EP2551450A1 - Device for creating a pressure differential for a fluid or multi-phase material system - Google Patents
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- EP2551450A1 EP2551450A1 EP12159454A EP12159454A EP2551450A1 EP 2551450 A1 EP2551450 A1 EP 2551450A1 EP 12159454 A EP12159454 A EP 12159454A EP 12159454 A EP12159454 A EP 12159454A EP 2551450 A1 EP2551450 A1 EP 2551450A1
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- counter
- opening
- base body
- counter body
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D5/00—Pumps with circumferential or transverse flow
- F04D5/001—Shear force pumps
Definitions
- the invention relates to a device for generating a pressure difference for a fluid or a Mehrphasenstoffsystem. It is a use as a compressor or a pump possible to achieve a desired increase or decrease of a pressure. In this case, a negative pressure, up to the vacuum, in a connected container, a corresponding pressure increase in a connected container but also a promotion of a fluid or a multi-phase system can be achieved.
- Fluids are liquids or gases, which may also be a mixture thereof.
- a multiphase system may be a suspension or emulsion in which liquid, solid or viscoelastic components, other liquids, vapors, aerosols or particles are contained in a liquid can.
- the invention may represent a tribological system in which the relative movements of rigid bodies in the region of a narrowing gap lead to a pressure change in the direction of movement before the gap (Konfusorseite) to a pressure increase and in the direction of the gap (diffuser side) by tribological Initiated flows lead to a reduction in pressure.
- a reduction in the gap distance between the surface of the rotating body, which is to be referred to as a counter body, and the surface of a stationary body arranged by the rotational movement can be exploited.
- the pressure of the precursor is due to the relative movement and the thereby narrowing gap between the surfaces of the counter-body and of the / the basic body, which are turned towards each other, increased at the Konfusorseite.
- the diffuser side is arranged in the direction of movement of the counter body behind the Konfusorseite. There, the pressure can be reduced.
- a counter body and at least one base body is a sliding system, between which an intermediate substance, as a fluid or Mehrphasenstoffsystem is present, the pressure of which is to be changed with the device.
- the inventive device for generating a pressure difference for a fluid or a Mehrphasenstoffsystem has a rotating about a rotation axis counter body, which is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation, which can also be called rotor. Its radially outwardly facing surface is convexly curved.
- At least one stationary base body is present.
- the base body (s) has a surface aligned parallel to the radially outer surface of the counter body. This surface may in one alternative be a planar flat surface.
- it may be concavely curved on the surface facing the radially outer surface of the mating body, wherein the radius of curvature is then greater than the radius of curvature of the mating body.
- At least one opening (channel), each with at least one opening, is formed on the base body by the base body.
- opening (s) and the one opening can be a fluid or multi-phase system at the diffuser side of the body be sucked in with rotating counter body.
- a fluid or multiphase system may also be removed / delivered through the confuser-side orifice (s) and the elevated pressure port.
- the surfaces of the mating body and base body are arranged in the region of openings of the aperture (s) at a defined distance from each other or they are in sliding solid contact with each other.
- an opening On a base body, only an opening may be present, which represents the mouth of an opening in the direction of the interior of the device. Everything is accommodated in a sealed housing and the opening is led to the outside. Depending on the arrangement or the direction of rotation of the main body of the opening on the diffuser or Konfusorseite then a flow through the opening in the interior of the housing or out of the housing can be generated, which leads to a corresponding pressure difference. In this case, an additional inflow or outflow for the fluid or Mehrphasenstoffsystem on the housing at least then available when an incompressible fluid or Mehrphasenstoffsystem is used. By a pipe connected to you outside of the housing line can there, depending on the increased or reduced pressure of the precursor (fluid or Mehrphasenstoffsystem) can be achieved. At an inflow or outflow, a valve may be present.
- a base body at least two openings, which are each associated with an opening, wherein in each case at least one opening is arranged on the diffuser side and the at least one other opening on the confuser side.
- the flow of a fluid or a multiphase system from one aperture through the openings to the other aperture be achieved, so that an opening can form a suction side and the other opening the pressure side of the device.
- the device according to the invention can be selectively taken influence on the achievable pressure difference and the volume flow to be delivered.
- Influence can also be taken by the speed and a change in the distance of the mutually facing surfaces of opposing and basic bodies.
- the gap can be adjusted so that the tribolgically influenced flow conditions affect these parameters in the desired shape. With a larger gap width, the achievable pressure difference is reduced and the volume flow to be delivered also decreases.
- the pressures at the confuser and at the diffuser side as well as the achievable volume flow can be influenced by several parameters.
- a proportional dependence on the dynamic viscosity ⁇ [Nsm -2 ] of the fluid or Mehrphasenstoffsystems to be pumped, the velocity v [ms -1 ] of the layer thus formed in the gap between the base and counter body, which in turn is a function of the relative velocity of the sliding partner Basic and opposite body is to be considered.
- the pressure difference is inversely proportional to the thickness .DELTA.h of the layer of fluid or Mehrphasenstoffsystems in the gap between the base and the counter body.
- Pressure difference and volumetric flow are also dependent on the quotient of the active surface segment A R [m 2 ] of the counter body and the sum of the areas of the free cross sections A D [m 2 ] and A K [m 2 ] of the openings on the main body.
- the active surface segment A R of the counter body is the product of the optimum distance AB (see Fig. 1 ) and the width of the system, which is characterized by the width of the openings in the body.
- the sliding system formed with the base body and counter body can be arranged or adjusted such that the surfaces touch or there is a gap in which there is no solid-body contact.
- a plurality of base bodies can be distributed over the circumference.
- the efficiency and at least the flow rate can be increased.
- Variations in the pressure generated and volume flow can largely be reduced as a result.
- Basic body can be arranged distributed to each other over the circumference of the counter body with in each case equal angular distances.
- At least one opening of an opening and at a distance from the latter in the direction of rotation at least one further opening of an opening can be arranged on the diffuser side.
- a plurality of apertures which are arranged on the diffuser side of the base bodies, and / or a plurality of apertures, which are arranged on the Konfusorseite of basic bodies, be connected to each other via a loop.
- a counter-body with an at least twice graduated outer surface, thereby different outer diameters are present in the individual stages.
- a counter-body can be integrally formed with different outer diameters or by arranging a plurality of individual counter-bodies in series with a common axis of rotation.
- a mating body can also be in the form of a cone or truncated cone be educated.
- openings of apertures in different planes perpendicular to the axis of rotation of the counter body may be arranged on one or more base bodies.
- openings with different distances to the rotation axis are effective.
- different speeds occur at the correspondingly arranged openings between the sliding partners of the base and counter body, depending on the distance, which in turn can lead to different pressure differences and volume flows.
- the base body (s) may likewise be formed with surfaces arranged correspondingly to the stepped outer diameters of the counter body.
- a plurality of base bodies may be arranged in the individual outer diameter steps of the counter body corresponding planes.
- basic bodies can also be designed in a form complementary to a cone.
- the pressure may be increased or decreased from a pressure level to a higher or lower pressure level in stages, depending on the direction in which the apparatus is operated.
- influence on the achievable pressure difference or the delivered volume flow can also be taken by a specific change in the distance of the radially outer surface of the counter body to the surface of the base body (s) facing the surface of the counter body, such as this has already been expressed with the possible change in the gap between the base and counter bodies is.
- Pressure difference and flow are also dependent on the nature, in particular of the topography, the surface of the counter body.
- this surface should be designed so that the near-surface layer on the counter body, the strength of which decisively influences the pressure build-up or release, is optimally designed with respect to the effectiveness of the device.
- openings may have a rectangular free cross section and / or a plurality of openings may form a series arrangement, wherein an orientation of the openings or a row arrangement should be maintained perpendicular to the rotational movement of the counter body.
- the rectangular shape can be chosen so that a large part of the surfaces of the base and counter-bodies in the diffuser and / or Confusor Scheme can be used. Openings should therefore be guided almost completely over the entire width parallel to the axis of rotation, except for small areas in the direction of the outer end faces of the main body and in the direction of the movement vector have a limited width compared to the direction perpendicular thereto.
- openings are present in a row arrangement, they can have both a rectangular shape and another geometric shape, for example a circular shape. In this case too, however, the comments on the formation of rectangular openings should be taken into account mutatis mutandis.
- the radially outer surface of the counter body may be provided with a coating of diamond-like carbon and then base body made of fiber reinforced, preferably carbon fiber reinforced plastic at least partially in the region facing the counter body exist.
- such a material pairing can also be provided with radially outer surfaces of base bodies, which are provided on facing surfaces of base bodies with a coating of diamond-like carbon, and a counter body which, at least in the region facing the base bodies, consists of fiber-reinforced, preferably carbon-fiber reinforced plastic.
- a counter body which, at least in the region facing the base bodies, consists of fiber-reinforced, preferably carbon-fiber reinforced plastic.
- the distance between the radially outer surface of the counter body and the surface of the / the base body adjusted so and the arrangement of bodies are chosen so that there is solid contact in the direction of rotation of the counter body in an alternative in front of at least one opening on the Konfusorseite , In this case, there should be no other opening (s) on the diffuser side.
- the distance and the arrangement can also be selected in a further alternative, that in the direction of rotation of the counter body after at least one opening on the diffuser side solid contact, in which case no opening (s) should be present on the Konfusorseite (n).
- the distance and the arrangement can be chosen so that there is solid contact between the openings on the Konfusorseite and on the diffuser side and base and counter body form a friction pairing.
- the material pairing diamond-like carbon and carbon fiber reinforced plastic is particularly favorable.
- the counter body and base body can be moved relative to each other.
- This movement can be one-dimensional, but preferably also two-dimensional.
- a one-dimensional movement can also take place perpendicular to this axial direction, which can be achieved in the simplest case by a translatory movement of a base body.
- a translatory movement of a base body not only the distance of counter and base bodies to each other can be changed. It is also possible a change in the distance between the position of the smallest gap between the mating body and the base body and at least one opening on the base body, through which a fluid or multi-phase system is sucked or conveyed with increased pressure. This also influences the achievable pressure difference and volume flow, since the pressure ratios utilized in the invention on the confuser side and the diffuser side are also influenced by this distance.
- the possibility opens up a continuous operation even in the absence or low solid state contact perform.
- the wear due to friction can be reduced. It can be a nearly constant pressure difference and a delivered volume flow, which are free of fluctuations can be achieved.
- valves or similar acting elements can be completely dispensed with.
- the production and installation can be done with little effort, so that the costs are correspondingly low.
- FIG. 1 The physical-technical basics for understanding the operation of the device should be clarified.
- the FIG. 1 shows a base body 2, which is designed as a stator and a about an axis of rotation with the angular velocity ⁇ rotating counter body (rotor) 1.
- the normal force F N acts in the area of the contact point or the smallest gap between the base and the counter body. This point is characterized in that the pressure curve in the fluid or Mehrphasenstoffsystem, which is located between the base and the counter body, has a Nullduchgang.
- This diffuser region of the device is characterized by an opening gap.
- a pressure maximum (point A on the confuser side) or a pressure minimum (point B on the diffuser side) in the fluid or in the multiphase system is formed in each case at a characteristic distance from the contact point or the smallest gap between the base body 2 and the counterbody 1 out.
- the distance in the circumferential direction is the distance A-B between the two extreme pressures marked. In the device described here, this distance A-B designates the optimum distance between the openings on the diffuser side and the confuser side.
- FIG. 2 a first simple example of a device according to the invention is shown. This device is used as a pump as shown.
- a counter body 1 is present, which is rotatable about an axis of rotation.
- the counter body 1 has the shape of a cylinder or a cylindrical disk, its radially outer surface is aligned parallel to the axis of rotation.
- a base body 2 in the form of a plate or a cuboid is present, whose planar planar surface, which faces the counter body 1, also aligned parallel to the axis of rotation.
- the counter body 1 is made of hardened steel, its radially outer surface is ground and provided with a thin closed coating of diamond-like carbon. It has an outer diameter of 60 mm and can be rotated at a speed of 3000 min -1 .
- the main body 2 is made of carbon fiber reinforced epoxy resin and is pressed with a normal force F N of 10 N to the counter body 1.
- the openings 3 and 4 have a rectangular cross-section, wherein the longer edges of the rectangle are aligned parallel to the axis of rotation. They have the dimensions of 3 mm * 30 mm and are centered with respect to the width of the counter body 1 and the base body 2.
- This device can also be operated with opposite direction of rotation without further notice.
- the conveying direction and the pressures change opposite and from the connecting piece 8, the fluid or multi-phase system is pumped out and on the side of the connecting piece 7 can then be sucked by the negative pressure acting there, a fluid or multi-phase system or pumped out of a container.
- FIG. 3 shows an example of a device with a counter body 1, which is again made in the form of a cylinder with a diameter of 120 mm and a width of 50 mm made of stainless steel and rotated about a rotation axis. About its circumference in this example, four main body 2 are arranged distributed to each other at equal angular intervals, which are also formed as plate-shaped elements.
- the mutually facing surfaces of the mating body 1 and 2 basic bodies have a distance of 0.4% of the outer diameter of the counter body 1, so that no solid contact can occur through the correspondingly narrow gap.
- the main body 2 are formed in this example of cast thermoset polyurethane.
- the openings 3 and 4 have on the four basic bodies 2 each free cross-sectional areas with the dimensions of 3 mm * 40 mm. They are again aligned parallel to the axis of rotation.
- the openings 3 and 4 open again in openings 5 and 6, which in turn open into connecting pieces 7 and 8.
- the conveying direction and the pressure conditions at the individual connecting pieces 7 and 8 can be easily with the attached arrows be recognized at the marked direction of rotation.
- the openings 3 are arranged on the confuser side and the openings 4 on the diffuser side.
- the pressure and flow conditions change opposite to the representation.
- the statements to the in FIG. 2 example shown apply mutatis mutandis.
- FIG. 4 a third example of a device according to the invention is shown.
- a counter body 1 rotating around a rotation axis is present, distributed over the circumference of which several base bodies 2 are again arranged.
- This example is suitable for conveying a suspension / emulsion of water with mineral oil.
- the main body 2 are made of epoxy resin.
- Your the radially outer surface of the counter body 1 facing surfaces are concavely curved and have the shape of a cylinder calotte. The radius of curvature is greater than the radius of curvature of the counter body 1 on its surface.
- all openings 5 and all apertures 6 are each connected to a ring line 9 and 12.
- the ring line 12 has an inlet connection 11 and the ring line 9 has an outlet connection 10. Accordingly, a fluid is sucked through all the openings 4 on the diffuser side through the ring line 12 and the openings 6 and conveyed through the openings 3 in the openings 5 and the ring line 9 with increased pressure.
- the device is formed with an integrated electric motor, wherein electromagnets 13 are attached directly to the counter body and the electric coils, not shown, are arranged on housing elements.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Druckdifferenz für ein Fluid oder ein Mehrphasenstoffsystem. Es ist ein Einsatz als Verdichter oder einer Pumpe möglich um eine jeweils gewünschte Erhöhung oder Reduzierung eines Druckes zu erreichen. Dabei kann ein Unterdruck, bis hin zum Vakuum, in einem angeschlossenen Behälter, eine entsprechende Druckerhöhung in einem angeschlossenen Behälter aber auch eine Förderung eines Fluids oder eines Mehrphasensystems erreicht werden.The invention relates to a device for generating a pressure difference for a fluid or a Mehrphasenstoffsystem. It is a use as a compressor or a pump possible to achieve a desired increase or decrease of a pressure. In this case, a negative pressure, up to the vacuum, in a connected container, a corresponding pressure increase in a connected container but also a promotion of a fluid or a multi-phase system can be achieved.
Bei Fluiden handelt es sich dabei um Flüssigkeiten oder Gase, die auch ein Gemisch davon sein können. Ein Mehrphasenstoffsystem kann eine Suspension oder eine Emulsion sein, in dem flüssige, feste oder viskoelastische Komponenten, weitere Flüssigkeiten, Dämpfe, Aerosole oder Partikel in einer Flüssigkeit enthalten sein können.Fluids are liquids or gases, which may also be a mixture thereof. A multiphase system may be a suspension or emulsion in which liquid, solid or viscoelastic components, other liquids, vapors, aerosols or particles are contained in a liquid can.
Herkömmliche Vorrichtungen unterliegen dabei häufig einem erhöhten Verschleiß, der durch Reibung sich berührender Oberflächen hervorgerufen wird. Werden Druckdifferenzen mit Strömungsmaschinen erzeugt, bei denen keine bzw. eine geringe Reibwirkung auftritt, ist deren Wirkungsgrad begrenzt oder die Herstellung ist aufwändig und kostenintensiv.Conventional devices are often subject to increased wear, which is caused by friction of touching surfaces. If pressure differences are generated with turbomachines in which no or a low friction effect occurs, their efficiency is limited or the production is complex and costly.
In der Regel sind solche Systeme oder Vorrichtungen nur in eine Richtung effektiv betreibbar, so dass entweder eine Druckerhöhung oder eine Druckreduzierung in eine Richtung mit entsprechend hohem Wirkungsgrad erreicht werden kann.In general, such systems or devices are effectively operable only in one direction, so that either an increase in pressure or a pressure reduction in one direction can be achieved with a correspondingly high efficiency.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einfach und kostengünstig aufgebaut ist, einem reduzierten Verschleiß unterliegt und die flexibel einsetzbar ist.It is therefore an object of the invention to provide a device that is simple and inexpensive, subject to reduced wear and is flexible.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruch 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention, this object is achieved with a device having the features of
Die Erfindung kann dabei ein tribologisches System darstellen, bei dem Relativbewegungen starrer Körper im Bereich eines sich verengenden Spaltes zu einer Druckveränderung führen, die in Richtung der Bewegung vor dem Spalt (Konfusorseite) zu einer Druckerhöhung und in Richtung nach dem Spalt (Diffusorseite) durch tribologisch initierte Strömungen zu einer Druckverringerung führen. Insbesondere bei einer Rotationsbewegung eines Körpers kann eine Verringerung des Spaltabstandes zwischen der Oberfläche des rotierenden Körpers, der nachfolgend als Gegenkörper bezeichnet werden soll, und der Oberfläche eines stationär angeordneten Grundkörpers durch die Rotationsbewegung ausgenutzt werden. Der Druck des Zwischenstoffs wird durch die Relativbewegung und des sich dabei verengenden Spaltes zwischen den Oberflächen des Gegenkörpers und des/der Grundkörper, die aufeinander zu gewandt sind, an der Konfusorseite erhöht. In Bewegungsrichtung des Gegenkörpers hinter der Konfusorseite ist die Diffusorseite angeordnet. Dort kann der Druck reduziert werden.The invention may represent a tribological system in which the relative movements of rigid bodies in the region of a narrowing gap lead to a pressure change in the direction of movement before the gap (Konfusorseite) to a pressure increase and in the direction of the gap (diffuser side) by tribological Initiated flows lead to a reduction in pressure. In particular, in a rotational movement of a body, a reduction in the gap distance between the surface of the rotating body, which is to be referred to as a counter body, and the surface of a stationary body arranged by the rotational movement can be exploited. The pressure of the precursor is due to the relative movement and the thereby narrowing gap between the surfaces of the counter-body and of the / the basic body, which are turned towards each other, increased at the Konfusorseite. In the direction of movement of the counter body behind the Konfusorseite the diffuser side is arranged. There, the pressure can be reduced.
Dabei stellen ein Gegenkörper und mindestens ein Grundkörper ein Gleitsystem dar, zwischen den ein Zwischenstoff, als Fluid oder Mehrphasenstoffsystem vorhanden ist, dessen Druck mit der Vorrichtung verändert werden soll.In this case, a counter body and at least one base body is a sliding system, between which an intermediate substance, as a fluid or Mehrphasenstoffsystem is present, the pressure of which is to be changed with the device.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer Druckdifferenz für ein Fluid oder ein Mehrphasenstoffsystem weist einen um eine Rotationsachse rotierenden Gegenkörper auf, der rotationssymmetrisch in Bezug zur Rotationsachse ausgebildet ist, den man auch Rotor bezeichnen kann. Seine radial nach außen weisende Oberfläche ist konvex gekrümmt.The inventive device for generating a pressure difference for a fluid or a Mehrphasenstoffsystem has a rotating about a rotation axis counter body, which is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation, which can also be called rotor. Its radially outwardly facing surface is convexly curved.
Außerdem ist mindestens ein stationärer Grundkörper vorhanden.In addition, at least one stationary base body is present.
Der/die Grundkörper weist/weisen eine parallel zur radial äußeren Oberfläche des Gegenkörpers ausgerichtete Oberfläche auf. Diese Oberfläche kann in einer Alternative eine planare ebene Oberfläche sein.The base body (s) has a surface aligned parallel to the radially outer surface of the counter body. This surface may in one alternative be a planar flat surface.
In einer weiteren Alternative kann sie an der der radial äußeren Oberfläche des Gegenkörpers zugewandte Oberfläche konkav gekrümmt sein, wobei der Krümmungsradius dann größer als der Krümmungsradius des Gegenkörpers ist.In a further alternative, it may be concavely curved on the surface facing the radially outer surface of the mating body, wherein the radius of curvature is then greater than the radius of curvature of the mating body.
An einem Grundkörper ist mindestens eine Durchbrechung (Kanal) mit jeweils mindestens einer Öffnung durch den Grundkörper ausgebildet.At least one opening (channel), each with at least one opening, is formed on the base body by the base body.
Durch die Öffnung(en) und die eine Durchbrechung kann ein Fluid oder Mehrstoffphasensystem an der Diffusorseite des Grundkörpers bei rotierendem Gegenkörper angesaugt werden.Through the opening (s) and the one opening can be a fluid or multi-phase system at the diffuser side of the body be sucked in with rotating counter body.
Ein Fluid oder ein Mehrphasenstoffsystem kann auch durch die auf der Konfusorseite angeordnete(n) Öffnung(en) und die Durchbrechung mit erhöhtem Druck abgeführt/gefördert werden.A fluid or multiphase system may also be removed / delivered through the confuser-side orifice (s) and the elevated pressure port.
Die Oberflächen von Gegenkörper und Grundkörper sind im Bereich von Öffnungen der Durchbrechung(en) in einem definierten Abstand zueinander angeordnet oder sie stehen miteinander in gleitendem Festkörperkontakt.The surfaces of the mating body and base body are arranged in the region of openings of the aperture (s) at a defined distance from each other or they are in sliding solid contact with each other.
An einem Grundkörper kann lediglich eine Öffnung vorhanden sein, die die Mündung einer Durchbrechung in Richtung des Inneren der Vorrichtung darstellt. Dabei ist alles in einem abgedichteten Gehäuse aufgenommen und die Durchbrechung ist nach außen geführt. Je nach Anordnung bzw. der Drehrichtung des Grundkörpers der Öffnung auf der Diffusor- oder der Konfusorseite kann dann eine Strömung durch die Durchbrechung in das Innere des Gehäuses oder aus dem Gehäuse heraus erzeugt werden, die zu einer entsprechenden Druckdifferenz führt. Dabei kann ein zusätzlicher Zu- oder Abfluss für das Fluid oder Mehrphasenstoffsystem am Gehäuse zumindest dann vorhanden, wenn ein inkompressibles Fluid oder Mehrphasenstoffsystem genutzt wird. Durch eine an dir Durchbrechung außerhalb des Gehäuses angeschlossene Leitung kann dort je nach dem ein erhöhter oder reduzierter Druck des Zwischenstoffs (Fluid oder Mehrphasenstoffsystem) erreicht werden. An einem Zu- oder Abfluss kann dabei ein Ventil vorhanden sein.On a base body, only an opening may be present, which represents the mouth of an opening in the direction of the interior of the device. Everything is accommodated in a sealed housing and the opening is led to the outside. Depending on the arrangement or the direction of rotation of the main body of the opening on the diffuser or Konfusorseite then a flow through the opening in the interior of the housing or out of the housing can be generated, which leads to a corresponding pressure difference. In this case, an additional inflow or outflow for the fluid or Mehrphasenstoffsystem on the housing at least then available when an incompressible fluid or Mehrphasenstoffsystem is used. By a pipe connected to you outside of the housing line can there, depending on the increased or reduced pressure of the precursor (fluid or Mehrphasenstoffsystem) can be achieved. At an inflow or outflow, a valve may be present.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, an einem Grundkörper mindestens zwei Öffnungen, die jeweils einer Durchbrechung zugeordnet sind, vorzusehen, wobei dann jeweils mindestens eine Öffnung auf der Diffusorseite und die mindestens eine andere Öffnung auf der Konfusorseite angeordnet ist. In diesem Fall kann die Strömung eines Fluids oder eines Mehrphasenstoffsystems von einer Durchbrechung über die Öffnungen zu der anderen Durchbrechung erreicht werden, so dass eine Durchbrechung eine Saugseite und die andere Durchbrechung die Druckseite der Vorrichtung bilden kann.However, it is also possible to provide on a base body at least two openings, which are each associated with an opening, wherein in each case at least one opening is arranged on the diffuser side and the at least one other opening on the confuser side. In this case, the flow of a fluid or a multiphase system from one aperture through the openings to the other aperture be achieved, so that an opening can form a suction side and the other opening the pressure side of the device.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann gezielt Einfluss auf die erreichbare Druckdifferenz und den zu fördernden Volumenstrom genommen werden. Durch eine einfache Drehrichtungsumkehr des Gegenkörpers kann wegen der ansonsten symmetrischen Verhältnisse eine Umkehrung der Strömungsrichtung und des erzeugbaren Druckgefälles erreicht werden. Einfluss kann auch durch die Drehzahl und eine Veränderung des Abstandes der aufeinander zu gewandten Oberflächen von Gegen- und Grundkörpern genommen werden. Dabei kann der Spalt so eingestellt werden, dass sich die tribolgisch beeinflussten Strömungsverhältnisse auf diese Parameter in der gewünschten Form auswirken. Bei größerer Spaltbreite reduziert sich die erreichbare Druckdifferenz und auch der zu fördernde Volumenstrom verkleinert sich.With the device according to the invention can be selectively taken influence on the achievable pressure difference and the volume flow to be delivered. By reversing the direction of rotation of the opposing body, it is possible to achieve a reversal of the flow direction and of the pressure gradient that can be generated because of the otherwise symmetrical conditions. Influence can also be taken by the speed and a change in the distance of the mutually facing surfaces of opposing and basic bodies. In this case, the gap can be adjusted so that the tribolgically influenced flow conditions affect these parameters in the desired shape. With a larger gap width, the achievable pressure difference is reduced and the volume flow to be delivered also decreases.
Die Drücke an der Konfusor- und an der Diffusorseite sowie die erreichbare Volumenstrom können durch mehrere Parameter beeinflusst werden. So ist eine proportionale Abhängigkeit von der dynamischen Viskosität η [Nsm-2] des zu fördernden Fluids oder Mehrphasenstoffsystems, der Geschwindigkeit v [ms-1] der damit gebildeten Schicht im Spalt zwischen Grund- und Gegenkörper, die wiederum eine Funktion der Relativgeschwindigkeit der Gleitpartner Grund- und Gegenkörper ist, zu berücksichtigen. Außerdem ist die Druckdifferenz umgekehrt proportional zur Dicke Δh der Schicht des Fluids oder Mehrphasenstoffsystems im Spalt zwischen Grund- und Gegenkörper. Druckdifferenz und Volumenstrom sind auch vom Quotienten des aktiven Oberflächensegments AR [m2] des Gegenkörpers und der Summe der Flächen der freien Querschnitte AD [m2] bzw. AK [m2] der Öffnungen am Grundkörper, abhängig. Dabei ist das aktive Oberflächensegment AR des Gegenkörpers das Produkt des optimalen Abstandes A-B (siehe
Diesen Sachverhalt gibt folgende Gleichung wieder:
Das mit Grund- und Gegenkörper gebildete Gleitsystem kann so angeordnet oder eingestellt sein, dass sich die Oberflächen berühren oder dort ein Spalt vorhanden ist, bei dem kein Festkörperkontakt besteht.The sliding system formed with the base body and counter body can be arranged or adjusted such that the surfaces touch or there is a gap in which there is no solid-body contact.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können mehrere Grundkörper über den Umfang verteilt angeordnet sein. Dadurch lassen sich der Wirkungsgrad und zumindest der Volumenstrom erhöhen. Schwankungen des erzeugten Druckes und Volumenstroms können weitestgehend dadurch reduziert werden. Grundkörper können dafür mit jeweils gleichen Winkelabständen zueinander über den Umfang des Gegenkörpers verteilt angeordnet werden.In the device according to the invention, a plurality of base bodies can be distributed over the circumference. As a result, the efficiency and at least the flow rate can be increased. Variations in the pressure generated and volume flow can largely be reduced as a result. Basic body can be arranged distributed to each other over the circumference of the counter body with in each case equal angular distances.
An einem Grundkörper können auf der Diffusorseite mindestens eine Öffnung einer Durchbrechung und in einem Abstand zu dieser in Rotationsrichtung mindestens eine weitere Öffnung einer Durchbrechung angeordnet sein.On a base body, at least one opening of an opening and at a distance from the latter in the direction of rotation at least one further opening of an opening can be arranged on the diffuser side.
Dabei können mehrere Durchbrechungen, die auf der Diffusorseite von Grundkörpern angeordnet sind, und/oder mehrere Durchbrechungen, die auf der Konfusorseite von Grundkörpern angeordnet sind, über eine Ringleitung miteinander verbunden sein.In this case, a plurality of apertures, which are arranged on the diffuser side of the base bodies, and / or a plurality of apertures, which are arranged on the Konfusorseite of basic bodies, be connected to each other via a loop.
Bei der Erfindung besteht die Möglichkeit einen Gegenkörper mit einer mindestens zweifach abgestuften äußeren Oberfläche auszubilden, dadurch sind unterschiedliche Außendurchmesser in den einzelnen Stufen vorhanden. Ein Gegenkörper kann dabei einteilig mit unterschiedlichen Außendurchmessern oder durch eine Anordnung mehrerer einzelner Gegenkörper in Reihe mit einer gemeinsamen Rotationsachse, ausgebildet sein.In the invention, it is possible to form a counter-body with an at least twice graduated outer surface, thereby different outer diameters are present in the individual stages. A counter-body can be integrally formed with different outer diameters or by arranging a plurality of individual counter-bodies in series with a common axis of rotation.
Ein Gegenkörper kann auch in Form eines Kegels oder Kegelstumpfes ausgebildet sein.A mating body can also be in the form of a cone or truncated cone be educated.
In diesen beiden Fällen kann/können an einem oder mehreren Grundkörper(n) Öffnungen von Durchbrechungen in unterschiedlichen Ebenen senkrecht zur Rotationsachse des Gegenkörpers angeordnet sein. Dadurch werden Öffnungen mit unterschiedlichen Abständen zur Rotationsachse wirksam. Dadurch treten an den entsprechend angeordneten Öffnungen zwischen den Gleitpartnern Grund- und Gegenkörper je nach Abstand andere Geschwindigkeiten auf, die wiederum zu unterschiedlichen Druckdifferenzen und Volumenströmen führen können.In these two cases, openings of apertures in different planes perpendicular to the axis of rotation of the counter body may be arranged on one or more base bodies. As a result, openings with different distances to the rotation axis are effective. As a result, different speeds occur at the correspondingly arranged openings between the sliding partners of the base and counter body, depending on the distance, which in turn can lead to different pressure differences and volume flows.
Der/die Grundkörper können dabei ebenfalls mit entsprechend den gestuften Außendurchmessern des Gegenkörpers angeordneten Oberflächen ausgebildet sein. In einer anderen Gestaltungsmöglichkeit können mehrere Grundkörper in den einzelnen Außendurchmesserstufen des Gegenkörpers entsprechenden Ebenen angeordnet sein. Grundkörper können in diesen Fällen auch in einer komplementär zu einem Kegel ausgebildeten Form ausgebildet sein.The base body (s) may likewise be formed with surfaces arranged correspondingly to the stepped outer diameters of the counter body. In another design possibility, a plurality of base bodies may be arranged in the individual outer diameter steps of the counter body corresponding planes. In this case, basic bodies can also be designed in a form complementary to a cone.
Dadurch besteht die Möglichkeit, Durchbrechungen mit in unterschiedlichen Ebenen angeordneten Öffnungen miteinander zu verbinden, so dass eine kaskadierte Druckdifferenzerzeugung erreichbar ist. Es kann so der Druck von einem Druckniveau auf ein höheres oder niedrigeres Druckniveau in Stufen erhöht oder verringert werden, je nach dem in welche Richtung die Vorrichtung betrieben wird.This makes it possible to connect apertures with openings arranged in different planes, so that a cascaded pressure difference generation can be achieved. Thus, the pressure may be increased or decreased from a pressure level to a higher or lower pressure level in stages, depending on the direction in which the apparatus is operated.
Im Allgemeinen kann Einfluss auf die erreichbare Druckdifferenz bzw. den geförderten Volumenstrom auch durch eine gezielte Veränderung des Abstands der radial äußeren Oberfläche des Gegenkörpers zur Oberfläche des/der Grundkörper(s), die der Oberfläche des Gegenkörpers zugewandt ist/sind, genommen werden, wie dies bereits mit der möglichen Veränderung des Spaltes zwischen Grund- und Gegenkörpern zum Ausdruck gebracht worden ist.In general, influence on the achievable pressure difference or the delivered volume flow can also be taken by a specific change in the distance of the radially outer surface of the counter body to the surface of the base body (s) facing the surface of the counter body, such as this has already been expressed with the possible change in the gap between the base and counter bodies is.
Druckdifferenz und Volumenstrom sind auch abhängig von der Beschaffenheit, insbesondere von der Topographie, der Oberfläche des Gegenkörpers. Entsprechend des jeweils zu fördernden Fluids oder Mehrphasenstoffsystems sollte diese Oberfläche dahingehend gestalten sein, dass die oberflächennahe Schicht am Gegenkörper, deren Stärke maßgeblich den Druckauf- bzw. -abbau beeinflusst, in Hinsicht auf die Effektivität der Vorrichtung optimal ausgebildet ist.Pressure difference and flow are also dependent on the nature, in particular of the topography, the surface of the counter body. In accordance with the respective fluid or multiphase system to be delivered, this surface should be designed so that the near-surface layer on the counter body, the strength of which decisively influences the pressure build-up or release, is optimally designed with respect to the effectiveness of the device.
Bei der Erfindung können Öffnungen einen rechteckförmigen freien Querschnitt aufweisen und/oder es können mehrere Öffnungen eine Reihenanordnung bilden, wobei eine Ausrichtung der Öffnungen oder einer Reihenanordnung senkrecht zur Rotationsbewegung des Gegenkörpers eingehalten sein sollte. Die Rechteckform kann so gewählt werden, dass ein großer Teil der Flächen von Grund- und Gegenkörpern im Diffusor- und/oder Konfusorbereich nutzbar sind. Öffnungen sollten daher nahezu vollständig über die gesamte Breite parallel zur Rotationsachse, bis auf kleine Bereiche in Richtung der äußeren Stirnseiten der Grundkörper geführt sein und in Richtung des Bewegungsvektors eine begrenzte Breite im Vergleich zur senkrecht dazu ausgerichteten Richtung aufweisen.In the invention, openings may have a rectangular free cross section and / or a plurality of openings may form a series arrangement, wherein an orientation of the openings or a row arrangement should be maintained perpendicular to the rotational movement of the counter body. The rectangular shape can be chosen so that a large part of the surfaces of the base and counter-bodies in the diffuser and / or Confusorbereich can be used. Openings should therefore be guided almost completely over the entire width parallel to the axis of rotation, except for small areas in the direction of the outer end faces of the main body and in the direction of the movement vector have a limited width compared to the direction perpendicular thereto.
Sind Öffnungen in einer Reihenanordnung vorhanden, können sie sowohl eine rechteckige Form, wie auch eine andere geometrische Form, beispielsweise eine Kreisform aufweisen. Auch in diesem Fall sollten aber die Bemerkungen zur Ausbildung von rechteckigen Öffnungen sinngemäß berücksichtigt werden.If openings are present in a row arrangement, they can have both a rectangular shape and another geometric shape, for example a circular shape. In this case too, however, the comments on the formation of rectangular openings should be taken into account mutatis mutandis.
Bei der Erfindung kann vorteilhaft die radial äußere Oberfläche des Gegenkörpers mit einer Beschichtung aus diamantähnlichem Kohlenstoff versehen sein und dann Grundkörper aus faserverstärktem, bevorzugt kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff zumindest teilweise im Bereich, der dem Gegenkörper zugewandt ist, bestehen.In the invention, advantageously, the radially outer surface of the counter body may be provided with a coating of diamond-like carbon and then base body made of fiber reinforced, preferably carbon fiber reinforced plastic at least partially in the region facing the counter body exist.
Eine solche Werkstoffpaarung kann aber auch mit radial äußeren Oberflächen von Grundkörpern, die an zugewandten Oberflächen von Grundkörpern mit einer Beschichtung aus diamantähnlichem Kohlenstoff versehen sind und einem Gegenkörper, der zumindest im Bereich, der den Grundkörpern zugewandt ist, aus faserverstärktem, bevorzugt kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff besteht, erreicht werden. Der Einsatz solcher faserverstärkten Kunststoffe in Kombination mit einer Beschichtung aus diamantähnlichem Kohlenstoff ist besonders vorteilhaft, wenn es beim Betrieb zu einem Festkörperkontakt an der Reibpaarung Grund- und Gegenkörper kommt.However, such a material pairing can also be provided with radially outer surfaces of base bodies, which are provided on facing surfaces of base bodies with a coating of diamond-like carbon, and a counter body which, at least in the region facing the base bodies, consists of fiber-reinforced, preferably carbon-fiber reinforced plastic. be achieved. The use of such fiber-reinforced plastics in combination with a coating of diamond-like carbon is particularly advantageous when it comes to a solid contact on the friction pairing of the base and counter body during operation.
Diese Werkstoffpaarung ist besonders geeignet, wenn bei der Vorrichtung die Gegen- und Grundkörper so zueinander angeordnet sind, dass es zu Festkörperkontakt kommt, da sie ein äußerst günstiges reibverschleißarmes Verhalten erreichen und kleine Reibkräfte wirken.This pairing of materials is particularly suitable when the counter and base body are arranged to each other in the device so that it comes to solid state contact, since they achieve a very favorable Reibverschleißarmes behavior and act small frictional forces.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Abstand zwischen der radial äußeren Oberfläche des Gegenkörpers und der Oberfläche des/der Grundkörper so eingestellt und die Anordnung von Grundkörpern dabei so gewählt sein, dass in Drehrichtung des Gegenkörpers in einer Alternative vor mindestens einer Öffnung auf der Konfusorseite Festkörperkontakt besteht. In diesem Fall sollten keine weitere(n) Öffnung(en) auf der Diffusorseite vorhanden sein.In a device according to the invention, the distance between the radially outer surface of the counter body and the surface of the / the base body adjusted so and the arrangement of bodies are chosen so that there is solid contact in the direction of rotation of the counter body in an alternative in front of at least one opening on the Konfusorseite , In this case, there should be no other opening (s) on the diffuser side.
Der Abstand und die Anordnung kann in einer weiteren Alternative auch so gewählt werden, dass in Drehrichtung des Gegenkörpers nach mindestens einer Öffnung auf der Diffusorseite Festkörperkontakt besteht, wobei dann keine Öffnung(en) auf der Konfusorseite vorhanden sein sollte(n).The distance and the arrangement can also be selected in a further alternative, that in the direction of rotation of the counter body after at least one opening on the diffuser side solid contact, in which case no opening (s) should be present on the Konfusorseite (n).
Bei einer dritten Alternative, die sicher am häufigsten eingesetzt werden sollte, kann der Abstand und die Anordnung so gewählt werden, dass zwischen den Öffnungen auf der Konfusorseite und auf der Diffusorseite Festkörperkontakt besteht und Grund- und Gegenkörper eine Reibpaarung bilden.In a third alternative, certainly the most used should be, the distance and the arrangement can be chosen so that there is solid contact between the openings on the Konfusorseite and on the diffuser side and base and counter body form a friction pairing.
Bei einer Ausführung, bei der Festkörperkontakt vorkommt oder vorkommen kann, ist die Werkstoffpaarung diamantähnlicher Kohlenstoff und kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff besonders günstig.In an embodiment in which solid-state contact occurs or can occur, the material pairing diamond-like carbon and carbon fiber reinforced plastic is particularly favorable.
In einer vorteilhaften Ausführung können Gegenkörper und Grundkörper relativ zueinander bewegt werden. Diese Bewegung kann eindimensional, bevorzugt aber auch zweidimensional erfolgen. Durch eine Relativbewegung in einer Achse die ausgehend von der Rotationsachse radial nach außen gerichtet ist, kann der Abstand der aufeinander zugewandten Oberflächen von Gegen- und Grundkörper und somit der Spalt zwischen beiden verändert werden, wodurch wiederum die erreichbare Druckdifferenz und der Volumenstrom beeinflusst werden können.In an advantageous embodiment, the counter body and base body can be moved relative to each other. This movement can be one-dimensional, but preferably also two-dimensional. By a relative movement in an axis which is directed radially outward starting from the axis of rotation, the distance of the mutually facing surfaces of counter and base body and thus the gap between the two can be changed, which in turn the achievable pressure difference and the flow can be influenced.
Eine eindimensionale Bewegung kann aber auch senkrecht zu dieser Achsrichtung erfolgen, was im einfachsten Fall durch eine translatorische Bewegung eines Grundkörpers erreicht werden kann. In diesem Fall kann nicht nur der Abstand von Gegen- und Grundkörpern zueinander verändert werden. Es ist auch eine Veränderung des Abstandes zwischen der Position des kleinsten Spaltes zwischen Gegenkörper und Grundkörper und mindestens einer Öffnung am Grundkörper, durch die ein Fluid oder Mehrphasensystem angesaugt oder mit erhöhtem Druck gefördert wird, möglich. Auch dadurch kann Einfluss auf die erreichbare Druckdifferenz und Volumenstrom genommen werden, da sich die bei der Erfindung ausgenutzten Druckverhältnisse auf der Konfusor- und der Diffusorseite auch durch diesen Abstand beeinflusst werden.However, a one-dimensional movement can also take place perpendicular to this axial direction, which can be achieved in the simplest case by a translatory movement of a base body. In this case, not only the distance of counter and base bodies to each other can be changed. It is also possible a change in the distance between the position of the smallest gap between the mating body and the base body and at least one opening on the base body, through which a fluid or multi-phase system is sucked or conveyed with increased pressure. This also influences the achievable pressure difference and volume flow, since the pressure ratios utilized in the invention on the confuser side and the diffuser side are also influenced by this distance.
Mit der Erfindung erschließt sich die Möglichkeit einen kontinuierlichen Betrieb auch bei fehlendem oder geringem Festkörperkontakt durchzuführen. Dadurch kann der Verschleiß in Folge von Reibung reduziert werden. Es können eine nahezu konstante Druckdifferenz und ein geförderter Volumenstrom, die frei von Schwankungen sind, erreicht werden.With the invention, the possibility opens up a continuous operation even in the absence or low solid state contact perform. As a result, the wear due to friction can be reduced. It can be a nearly constant pressure difference and a delivered volume flow, which are free of fluctuations can be achieved.
Es sind nur wenige mechanisch bewegte Teile vorhanden, auf Ventile oder ähnlich wirkende Elemente kann ganz verzichtet werden. Die Herstellung und Montage kann mit geringem Aufwand erfolgen, wodurch die Kosten entsprechend gering sind.There are only a few mechanically moving parts available, valves or similar acting elements can be completely dispensed with. The production and installation can be done with little effort, so that the costs are correspondingly low.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail by way of example in the following.
Dabei zeigen:
-
in schematischer Form die zwischen einem Gegenkörper und einem Grundkörper in unterschiedlichen Bereichen und Abständen erreichbaren Drücke bei konstanter Winkelgeschwindigkeit und konstantem Abstand der aufeinander zu gewandten Oberflächen eines Grund- und eines Gegenkörpers;Figur 1 -
in schematischer Form ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;Figur 2 -
in schematischer Form ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung undFigur 3 -
in schematischer Form ein drittes Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.Figur 4
-
FIG. 1 in schematic form, the pressures achievable between a counter-body and a base body in different areas and distances at a constant angular velocity and constant distance of the mutually facing surfaces of a base and a counter body; -
FIG. 2 in schematic form a first example of a device according to the invention; -
FIG. 3 in schematic form, another example of a device according to the invention and -
FIG. 4 in schematic form, a third example of a device according to the invention.
Mit
Die
In Bewegungsrichtung vor dem Berührungspunkt bzw. dem geringsten Spalt zwischen dem Grund- und dem Gegenkörper baut sich in dem Fluid oder Mehrphasenstoffsystem durch den sich verengenden Spalt ein Überdruck auf. Der Bereich dieses Druckaufbaus wird durch den Begriff Konfusor technisch beschrieben.In the direction of movement before the contact point or the smallest gap between the base and the counter body is built in the fluid or Mehrphasenstoffsystem through the narrowing gap on an overpressure. The area of this pressure buildup is technically described by the term confuser.
Im Gegensatz dazu baut sich in Bewegungsrichtung nach dem Berührungspunkt bzw. dem geringsten Spalt zwischen dem Grund- und dem Gegenkörper in dem Fluid oder dem Mehrphasenstoffsystem ein Unterdruck auf. Dieser Diffusorbereich der Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen sich öffnenden Spalt.In contrast, builds in the direction of movement after the contact point or the smallest gap between the base and the counter body in the fluid or the Mehrphasenstoffsystem a negative pressure. This diffuser region of the device is characterized by an opening gap.
In Umfangsrichtung bildet sich jeweils in einer charakteristischen Entfernung von dem Berührungspunkt bzw. dem kleinsten Spalt zwischen dem Grundkörper 2 und dem Gegenkörper 1 ein Druckmaximum (Punkt A auf der Konfusorseite) bzw. ein Druckminimum (Punkt B auf der Diffusorseite) im Fluid oder im Mehrphasenstoffsystem aus. Der Abstand in Umfangsrichtung ist die Strecke A-B zwischen den beiden Druckextremwerten gekennzeichnet. Diese Strecke A-B bezeichnet bei der hier beschriebenen Vorrichtung den optimalen Abstand der Öffnungen auf der Diffusorseite und der Konfusorseite.In the circumferential direction, a pressure maximum (point A on the confuser side) or a pressure minimum (point B on the diffuser side) in the fluid or in the multiphase system is formed in each case at a characteristic distance from the contact point or the smallest gap between the
Diese physikalischen Gegebenheiten werden in der
In
Dabei ist ein Gegenkörper 1 vorhanden, der um eine Rotationsachse drehbar ist. Der Gegenkörper 1 hat die Form eines Zylinders bzw. einer Zylinderscheibe, seine radial äußere Oberfläche ist parallel zur Rotationsachse ausgerichtet. Bei diesem Beispiel ist ein Grundkörper 2 in Form einer Platte oder eines Quaders vorhanden, dessen ebene planare Oberfläche, die dem Gegenkörper 1 zugewandt ist, ebenfalls parallel zur Rotationsachse ausgerichtet.In this case, a
Durch den Grundkörper 2 sind zwei kanalförmige Durchbrechungen 5 und 6 ausgebildet, die an der dem Gegenkörper1 zugewandten Oberfläche in jeweils eine Öffnung 3 und 4 münden. An die Durchbrechungen 5 und 6 sind Anschlussstutzen 7 und 8 angeschlossen. Bei rotierendem Gegenkörper 1, wie dies mit dem Pfeil gekennzeichnet ist, kann so eine Saug- und Druckwirkung gemäß den Pfeilen an den Anschlussstutzen 7 und 8 erreicht werden. So wird über den Anschlussstutzen 8, die Durchbrechung 6 und die Öffnung 4 eine Saugwirkung und am Anschlussstutzen 8 ein Unterdruck erzeugt. So angesaugtes Fluid oder ein Mehrphasensystem gelangt dann mittels der Kraftwirkung auf der Konfusorseite durch die Öffnung 3, die Durchbrechung 5 und den Anschlussstutzen 7 nach außen, aus der Vorrichtung mit erhöhtem Druck heraus.Through the
Der Gegenkörper 1 besteht aus gehärtetem Stahl, seine radial äußere Oberfläche ist geschliffen und mit einer dünnen geschlossenen Beschichtung aus diamantähnlichem Kohlenstoff versehen. Er hat einen Außendurchmesser von 60 mm und kann mit einer Drehzahl von 3000 min-1 gedreht werden. Der Grundkörper 2 besteht aus kohlenstofffaserverstärktem Epoxidharz und wird mit einer Normalkraft FN von 10 N an den Gegenkörper 1 gedrückt.The
Die Öffnungen 3 und 4 weisen einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei die längeren Kanten des Rechtecks parallel zur Rotationsachse ausgerichtet sind. Sie haben die Abmessungen von 3 mm * 30 mm und sind in Bezug zur Breite des Gegenkörpers 1 und des Grundkörpers 2 zentriert angeordnet.The
Diese Vorrichtung kann auch mit entgegengesetzter Drehrichtung ohne Weiteres betrieben werden. Dabei verändern sich die Förderrichtung und die Drücke entgegengesetzt und aus dem Anschlussstutzen 8 wird das Fluid oder Mehrphasensystem heraus gepumpt und an der Seite des Anschlussstutzens 7 kann dann durch den dort wirkenden Unterdruck ein Fluid oder Mehrphasensystem angesaugt oder aus einem Behälter abgepumpt werden.This device can also be operated with opposite direction of rotation without further notice. In this case, the conveying direction and the pressures change opposite and from the connecting
Die
Die Grundkörper 2 sind bei diesem Beispiel aus gegossenem duromeren Polyurethan gebildet. Die Öffnungen 3 und 4 haben an den vier Grundkörpern 2 jeweils freie Querschnittsflächen mit den Abmessungen 3 mm * 40 mm. Sie sind wieder parallel zur Rotationsachse ausgerichtet. Die Öffnungen 3 und 4 münden wieder jeweils in Durchbrechungen 5 und 6, die wiederum in Anschlussstutzen 7 und 8 münden.The
Die Förderrichtung und die Druckverhältnisse an den einzelnen Anschlussstutzen 7 und 8 können einfach mit den angebrachten Pfeilen bei der eingezeichneten Drehrichtung erkannt werden.The conveying direction and the pressure conditions at the individual connecting
Die Öffnungen 3 sind dabei auf der Konfusorseite und die Öffnungen 4 auf der Diffusorseite angeordnet. Bei einer entgegengesetzten Drehrichtung des Gegenkörpers 1 verändern sich die Druck- und Strömungsverhältnisse entgegengesetzt zur Darstellung. Die Aussagen zu dem in
In
Außerdem sind alle Durchbrechungen 5 und alle Durchbrechungen 6 jeweils mit einer Ringleitung 9 und 12 verbunden. Die Ringleitung 12 weist einen Eintrittsstutzen 11 und die Ringleitung 9 weist einen Austrittsstutzen 10 auf. Dementsprechend wird ein Fluid über alle Öffnungen 4 auf der Diffusorseite durch die Ringleitung 12 und die Durchbrechungen 6 angesaugt und über die Öffnungen 3 in die Durchbrechungen 5 und die Ringleitung 9 mit erhöhtem Druck gefördert.In addition, all
Bei diesem Beispiel ist die Vorrichtung mit integriertem Elektromotor ausgebildet, wobei Elektromagnete 13 direkt am Gegenkörper befestigt sind und die nicht dargestellten elektrischen Spulen an Gehäuseelementen angeordnet sind.In this example, the device is formed with an integrated electric motor, wherein
Claims (14)
der/die Grundkörper (2) eine parallel zur radial äußeren Oberfläche des Gegenkörpers (1) ausgerichtete Oberfläche aufweist/aufweisen, die eine planare ebene Oberfläche oder eine konkav gekrümmte, der radial äußeren Oberfläche des Gegenkörpers (1) zugewandte Oberfläche bildet, wobei der Krümmungsradius dann größer als der Krümmungsradius des Gegenkörpers (1) ist; und
am Grundkörper (2) mindestens eine Durchbrechung (5, 6) mit jeweils mindestens einer Öffnung (3, 4) durch den Grundkörper (2) ausgebildet ist, wobei
durch die Öffnung(en) (3) und die Durchbrechung (5) ein Fluid oder Mehrstoffphasensystem an der Diffusorseite des Grundkörpers (2) bei rotierendem Gegenkörper (1) angesaugt wird
und/oder
ein Fluid oder ein Mehrphasenstoffsystem durch die auf der Konfusorseite angeordnete(n) Öffnung(en) (4) und die Durchbrechung (6) mit erhöhtem Druck abgeführt wird und
die Oberflächen von Gegenkörper (1) und Grundkörper (2) im Bereich von Öffnungen (3, 4) der Durchbrechung(en) (5, 6) in einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind oder in gleitendem Festkörperkontakt zueinander stehen.Apparatus for generating a pressure difference for a fluid or a Mehrphasenstoffsystem, wherein a rotating about a rotation axis counter body (1) which is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation and has a convex curved surface and at least one stationary base body (2) are present; in which
the base body (2) has / have a surface aligned parallel to the radially outer surface of the counter body (1), which forms a planar planar surface or a concavely curved surface facing the radially outer surface of the counter body (1), the radius of curvature then greater than the radius of curvature of the counter body (1); and
on the base body (2) at least one opening (5, 6), each having at least one opening (3, 4) through the base body (2) is formed, wherein
through the opening (s) (3) and the opening (5) a fluid or multi-phase system is sucked on the diffuser side of the base body (2) with rotating counter body (1)
and or
a fluid or a Mehrphasenstoffsystem by on the Konfusorseite arranged (s) opening (s) (4) and the opening (6) with increased pressure is discharged and
the surfaces of counter-body (1) and base body (2) in the region of openings (3, 4) of the aperture (s) (5, 6) are arranged at a defined distance from each other or in sliding solid contact with each other.
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Durchbrechungen (5), die auf der Diffusorseite von Grundkörpern (2) angeordnet sind, und/oder mehrere Durchbrechungen (6), die auf der Konfusorseite von Grundkörpern (2) angeordnet sind, über eine Ringleitung (9, 12) miteinander verbunden sind.Device according to one of the preceding claims,
characterized in that a plurality of apertures (5) which are arranged on the diffuser side of base bodies (2), and / or a plurality of apertures (6) which are arranged on the Konfusorseite of basic bodies (2) via a ring line (9, 12 ) are interconnected.
dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenkörper (1) mit einer mindestens zweifach abgestuften äußeren Oberfläche ausgebildet ist, und dadurch unterschiedliche Außendurchmesser in den einzelnen Stufen vorhanden sind, oder
der Gegenkörper (1) in Form eines Kegels oder Kegelstumpfes ausgebildet ist und an einem oder mehreren Grundkörper(n) (2) Öffnungen (3, 4) von Durchbrechungen (5, 6) in unterschiedlichen Ebenen senkrecht zur Rotationsachse des Gegenkörpers (1) angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims,
characterized in that a counter body (1) is formed with an at least twice stepped outer surface, and thereby different outer diameters are present in the individual stages, or
the counter body (1) in the form of a cone or truncated cone is formed and on one or more base body (s) (2) openings (3, 4) of openings (5, 6) in different planes perpendicular to the axis of rotation of the counter body (1) are arranged.
Grundkörper (2) in den einzelnen Außendurchmesserstufen des Gegenkörpers (1) entsprechenden Ebenen angeordnet sind oder
Grundkörper (2) in einer komplementär zu einem Kegel ausgebildeten Form ausgebildet sind.Apparatus according to claim 5, characterized in that the / the base body (2) is also formed with according to the stepped outer diameters of the counter body (1) arranged surfaces or
Base body (2) in the individual outer diameter stages of the counter body (1) corresponding levels are arranged or
Base body (2) are formed in a complementary shape to a cone shape.
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der radial äußeren Oberfläche des Gegenkörpers (1) zur Oberfläche des/der Grundkörper(s) (2), die der Oberfläche des Gegenkörpers (1) zugewandt ist/sind, veränderbar ist.Device according to one of the preceding claims,
characterized in that the distance of the radially outer surface of the counter body (1) to the surface of the / the base body (s) (2) facing the surface of the counter body (1) is / are variable.
dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung und/oder die Drehzahl des Gegenkörpers (1) veränderbar ist.Device according to one of the preceding claims,
characterized in that the direction of rotation and / or the rotational speed of the counter body (1) is variable.
dadurch gekennzeichnet, dass Öffnungen (3, 4) einen rechteckförmigen freien Querschnitt aufweisen und/oder mehrere Öffnungen (3, 4) eine Reihenanordnung bilden, wobei eine Ausrichtung der Öffnungen (3, 4) oder einer Reihenanordnung parallel und senkrecht zur Rotationsbewegung des Gegenkörpers (1) eingehalten ist.Device according to one of the preceding claims,
characterized in that openings (3, 4) have a rectangular free cross-section and / or a plurality of openings (3, 4) form a series arrangement, wherein an orientation of the openings (3, 4) or a series arrangement is maintained parallel and perpendicular to the rotational movement of the counter body (1).
die der radial äußeren Oberfläche des Gegenkörpers (1) zugewandten Oberflächen von Grundkörpern (2) mit einer Beschichtung aus diamantähnlichem Kohlenstoff versehen sind und der Gegenkörper zumindest im Bereich, der den Grundkörpern (2) zugewandt ist, aus faserverstärktem Kunststoff besteht.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the radially outer surface of the counter body (1) is provided with a coating of diamond-like carbon and base body (2) made of fiber-reinforced plastic or
the surfaces of base bodies (2) facing the radially outer surface of the counter body (1) are provided with a coating of diamond-like carbon and the counter body consists of fiber-reinforced plastic at least in the area facing the base bodies (2).
in einer weiteren Alternative
in einer dritten Alternative
in another alternative
in a third alternative
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Date | Code | Title | Description |
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PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
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Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
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Extension state: BA ME |
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STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
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18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20130731 |