EP0727581B1 - Schraubenspindelpumpe - Google Patents

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EP0727581B1
EP0727581B1 EP96105318A EP96105318A EP0727581B1 EP 0727581 B1 EP0727581 B1 EP 0727581B1 EP 96105318 A EP96105318 A EP 96105318A EP 96105318 A EP96105318 A EP 96105318A EP 0727581 B1 EP0727581 B1 EP 0727581B1
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EP
European Patent Office
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spindle
pressure
pulsation
screw rotor
rotor pump
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EP96105318A
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Rolf Dipl.-Ing. Quast
Klaus Dipl.-Ing. Willibald
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Allweiler GmbH
Original Assignee
Allweiler AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0042—Systems for the equilibration of forces acting on the machines or pump
    • F04C15/0049—Equalization of pressure pulses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/084—Toothed wheels

Definitions

  • the invention relates to a screw pump with a Drive spindle and at least one spindle, which in a recess of a surrounding housing between a suction chamber and a pressure chamber are stored.
  • EP-A 209 984 can a screw pump mentioned at the beginning are removed, the drive spindle with their cantilevered thread in the thread formations of some spindles engages and form several tight chambers should.
  • at least one is circumferential Channel provided around the periphery of the spindles, so that the last of the tight chambers at an outlet with this - shortly before its approval by the chamber - partially communicated through the channel.
  • a screw pump leads to the solution of this task according to the teaching of claim 1; according to the invention the tooth thickness of the drive spindle towards the profile runout decreased. According to another feature of the invention the one corresponding to the tooth thickness of the drive spindle Spindle tooth gap widened in the same direction be.
  • This pressure-side cross-sectional change causes the appropriate Point in time a gradual and defined opening of the pressure-side chamber takes place; so that through the Closing the suction side resulting volume flow or Pressure increase can be largely compensated.
  • the Initial pulsation is significantly reduced.
  • a screw pump 10 has a housing 12 in a Drive spindle 14 of the outer diameter d and two laterally arranged spindles 16 on.
  • the spindles 14, 16 are in themselves overlapping receiving bores 18 of the housing 12 mounted.
  • the housing 12 is both on the pressure side and on the suction side Formation of a pressure chamber 20 and a suction chamber 22 each with a pump cover 25 or 24 closed.
  • the through the pressure-side pump cover 25 guided drive spindle 14 is in Area of a through hole 26 with an axial thrust compensation piston 28 provided and with a bearing 30 in one Lid attachment 32 additionally supported. In the latter there is also a shaft seal 34.
  • the interior 36 of the lid attachment 32 is from the delivery pressure relieved; the liquid entering from the pressure chamber 20 is over discharged a relief channel 38, which via a Connection bore 40 of the housing 12 in the suction chamber 22 flows into.
  • the tooth gap of the Spindle 16 can be widened.
  • the design change of the tooth thickness a or the tooth gaps towards the profile runout is to be carried out so that the pre-opening can take place early enough; the length of the change x 1 according to FIG. 2 in the profile must be clear in relation to the spindle pitch.
  • the reduction in tooth thickness or the widening of the tooth gap must have a small gradient ⁇ y: x 1 .
  • the length adjustment of the entire system is chosen so that during part of the funding period one in FIG reproduced more of sealing lines is generated; this means an increase from Qvmax to Qvmin.
  • the pulsation pattern is changed by applying the described cross-sectional change to the pressure-side spindle end, which leads to a decrease in Qv and Q kom .
  • the prolongation of the change in cross-section causes, on the one hand, the pressure side to open earlier, and, on the other hand, the cross-sections to continuously increase during opening. It may be sufficient to provide the pressure side with the change in cross-section and to leave the spindle end on the suction side unchanged.
  • the active system can be described as follows:
  • the ratio is a measure of the internal pressure build-up in the pump from length to slope an analogous size for represents the geometric realization; the greater this ratio the smaller the pressure increase per unit length.
  • the pre-factor x is a measure of the pre-compression, which in the other only depending on the profile for values above 0.1 - 0.15 occurs.
  • This cross-sectional change must be based on a defined aspect ratio on the print side Cross-sectional change must be precisely coordinated. So is expediently the length of the cross-sectional change choose smaller than the length of the others Cross-sectional change. Furthermore, with the measure unchanged Spindle packages 14, 16 the length of the print side Make cross-sectional changes smaller overall.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe mit einer Antriebsspindel und wenigstens einer Laufspindel, die in einer Ausnehmung eines sie umgebenden Gehäuses zwischen einem Saugraum und einem Druckraum gelagert sind.
Eine solche Schraubenspindelpumpe wird beispielhaft in der DE-A 38 15 158 beschrieben. Bei einem dort offenbarten Verfahren zur Verringerung der Druckpulsation wird die arttypische Druckpulsation mit einer erzwungenen inversen Druckpulsation überlagert, welche durch periodisches Absteuern eines Teiles des Förderstromes auf der Druckseite der Förderschrauben erzielbar ist. Dieses Verfahren wird durch eine druckseitige Blende ermöglicht, die mit einem Abfluß zur Saugseite hin ausgebildet ist, welche periodisch abhängig von der Drehstellung der Antriebsspindel mittels eines Verschlußorganes abgedeckt wird. In dieser Druckschrift wird auch erörtert, daß in die Aufnahmebohrungen am druckseitigen Ende des Gehäuses sich zum Saugraum hin verjüngende Keilschrägen eingearbeitet sind.
Der EP-A 209 984 kann eine eingangs erwähnte Schraubenspindelpumpe entnommen werden, deren Antriebsspindel mit ihrem auskragenden Gewinde in Gewindeeinformungen einiger Laufspindeln eingreift und dabei mehrere dichte Kammern bilden soll. Außerdem ist zumindest ein in Umfangsrichtung verlaufender Kanal um die Peripherie der Laufspindeln vorgesehen, so daß die letzte der dichten Kammern an einem Auslaß mit diesem -- kurz vor dessen Freigabe durch die Kammer -- teilweise über den Kanal kommuniziert.
In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Schraubenspindelpumpe der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Druckpulsation ohne zusätzliche Maschinenteile weitergehend wirksam gedämpft wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt eine Schraubenspindelpumpe nach der Lehre des Patentanspruches 1; erfindungsgemäß ist die Zahndicke der Antriebsspindel zum Profilauslauf hin verringert. Nach einem anderen Merkmal der Erfindung soll die mit der Zahndicke der Antriebsspindel korrespondierende Zahnlücke der Laufspindel in gleicher Richtung verbreitert sein.
Diese druckseitige Querschnittsänderung bewirkt, daß zum geeigneten Zeitpunkt ein allmähliches und definiertes Öffnen der druckseitigen Kammer erfolgt; damit kann der durch das Schließen der Saugseite entstehende Volumenstrom- bzw. Druckanstieg größtenteils ausgeglichen werden. Die Ausgangspulsation wird deutlich verringert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
Fig. 1:
einen Längsschnitt durch eine Schraubenspindelpumpe;
Fig. 2:
eine Schnittskizze zur Zahndickendimensionierung;
Fig. 3:
ein Diagramm zur Druckpulsation bzw. Volumenstrompulsation der Schraubenspindelpumpe.
Eine Schraubenspindelpumpe 10 weist in einem Gehäuse 12 eine Antriebsspindel 14 des Außendurchmessers d sowie zwei seitlich angeordnete Laufspindeln 16 auf. Die Spindeln 14, 16 sind in sich überschneidenden Aufnahmebohrungen 18 des Gehäuses 12 gelagert.
Das Gehäuse 12 ist sowohl druckseitig als auch saugseitig unter Bildung eines Druckraums 20 und eines Saugraums 22 jeweils mit einem Pumpendeckel 25 bzw. 24 verschlossen. Die durch den druckseitigen Pumpendeckel 25 geführte Antriebsspindel 14 ist im Bereich einer Durchführungsbohrung 26 mit einem Axialschubausgleichkolben 28 versehen sowie mit einem Lager 30 in einem Deckel aufsatz 32 zusätzlich abgestützt. In letzterem findet sich auch eine Wellenabdichtung 34.
Der Innenraum 36 des Deckel aufsatzes 32 ist vom Förderdruck entlastet; die vom Druckraum 20 eintretende Flüssigkeit wird über einen Entlastungskanal 38 abgeführt, der über eine Verbindungsbohrung 40 des Gehäuses 12 in den Saugraum 22 einmündet.
Bei einer in Fig. 2 angedeuteten Ausführung wird die Zahndicke a des Gewindeganges 15 der Antriebsspindel 14 an deren Profilauslauf vermindert. Auch kann die Zahnlücke der Laufspindel 16 verbreitert werden.
Die konstruktive Änderung der Zahndicke a bzw. der Zahnlücken zum Profilauslauf hin ist so vorzunehmen, daß die Voröffnung früh genug stattfinden kann; die Länge der Änderung x1 gemäß Fig. 2 im Profil muß im Verhältnis zur Spindelsteigung deutlich sein. Zum anderen muß die Verminderung der Zahndicke bzw. die Verbreiterung der Zahnlücke einen geringen Gradienten Δy: x1 aufweisen.
In Fig. 3 ist graphisch die Längsoptimierung durch eine erfindungsgemäße Vorkompression dargestellt, wobei die dort verwendeten Buchstaben die folgenden Bedeutungen haben:
A:
Ausgangspulsation;
B:
Pulsation bei Nutzung des Vorkompressionseffektes;
Qv:
Verlustvolumenstrom;
Qkom:
Kompressionsvolumenstrom.
Die Längenabstimmung des gesamten Systems wird so gewählt, daß während eines Teils der Förderperiode ein in Fig. 3 wiedergegebenes Mehr an Dichtlinien erzeugt wird; dies bedeutet, einen Ansteig von Qvmax auf Qvmin. Durch gezieltes Verändern der Dichtgüte über die beschriebene Querschnittsänderung wird insbesondere auf der Druckseite das "harte" Öffnen aufgrund der Spindelgeometrie vermieden.
Ausgehend von der Ausgangspulsation wird somit durch das Anbringen der beschriebenen Querschnittsänderung am druckseitigen Spindelende das Pulsationsbild geändert, was zu einem Kleinerwerden von Qv und Qkom führt. Die Verlängerung der Querschnittsänderung bewirkt, daß einerseits die Druckseite früher öffnet, anderseits die Querschnitte während des Öffnens kontinuierlich größer werden. So kann es ausreichen, die Druckseite mit der Querschnittsänderung zu versehen und das saugseitige Spindelende unverändert zu belassen.
Für die dargestellte dreispindelige Schraubenspindelpumpe 10 kann das Wirksystem folgendermaßen beschrieben werden:
Unter Zugrundelegung einer bestimmten Kammerzahl n, welche ein Maß für den pumpeninternen Druckaufbau ist, stellt das Verhältnis von Länge zu Steigung eine analoge Größe für die geometrische Realisierung dar; je größer dieses Verhältnis ist, umso kleiner wird der Druckanstieg je Längeneinheit.
Für die Anwendung des Vorkompressionsverfahrens sind bei der Längenabstimmung folgende Voraussetzungen zu erfüllen, worin q die Spindel- oder Profillänge ist: q = 1 + (2 . n - 1) . x    mit nE    N, d.h. 1,2, .... wobei
  • x ein Vorfaktor mit 0,15 < x < 0,4 ist, und
  • n die Anzahl der im Mittel wirkenden Kammern beschreibt.
    • Der Vorfaktor x ist ein Maß für die Vorkompression, die im übrigen profilabhängig erst für Werte oberhalb von 0,1 - 0,15 auftritt.
    Die zu Fig. 2 beschriebene Querschnittsänderung auf der Saugseite erlaubt ganz allgemein die Anpassung der Schließcharakteristik, wie es bei A' in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Querschnittsänderung muß unter Zugrundelegung eines definierten Längenverhältnisses auf die druckseitige Querschnittsänderung genau abgestimmt sein. So ist zweckmäßigerweise die Länge der Querschnittsänderung kleiner zu wählen als die Länge der anderen Querschnittsänderung. Ferner ist bei unverändertem Maß des Spindelpakets 14,16 die Länge der druckseitigen Querschnittsänderung insgesamt kleiner zu gestalten.
    Eine sorgfältige Abstimmung der Gesamtgeometrie führt zu einer wirksamen Pulsationsverringerung in einem weiten Druckbereich von 10 bis 80 bar sowie im und Viskositätsbereich von 20 bis 200 mm2/s.
    In jedem Falle wird ohne zusätzliche Maschinenteile eine deutlich verringerte Pulsation erreicht.

    Claims (2)

    1. Schraubenspindelpumpe mit einer Antriebsspindel und wenigstens einer Laufspindel, die in einer Ausnehmung eines sie umgebenden Gehäuses zwischen einem Saugraum und einem Druckraum gelagert sind,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Zahndicke (a) der Antriebsspindel (14) zu ihrem Profilauslauf hin vermindert ist.
    2. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Zahndicke (a) der Antriebsspindel (14) korrespondierende Zahnlücke der Laufspindel (16) zu ihrem Profilauslauf hin verbreitert ist.
    EP96105318A 1990-03-08 1991-03-07 Schraubenspindelpumpe Expired - Lifetime EP0727581B1 (de)

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    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE4007273 1990-03-08
    DE4007273 1990-03-08
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    EP91710004.2 Division 1991-03-07
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    EP0727581A1 EP0727581A1 (de) 1996-08-21
    EP0727581B1 true EP0727581B1 (de) 1999-02-10

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    EP (2) EP0727581B1 (de)
    JP (1) JP3036874B2 (de)
    KR (1) KR0177815B1 (de)
    AT (2) ATE169721T1 (de)
    BR (1) BR9100993A (de)

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    Also Published As

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    US5123821A (en) 1992-06-23
    EP0451085A3 (en) 1992-07-08
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