in dem Flüssigkeitszwischenraum unterscheidet, wenn der Flüssigkeitszwischenraum in der zweiten Flüssigkeitszwischenraumposition (96d) ist.
Verwendung der Saugpumpe nach einem der Anspruch 1 bis 6 für ein Abgabesystem zur Abgabe von flüssigem Brennstoff von einem Vorratstank (24).