JPH07509295A - 回転形の容積式ポンプ用のコンベヤウォーム対 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 回転形の容積式ポンプ用のコンベヤウオーム対水発明は回転形の容積式ポンプ用 のコンベヤウオーム対てあって、該コンベヤウオーム対の、ロータ及びカウンタ ロータとして形成されたコンベヤウオームは孔及びフランク内を非接触で同一の 回転数で回転し（ねじポンプ）、両者の間に損失ギャップを形成し、同一のねし 山の高さと、同一のねじ山の数と、両側に対称的に形成されたフランクプロファ イルとを有し、該フランクプロファイルのリードは、夫々、フランクプロファイ ルの反転点の下方にある歯底と、該フランクプロファイルの反転点の上方にある 歯先とにより構成されてなるコンベヤウオーム対に関する。

ねしポンプては、ロータと呼ばれる回転形の搬送要素がねじ状のプロファイルを 有し、該プロファイルは歯車装置の基本要件に従っているが、表面上力の伝達に 役立つのではなく、吸込み室と圧力室との間の搬送室を密封するのに役立つこと が公知である。いわゆる外側で支えられるねしポンプの場合、ロータは孔及びフ ランク内で非接触で回転するので、しばしば汚れ粒子又は固形粒子が混入してい る無滑性の、粘性の媒体を圧縮するのに適当である。

容積効率および全効率かほほ搬送媒体の粘性及び無駄なギャップ（ｓｃｈｘｅｄ ｌｉｃｂｅ　ＳｐａｌｌＣｎ）によって影響を彼るのに対し、圧力の高さは軸受 の間隔、ロータ長、ロータのピッチ、ロータの直径及びハブの比率Ｎｕ．（歯底 の直径：歯先の直径）によって影響を被る。

基本的には、ロータの場合、円周ギャップ（これはロータと該ロータを囲繞する ロータ孔との間のギャップ）と、基本ギヤノブ（これは一方のロータのロータ外 径と他方のロータの谷径とのギャップ）と、歯合中のロータのフランクプロファ イル同士の間のギャップとが区別される。フランクギャップの場合、必要な非接 触の走行のための予め定められたギャップと、プロファイルに左右され、歯車装 置の基本要件に基づいて生じるギャップとが区別される。プロファイルによって 限定されたこのような損失ギャップが本発明の内容である。

搬送されるべき非滑性の媒体に固形粒子が混入されているときに、反対圧力によ って生じる還流は、すべての遊びを通って噴射の低下を引き起こす。遊びは、既 に短い稼働時間後に、有効な搬送流（Ｆｏｅｒｄｅ＋ｓｌ＋ａｍ）が低下するこ とによって拡大される。実際にこの問題に立ち向かうのは、ロータの、タンデム に配置された複数の密閉式の室によって、すなわち室数の増加によって、又はカ ウンタロータの異なった回転数によってである。第１の解決の提案は、ロータの 延長従って又軸受の大きな間隔と、かなり大きな撓みによる搬送圧力の制限であ る。第２の解決案では、ロータは種々のねじ山の数従って又種々の速度を有する ので、充填時間の短縮と、特に粘性がかなり大きい場合に、室の完全な充填が妨 げられる。一方のロータのねし山がより多い場合には、ねじ山が同じのロータ対 の場合よりも、ロータのできるたけ小さいピッチを、より大きくしなければなら ない。そうでなければ、歯の厚みすなわちねじ山の厚みｆＧｇｎｇ＋＋ｕ＋に＊ ｌ　が余りに弱くなるという欠点がある。こうした欠点は同様に吸込みの高さの 制限となる。

できるだけ短いロータ長と、それに対応してわずかな軸受ブラケットの間隔と、 できるだけ少ない段数と、大きな歯先幅と、小さなロータピッチと、わずかな円 周ギャップ長とを有する、冒頭に記述した構造のコンベヤウオーム対を改良して 、材料をわずかに投入するときてもかなり大きな搬送流と高い搬送圧力とを有す るねじポンプを製造するという課題が本発明の基礎となっている。

この課題は、本発明に基づき、プロファイルによって決定された、ピッチ円の軸 方向断面における損失ギャップの高さは、フランクプロファイルの反転点を技術 的に実行可能なロータピッチの関数としてシフトすることによって、所定のロー タ半径に対して一定に保たれること、によって解決される。

この場合、フランクプロファイルの反転点は、ロータ半径とロータピッチとの比 率において上がること、及びフランクプロファイルの反転点は、歯底直径・歯先 直径−Ｎ　ｕ　ｅを特徴とする範囲内で、ロータピッチが減るにつれて、ピッチ 円の半径を越えて最大限ｒ−１の数値まで上がることは目的に適っている。

更に、フランクプロファイルの反転点の上昇は、ピッチ円の半径よりも大きい最 小値から始まること、及びプロファイルによって限定され一定に保たれるべき、 ピッチ円の軸方向断面における損失ギヤツブの高さは、ロータの直径の範囲０゜ １％乃至１．５％、好ましくは０．１％乃至０．８％にあることは利点がある。

高いガス成分を有する液体を搬送するとき、しばしば短い走行時間後に、高い局 所的な圧縮熱が、特に、圧力側に最近のロータ歯に生じる。このことは局所的な 円周ギャップの減少と、最終的には、材料の接触（摩擦）による摩損とに至る。

本発明に基づいて、この問題を除くようにするのは、多段のロータの場合には、 吸込み側に最近の段のみが前記説明に基づく最適な損失ギャップ分布を有するこ とによってである。

これによって、ロータの軸方向に、増大された損失ギャップの体積以内にガスも 圧縮される。発生する圧縮熱はロータのかなり大きな表面に亘って分配され、よ り好ましくは排出される。これによって、局所的な歯先の過熱は不可能にされる 。

９５％以上の高いガス含有量を有する液体を搬送するためのポンプは、この措置 によって、初めて、最適な効率をもって故障のないように構成されている。これ は、本発明に基づき、多段のロータの場合には、フランクプロファイルの反転点 は吸込み側に最近の段まで最適の位置の方向に連続的に、段階的に又は幾重にも 不連続的に変化することによって達成される。

最小限のフランクプロファイルの反転点は、概ね、ピッチ円の半径の８／１０プ ラス０．２である。正確な計算は式ｑｆｆｉｌｎ　ｗ　Ｏ，６２５８×ｅ０．４ ８８６Ｎｖｅから生じる。

冒頭に従来技術の箇所で記述した欠点には、本発明に基づき、原則的に、ロータ が駆動しかつ駆動されるときに、同一の回転速度で、プロファイルによって限定 された無駄なギャップを分割し、適切な措置によって、歯底損失ギャップがピッ チに従って、歯先損失ギャップよりも最大限２４倍大きく構成されることにより 対処される。これによって、歯先には、わずかな漏れ流１ｃｃｋ＋ｔ＋ｏｆｆｉ ｍ）が流れるので、歯先ではわずかな磨耗も調整される。更に、全効率を改善し かつねじポンプの寿命を延ばす改善された容積効果が生じる。

多段のロータのための、前述の本発明による解決法では、圧縮できない媒体をギ ャップを通して還流させるのに対し、圧縮できない媒体を軸方向に長い道程に亘 って圧縮する可能性が作られる。プロファイルの反転点がロータ長に亘って如何 に上がるかに係わりなく、プロファイルの反転点が吸込み側のロータ端部で常に 最高の状態を有し、圧力側のロータ端部へとロータ半径の方向に上がるようにす る。これによって、圧力側での局所的な熱生産が、プロファイルによって限定さ れたギャップを通って、ロータ長を介して排出するようにする。従って、プロフ ァイルによって限定されたギャップは吸込み側に向かって減少される。この措置 の結果、ガス割合が高くても、横力の作用点がシフトされる。横力は圧力側の中 央から、吸込み側に設置された支持軸受［ＳＩｕｃｌｘｌａｇｅ＋）にシフトさ れる。これによって、軸の撓みが減少される。このようなポンプは、特に、直く ボウリング孔の脇での６浦搬送に適当である。この場合、ガスを混入された媒体 を考慮に入れなければならない（複数フェーズ搬送）。

発明をダイヤグラムに基づいて詳述する。用いられた記号及び用語については「 一覧表」を参照されたい。

図１８はｑｌ、に関する歯合面の端部断面図、図１ｂはＱ　ｗｈａｘに関する図 １８に基づく図、図２は軸方向断面プロファイルの図、 図３はピッチが同一かつ直径が同一であるときにｑ−１゜Ｑ−ｍ、ｑｗＱ、、、 の比率を有する軸方向断面プロファイルギャップの図、 図４はＱ　ｍｌｎ　”’　Ｑ　ｍ、ｔに関する軸方向断面プロファイルの図、 図５は歯先及び歯底において歯底と歯先の比Ｎ、、−０，４とＮ、、−０，６５ を有するプロファイルの反転点を越えて歯合区域における損失面を無次元で示し た先端断面図（Ｒ，／Ｒｈ　−１−ｒ　）、 図６は連続的に可変のプロファイル転がり円（Ｐ＋ｏｆｉｌｅ＋−＋ｅｕｇｕｎ ｇ＋ｋｕ口）を有する軸方向断面プロファイルの図、図７は従来技術である外部 支持機能を有するねじポンプの縦断面図、 図８は図７に示したねじポンプの縮小断面図である。

図７及び８に示したねじポンプは、搬送要素として、非接触で互いに噛み合い反 転する２つのコンベヤウオーム対を有し、該コンベヤウオーム対は夫々右回りの コンベヤウオーム１と左回りのコンベヤウオーム２を含む。このように複流を設 けることによって軸方向スラストが補償される。歯合するコンベヤウオームは、 該コンベヤウオームを囲繞するケーシング３と共に、個々の密閉された搬送室を 形成する。駆動軸４による回転の際には、これらの室は連続にかつ軸に対して平 行に吸込み側から圧力側へと作動する。このとき、駆動軸の回転方向は搬送室の 推進手段（方向）を規定する。圧力は搬送要素の長さに亘ってほぼ直線的に生起 される。ポンプの吸込みスタブ５を通って流入するか又は吸い込まれた媒体はポ ンプケーシング６内で２つの部分流になって２つの吸込み室に供給される。

駆動軸から被駆動軸への回転モーメントの伝達は、ポンプケーシング６の外側に 設置された歯車伝動装置７によって行なわれ、該歯車伝動装置７の調整は搬送要 素の非接触の走行を保証する。スタッフィングボックスには参照符号８が付され ている。

駆動軸４の回転方向は図７で矢印９によって示されている。

図８は圧力スタブ１０を略示している。

その他の参照符号については、「一覧表」を参照して頂きたい。

本発明によれば、コンベヤウオームのフランクは凸状又は凹状を避けてできるだ け直線状に形成されている。プロファイルに左右されるできるだけわずかなｈａ 失ギャップが１与られるよう努力かなされる。２つの極値ｑ＝ｍとｑ＝１との間 に最適値か見出だされる。この場合、歯先は歯の高さに対して小さく、歯先の幅 は大きく、歯合する歯のフランク同士の間隔は狭くしておきたい。この要求はロ ータのピッチ領域に亘って一様に満たされねばならない。

ｑ−ｔであるときは、歯先の高さはゼロに等しい。Ｈ／２の歯先の幅は最大であ り、フランクの間隔は歯底の損失面と同様に最大である。これは、歯の厚みが一 定であって、必要なピッチが最小限であるとき、実施不可能である。既に、反力 がわずかなときには、歯底のギャップが大きいために、還流の損失が非常に大き い。有効は搬送流は減少される。

他方の極値ｑ＝ｍのときは、歯の高さが半分である歯先は最大であり、歯先の幅 は最小である。プロファイルによって限定された歯先ギャップのみが存在する。

フランクの間隔は歯の中央までゼロに等しく、更に、ロータの直径において最大 限まで広がる。反力が最大であるので、ｑをこの地点から離隔して設けるよう努 力しなければならない。

歯先ギャップ及び歯底ギャップを本発明に基づいて区分することによって、コン ベヤウオームのフランク同士の間の表面摩擦を考慮に入れれば、差圧が等しく、 とりわけ搬送媒体の粘性が低くガス含有が高いときには、還流損失が著しく減少 される。このことによって、効率の改善及び噴射のわずかな低下が達成される。

媒体がガスを含有する場合、本発明の措置によって、発生する圧縮熱が適切に分 配されるので、歯先における円周ギャップの減少及び走行時のノイズが防止され る。

一覧表 Ｌｏ　、ロータの支持軸受の間の間隔 Ｆ　Ｏ＃−１：ロータ長 Ａ：支持軸受の中心間距離 Ｈ：ロータのピッチ に：ロータの段数 Ｇ：ロータのねじ山の数 Ｓ：歯先の幅 Ａ３　：ロータ円周及びそれを囲繞するケーシングにおける損失面 Ａｋ　・歯合している歯先における損失面（端部断面で示す）Ａ、：歯合してい る歯底における損失面（端部断面で示す）Ａｖ　：歯合している歯先と歯底の損 失面（端部断面で示す）の合計 Ｄ、　・歯先直径−ロータ直径（ＲＫ＝Ｄｘ／２）ＤＦ　、歯底の直径（ＲＦ＝ Ｄｒ／２）Ｄｔ　基準ピッチ円直径−ピッチ円直径（ＲＴ　＝Ｄ□／２）Ｄ、： プロファイル直径（Ｒ，＝Ｄ、／２）又はＮ、ｅ　ハブ比Ｄ　Ｆ　／　Ｄ　Ｋｍ −無次元の幾何半径ｆＴｓｉｌｋｎｉ＋＋ａｄｉｕｓ）　（Ｒｔ　／Ｒｘ　）ｑ ：無次元のプロファイル半径（Ｒ，／ＲＫ）ｑｍｌｎ：最小限のプロファイル反 転点Ｑｔａａｘ’最大限のプロファイル反転点ｑ＝１：歯先ギャップなし ｑ＝ｍ：ｍ底ギャップなし ｒ−１：無次元の歯先半径（ＲＫ／ＲＫ＝１）Ｃ・プロファイルによって限定さ れた損失面のピッチ円での軸方向断面における一定の間隔 αＵ　：ロータケーシングがロータに接触する接触角αｏｅ：ロータを囲繞する ロータケーシングの開口角ａイ　：ピッチ円半径の端部断面における断面角α１ ．任意の歯先半径の端部断面における断面角α、Ｆ：任意の歯底半径の端部断面 における断面角α、Ｌ：歯先圭歯先軸径向断面における断面角β・ロータ半径の 端部断面における断面角Ｆｉｇ、４ Ｆ　ｉ　ｇ、５ フＱ１２７丁イノＶ社？″ン１］　５ｔ国際調査報告 Ｉ絨、ニー―ムに＋＋＋＋１４＋ＰＣＴ／ＤＥ９３１００５９５国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．回転形の容積式ポンプ用のコンベヤウォーム対であって、該コンベヤウォー ム対の、ロータ及びカウンタロータとして形成されたコンベヤウォームは孔及び フランク内を非接触で同一の回転数で回転し（ねじポンプ）、両者の間に損失ギ ャップを形成し、同一のねじ山の高さと、同一のねじ山の数と、両側に対称的に 形成されたフランクプロファイルとを有し、該フランクプロファイルのリードは 、夫々、フランクプロファイルの反転点（ｑ）の下方にある歯底と、該フランク プロファイルの反転点（ｑ）の上方にある歯先とにより構成されてなるコンベヤ ウォーム対において、プロファイルによって決定された、ピッチ円の軸方向断面 における損失ギャップの高さ（ｃ）は、前記フランクプロファイルの反転点（ｑ ）を技術的に実行可能なロータピッチ（Ｈ）の関数としてシフトすることによっ て、所定のロータ半径（Ｄｋ）に対して一定に保たれること、を特徴とするコン ベヤウォーム対。
2. ２．前記フランクプロファイルの反転点（ｑ）は、前記ロータ半径（Ｄｋ）と前 記ロータピッチ（Ｈ）との比率において上がること、を特徴とする請求項１に記 載のコンベヤウォーム対。
3. ３．前記フランクプロファイルの反転点（ｑ）は、歯底直径（Ｄｒ）：歯先直径 （Ｄｋ）＝Ｎｕｅを特徴とする範囲内で、前記ロータピッチ（Ｈ）が減るにつれ て、ピッチ円の半径（ｍ）を越えて最大限ｒ＝１の数値（ｑｍａｘ）まで上がる こと、を特徴とする請求項１又は２に記載のコンベヤウォーム対。
4. ４．前記フランクプロファイルの反転点（ｑ）の上昇は、前記ピッチ円の半径（ ｍ）よりも大きい最小値から始まること、を特徴とする請求項１，２又は３に記 載のコンベヤウォーム対。
5. ５．プロファイルによって限定され一定に保たれるべき、ピッチ円の軸方向断面 における損失ギャップ（ｃ）の高さは、前記ロータの直径（Ｄｋ）の範囲０．１ ％乃至１．５％、好ましくは０．１％乃至０．８％にあること、を特徴とする上 記請求項の１に記載のコンベヤウォーム対。
6. ６．多段のロータの場合には、吸込み側に最近の段のみが上記請求項の１に記載 の最適な損失ギャップ分布を有すること、を特徴とする上記請求項の１に記載の コンベヤウォーム対。
7. ７．多段のロータの場合には、前記フランクプロファイルの反転点（ｑ）は前記 吸込み側に最近の段まで最適の位置の方向に連続的に、段階的に又は幾重にも不 連続的に変化すること、を特徴とする請求項６に記載のコンベヤウォーム対。