JP2017535717A - 媒体輸送用装置 - Google Patents

Abstract

本出願は、作業機械（２）と、被輸送媒体のための運搬要素（２２、３２）がそれ自体の上に配列された複数のキャリアシャフト（２５、３５）と、キャリアシャフト（２５、３５）を固定して回転させる駆動装置（３）と、を有する媒体輸送用装置であって、駆動装置（３）が複数の従動シャフト（２０、３０）を有し、従動シャフトのそれぞれが１つ以上のキャリアシャフト（２５、３５）と結合される、装置に関する。

Description

本発明は、複数のキャリアシャフトを有する作業機械であって、キャリアシャフトの上には輸送されるべき媒体を運搬するための運搬要素が配列されている、作業機械と、キャリアシャフトを回転させる駆動装置と、を備える媒体輸送用装置に関する。

作業機械、例えば複数のシャフトを有する容積式ポンプは、通常、単一の駆動装置によって駆動され、その駆動装置としては、例えば、作業機械の駆動シャフトに直接的に又は結合器を用いて接続される液圧機関、内燃機関、又は電動モータが挙げられる。電動モータを有するそのような実施例が、独国特許出願公開第１０ ２００８ ０１８ ４０７（Ａ１）号に記載されている。

容積式原理に従う回転角と作用に基づく複数のシャフトを有する作業機械の場合には、個々のシャフト相互の間の荷重分配が必要であり、その荷重分配は、機械内部に付加的な大きい力及び曲げモーメントを生成する。それに加えて、シャフトは、回転角に基づいて同期される必要がある。

本発明の目的は、同様の寸法でより高い信頼性及び耐久性を提供するか、又はよりコンパクトな設計を可能にする装置を提供することである。

この目的は、主クレームの特徴を有する装置を用いて本発明に従って達成される。本発明についての有利な構成及び付加的な実施例が、従属クレーム、明細書及び図面において開示される。

作業機械と、被輸送媒体のための運搬要素がそれ自体に配列された複数のキャリアシャフトと、キャリアシャフトを固定して回転させる駆動装置と、を備える媒体輸送用装置が、駆動装置が複数の従動シャフトを有し、その従動シャフトのそれぞれが１つ以上のキャリアシャフトと結合されるように設計される。作業機械、通常、ポンプは、歯車又はスクリュースピンドルのような運搬要素がそれ自体に配列された２つ以上のキャリアシャフトを有する。駆動装置がキャリアシャフトを固定して回転させることにより、被輸送媒体は、ハウジング又は輸送チャンバーを通して入口から出口まで運搬要素によって運搬される。駆動装置は、複数の従動シャフトを有し、その従動シャフトのそれぞれは、１つ以上のキャリアシャフトと結合される。キャリアシャフトのそれぞれが、従動シャフトと結合されることにより、それぞれのキャリアシャフトが、個々に駆動される。単一シャフトの駆動装置を使用して、それぞれのキャリアシャフトを同期するためのそれぞれの結合要素と一緒に単一の駆動スピゴットに対する複数シャフトの作業機械を駆動する代わりに、本発明に従う駆動装置は、作業機械の個々の角度依存シャフトを駆動する複数の従動シャフトによって実現され、この場合、好ましくは、均衡のとれた駆動トルクが、全ての個々のキャリアシャフトに均等に誘起される。したがって、従動シャフトを介した別の従動シャフトへの駆動トルクの伝達が防止され、それがねじりモーメント及び曲げモーメントのかなりの低減をもたらす。

好ましい構成では、駆動装置の従動シャフトの数は、キャリアシャフトの数と一致し、それにより、いずれのキャリアシャフトも、駆動装置のちょうど１つの従動シャフトによって駆動される。伝達荷重を低減すること、及び作業機械のシャフトにおいて荷重を均等に分配することによって、期待寿命がかなり延長されることができ、そして、次に、シャフト、ベアリング及びシールの寸法がそれぞれ低減されることができる。

作業機械のキャリアシャフトは、角度依存性及び剛性で相互と結合されることにより、スクリュースピンドル又は歯車のような噛み合う運搬要素の同期及び適切なロールオフプロセスを確実なものにする。このことが、運搬要素の摩耗の低減、及びメンテナンス間隔の延長をもたらす。運搬要素の相互に対する相対ねじりがもはや起こり得ず、例えば、軸受公差を一致させるために、組立て状態での軸方向変位の可能性がないか、又はわずかであるにすぎない。

作業機械が、好ましくは、容積式ポンプ、特にスクリュースピンドルポンプとして設計されることにより、例えば、採油及びガス採取プラットフォームで見られるような制限された空間条件下で有利に使用されることができる非常にコンパクトな作業及び駆動機械ユニットを実現することを可能にする。

駆動装置が、好ましくは、液圧機関として設計されることにより、特に流体を輸送する場合に、省スペース構造を可能にする。通常、液圧駆動動力が提供されることにより、コンパクト、低保守及び簡便である駆動システムが実現できる。

駆動装置が液圧歯車モータ又はスクリュースピンドルモータとして設計される場合、駆動装置の歯車又はスクリュースピンドル構成要素が、同時にキャリアシャフトの駆動装置を同期するために使用されてもよく、そのことは、キャリアシャフトの同時性を確実にするために、更なる歯車の組を必要としないことを意味する。同期歯車の機能は、液圧機関によって一体的に実行される。液圧機関は、２つ以上の従動シャフトを有してもよく、それにより、複数シャフトの作業機械の場合においてさえ、全てのキャリアシャフトが従動シャフトと結合されることができる。

装置のコンパクト性を更に向上させるためには、従動シャフトがキャリアシャフトの部分となるか、又は、キャリアシャフトとねじり剛性で結合されてもよい。キャリアシャフトと、対応する従動シャフトとを一体で設計することにより、シャフトが相互にしっかりと接合されることが可能である。同様に、シャフトは、咬合継手、ねじ接続、コネクタ、又は歯車駆動装置のような結合装置を用いて結合されてもよい。歯車駆動装置は、別の解決策と比べてより多くの技術的労力を必要とするが、作業機械の回転速度及び／又は回転方向の変更を可能にする。作業機械と駆動装置とが単一のハウジング内に一緒にあることにより、装置のコンパクト化を向上させる。

好ましい配列では、駆動装置と作業機械とが、液圧的に相互から分離されることにより、被輸送媒体は、装置のための駆動媒体と混合されない。それにより、駆動ユニットの汚染の危険性が低減され、そして、液圧機関のような駆動ユニットの実施例の場合には、作動液の汚染の危険性が低減される。それによって、駆動ユニットの摩耗が低減されて、装置の全体的な耐久性が向上される。

本発明に従う解決策は、シャフトの角度依存位置による容積式原理に従って、複数シャフトの作業機械の個々のシャフト相互の間の自動荷重分配を可能にする。キャリアシャフトは、駆動装置によって自動的に同期される。駆動トルクによるそれぞれのキャリアシャフトへの個々の影響は、例えば歯車歯力から生じる曲げモーメント、又は１つのシャフトを通って次のシャフトへの駆動トルクの伝達によって生じるねじり力のような妨害的な付加荷重を低減又は除去する。付加荷重を最小にすることは、従来の駆動概念によってしばしば生じるシャフトの曲げを低減し、そのことが、内部許容力を低減することによって効率を更に改善する可能性を開く。それに加えて、荷重の低減は、例えばピーク負荷又は汚染に対するより高い耐久性及びより高い障害許容力を生じさせる。

本発明の一実施例が、添付図面を参照して下記において説明される。

図面は、作業機械及び駆動装置を有する装置の概略断面図である。

図面の断面図において、ハウジング１０を有する装置１が示され、そのハウジング内に作業機械２及び駆動装置３がある。作業機械２は、２つのスピンドルを有するスクリュースピンドルポンプとして設計され、そしてハウジング１０の作業機械ハウジング区画１２内にある。図示された実施形態例では、駆動装置３は、ハウジング１０の駆動装置ハウジング区画１１内にあり、二軸液圧歯車モータとして設計される。

ハウジング１０内に、被輸送媒体のための入口１３が提供され、その入口を通って、被輸送媒体、例えば採油又はガス採取での炭化水素が作業機械２の中に流入できる。入口１３から、被輸送媒体が、ウォームねじ形状の運搬要素１２、２２によって作業機械２を通って出口１４まで運搬される。

運搬要素２２、３２は、キャリアシャフト２５、３５に取り付けられるか、又は、キャリアシャフトの一体部分として設計され、そして、運搬要素は、媒体を入口１３から出口１４まで輸送する。キャリアシャフト２５、３５は、入口１３の背後の入口領域に貫入し、そして駆動装置ハウジング１１に達することにより、キャリアシャフトは、駆動装置３の従動シャフトとねじり剛性で結合されることができる。

駆動装置３は、入口チャネル１５を経由して加圧された作動液が供給される液圧歯車モータ形式で、駆動装置ハウジング区画１１内に配列される。入口チャネル１５を通して、作動液が、歯車２１及び３１からなる噛み合った一組の歯車に供給される。歯車２１、３１は、駆動装置３の従動シャフト２０及び３０にしっかりと固定される、例えば焼き嵌めされるか、又は、例えば平行キーもしくは歯システムを用いて確実に取り付けられる。入口チャネル１５を経由して駆動装置３に供給される作動液は、歯車２１、３１、したがって従動シャフト２０、３０を固定して回転させる。減圧された作動液は、出口チャネル１６を経由して除去される。

歯車モータを含む示された設計の代わりに、駆動装置３がスクリュースピンドルモータとして同様に設計されてもよく、そのモータにおいては、駆動成分の伝動が歯車歯の代わりにスクリュースピンドルを介して達成される。図示された実施形態では、入口チャネル１５は、装置１の前側に配列され、そして、作動液が従動シャフト２０、３０の回転軸に基本的に平行に流入することを可能にする。作動液の出口チャネル１６を通しての除去は、同様に前側で反対方向に、すなわち、従動シャフト２０、３０の回転軸に同軸に生じる。このように、省スペース設計ならびに作動液の容易な供給及び容易な除去が、１つの面からの穿孔、ドリルパイプ、又は輸送パイプラインで達成される。

示している実施例では、従動シャフト２０、３０が、キャリアシャフト２５、３５と一体で設計されることにより、液圧機関によって供給される動力が、駆動装置３の従動シャフト２０、３０によって作業機械２のキャリアシャフト２５、３５に直接伝達される。従動シャフトとキャリアシャフトとの一体設計２０、３０、２５、３５の代替として、従動シャフト２０、３０が、結合装置、例えばねじ込みフランジ、結合ブッシュ、又は別の剛性接続を用いて結合されることが同様に可能である。シャフト２０、２５、３０、３５の相互に対する角度位置が、例えば、歯車駆動装置との伝動を用いて維持されるような態様で、従動シャフト２０、３０をキャリアシャフト２５、３５と結合することが同様に可能である。

ハウジング１０の一体設計の代わりに、複数部品を含む設計が同様に可能であって、特に、作業機械ハウジング１２と駆動装置ハウジング１１とが別個に製造されて、相互に取り付けられるような態様で可能である。

駆動装置３と作業機械２とが相互から液圧的に分離されるようにされてもよく、その結果、被輸送媒体が作業機械２から駆動装置３に全く到達しないことにより、駆動装置の汚染及びそれに対応するより激しい摩耗を防止してもよい。そのために、従動シャフト２０、３０のための、作業機械２の入口領域又は吸引領域への開口部が、例えばラビリンスシール又はシャフトシールを用いて閉鎖される。しかし、装置１が採油のために使用されることになる場合、シールでの起こりうる漏出が被輸送媒体の汚染を生じさせないように、作動液が、被輸送流体との適合性を有すること、例えば適切に再処理される油であることが有利であり得る。

１つのハウジング１０内に駆動装置３と作業機械２とを設置することにより、コンパクトな設計、特に円柱形の設計にすることを可能にする。複数の装置１を一列に縦に並べて配列し、そして、それらを機械的に接続することにより、１つのモジュールを形成できる可能性がある。装置１のそのような連続的な配列は、作業機械２から出口１４を通して輸送される媒体が、接続チャネルを通して後続の装置の入口１３まで運搬され得るという利点を有する。駆動装置３を駆動するために使用されている作動液は、それによって、装置１のハウジングを通して輸送されてもよい。

示している実施例とは異なる実施例では、２つの作業機械２が１つの駆動装置３と結合されることにより、駆動装置３の従動シャフト２０、３０が、駆動装置ハウジング１１から両方向に突き出て、歯車２１、３１の両側に配列されることが可能である。そのような態様においては、装置１の更によりコンパクトな設計が可能である。そのような駆動装置３に接続された両方の作業機械２は、被輸送媒体を同一の方向に運搬できる。代替として、反対の運搬方向が、そのような駆動装置によって同様に達成されてもよい。

運搬要素２２、３２及び／又はスクリュー輸送装置のキャリアシャフト２５、３５は、角度依存性で相互に剛性結合され、その結合は、従動シャフト２０、３０とキャリアシャフト２５、３５との間のねじり剛性接続に基づいて駆動装置３の歯車２１、３１によって達成される。キャリアシャフト２５、３５の更なる同期が必要とされず、キャリアシャフトのうちの１つによるモーメントの伝達が必要でなく、それにより、シャフト内部でねじりモーメント及び曲げモーメントによって生成される荷重の大規模な低減がもたらされる。キャリアシャフト２５、３５、したがって運搬要素２２、３２のより正確な同期特性及び同時性を達成するために、駆動装置３の歯車２１、３１に加えて、１つ又は複数の噛み合う歯車の組をキャリアシャフト２５、３５に配列することにより、同時性を確実にすることが可能であり、そしてそれが計画される。しかし、駆動動力は、これらの同期歯車によっては誘起されず、その代わりに、より正確な同期だけが達成される。理想的には、従動シャフト２０、３０とキャリアシャフト２５、３５との間の直接結合に基づいて、駆動装置３の駆動動力が両方のキャリアシャフト２５、３５に均等に誘起され、それにより、すべてのキャリアシャフト２５、３５が個々に駆動されることを確実にする。キャリアシャフト２５、３５の駆動装置３の従動シャフト２０、３０との個々の結合によって、キャリアシャフト２５、３５の角度依存位置を有する複数シャフトの作業機械２の個々のシャフト上への荷重の自動分配が追従し、それによって、有利な配列で、作業機械２は、容積式原理に従って作業する。全てのシャフトは、相互に自動的に同期される。例えば、歯車歯力から、又は１つのシャフトから次のシャフトへの駆動トルクの伝達に基づくトルクから生じる曲げモーメントのような付加的荷重を最小化することによって、シャフトの発生曲げが低減され、そのことが、運搬要素内の内部許容力を低減することによって効率を改善する可能性を開く。

Claims (9)

1. 作業機械（２）と、被輸送媒体のための運搬要素（２２、３２）がそれ自体に配列された複数のキャリアシャフト（２５、３５）と、前記キャリアシャフト（２５、３５）を固定して回転させる駆動装置（３）と、を有する媒体輸送用装置であって、前記駆動装置（３）が複数の従動シャフト（２０、３０）を有し、前記従動シャフトのそれぞれが１つ以上のキャリアシャフト（２５、３５）と結合されることを特徴とする、装置。
2. 前記従動シャフト（２０、３０）の数が前記キャリアシャフト（２５、３５）の数に一致することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記作業機械（２）の前記キャリアシャフト（２５、３５）が、角度依存性及び剛性で相互に結合されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記作業機械（２）が、容積式ポンプとして、特にスクリュースピンドルポンプとして設計されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記駆動装置（３）が、液圧機関として設計されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記駆動装置（３）が、液圧歯車モータ又はスクリュースピンドルモータとして設計されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記従動シャフト（２０、３０）が、前記キャリアシャフト（２５、３５）の部分であるか、又は前記キャリアシャフトとねじり剛性で結合されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記作業機械（２）と前記駆動装置（３）とが、１つのハウジング（１０）内に一緒にあることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記駆動装置（３）と前記作業機械（２）とが、液圧的に相互から分離されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。

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