FI120751B - Pumppu - Google Patents

Description

Pumppu

Keksintö kohdistuu pumppuun, joka on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa esitettyä tyyppiä. Keksinnön kohteena on myös 5 moottori.

Keksintö kohdistuu pumpputyyppiin, jossa on edestakaisin liikkuva mäntä, jonka liikkeen avulla saadaan aikaan nestemäisen aineen imu ja pumppaus. Hyvin yleistä on tuoda tällaisiin pumppuihin pumppaus-10 liikkeen vaatima käyttövoima pyörivänä liikkeenä energiaa tuottavaan moottoriin kytketyn käyttöakselin tai vastaavan kautta. Tällöin pumpussa on mekanismi, joka muuntaa pyörivän liikkeen männän edestakaiseksi liikkeeksi.

15 Mekanismeja on kehitetty lukuisia. Eräs mekanismeille esitetty toivomus on niiden yksinkertaisuus ja pieni tilantarve. Mitä enemmän mekanismissa on liikkuvia osia, sen häiriöherkempi se on. Pumpun käyttökohteesta riippuen on usein myös tarve saada se pieneen tilaan.

20 US-patentissa 4,960,369 on esitetty pumppu, joka perustuu käyttö-akselin pyörittämään, mäntänä toimivaan lieriömäiseen kappaleeseen, jonka ontossa sisäosassa on sisäseinämän kehän suunnassa kulkeva aaltomainen ura. Männän läpi viedyssä käyttöakselissa on uraan kon-T ; taktissa olevat vastinelimet, ja tämän mekanismin ansiosta käyttöakse- '* / 25 Iin pyörimisliike muunnetaan männän edestakaiseksi liikkeeksi. Män- ·:··: ·; nän pyörimättömyys varmistetaan männän ulkopintaan tehdyin aksiaa- : lisuuntaisin urin, jotka ovat kontaktissa pumppukammion sisäseinä- mässä oleviin ohjaustappeihin. Julkaisun kuvassa 4 on esitetty myös vaihtoehto, jossa tällainen aksiaalisuuntainen ura on korvattu tiheäm-30 pitaajuisella aaltomaisella uralla, joka on tehty männän ulkopinnalle ja .**·. menee kehän suunnassa männän ympäri. Koska tämä ulkopinnalla oleva ura on taajuudeltaan tiheämpi kuin sisäosan ura, mäntä myös **· pyörii edestakaisen liikkeensä aikana. Tässäkin vaihtoehdossa käyttö- voima männän edestakaiseen liikkeeseen tuodaan männän sisäosaan 35 tehdyllä mekanismilla. Julkaisussa on esitetty pumppu, jossa edellä kuvattuja mäntiä on sijoitettu useita peräkkäin samalle käyttöakselille, joka on viety pitkänomaisen pumppukammion läpi, jolloin imu- ja 2 pumppausaukot ovat aina pareittain kahden männän välissä. Tällä pumpulla on tarkoitus nostaa öljyä maan alta, ja sille on ominaista suuri koko syvyyssuunnassa.

5 Samantapainen männässä olevaan aaltomaiseen uraan perustuva pumppu on esitetty myös EP-hakemusjulkaisussa 320171. Tässä on esitetty mekanismi, jossa käyttöakselin molemmissa päissä on mäntä, jonka sisään käyttöakselin pää on järjestetty aksiaalisuunnassa liukuvaksi ja pyörimisliikettä mäntään välittävällä tavalla, ja männän ulko-10 pinnassa on aaltomainen ohjausura, joka aiheuttaa edestakaisen liikkeen sylinterin sisäseinämässä olevan ohjaustapin vaikutuksesta.

Keksinnön tarkoituksena on esittää pumppu, jolla on yksinkertaisempi ja kompaktimpi rakenne verrattuna sellaisiin edellä kuvatun kaltaisiin 15 pumppuihin, joilla pyörivä liike muutetaan edestakaiseksi männän liikkeeksi pyörimissuunnassa kulkevan aaltomaisen johteen ja vastineli-men yhteistoiminnalla. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnölle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

20

Pyörivä elin, joka saa pyörimiseen tarvittavan voiman ulkoisesta voi-manlähteestä, on tällöin rengasmainen rakenne, joka on sijoitettu män-nän ympärille. Rengasmaisen rakenteen sisäkehällä ja männän uiko- • · t : kehällä on aaltomaisen johteen ja vastinelimen muodostama mekanis- 25 mi, joka yhteistoiminnassa muuntaa kiertoliikkeen edestakaiseksi liik- « * · ;*V keeksi. Männän sisään ei tarvitse tehdä mitään vientejä käyttöakselin : ja männän välisen liikkeen aikaansaamiseksi, koska liike tuodaan • · · mäntää ympäröivän rengasmaisen rakenteen kautta männän ulkopinnalle. Männän ja pumpun rungon välille tarvitsee järjestää vain ohjaus-30 rakenne, joka estää männän pyörimisen rengasmaisen elimen liikkeen mukana. Tällainen aksiaalisuuntainen ohjaus mäntään voidaan saada /*, aikaan esimerkiksi pumppukammion suhteen kiinteillä aksiaalisuuntai- i · · *· ’·* silla johteilla esimerkiksi männän läpi viedyillä ohjaustangoilla, jotka on kiinnitetty pumpun runkoon.

·*· : 35

I M

.···. Oheisissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa esitetään eräitä edulli sia pumpun suoritusmuotoja. Vastinelin voi olla rengasmaisen elimen 3 sisäkehällä ja aaltomainen johde männän ulkokehällä, johon se on helppo muodostaa. Aaltomainen johde voi olla esimerkiksi ura, johon vastinelimenä toimiva ohjaustappi tai vastaava sijoittuu.

5 Jos rengasmaisen elimen ulkokehällä on hammastus, voidaan käyttövoima tuoda pumppuun ketjuvoimansiirrolla tai toisella, ulkokehän hammastukseen otteessa olevalla hammaspyörällä tai vastaavalla.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin pii-10 rustuksiin, joissa kuva 1 esittää keksinnön mukaista pumppua leikkauskuvantona kuvan 2 linjaa l-l pitkin, 15 kuva 2 esittää pumppua päädystä, ja kuva 3 esittää kuvan 1 pumppua ylhäältäpäin tilanteessa, jossa siihen on liitetty tulokanavat ja lähtökanavat.

20 Kuvassa 1 esitetyssä pumpussa on pumppukammio 1, jossa on järjestetty mäntä 2 edestakaisin liikkuvaksi. Mäntää ympäröi rengas 3, jonka sisäpinta on kohti männän ulkopintaa. Männän kehän ympäri kulkee johde 4, joka on aaltomainen siten, että aaltojen huiput ja pohjat • t f | poikkeavat vuorotellen kehän suunnasta männän edestakaisen liikkeen .** / 25 suuntiin. Aaltomuoto voi olla siniaallon muotoinen, mutta tämä ei ole • · * “Y välttämättömyys. Renkaan 3 sisäpuolella on vastaavasti johteen 4 ·:·:: kanssa yhteistoiminnassa oleva vastinelin 5. Lisäksi männän aksiaali- ··· suuntainen edestakainen liike on ohjattu suorien johteiden 7 avulla, jotka ovat kiinteäasemaisia pumppauskammion 1 suhteen. Kuvassa 1 jT: 30 johteet ovat männän 2 läpi vietyjä ohjaustankoja 7.

*·· • · • · M· .* . Männän toimintaperiaate on seuraava: Kun rengas 3 suorittaa männän • · * '· ympäri pyörintäliikettä, jonka suunta yhtyy männän ulkokehän suun- taan, vastinelin 5 kulkee samaa aaltomaisen johteen 4 suhteen suora-35 viivaista rataa, jolloin se aaltomaisessa johteessa liikkuessaan pakot-.*··*. taa männän 2 vuorotellen oikealle ja vasemmalle siten, että syntyy edestakainen pumppaava liike. Tämä syntyy sen ansiosta, että lieriö- 4 maisen männän otsapinnan (päätypinnan) 2b etäisyys lieriömäisen pumppauskammion 1 vastapäisestä päätyseinämästä 1a kasvaa ja pienenee vuorotellen. Tällä voidaan periaatteessa toteuttaa pumppaa-va liike vain yhdessä pumppukammiossa 1. Koska männän molemmat 5 otsapinnat suorittavat edestakaista liikettä yhtenäisen männän 2 molemmilla puolilla, on edullista järjestää molemmille puolille pumppu-kammio 1, kuten kuvassa 1 on esitetty. Tällöin männän 2 liikkuessa yhteen suuntaan toisella puolella olevan pumppukammion 1 tilavuus pienenee (painevaihe) ja vastakkaisella puolella olevan pumppukam-10 mion 1 tilavuus puolestaan kasvaa (imuvaihe).

Kuten kuvasta käy ilmi, johde 4 on toteutettu männän 2 ulkopintaan työstetyllä aaltomaisella uralla. Vastinkappale 5 on puolestaan renkaan 3 sisäpinnasta uran 4 sisään sijoittuva osa. Kitkan pienentämiseksi 15 tämä osa on sopivimmin pyörivä, ja kuvassa 1 näkyykin, kuinka se on renkaan 3 sisäpuolelle pyöriväksi laakeroitu kiekko pyörimisakselin ollessa säteissuuntainen suhteessa mäntään. Tällainen pyörivä vastin-elin, jossa käytetään hyväksi vierintäkitkaa, voidaan toteuttaa myös kuulalaakereista tutuilla ratkaisuilla, eli vastinelin 5 voi olla myös pallo-20 mainen ja ura voi olla muotoiltu poikkileikkaukseltaan pallon muotoon sopivaksi.

• · · • · · • · *

Kuvassa 1 näkyy vielä männän 2 kehäpinnalla olevat rengasmaiset tii-\*: i visteet 2a, jotka ovat vasten pumppauskammioiden 1 sivuseinämiä. Li- / / 25 säksi renkaan 3 ja pumpun rungon R välille on järjestetty tiivisteet 3a, j» jotka on kiinnitetty renkaan 3 sivuseinämiin ja tiivistävät rungon R ja : pyörivän renkaan 3 välisen liitoksen rungon ulkopuolella.

··· • » • · • *t

Kuvassa 1 on viitenumerolla 6 merkitty renkaan 3 ulkokehälle kiinnitetty 30 hammastusta, jonka kautta voima voidaan siirtää renkaaseen 3 esi-:**·; merkiksi ketjua tai hammaspyörää käyttämällä. Hammastus 6 voi olla muodostettu myös samaan kappaleeseen, mistä rengas 3 on tehty.

• ♦ · *· *: Viitenumerolla 11 on merkitty kiinnityselimiä, joilla koko runko R voi- : daan kiinnittää pyörimättömäksi johonkin tukirakenteeseen, jotta se ei 35 pyörisi renkaan 3 pyörimisliikkeen mukana.

··· • » * · ··· 5

Kuten kuvasta 1 näkyy, pumpun runko R muodostuu kahdesta kuppimaisesta puoliskosta, jotka on liitetty vastakkaisilta puolilta päittäin renkaan 3 sivupintaan sellaisella välyksellä, että rengas 3 pystyy pyörimään niiden välissä. Nämä kuppimaiset osat muodostavat kumpikin 5 vastaavan pumppukammion 1. Sen sisäosan, jossa mäntä 2 kokonaisuudessaan liikkuu, muodostaa siis kuppimaisten puoliskojen lieriömäiset sisäpinnat ja niiden välissä oleva renkaan 3 sisäpinta. Runko R pysyy koossa tankojen 7 avulla, jotka on kiinnitetty kuppimaisten puoliskojen päätyseinämiin siten, että niiden kierteytetyt päät on viety vas-10 taavan päätyseinämän refistä läpi ja kiinnitetty muttereilla 10, jotka on esitetty katkoviivoin. Tangot 7 toimivat samalla männän 4 aksiaaliliik-keen ohjaimilla edellä kuvatulla tavalla.

Kuvassa 2 on esitetty kuvan 1 pumppu päädystä. Rakenne on kuvatun 15 kaltainen myös pumpun toisessa päädyssä. Päätyseinämässä on neliömäinen aukko 12 kiinnityselimen 11 kiinnittämiseksi, mutta se voi luonnollisesti olla muunkin muotoinen, ja lisäksi voidaan käyttää muunlaisia kiinnityselimiä, kuten esimerkiksi päätyseinämän ulkopintaan tehtyjä laippoja tai vastaavia. Kuvassa näkyy lisäksi pumpattavan 20 väliaineen aukot 13, joista kumpikin on vuorollaan väliaineen tuloaukko tai lähtöaukko riippuen männän 4 vaiheista. Johteen 4 muodostavaa uraa ja siinä olevia vastinelimiä 5 on merkitty katkoviivoilla.

* · • · · • * · T | Kuvassa 3 on esitetty kuvien 1 ja 2 pumppu ylhäältä päin. Tässä on / / 25 kuvattu tilanne, jossa kummassakin päädyssä oleviin aukkoihin 13 on « t · tiiviisti liitetty vastaavat pumpattavan väliaineen kanavat 15, 16. : Kussakin kanavassa on venttiili 14, joka sallii virtauksen vain yhteen ··· suuntaan, esimerkiksi takaiskuventtiili. Venttiilit on kummassakin päädyssä (kummankin pumppukammion 1 kohdalla) jäljestetty toisiinsa :T: 30 nähden niin, että niiden päästösuunta on eri. Niinpä kuvassa 3 näkyy, .··*. kuinka männän iskuvaiheessa oikealle oikeanpuolimmaisessa venttiiliparissa toinen venttiili 14 sulkee virtauksen tulokanavaan 15 ja männän 4 työntämä nestetilavuus pääsee lähtökanavaan 16 toisen '**"** venttiilin 14 kautta, jonka päästösuunta on poispäin pumppukammiosta 35 1. Vastakkaisella puolella, eli vasemmalla puolella, jossa on käynnissä .···! imuvaihe, vain se venttiileistä 14, jonka päästösuunta on tulokanavasta 15 kammioon 1, sallii virtauksen (ylempi venttiili kuvassa 3), virtauksen 6 lähtökanavasta 16 ollessa suljettu toisella venttiilillä (alempi venttiili kuvassa 3).

Keksintöä ei ole rajoitettu edellä esitettyihin rakenneratkaisuihin, vaan 5 sitä voidaan vaihdella keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. On esimerkiksi mahdollista, että johde on rengasmaisen rakenteen 3 sisäpinnassa, ja siihen otteessa oleva vastinelin männän 2 ulkopinnassa, mutta koska johteella täytyy olla riittävä amplitudi männän aksiaaiisuunnassa, on se luontevinta muodostaa männän kehälle, jolloin rengasta 3 ei 10 tarvitse tehdä liian leveäksi. Kuvan 1 männän johteessa 4 on sopivimmin kolme täyttä aaltoa (eli kuusi poikkeamaa kumpaankin suuntaan) yhdellä kierroksella, jolloin männän kumpikin otsapinta 2b suorittaa kolme täyttä sykliä (imu+painevaihe) yhdellä renkaan 3 kierroksella, mutta muitakin ratkaisuja voidaan käyttää. Johteen 15 aksiaalisuuntaisella amplitudilla voidaan saada aikaan haluttu iskunpituus. Vaikka kuvassa 1 on esitetty tilanne, jossa männän iskunpituus ei ulotu ääriasennossa pumppukammion 1 päätyseinä-mään 1 a, on sekin mahdollista männän 2 aksiaalisuuntaisen pituuden ja/tai johteen 4 amplitudin mitoituksella. Hammastus 6 ei myöskään ole 20 ainoa tapa välittää pyörivä liike pumppuun, vaan voidaan käyttää myös muita voimansiirtokeinoja, kuten esimerkiksi hihnavälitystä, esimerkiksi kiilahihnaa.

* * • · · • · · "* On mahdollista, että kuvassa 3 eri puolilla pumpataan samanaikaisesti !* / 25 eri nestettä oman pumppukammionsa 1 kautta, mutta neste voi olla ry myös samaa siten, että tuiokanavat 15 samasta paikasta ja :l\} lähtökanavat 16 samaan kohteeseen liittyvät pareittain pumpun eri puolille, jolloin saadaan kaksinkertainen kapasiteetti. Lisäksi on mahdollista vielä sellainen järjestely, jossa ainetta pumpataan koko :T: 30 pumpun läpi siten, että männän 2 läpi on viety kanava, jossa on virtausta yhteen suuntaan päästävä venttiili, jolloin mäntä 2 pumppaa .*. ainetta yhdestä pumppauskammiosta toiseen, jolloin kumpaankin ** *: pumppauskammioon tarvitsee yhdistää vain yksi kanava, joista toinen \ * toimii aina tulokanavana (virtausta pumppuun tuovana kanavana eli 35 imukanavana) ja toinen lähtökanavana (virtausta pumpusta pois .1. pumppaavana kanavana eli painekanavana).

··· 7

Keksinnön mukainen pumppu on edullinen myös siinä mielessä, että rakenteen ja toimintojen symmetrisyydestä johtuen renkaan 3 pyörimissuunnalla ei ole merkitystä, vaan pumppu toimii aina samalla tavalla pyörimissuunnasta riippumatta.

5

Vastinelimiä 5 on edullisesti kaksi tai useampia tasaisin välein (tasaisin kulmaetäisyyksin) männän 2 kehällä, esimerkiksi kolme kappaletta 120° välein, kuten kuvassa 2 on esitetty.

10 Pumppua voidaan käyttää asennettuna myös ajoneuvoon, jolloin se voidaan tehdä hyvinkin pieneksi ja vähän tilaa vieväksi. Se voi saada tällöin käyttövoimansa liikkuvan ajoneuvon voimansiirrosta. Autoon asennettuna pumppu voi esimerkiksi olla järjestetty pumppaamaan jäähdytysväliainetta.

15

Pumppua voidaan käyttää myös moottorina, jolloin voimanlähteenä on kammioihin tuleva väliaine, joka saa aikaan männän 2 liikkeen, joka välittyy pyörivän elimen pyöriväksi liikkeeksi päinvastaisessa järjestyksessä kuin pumppuna käytettäessä. Tulo-ja lähtökanavat sekä 20 venttiilit jäljestetään moottorin toiminnan vaatimalla tavalla.

Rengasmaisen elimen kehältä voidaan voima ottaa ulos ja välittää ,..., muualle tunnetuin voimansiirtojärjestelyin.

• ♦ · • ♦ • · · · Pumppu soveltuu sekä nestemäisten että kaasumaisten väliaineiden ’·*·: 25 pumppaamiseksi. Moottorin voimanlähteenä voi vastaavasti olla sekä : nestemäiset että kaasumaiset väliaineet.

♦ · • · * • · · ··· ♦ • · • · *·« «M • · · « · t ·«· • * • · • ·· • · • * · • · · « · • · • * • · · • ·· • · 1 • ♦ • · ·«·

Claims (9)

1. Pumppu tai moottori, jossa pumppukammiossa (1) edestakaisin liikkuvaksi järjestetty mäntä (2), käytettävä tai vastaavasti käyttävä 5 pyörivä elin, jonka suhteen mäntä on järjestetty pyörimättömäksi, sekä pyörivän elimen ja männän välillä mekanismi, jossa on kaksi liikettä välittävässä yhteydessä toisiinsa olevaa osaa, jotka on järjestetty muuntamaan pumpun tapauksessa pyörivän elimen liike männän (2) edestakaiseksi liikkeeksi tai moottorin tapauksessa päinvastoin ja jotka 10 ovat: pyörimisakselin kanssa samankeskisellä kehällä kulkeva aaltomainen johde (4), ja vastinelin (5), joka on yhteydessä johteeseen (4) siten, että pumpun tapauksessa pyörimisakselin ympäri tapahtuva kiertoliike 15 muuntuu pyörimisakselin suuntaiseksi männän (2) edestakaiseksi liikkeeksi tai moottorin tapauksessa päinvastoin, tunnettu siitä, että pyörivä elin on rengasmainen rakenne (3), joka on sijoitettu männän (2) ympärille ja jonka sisäkehällä on ensimmäinen mekanis-20 min osista, ja männän (2) ulkokehällä on toinen mekanismin osista liikettä :T: välittävässä ja muuntavassa yhteydessä ensimmäiseen osaan. • · • · · • * · • ·· · s\:

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pumppu tai moottori, tunnettu siitä, 25 että vastinelin (5) on rengasmaisen elimen (3) sisäkehällä ja aaltomainen johde (4) on männän (2) ulkokehällä. « · I

··· · ·*· *’···*’ 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen pumppu tai moottori, tunnettu siitä, että aaltomainen johde (4) on ura. 30

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen pumppu tai moottori, ,·*: tunnettu siitä, että mäntä (2) on kaksitoiminen siten, että männän ' I kumpikin pää (2b) on omassa pumppukammiossaan (1). • · * */.: 35

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen pumppu tai moottori, tunnettu siitä, että pumppukammioon (1) on viety tulokanava (15) ja lähtökanava (16), joissa kummassakin on virtausta yhteen suuntaan päästävä venttiili (14).

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen pumppu tai moottori, 5 tunnettu siitä, että rengasmaisen elimen (3) ulkokehällä on hammastus (6) voiman siirtämiseksi elimeen pumpun tapauksessa tai voiman siirtämiseksi elimestä ulos moottorin tapauksessa.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen pumppu tai 10 moottori, tunnettu siitä, että vastinelimiä (5) on kehän suunnassa kaksi tai useampia, edullisesti tasaisin kulmavälein sijoitettuina.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen pumppu tai moottori, tunnettu siitä, että mäntä (2) on järjestetty rengasmaisen elimen (3) 15 pyörimisliikkeen suhteen liikkumattomaksi aksiaalisuuntaisilla johteilla (7).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen pumppu tai moottori, tunnettu siitä, että a ksiaalisuuntaiset johteet (7) on viety 20 pumppukammion/pumppukammioiden (1) ja männän (2) läpi. • •f • · · • « · • · • · · « · * ··· · • · • · # * Il • · • · • · · • · · M· | • f • · « • · · #·· · • f* • * • f ··* • · · • f · ··· • · ««· • · • « · «· • · • · • · • · · • M * · ··· • · • · ···