NL1009759C2 - Rotatie-inrichting. - Google Patents

Description

X Sch/SvW/Vogel-1

ROTATIE-INRICHTING

Rotatie-inrichtingen zijn in vele uitvoeringen bekend.

Bekend is bijvoorbeeld een centrifugaalpomp met een axiale invoer en een te verpompen vloeistof radiaal 5 onder invloed van centrifugale krachten naar buiten slingerende rotor met schoepen en één of meer bijvoorbeeld in hoofdzaak tangentiële afvoeren.

Verder is bekend een axiale compressor met in cascade gerangschikte groepen rotor- en statorschoepen.

10 De structuur omvat vele duizenden uiterst complex gevormde onderdelen, die bovendien aan hoge eisen van maatnauwkeurigheid en mechanische sterkte moeten voldoen.

Een voorbeeld hiervan is een gasturbine, waarbij in dit geval gasvormig medium onder druk door een daarvoor 15 bestemde bron wordt afgegeven en wordt gericht op de :

schoepen van een rotor, zodanig dat deze rotor met kracht wordt aangedreven voor bijvoorbeeld het roterend I

aandrijven van een machine, zoals een elektrische generator.

20 Deze bekende inrichtingen vertonen stromings- instabiliteiten, in het bijzonder bij geringe debieten. 1

Deze veroorzaken veelal een onbalans in de rotorbelasting, die aanleiding geeft tot zware trillingen, onbeheersbare toerentalvariaties en zeer 25 zware mechanische belastingen van lagers, assen en schoepen.

Alle bekende rotatie-inrichtingen bezitten nog verdere technische tekortkomingen.

Bijvoorbeeld is vaak het rendement relatief 30 laag en sterk afhankelijk van het toerental.

Bovendien zijn de bekende inrichtingen meestal volumineus, zwaar en duur. I

Bij het toepassen van giettechnieken voor het vervaardigen van een rotor moeten de schoepen een zekere p1 0 097 5 9 2 minimale wanddikte bezitten, die aanleiding geeft tot ongewenste verkleiningen van het effectieve doorstroomvolume en verliezen door loslating en zogvorming. Bovendien beperkt de schoepwanddikte en de 5 noodzakelijke schoepenvorm het aantal te accommoderen schoepen. Verder lijdt de giettechniek onvermijdelijk tot ongewenste oppervlakte-ruwheid en onbalans als gevolg van onbedoelde en onbeheersbare dichtheidsverschillen, bijvoorbeeld als gevolg van insluitsels.

10 Verder is de treksterkte van gegoten metalen en legeringen beperkt.

Bekende centrifugaalpompen lijden verder aan zogenaamde slip, het verschijnsel, dat de stroming slecht aanligt aan de zuigzijde van het stroomkanaal, dat wordt 15 begrensd door naburige schoepen. Door de expansiehoek tussen de schoepen is er sprake van een slipgebied of een gebied met "dood water", waarin zich een grootschalige stationaire wervel bevindt, waardoor de doorstroming in dat gebied nul is. Hierdoor is de uitgangsdruk van de 20 centrifugaalpomp sterk pulserend.

Verder zijn bekende inrichtingen zodanig opgebouwd, dat ze tijdens bedrijf veel lawaai produceren.

Alle als bijvoorbeeld waterpomp werkende bekende inrichtingen bezitten een beperkte 25 drukcapaciteit. Bijvoorbeeld voor toepassingen als brandweerpomp worden daarom vaak pompen met elkaar in cascade geplaatst om de vereiste druk, ook wel uitgedrukt als opvoerhoogte van het te verpompen water, te realiseren.

30 Bij de bekende rotatie-inrichtingen wordt het verder soms als een nadeel ervaren, dat mediuminvoer en mediumuitvoer niet dezelfde richting vertonen, maar bijvoorbeeld haaks op elkaar gericht zijn. Onder bepaalde omstandigheden kan het gewenst zijn, althans de 35 mogelijkheid te hebben, de invoer en de uitvoer dezelfde richting te geven.

1009759 3

Bekende inrichtingen zijn verder niet in staat, te werken met media met sterk uiteenlopende viscositeiten.

Bij bekende inrichtingen lopen de 5 stromingssnelheden van de doorstromende media tijdens het doorstromen door een inrichting zeer sterk uiteen. Als gevolg van de optredende versnellingen treedt geluidproductie en rendementsverlies op. In dit verband zou het gewenst zijn, de doorstroomsnelheid van : 10 doorstromend medium door een rotatie-inrichting onder alle omstandigheden bijvoorbeeld binnen gebied van 0,2-5 x een richtwaarde gelijk te houden. :

Het is een doel van de uitvinding, een rotatie- _z inrichting te verschaffen, die de bovengenoemde problemen 15 en beperkingen van de stand der techniek niet of althans " in mindere mate bezit.

Het is een verder doel van de uitvinding, een inrichting te verschaffen, die regelbaar is over een ten ï opzichte van de stand der techniek sterk vergroot 20 werkgebied.

In verband met het bovenstaande verschaft de ^ uitvinding in het algemeen een rotatie-inrichting als gespecificeerd in conclusie 1.

De inrichting volgens conclusie 2 is 25 bijvoorbeeld in te zetten als pomp of compressor.

De inrichting volgens conclusie 3 heeft I

betrekking op een als motor werkende inrichting.

De conclusie 4, 5 en 6 betreffen verschillende te verpompen media. De term "tweefasenmedium" in ï

30 conclusie 6 heeft bijvoorbeeld betrekking op media die L

afhankelijk van bedrijfstemperatuur en bedrijfsdruk vloeibaar en/of gasvormig kunnen zijn. Dergelijke media worden veel toegepast in koelsystemen. Voorbeelden zijn freonen, ammoniak, alkanen.

35 Conclusie 7 beschrijft in algemene termen een mogelijke vorm van de rotorkanalen.

De conclusies 8, 9 en 10 geven toenemende voorkeuren voor het aantal rotorkanalen.

*10097r9 4

Conclusie 11 betreft een opbouw van de rotatie-inrichting, die sterke periodieke drukpulsen tijdens bedrijf tegengaat. Door een dergelijke opbouw wordt een geluidsarme en gelijkmatige stroming verzekerd.

5 Conclusie 12 betreft de toepassing van een invoerpropeller in de mediuminvoer bij een rotatie-inrichting die als mediumpomp dienst doet. De invoerpropeller zorgt ervoor, dat het medium zonder loslating met een zekere druk en snelheid de rotorkanalen 10 binnentreedt.

Een zeer praktische uitvoering, die een lichte en gemakkelijk te vervaardigen rotor betreft, is beschreven in de conclusies 13 en 14.

Aangezien het van belang is, dat er in het 15 gebied van de derde mediumdoorvoer geen discontinuïteit optreedt die aanleiding zou kunnen geven tot grootschalige wervels en turbulenties, loslating en geluidsproductie, kan de structuur volgens conclusie 15 van voordeel zijn.

20 Conclusie 16 betreft een opbouw van de rotatie- inrichting, waarbij een relatief groot aantal schotten kan worden toegepast, zonder dat de dikte van de schotten ter plaatse van de derde mediumdoorvoer de doortocht voor medium daar ter plaatse substantieel verkleint. Als 25 gevolg van de zich in de radiale richting verbredende dwarsafmeting ten opzichte van de axiale richting van de rotorkanalen is voor het verweven plaatsen van een tweede groep tweede schotten op afstand van de derde mediumdoorvoer extra ruimte beschikbaar. Voor zover 30 noodzakelijk kan tussen de verweven geplaatste eerste en tweede schotten nog een derde groep schotten worden geplaatst. Deze schotten zijn op hun beurt korter dan de tweede schotten en strekken zich, in de richting van de derde naar de vierde mediumdoorvoeren uit op afstand van 35 het naar de derde mediumdoorvoer gerichte einde van de tweede schotten tot de vierde mediumdoorvoer. Deze opbouw maakt een zeer goede stromingsgeleiding mogelijk, zonder »1009759 5 f \ dat deze de effectieve doortocht van het medium in essentie nadelig beïnvloedt.

De conclusies 17 en 18 betreffen de vorm van de statorschoepen. Aangezien alle statorschoepen angulair 5 equidistant zijn geplaatst, is hun onderlinge afstand in elke axiale positie steeds gelijk. Rheologisch is het echter wezenlijk dat er gezien in de richting van de vijfde mediumdoorvoer naar de zesde mediumdoorvoer een effectief uitwaaieren optreedt in een richting, gezien 10 langs een stromingslijn in een statorkanaal. Loodrecht op een dergelijke stromingslijn kan een verloophoek op elke positie langs deze stromingslijn tussen de schoepen worden gedefinieerd. Het is deze hoek, waarop conclusie 17 betrekking heeft. De structuur volgens conclusie 18 15 heeft het voordeel van een aanzienlijk verbeterd rendement.

Toepassing van plaatmateriaal voor vervaardiging van de schotels en de schoepen volgens conclusie 19 heeft het voordeel, dat de rotor zeer licht 20 kan zijn. Plaatmateriaal kan verder zeer licht, glad en maatgetrouw zijn. De keuze van het materiaal zal verder worden bepaald door overwegingen van slijtvastheid (afhankelijk van het passerende medium), buigstijfheid, mechanische sterkte, en dergelijke. Voor de rotor, 25 waarvan de schotels de beschreven dubbel-gekromde vorm vertonen, is het van belang, dat de hoofdvorm behouden ' blijft, ook als het materiaal aan centrifugale krachten ~ wordt onderworpen als gevolg van hoge rotatiesnelheden. 1

In dit verband wordt er de aandacht op gevestigd, dat de ^ 30 schoepen, die tussen de schotels zijn aangebracht en daarmee star gekoppeld zijn, in aanzienlijke mate tot de verstijving van de rotor bijdragen. Ook om deze reden is ^ het van belang, een groot aantal schoepen te gebruiken.

Tevens kan een rotor met zeer hoge maatnauwkeurigheid en 35 verwaarloosbare intrinsieke onbalans worden vervaardigd. ^

De conclusies 20, 21 en 22 geven opties met betrekking tot materiaalkeuzen onder specifieke condities.

»1009759 ί 6

Afhankelijk van de afmetingen van de rotor en het toerental kan het beschreven plaatmateriaal een gewenste waarde bezitten. In het algemeen ligt een geschikte keuze in het in conclusie 23 aangeduide gebied.

5 Het massatraagheidsmoment van de rotor is in verband met de mogelijkheid van een geringe onbalans bij voorkeur zo klein mogelijk, in het bijzonder bij media met geringe dichtheid, zoals gassen. In verband daarmee verdient het de voorkeur, de technisch kleinst mogelijke dikte te 10 kiezen.

Conclusie 24 beschrijft enkele mogelijke technieken, waarmee de rotorschotten met de schotels gekoppeld kunnen zijn.

Conclusie 25 betreft de mogelijke 15 materiaalkeuzen voor de statorschoepen. Grosso modo zijn de technische overwegingen die aan deze keuze ten grondslag liggen gelijk aan die voor de rotorschotten.

Conclusie 26 betreft de materiaalkeuzen van respectievelijk althans de materialen aan het binnenvlak 20 van het huis en van de statorschoepen. Door de thermische dilatatiecoëfficiënten van deze materialen conform conclusie 26 aan elkaar gelijk te maken worden thermische spanningen vermeden en wordt verzekerd, dat ook in geval van extreme temperatuurvariaties de onderling aansluiting 25 en de correcte vorm van de statorkanalen behouden blijven.

Het gebruik van dun plaatmateriaal voor de schoepen heeft in dit verband ook het voordeel, dat thermische spanningen effectief worden vermeden.

30 Conclusie 27 geeft als specifieke uitwerking van het beschreven technische principe de mogelijkheid aan, dat de materialen dezelfde zijn. Het zal duidelijk zijn, dat in een verdere uitwerking niet alleen het cilindervormige binnenvlak van het huis van het 35 betreffende materiaal kan zijn, maar dat dit kan gelden voor de gehele cilindervormige mantel van het huis, of zelfs het gehele huis.

1009759

V

7

Conclusie 28 richt zich op de vorm van de statorkanalen.

Zoals hiervoor reeds beschreven in verband met de conclusies 19-23, is bij voorkeur het 5 massatraagheidsmoment en daarmee de kans op een zekere onbalans van de rotor zo gering mogelijk.

Conclusie 29 heeft op dit zelfde aspect betrekking en geldt met name voor gas als medium, dat immers geen noemenswaardige bijdrage tot het 10 massatraagheidsmoment levert. Hoewel in verband met de geringe radiële afmetingen de as een aanzienlijk gewicht zou moeten hebben om een massatraagheidsmoment te bezitten in dezelfde orde van grote als die van de rotor, dient toch begrepen te worden, dat de betreffende 15 bijdrage substantieel kan zijn in verband met de onder omstandigheden relatief grote lengte van de as. Verder zal de rotor bij voorkeur zo licht mogelijk worden uitgevoerd, zodat op die grond zijn massatraagheidsmoment ook relatief gering zal zijn.

20 De conclusies 30 en 31 geven enkele = mogelijkheden voor het vormen van de rotorschotels. Γ

Conclusie 32 richt zich op een zeer specifieke - methode om een rotor te vormen.

In het bijzonder in het geval van een zeer heet 25 of zeer koud medium is de structuur volgens conclusie 33 I

van belang.

Conclusie 34 richt zich op een zeer voordelige uitvoering waarbij een effectieve afdichting wordt ! gecombineerd met een wrijving die nagenoeg nul bedraagt. ü 30 De conclusies 35 en 36 geven in toenemende voorkeur mogelijke aantallen statorschoepen. Bij het ontwerp van de rotatie-inrichting volgens de uitvinding - dient er rekening mee te worden gehouden, dat een lokale stroombuis alleen dan beheersbaar is over een breed 1 35 debietbereik, als de stroombuis langwerpig is. ~

De conclusies 37, 38 en 39 geven verder karakteriseringen van de rotatie-inrichtng in termen van " de verhouding tussen het totale dwarsdoorsnede oppervlak »1009759 8 van alle vierde tnediumdoorvoeren en de derde mediumdoorvoer. De betreffende keuze is sterk afhankelijk van de ontwerpeisen.

Op analoge wijze geven de conclusies 40, 41 en 5 42 mogelijkheden met betrekking tot de verhouding tussen de diameter van de krans van vierde mediumdoorvoeren en de diameter van de derde mediumdoorvoer. De betreffende keuze is afhankelijk van de op te wekken drukverhouding tussen de ingang en de uitgang in het geval van een pomp 10 of de expansieverhouding in geval van een turbine.

Bij de pomp volgens de uitvinding is er in het gebied van de vierde en de vijfde mediumdoorvoeren nog sprake van sterke rotatie. Hierdoor is er sprake van een lokaal relatief lage statische druk, in tegenstelling tot 15 de bekende centrifugaalpomp. Als gevolg van de lokale relatief lage druk worden er relatief geringe eisen aan de dikten van de betreffende wanden en aan de lokale afdichtingen gesteld, waardoor bijvoorbeeld gebruik kan worden gemaakt van eenvoudige en onder bepaalde 20 omstandigheden als laagwaardig beschouwde afdichtingen, zoals labyrint-afdichtingen. Wel bekend is een labyrint-afdichting naar zijn aard niet volledig dicht. Als gevolg van de relatief lage locale druk is de afdichting bij gebruik van labyrint-afdichtingen niettemin voldoende.

25 De genoemde geringe wanddikten maken vervaardiging met dieptrekken mogelijk.

De inrichting volgens de uitvinding is zeer breed inzetbaar. Als pomp vertoont hij een zeer vlakke druk- en rendementskarakteristiek en een min of meer 30 monotone vermogenskarakteristiek, waardoor één pomp voor vele zeer uiteenlopende toepassingen geschikt is, terwijl bij gebruikelijke pompen voor verschillende toepassingen verschillende dimensioneringen noodzakelijk zijn.

De genoemde monotone, in hoofdzaak lineaire 35 karakteristieken bij elk toerental bieden de belangrijke mogelijkheid, door middel van een zeer eenvoudige regeling van het aandrijfvermogen een daarmee in hoofdzaak ondubbelzinnig corresponderende 1009759 9 uitgangsprestatie te bereiken. De stand der techniek vereist hiervoor een gecompliceerde en dure regeling op basis van de momentane waarden van een aantal relevante parameters. Dit is de reden, waarom dergelijke regelingen 5 in de praktijk niet worden toegepast.

Voor verpomping van media met zeer uiteenlopende viscositeiten is ook slechts een beperkt aantal verschillende gedimensioneerde pompen noodzakelijk als gevolg van de geringe afhankelijkheid van de 10 eigenschappen van de inrichting van de viscositeit van het medium.

Bij gebruik als pomp kan één inrichting een ; zeer groot debiet en/of een zeer hoge druk realiseren, vergelijkbaar met een cascadering van een aantal pompen 15 volgens de stand der techniek.

Voor het omkeren van de werking van een pomp tot een motor of omgekeerd, zal in het algemeen enige 1 aanpassing van de dimensionering van statorkanalen en rotorkanalen gewenst zijn.

20 De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen. In de tekeningen tonen: 5 figuur 1 gedeeltelijk in dwarsdoorsnede, gedeeltelijk in opengewerkt zijaanzicht, een eerste 1 uitvoeringsvoorbeeld van een rotatie-inrichting; 25 figuur 2 een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van de inrichting volgens figuur 1 dat geschematiseerd is voor het weergeven van de ruimtelijke opbouw; figuur 3 een variant van een spruit stuk; 30 figuur 4 een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een rotatie-inrichting; figuur 5A een uitgeslagen aanzicht van een deel van een stator met statorkanalen begrenzende 35 statorschoepen; - figuur 5B een uitgeslagen aanzicht van een — statorschoep; 1009759 i 10 figuur 5C een met figuur 5A corresponderend aanzicht van twee statorschoepen ter toelichting van de geometrische verhoudingen; figuur 5D een gerectilineariseerd aanzicht van 5 het statorkanaal volgens figuur 5C; figuur 5E een grafiek van de kanaalbreedte als functie van de kanaalafstand; figuur 5F de ingesloten hoek als functie van de kanaalafstand; 10 figuur 6A een schematische dwarsdoorsnede van een derde uitvoeringsvoorbeeld van een rotatie- inrichting; figuur 6B een met figuur 6A corresponderend aanzicht van een variant.

15 figuur 7 een perspectivisch plof-aanzicht vanaf de onderzijde van de interne structuur met rotor en stator van een vierde uitvoeringsvoorbeeld van een rotatie-inrichting, met weglating van het huis en de onderste rotorschotel; 20 figuur 8 vanaf de bovenzijde van de stator volgens figuur 7, met weglating van het huis en de rotor; figuur 9 een perspectivisch plof-aanzicht vanaf de onderzijde, corresponderend met figuur 7, van de rotor; 25 figuur 10A een met figuur 8 corresponderend perspectivisch aanzicht van het statordeel van een vijfde uitvoeringsvoorbeeld, waarbij het spruitstuk anders is uitgevoerd; figuur 10B een met figuur 10A corresponderend 30 aanzicht van een variant; figuur IOC een met figuur 10B corresponderend aanzicht van een variant; figuur 10D een grafische weergave van het verband tussen de tangentiële afstand tussen twee 35 schoepen en de axiale positie; figuur 10E de kanaalbreedte als functie van de kanaalpositie; i 1009759 11 figuur 10F een grafische weergave van de ingesloten hoek als functie van de kanaalpositie; figuur 11 een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van een deel van een zesde 5 uitvoeringsvoorbeeld van een rotatie-inrichting; figuur 12A een gedeeltelijk schematisch perspectivisch aanzicht van een matrijs voor het vormen van rotorschoepen; figuur 12B een dwarsdoorsnede volgens de lijn 10 B-B in figuur 12A; figuur 12C een geschematiseerd plof-aanzicht van een inrichting voor het vervaardigen van een statorschoep; figuur 12D een perspectivisch aanzicht van de 15 inrichting volgens figuur 12C; figuur 13A een sterk geschematiseerd plof-aanzicht van een inrichting voor het samenstellen van een rotor volgens figuur 9; figuur 13B een schematisch gedeeltelijk 20 perspectivisch aanzicht van een opstelling van een aantal geleidingsblokken in de vervaardigingsfase van een : stator; figuur 13C een onder figuur 13B getekend, gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van de 25 volgens figuur 13B vervaardigde stator; figuur 13D een samenstel van warmte en elektriciteit geleidende blokken conform figuur 13B; figuur 14 een schematische grafiek ter vergelijking van het rendement als functie van het 30 relatieve debiet van een bekende rotatie-inrichting en een inrichting volgens de onderhavige octrooiaanvrage; 1 figuur 15 de door een inrichting volgens de uitvinding te genereren druk als functie van het debiet bij verschillende toerentallen in vergelijking met een 35 bekende pomp; figuur 16 een met figuur 15 corresponderende grafische weergave van een andere uitvoering; »1009759 12 figuur 17 een perspectivisch aanzicht van een verder uitvoeringsvoorbeeld van de rotatie-inrichting volgens de uitvinding; figuur 18 een opengewerkt perspectivisch 5 aanzicht van de inrichting volgens figuur 17; figuur 19 een plof-aanzicht van de inrichting volgens figuur 17; figuur 20 een perspectivisch aanzicht van de motor; 10 figuur 21 een perspectivisch aanzicht van de stromingskanalen-eenheid, die zich uitstrekken tussen de zesde mediumdoorvoer en de tweede mediumdoorvoer; en figuur 22 een bovenaanzicht van de eenheid volgens figuur 21.

15 Figuur 1 toont een rotatieinrichting 1. Deze omvat een huis 2 met een centrale, axiale eerste mediumdoorvoer 3 en drie axiale tweede mediumdoorvoeren 4, 5, 6. Verder omvat de inrichting 1 een zich in het genoemde huis 2 en tot buiten dat huis 2 uitstrekkende as 20 7, die ten opzichte van het huis 2 roteerbaar gelagerd is en een in het huis 2 geaccomodeerde rotor 8 draagt, die hierna zal worden gespecificeerd. De rotor 8 sluit met een centrale derde mediumdoorvoer 9 aan de eerste mediumdoorvoer 3 aan. De derde mediumdoorvoer 9 vertakt 25 zich in een aantal angulair equidistante rotorkanalen 10, die zich elk in een respectief, althans min of meer radiaal hoofdvlak uitstrekken vanaf de derde mediumdoorvoer 9 naar een respectieve vierde mediumdoorvoer 11. De eindzone van de derde 30 mediumdoorvoer 9 en de eindzone van de vierde mediumdoorvoer 11 strekken zich elk in hoofdzaak in axiale richting uit. Zoals figuur 1 toont, vertoont elk rotorkanaal 10 een algemene flauwe S-vorm, ongeveer correspondeerd met een halve cosinus-functie en vertoont 35 een middendeel 12, dat zich in een richting uitstrekt met althans een aanzienlijke radiële component. Elk rotorkanaal vertoont een dwarsdoorsnede-oppervlak, dat 1009759 i 13 zich vergroot vanaf de derde mediumdoorvoer naar de vierde mediumdoorvoer.

Verder omvat de rotatie-inrichting 1 een in het huis 2 geaccomodeerde stator 13. Deze stator 13 omvat een 5 eerste centraal lichaam 14 en een tweede centraal lichaam 23 .

Het eerste centrale lichaam 14 bezit aan zijn aan de rotor 8 grenzende zone een cilindervormig buitenvlak 15, dat samen met een cilindervormig 10 binnenvlak 16 van het huis 2 een algemeen cilindervormige mediumdoorvoerruimte 17 met een radiële afmeting van ten hoogste 0,2x de straal van het cilindervormige buitenvlak "

15 begrenst, in welke mediumdoorvoerruimte 17 een aantal angulair equidistante, paarsgewijs statorkanalen 18 15 begrenzende statorschoepen 19 zijn geaccomodeerd, welke I

statorschoepen 19 elk aan hun naar de rotor 8 gerichte, een vijfde mediumdoorvoer 24 vormende eindzone 20 een substantieel, in het bijzonder ten minste 60° van de axiale richting 21 afwijkende richting bezitten, en aan 20 hun andere, een zesde mediumdoorvoer 25 vormende eindzone 22 een weinig, in het bijzonder ten hoogste 15°, van de axiale richting 21 afwijkende richting bezitten, welke vijfde mediumdoorvoeren 24 aansluiten aan de vierde mediumdoorvoeren 11, en welke zesde mediumdoorvoeren 25 25 in verbinding staan met de drie tweede mediumdoorvoeren I

4, 5, 6.

Het tweede centrale lichaam is zodanig uitgevoerd, dat zich tussen de zesde mediumdoorvoer 25 en I

de tweede mediumdoorvoeren 4, 5, 6 drie, in de richting 30 vanaf de zesde mediumdoorvoeren 25 naar de tweede mediumdoovoeren 4, 5, 6 toelopende spruitstuk-kanalen 26 Γ uitstrekken. Deze spruitstuk-kanalen worden tevens _ begrensd door het buitenvlak 29 van het tweede centrale lichaam 23 en het cilindervormige binnenvlak 16 van het 1 35 huis 2.

In figuur 1 is een algemene - mediumdoorstromingsbaan 27 met pijlen aangeduid. Deze baan 27 is gedefinieerd tussen de eerste mediumdoorvoer 3

•1009759 I

14 en de tweede mediumdoorvoeren 4, 5, 6 door respectievelijk: de eerste mediumdoorvoer 3, de derde mediumdoorvoeren 9, de rotorkanalen 10, de vierde mediumdoorvoeren 11, de statorkanalen 18, de zesde 5 mediumdoorvoeren 25, de spruitstuk-kanalen 26, de tweede mediumdoorvoeren 4, 5, 6, met in hoofdzaak vloeiende overgangen tussen de genoemde delen. Opgemerkt wordt, dat in figuur 1 de stroming van het medium volgens pijlen 26 is weergegeven in overeenstemming met een pompwerking van 10 de inrichting 1, waartoe door niet-getekende motormiddelen de as 7 roterend wordt aangedreven. Zou via de mediumdoorvoeren 4, 5, 6 medium onder druk met kracht in de tweede mediumdoorvoeren 4, 5, 6 worden toegelaten, dan zou de mediumstroming omgekeerd zijn en zou door de 15 hierna te beschrijven opbouw van de inrichting 1 de rotor 8 roterend worden aangedreven, tevens onder roterende aandrijving van de as 7.

De opbouw van de inrichting is zodanig, dat er tijdens bedrijf een wederzijdse krachtkoppeling bestaat 20 tussen de rotatie van de rotor 8, en aldus de rotatie van de as, enerzijds, en de snelheid en druk in het de genoemde mediumdoorstromingsbaan 27 doorstromende medium.

In het algemeen kan derhalve de inrichting werken als pomp, in welk geval de as 7 wordt aangedreven 25 en het medium wordt verpompt volgens de pijlen 27, of als turbine/motor, in welk geval de mediumstroming omgekeerd is en het medium de drijvende kracht levert.

Figuur 2 toont in sterk geschematiseerd opengewerkt perspectief de inrichting 1. Duidelijk is, 30 dat de spruitstuk-kanalen 26 zijn gevormd door een tweede centraal lichaam 23, dat te beschouwen is als een inzetstuk, dat zich boven het eerste centrale lichaam 14 bevindt en drie de spruitstuk-kanalen 26 vormende uitsparingen 30 vertoont. Deze uitsparingen vertonen 35 afgeronde vormen en sluiten aan hun onderzijde aan aan de zesde mediumdoorvoeren 25 voor het naar de tweede mediumdoorvoeren 4, 5, 6 geleiden van het medium volgens de pijlen 27.

1009759 15

Figuur 3 toont het inzetstuk 23 in gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht. In dit willekeurige uitvoeringsvoorbeeld is het inzetstuk 23 uit plaatmetaal gevormd. Het kan echter ook uit andere geschikte 5 materialen bestaan, zoals massieve, eventueel gewapende kunststof en dergelijke.

Figuur 4 toont een inrichting 31, die functioneel overeenstemt met de inrichting 1. De inrichting 31 omvat een aandrijfmotor 28.

10 Zoals in figuur 4 duidelijker dan in figuur 1 kan worden gezien, is in de als mediuminvoer dienende derde mediumdoorvoer 9 een invoerpropeller 32 met een aantal propellerbladen 33 aangebracht.

Vooruitlopend op de bespreking van de rotor 15 volgens figuur 9, die overeenkomt met de rotor 8 volgens figuur 1, wordt nu reeds opgemerkt, dat de rotor 34 in de inrichting 31 volgens figuur 4 een aantal additionele verstijvingsschoren 35 vertoont die in de rotor 8 ontbreken.

20 Zoals in figuur in 9 is getoond, omvat rotor 8 een aantal separate onderdelen, die op hierna te beschrijven wijze met elkaar zijn geïntegreerd. De rotor 8 omvat een onderschotel 36, een bovenschotel 37, twaalf relatief lange schotten 38 en twaalf daarmee verweven 25 geplaatste relatief korte schotten 39, die op de getoonde 7 wijze equidistante begrenzingen vormen van respectieve rotorkanalen 10. De schotten 38, 39 vertonen elk een gebogen vorm en haaks omgezette randen 40, 41 voor mediumdichte koppeling met de schotels 36, 37. De 30 schotten 38, 39 zijn bij voorkeur door lassen met de schotels verbonden en vormen aldus een geïntegreerde rotor. In de centrale derde mediumdoorvoer 9 is de invoerpropeller 32 geplaatst. Deze vertoont twaalf bladen, die zonder rheologisch noemenswaardige overgang 35 aansluiten aan de lange rotorschotten 38. In het midden van de invoerpropeller 32 is een naar beneden toe toelopend stroomlijnelement 42 geplaatst.

p1 0 097 5 9 16

In het bijzonder figuur 4 toont duidelijk de werking van de als bijvoorbeeld vloeistofpomp werkende inrichting 31. Door aandrijving van as 7 met meeneming van rotor 34 wordt door de werking van propeller 32 5 vloeistof de rotorkanalen 10 ingeperst. Mede als gevolg van de optredende centrifugale versnelling wordt er een sterke pompwerking verkregen, die zich laat vergelijken met die van centrifugaalpompen. Centrifugaalpompen echter werken met fundamenteel anders gevormde rotorkanalen. De 10 uit de rotorkanalen 10 stromende vloeistof vertoont een sterke rotatie en heeft de vorm van een annulaire stroming met zowel een tangentiële of rotatie-richtingscomponent als een axiale richtingscomponent. De statorschoepen 19 nemen de rotatiecomponent weg en leiden 15 de aanvankelijk axiaal ingevoerde stroming weer in axiale richting de spruitstuk-kanalen 26 binnen, waar de deelstromen worden verzameld en worden toegevoerd respectieve mediumafvoeren 4, 5, 6. Desgewenst kan op de in figuur 2 getoonde wijze door middel van een vereniging 20 van de drie afvoeren 4, 5, 6 tot één leiding 43 het medium via één leiding verder worden verpompt. Vooruitgrijpend op figuur 10 wordt opgemerkt, dat ook andere uitvoeringen mogelijk zijn, waarbij ook de afvoer zich in nagenoeg exact axiale richting uitstrekt.

25 Figuur 5A toont, dat de statorschoepen 19 aan hun invoerzijde een omgebogen rand 44 vertonen. Deze rand heeft een rheologische functie. Hij zorgt voor een vloeiende, gestroomlijnde overgang van de door de snel roterende rotor 34 afgegeven sterk roterende 30 mediumstroming naar de statorkanalen 18.

De beschreven rotoren bestaan in deze uitvoering uit roestvaststalen onderdelen, met verwijzing naar figuur 9 de schotels 36, 37, de schotten 38, 39, de propeller 32.

35 Figuur 5A toont in uitgeslagen vorm het buitenvlak 15 van het eerste centrale lichaam en de statorschoepen 19.

1009759 17

Figuur 5B toont volgens de gebroken lijn B-B in figuur 5a een aanzicht van een schot 19.

Figuur 5C toont een stel samen een statorkanaal 18 begrenzende statorschoepen 19.

5 Figuur 5D toont een uitslag van het kanaal 18 met de bepaling van de onderlinge hoeken conform de elkaar opvolgende lijnen 46, die, zoals figuur 5D toont, alle onderlinge afstanden langs de hartlijn bezitten van ongeveer 5mm, althans in deze uitvoering. De 10 uitloopbreedte van elk statorkanaal is, zoals in figuur 5C is aangegeven, ongeveer 15mm. Figuur 5D toont de verschillende posities met de daarbij behorende halve hoeken tussen de schoepen 19 op de aangegeven posities. :

Figuur 5E toont de kanaalbreedte als functie : 15 van de posities volgens de figuren 5C en 5D.

Figuur 5F toont de ingesloten hoek conform de ' weergave in figuur 5D. Het is van belang op te merken, dat deze hoek nergens de rheologisch belangrijke waarde van circa 15° overschrijdt en zelfs onder de waarde van : 20 14° blijft. :

In figuur 1 en figuur 4 is duidelijk te zien, dat de respectieve rotoren 8, 34 in het gebied van de ~ derde mediumdoorvoer en de vierde mediumdoorvoer ten opzichte van het huis 2 zijn afgedicht door respectieve 25 labyrint-afdichtingen 45, 46. De as is ten opzichte van ü het huis gelagerd door middel van ten minste twee lagers, “

waarvan in de figuren 1 en 4 er slechts één is getekend. I

Dit lager is aangegeven met verwijzingsgetal 47. Ξ

Figuur 6A toont een rotatie-inrichting met een 30 iets andere opbouw. In deze structuur is er sprake van : een continue eenheid van spruitstuk-kanalen, daar sprake is van een ruimte 49 die door een tweede centrale lichaam z 50 wordt begrensd samen met de wand 51 van het huis 52. ”

Aldus is er sprake van slechts één mediumafvoer 4. I

35 Figuur 6B toont een rotatie-inrichting 48', f waarvan de opbouw nagenoeg geheel overeenkomt met de 1

opbouw van de inrichting 48 volgens figuur 6A. Anders dan I

in de inrichitng 48 omvat de inrichting 48' een z »1009759 18 elektromotor. Deze omvat een aantal met het verwijzingsgetal 90 aangeduide statorwikkelingen, die stationair zijn opgesteld, en een rotoranker 91, dat vast verbonden is met de bovenschotel 37 van rotor 8.

5 De aansluitdraden van de statorwikkelingen zijn niet getekend. Ze kunnen zich zeer geschikt omhoog uitstrekken via de ongebruikte ruimte binnen de statorschoepen 19 en op een gewenste geschikte positie uit de inrichting 48' uittreden.

10 Figuur 7 toont de interne structuur van rotor 8 met weglating van de onderste schotel 36. Verwezen wordt in dit verband naar figuur 9. Van belang in deze figuur is in het bijzonder de opbouw van het tweede centrale lichaam 53. In het bijzonder een vergelijking met figuur 15 2 maakt duidelijk, waarin deze uitvoering verschilt van de opbouw van inrichting 1. Het tweede centrale lichaam 53 is voorzien van drie inzetstukken 54 die uitsparingen 55 begrenzen, die de uitstroomopeningen van de statorkanalen 18 verbinden met mediumafvoeren 4, 5, 6. De 20 uitsparingen 55 zijn voorzien van stroomgeleidingsschotten, die weliswaar verschillende vormen hebben, maar gemakshalve alle met het verwijzingsgetal 56 zijn aangeduid. Door deze opbouw wordt eveneens een zeer rustige wervelingen-vrije 25 stroming gerealiseerd.

Figuur 8 toont de stator 57 volgens figuur 7 vanaf de andere zijde.

Figuur 10& toont een deel van een vijfde uitvoeringsvoorbeeld. De stator 61 is in hoge mate 30 regelmatig en symmetrisch opgebouwd en verschilt in die zin van de uitvoeringsvormen die in het bijzonder duidelijk zijn getekend in de figuren 2 en 7. In de uitvoering volgens de figuur 10A worden spruitstuk-kanalen 62 op analoge wijze gevormd aan de statorkanalen 35 18. De spruitstuk-kanalen 62 worden enerzijds begrensd door een in de richting van afvoer 4 toelopend vlak 63 van een tweede centraal lichaam 64 en anderzijds door het . binnenvlak van een niet-getekend huis. De kanalen 62 1009759 ( i 19 worden onderling van elkaar gescheiden door scheidingsschotten 65. Zoals getekend verenigen zich gemiddeld ongeveer 2,7 statorkanalen tot één spruitstuk-kanaal 62.

5 Figuur 10B toont een variant van figuur 10A. De stator 61' volgens figuur 10B is in zoverre afwijkend van de uitvoering volgens figuur 10A, dat de kanalen 62' van elkaar worden gescheiden door een vlak 631 en schotten 65' met andere vormen dan de betreffende onderdelen in de 10 stator 61. Het gevolg hiervan is, dat de mediumdoorvoer 93' volgens figuur 10B een grotere doortocht vertoont dan ~ de mediumdoortocht 93 figuur 10A. Het snelheidsverschil over de kanalen 621 is derhalve kleiner dan het ~ snelheidsverschil over de kanalen 62. Onder 15 omstandigheden kan dit gewenst zijn.

Figuur IOC toont een verdere variant, waarin de ~ stator 61'' niet alleen de relatief lange schotten 19, -

maar ook daarmee verweven geplaatste kortere schotten 19' I

omvat. Het effect hiervan zal worden uitgelegd aan de ^ 20 hand van de hiernavolgende figuren 10D, 10E en 10F. Voor : het overige komt de stator 61'' in hoofdzaak overeen met 1 de stator 61'. Er wordt op gewezen, dat de onderste eindzones van de schotten 19 en 19' omgevouwen zijn. =

Hierdoor is een goede stroomlijnvorm met vergrote 25 stijfheid, sterkte en erosiebestendigheid verzekerd.

Figuur 10D toont de tangentiële afstand tussen de naburige schotten 19 en 19' volgens figuur IOC en de 1 schotten 19 volgens de figuren 10A en 10B. De tangentiële afstand is weergegeven als functie van de axiale positie. 7

30 De curven I en II corresponderen met naburige schotten. I

Figuur 10E heeft betrekking op de uitvoering volgens figuur IOC. De grafiek geeft de kanaalbreedte als = functie van de kanaalpositie. Duidelijk is de invloed van ï de verweven plaatsing van relatief lange en relatief ~ 35 korte schotten. Deze invloed is herkenbaar aan de sprong in de grafiek. Zou deze sprong niet aanwezig zijn, dan 7 zou het met II aangeduide deel vloeiend aansluiten aan “ het met I aangeduide deel, waardoor de kanaalbreedte in

*1009759 I

20 het gebied II substantieel groter zou worden. Dit zou sterk ten koste gaan van het langwerpige karakter van de statorkanalen en daarmee de prestaties van de inrichting in kwestie beïnvloeden.

5 Figuur 10F toont de ingesloten hoek als functie van de kanaalpositie. Een vergelijking met figuur 5F toont aan, dat door de keuze van de verweven plaatsing van korte en lange schotten de ingesloten hoek die volgens figuur 5F bijna 14° bedraagt, in de structuur 10 volgens figuur IOC altijd kleiner is dan 10°.

Figuur 11 toont een zesde uitvoeringsvoorbeeld. De rotatie-inrichting 66 omvat een rotor 67 met een aantal rotorkanalen 68 die door plaatmetalen wanden worden begrensd. Deze rotor kan zijn gevormd door 15 explosief vervormen, door middel van interne medium druk, door middel van een rubberpers of andere geschikte bekende technieken. Spruitstuk-kanalen 69 worden begrensd door in het getekende gebied zich ongeveer schroeflijnvormig uitstrekkende schotten 70.

20 Figuur 12 toont, op welke wijze de ruimtelijk zeer gecompliceerd gevormde statorschoepen 19 kunnen worden vervaardigd uit respectieve stroken roestvaststaal.

Figuur 12A toont zeer schematisch een matrijs 25 71 voor het uit een platte strook staal van bepaalde lengte vormen van een statorschoep 19. De matrijs omvat twee ten opzichte van elkaar met kracht roteerbare matrijsdelen 72, 73, die in een gesloten rotatiestand twee naar elkaar gerichte scheidingvlakken vertonen, 30 waarvan de vormen in hoofdzaak identiek zijn, welke vormen overeenkomen met de vorm van een schoep 19. Het scheidingsvlak in kwestie bevindt zich op de mét 74 aangeduide positie, waar conform de realiteit bij het vormen van een schoep 19 een dergelijke schoep is 35 ingetekend, waarbij de aangrenzende delen van de matrijsdelen 72, 73 weggebroken zijn getekend. Aan de onderzijde is het betreffende scheidingsvlak 75 zichtbaar, dat zich voortzet conform de vorm de schoep I »1009759 21 19. Pijlen 76 geven de relatieve roteerbaarheid van matrijsdelen 72, 73 weer. Geleidingsblokken 76, 77 dienen als geleiding van de matrijsdelen 72, 73 tijdens de rotatie. De genoemde middelen voor roterende aandrijving 5 van de matrijsdelen 72, 73 zijn niet getekend.

In de open stand van de matrijs, die in figuur 12A niet is getekend, wordt een rechte roestvaststalen strook ingelegd. Deze strook is geheel vlak en recht.

Vervolgens worden de matrijsdelen onderling geroteerd, 10 zodanig dat de vormvlakken elkaar naderen. Daardoor vindt een aangrijping van de strook plaats onder gelijktijdige vervorming daarvan. In dit verband wordt verwezen naar figuur 12B, waar de met elkaar samenwerkende matrijsdelen : 72, 73 zijn getoond. Zoals duidelijk zal zijn, vertoont 15 matrijsdeel 73 aan zijn aan steuncilinder 77 grenzende 1 onderzijde een uitsparing 78 overeenkomstig de omgezette onderrand 79 van strook 19, terwijl aan de bovenzijde een : vergelijkbare uitsparing 80 aanwezig blijft tussen het ' bovenvlak van matrijsdeel 72 en matrijsdeel 73 bij het 20 sluiten van de vormholte. De uiteindelijke sluiting van : de vormholte wordt uitsluitend bepaald door de dikte van : het metaal van schoep 19. De uitsparing 80 correspondeert met de bovenste omgezette rand 81.

De figuren 12C en 12D tonen een alternatieve : 25 inrichting of matrijs 871 voor het uit een platte strook staal 801 met de in figuur 12D getoonde gebogen vorm van i bepaalde lengte vormen van een statorschoep 819. De 1 matrijs 871 omvat twee ten opzichte van elkaar met kracht roteerbare matrijsdelen 872, 873, die in een gesloten ï 30 rotatiestand twee naar elkaar gerichte scheidingsvlakken ~ vertonen, waarvan de vormen in hoofdzaak identiek zijn, welke vormen overeenkomen met de vorm van een schoep 819. =

De onderlinge rotatie van de genoemde matrijsdelen 872, _ 873 kan plaatsvinden door rotatie van matrijsdeel 873 “ 35 door middel van handgreep 802, waarbij matrijsdeel 872 stationair blijft, doordat het als één geheel is gevormd met een gestel 803, dat aan een werkblad is bevestigd. 7

Een tweede handgreep 804 is bevestigd aan een in *1009759 22 hoofdzaak cilindrisch element 805 dat van een min of meer driehoekige opening 806 is voorzien die dient voor het plaatsen van strook 801 en het uitnemen van een gevormde schoep 819. Door middel van een in een spiebaan 807 5 passende spie 808 zijn de respectieve onderdelen 805 en 814 voor rotatie met elkaar gekoppeld.

De genoemde scheidingsvlakken 810, 811 doen dienst voor het aan strook 801 verlenen van de dubbel gekromde hoofdvorm, echter zonder de omgezette randen 10 812, 813 die dienen voor het aan respectieve cilindrische lichamen verbinden van een schoepvervorming van een stator. Nadat deze vorm is verkregen door rotatie door middelhandgreep 802 kunnen de omgezette randen 812, 813 worden gevormd door een vervolgrotatie door handgreep 15 804. Tijdens deze vervolgrotatie vindt het bedoelde omzetten van de genoemde randen plaats door rotatie van centraal deel 814, dat zoals vermeld voor rotatie is gekoppeld met element 805 en is voorzien van een omzetrand 815. Een tweede omzetrand 816 is aangebracht 20 aan de binnenzijde van element 805.

Aldus kan door een zeer eenvoudige bewerking met de inrichting 871 uit de voorgevormde metalen strook 801 een schoep 819 worden vervaardigd.

Opgemerkt wordt dat strook 801 is vervaardigd 25 door lasersnijden. Hierdoor is een zeer nauwkeurig en spaan- en braamvrij plaatmetalen element te verkrijgen, dat vrij is van interne spanningen. De versmalde eindzone 820 kan conform pijl 823 worden omgebogen tot de met 820' aangeduide positie. Daarmee is schoep 819 gereed om te 30 dienen als onderdeel van een stator. Een dergelijke stator is bijvoorbeeld weergegeven in figuur 13C.

Figuur 13A toont een mogelijke en zeer praktische vervaardigingswijze van rotor 8. Uitgegaan wordt van onderschotel 36, bovenschotel 37 en de 35 daartussen te plaatsen en daarmee hecht te verbinden rotorschotten 38, 39 (zie ook figuur 9).

In het plof-aanzicht volgens figuur 13A is tevens weergegeven, dat in de driedimensionaal gevormde 1009759 23 schotten 38, 39 kettingen van corresponderend gevormde, elektriciteit en warmte geleidende blokken 82 kunnen worden opgenomen. Deze blokken zijn door draden 83 tot respectieve kettingen verenigd en kunnen dienen voor het 5 geleiden van de stroom, die via een bovenelektrode 84 en een onderelektrode 85 door respectievelijk schotel 37, blokken 82, schotten 38, 39, onderschotel 36 en onderelektrode 85 kunnen worden geleid door een elektrische voeding 86. Door middel van niet-getekende 10 aandrukmiddelen worden de schotelvormige elektroden 84, 85, waarvan de respectieve vormen overeenstemmen met respectievelijk bovenschotel 37 en onderschotel 36, met kracht naar elkaar gedrukt onder corresponderende aandrukking van de genoemde en in figuur 3A op afstand 15 van elkaar getekende onderdelen. Geprofileerde, als aandrukpunten dienende zones 86 zijn in bovenelektrode 84 aangebracht. Corresponderende zones 87 zijn in de " onderelektrode aangebracht. Tijdens het doorleiden van : een voldoend grote stroom zal via de aandrukzones 86, 87, 20 die met de schotten 38, 39 geregistreerd zijn, een grote r stroom door de betreffende stroombaan worden geleid.

Hierdoor vindt een effectief puntlassen van de schotten 1 38, 39 aan schotels 36, 37 plaats. De bijvoorbeeld koperen blokken 82 zijn essentieel voor een goede 25 stroomgeleiding zonder nadelige thermische effecten voor de schotten 38, 39. Nadat aldus een puntlas-bewerking is voltooid, kunnen door aan de draden 83 te trekken de betreffende kettingen van blokken worden verwijderd. Na deze bewerking is de rotor in principe gereed. Zoals 30 figuur 1 toont, kan aan bovenschotel 37 nog een bevestigingschijf 90 worden vastgelast. Met kap 91 vormt r- deze de bevestiging van de rotor aan as 7. De rotor volgens figuur 4 is na de puntlas-bewerking als hiervoor ^ beschreven aan de hand van figuur 13 voorzien van schoren ~ 35 35, waarna as 37 is bevestigd.

Figuur 13B toont sterk vereenvoudigd en met weglating van een aantal onderdelen een opstelling 830 voor het vervaardigen van een stator 831 zoals 1009759 24 weergegeven in figuur 13C. Voor een goed begrip van de opstelling volgens figuur 13B wordt eerst verwezen naar figuur 13C. De stator 831 omvat een cilindrische binnenwand 832 en een cilindrische buitenwand 833. Deze 5 wanden zijn in dit uitvoeringsvoorbeeld van roestvaststaal vervaardigd. De buitenwand 833 is relatief dik, terwijl de binnenwand 832 relatief dun is. De statorschoepen 819 (zie figuur 12) met relatief grote lengte en de daarmee verweven geplaatste schoepen 819' 10 met geringere lengte zijn in de gewenste stand geplaatst en zijn met de omgezette randen 812 en 813 door lassen bevestigd aan respectievelijk binnenwand 832 en buitenwand 833. Het zal daarmee duidelijk zijn, dat de vormen van deze omgezette randen 812 en 813 nauwkeurig 15 moeten aansluiten aan de betreffende cilindrische oppervlakken. De in figuur 12 getoonde inrichtingen zijn daarop speciaal ontworpen.

Figuur 13B toont, met weglating van de cilinders 832, 833 een opstelling van equidistant 20 geplaatste kettingen van koperen blokken, die gemakshalve alle met 834 zijn aangeduid en die de in figuur 13D getoonde vorm vertonen, overeenkomstig de vorm van schoepen respectievelijk 819 en 819'. Door middel van een veter 835 zijn de blokken mechanisch met elkaar verbonden 25 en elektrisch van elkaar gescheiden. Een rubberen kussen 836 vertoont een zodanige vorm, dat de totale structuur 837, bestaande uit blokken 834, veter 835 en kussen 836, nauwkeurig past tussen de schoepen 819, 819' van een stator 831. De blokken 834 vertonen een algemene U-vorm. 30 Hierdoor kunnen de randen 812, 813 elektrisch geleidend en thermisch geleidend met elkaar worden verbonden, zonder dat de elektrische geleiding plaatsvindt via de middenplaat van een schoep 819. Vergelijking van de figuren 13B en 13C toont de relatieve plaatsing van 35 blokken 834 en schoepen 819, 819' aan.

Figuur 13B is in die zin vereenvoudigd - getekend, dat slechts de voorste groep kettingen 837 is 2 getoond, terwijl bovendien de cilindrische mantels 832, 3 1 1009759 25 833 voor de duidelijkheid zijn weggelaten. Buiten de buitenmantel 833 is een buitenelektrode 838 geplaatst, terwijl binnen de binnenmantel 832 een binnenelektrode 839 is geplaatst. Deze elektroden zijn ingericht voor het 5 simultaan doorleiden van stromen door puntlaszones, die alle gemakshalve met 840 zijn aangeduid. Daartoe zijn de elektroden 838, 839 met een stroombron 841 verbonden. Na het rangschikken van de schoepen 819, 819' met tussenplaatsing van de kettingen 837 over de gehele 10 omtrek met plaatsing van zowel binnencilinder 832 als buitencilinder 833 worden de binnenelektroden 839 en buitenelektroden 838 geplaatst, waarna de stroomdoorgang wordt geëffectueerd, die ten gevolge heeft dat op de stroomdoorgangsplaatsen de omgezette randen 812, 813 15 worden gepuntlast aan binnencilinder 832 en buitencilinder 833. Vervolgens worden de respectieve kettingen 837 aan de bovenzijde aan veters 835 uit de structuur getrokken, waarna de stator 831 gereed is.

Figuur 14 toont een grafische weergave van het 20 rendement "EFF" uitgedrukt in een percentage als functie van het relatieve debiet Q van respectievelijk een inrichting volgens de stand der techniek (grafiek I), zoals gemeten aan een inrichting van het hiervoor beschreven type volgens figuur 1 (grafiek II) en 25 tenslotte volgens de figuren 7, 8, 9, 10. Het zal duidelijk zijn, dat de rendementskromme van de structuur volgens de uitvinding substantieel hoger ligt dan die volgens de stand der techniek en een aanzienlijk vlakker verloop vertoont. In het bijzonder is de verbetering bij 30 lagere toerentallen spectaculair. Deze verbetering verklaart, dat één inrichting voor vele zeer uiteenlopende toepassingen inzetbaar is. Bij de stand der techniek zijn voor verschillende toepassingen veelal andere inrichtingen vereist.

35 Figuur 15 toont eveneens de prestaties van een inrichting volgens de uitvinding die als pomp werkt. De in figuur 15 getekende grafieken betreffen de pompdruk als functie van het debiet van een inrichting volgens de ” 1009759 26 uitvinding, in vergelijking met een acht-traps standaard-centrifugaalpomp met een dimensionering die vergelijkbaar is met de dimensionering van de inrichting volgens de uitvinding, De met cirkelvormige meetpunten aangeduide 5 grafiek I betreft de meting aan een bekende pomp NOVA PS 1874. De overige grafieken betreffen metingen aan een pomp volgens de uitvinding met respectievelijk de volgende toerentallen: 1500, 3000, 4000, 5000, 5500, 6000 toeren per minuut.

10 Figuur 16 toont meetresultaten in een vergelijking tussen twee typen pompen volgens de uitvinding en twee typen pompen volgens de stand der techniek. De grafieken I en II hebben betrekking op een acht-traps centrifugaalpomp van gebruikelijk type bij 15 3000 toeren per minuut. Grafiek I betreft een inlaat van 58mm terwijl grafiek II een inlaat van 80mm betreft.

De getrokken grafieken met de indicaties = respectievelijk 1500, 3000, 4000, 5000, 6000 toeren per minuut hebben betrekking op een één-traps inrichting 20 volgens de uitvinding met een behuizing van 170mm diameter, een rotordiameter van 152mm en een inlaatdiameter van 38mm. De met onderbroken lijnen getekende grafieken hebben eveneens betrekking op een één-traps inrichting volgens de uitvinding met een 25 behuizing met een diameter van 170mm, een rotordiameter van 155mm, en inlaatdiameter van 60mm.

De lijnen respectievelijk III en IV duiden de respectieve cavitatiegrenzen aan van het eerste type pomp volgens de uitvinding als beschreven en het tweede type 30 pomp volgens de uitvinding als beschreven.

Uit het voorgaande blijkt, dat de beschreven nieuwe structuur van een rotatie-inrichting substantieel betere resultaten levert dan vergelijkbare bekende inrichtingen. Met name onder verwijzing naar de figuren 35 15 en 16 wordt er nogmaals de aandacht op gevestigd, dat de vergelijkingen betrekking hebben op een één-traps inrichting volgens de uitvinding en een acht-traps 1009759 27 inrichting volgens de stand der techniek, dat wil zeggen acht in cascade geschakelde bekende rotatie-inrichtingen.

Figuur 17 toont een eenheid 901, omvattende een rotatie-inrichting 902 en een motor 903. De eenheid is 5 ontworpen om als pomp te werken. Aan de onderzijde bevindt zich een als invoer dienst doende eerste mediumdoorvoer 904 en aan de zijkant bevindt zich de als afvoer dienst doende tweede mediumdoorvoer 905.

Figuur 18 toont schematisch de opbouw van de 10 eenheid 901. In afwijking van de uitvoering volgens bijvoorbeeld figuur 4, waarin de eenheid bestaat uit een motor en een daarmee in principe onlosmaakbaar verbonden pomp, is de eenheid 901 opgebouwd uit twee separate componenten. Daartoe vertoont de motoras 906 een naar 15 buiten toe toelopend einde met aan het einde een konische schroefdraad 907, terwijl rotoras 908 een corresponderende complementaire vorm vertoont. Op deze wijze zijn motor 903 en pomp 902 losneembaar en krachten overbrengend met elkaar gekoppeld, terwijl niettemin een 20 zeer gemakkelijke losneembaarheid verzekerd is. In het bijzonder op de structuur van een onderdeel van pomp 902 zal hierna nog worden ingegaan aan de hand van figuren 21 en 22.

Figuur 19 toont in plof-aanzicht, op welke 25 wijze de samenstellende hoofdcomponenten met elkaar verbonden zijn en met elkaar samenhangen. Het is van belang op te merken, dat de bovenste component 909 van = pomp 902, waarin zich de stator bevindt, anders is opgebouwd dan de betreffende onderdelen in de hiervoor 30 beschreven en getoonde uitvoeringsvoorbeelden. Rotor 910 en invoercomponent 911 komen overeen met de eerder beschreven uitvoeringen.

Figuur 20 toont motor 903 met aan de onderzijde een koppelstuk 912 voor koppeling met een 35 corresponderende koppelbus 913 aan uitvoercomponent 909.

De figuren 21 en 22 tonen een onderdeel 914 van — uitvoercomponent 909. Onderdeel 914 omvat een plaatmetalen trechter 915 met een centrale opening 916.

»1009759 28

In de trechter 915 zijn stroomgeleidingsschotten tegen de wand aan gebracht, die op de in figuur en 21 22 getoonde wijze zijn gerangschikt en weliswaar verschillende vormen bezitten, maar gemakshalve alle met het 5 verwijzigingsgetal 917 zijn aangeduid. De schotten 917 zijn leden van één parametrische familie.

Binnen de trechter 915 bevindt zich een binnentrechter 918, eveneens van plaatmetaal, zodanig dat de stroomgeleidingsschotten 917 door de respectieve 10 trechters 915 en 918 worden begrensd en aldus stroomgeleidingskanalen 919 vormen. Deze stroomgeleidingskanalen 919 monden alle uit in afvoer 905 en verzekeren een beheerst stromingspatroon met zeer geringe wrijvingsverliezen. De stroomgeleidingsschotten 15 917 kunnen zijn vervaardigd op een wijze, die verwant is aan de wijze waarop de statorschoepen en/of de rotorschotten kunnen worden vervaardigd. Met betrekking tot mogelijke vervaardigingsmethoden wordt in dit verband verwezen naar de figuren 12 en 13.

20 De opbouw van de eenheid 901 behoeft niet verder te worden besproken. Aan de hand van bespreking van de voorgaande uitvoeringsvoorbeelden zal zowel opbouw als werking duidelijk zijn.

Functioneel komen de stroomgeleidingskanalen 25 919 overeen met de spruitstukkanalen 62 en 62' volgens respectievelijk figuren 10A en 10B. In afwijking van figuur 10 is de opbouw van eenheid 903 zodanig, dat afvoer 905 zich aan de zijkant van de eenheid 903 uitstrekt. Dit vereenvoudigt de opbouw van de kritische 30 koppeling tussen motor 903 en pomp 902. Wel wordt nog opgemerkt, dat in dit verband ook de uitvoering volgens j bijvoorbeeld de figuren 1, 2 en 4 zou kunnen worden toegepast.

»1009759

Claims (42)

1. Rotatie-inrichting (1), omvattende: (a) een huis (2) met een centrale, in hoofdzaak axiale eerste mediumdoorvoer (3) en ten minste één in hoofdzaak axiale tweede mediumdoorvoer (4) (5) (6)/ 5 (b) een zich in dat huis (2) en tot buiten dat huis (2) uitstrekkende rotor-as, die ten opzichte van dat huis (2) roteerbaar gelagerd is en een in dat huis (2) geaccomodeerde rotor (8) draagt, welke rotor (8) met een centrale derde mediumdoorvoer (9) aan de genoemde eerste 10 mediumdoorvoer (3) aansluit, welke derde mediumdoorvoer (9) zich vertakt in een aantal angulair equidistante rotorkanalen (10), die zich elk in een respectief althans r min of meer radiaal hoofdvlak uitstrekken vanaf de derde Γ mediumdoorvoer (9) naar een respectieve vierde Γ 15 mediumdoorvoer (11), waarbij de eindzone van de derde Γ mediumdoorvoer (9) en de eindzone van de vierde : mediumdoorvoer (11) zich elk in hoofdzaak axiaal uitstrekken en elk rotorkanaal (10) een gebogen vorm bezit, bijvoorbeeld een algemene U-vorm of een algemene 20 S-vorm bezit, een middendeel (12) vertoont dat zich in een richting met althans een aanzienlijke radiële component uitstrekt, en elk rotorkanaal (10) een stroombuis-dwarsdoorsnede-oppervlak, dat wil zeggen een z doorsnede dwars op elke lokale hoofdrichting, vertoont, ^ 25 die in de richting van de derde mediumdoorvoer naar de L vierde mediumdoorvoer toeneemt vanaf een relatieve waarde 1 tot een relatieve van ten minste 4; (c) een in dat huis (2) geaccomodeerde stator (13), omvattende: Z 30 (c.1) een eerste centraal lichaam (14) dat een Z in hoofdzaak omwentelingssymetrisch, bijvoorbeeld althans ~ min of meer cilindrisch, althans min of meer conisch, ~ gekromd of hybride gevormd buitenvlak (15) met een :: 1009759 vloeiende vorm bezit, dat samen met een binnenvlak (16) van het huis (2) een algemeen in hoofdzaak omwentelingssymetrische, bijvoorbeeld cilindervormige mediumdoorvoerruimte (17) met een radiële afmeting van 5 ten hoogste 0,4x de straal van het genoemde buitenvlak (15) begrenst, in welke mediumdoorvoerruimte (17) een aantal angulair equidistante, paarsgewijs statorkanalen (18) begrenzende statorschoepen (19) zijn geaccomodeerd, welke statorschoepen (19) elk aan hun naar de rotor (8) 10 gerichte, een vijfde mediumdoorvoer (24) vormende eindzone (20) een substantieel, in het bijzonder ten minste 60°, van de axiale richting (21) afwijkende richting bezitten, en aan hun andere, een zesde mediumdoorvoer (25) vormende eindzone (22) een weinig, in 15 het bijzonder ten hoogste 15°, van de axiale richting (21) afwijkende richting bezitten welke vijfde mediumdoorvoeren (24) voor mediumstroming in in hoofdzaak axiale richting aansluiten aan de vierde mediumdoorvoeren (ll) en op in hoofdzaak dezelfde radiële posities zijn 20 geplaatst, en welke zesde mediumdoorvoeren (25) in verbinding staan met de ten minste ene tweede mediumdoorvoer (4) (5) (6) ; (c.2) een tweede centraal lichaam, waarbij zich tussen de zesde mediumdoorvoer (26) en de ten minste ene 25 tweede mediumdoorvoer (4) (5) (6) een aantal, in de richting vanaf de zesde mediumdoorvoeren (26) naar de ten minste ene tweede mediumdoorvoer (4) (5) (6) toelopende, door het buitenvlak (29) van het tweede centrale lichaam (23) en het cilindervormige binnenvlak (16) van het huis 30 (2) begrensde spruitstuk-kanalen (26) uitstrekken; waarbij een algemene mediumdoorstromingsbaan (27) is gedefinieerd tussen de eerste mediumdoorvoer (3) en de ten minste ene tweede mediumdoorvoer (4) (5) (6) door respectievelijk de eerste mediumdoorvoer (3), de 35 derde mediumdoorvoeren (9), de rotorkanalen (10), de vierde mediumdoorvoeren (11), de statorkanalen (18), de zesde mediumdoorvoeren (25), de spruitstuk-kanalen (26), de tweede mediumdoorvoeren (4) (5) (6), en omgekeerd, met | •1009759 tijdens bedrijf in hoofdzaak vloeiende en continue overgangen tussen de genoemde delen; en waarbij de opbouw zodanig is, dat er tijdens bedrijf een wederzijdse krachtkoppeling bestaat tussen de 5 rotatie van de rotor (8), en aldus de rotatie van de as (7), enerzijds, en de druk in het de genoemde mediumdoorstrorningsbaan (27) doorstromende medium.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de as (7) voor aandrijving met een motor (28) gekoppeld is en 10 de eerste mediumdoorvoer de mediuminvoer is en de tweede mediumdoorvoer de mediumafvoer is.

3. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de tweede mediumdoorvoer de mediuminvoer is en is gekoppeld met een bron voor medium onder druk, en de eerste 15 mediumdoorvoer de mediumafvoer is.

4. Inrichting volgens conclusie 1, waarin het medium een vloeistof, suspensie, emulsie, of dergelijke is.

5. Inrichting volgens conclusie 1, waarin het 20 medium een gas is.

6. Inrichting volgens conclusie 1, waarin het medium een tweefasenmedium is.

7. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de I axiale doorsnede van elk rotorkanaal een vorm bezit, die 25 min of meer correspondeert met een halve cosinus-functie.

8. Inrichting volgens conclusie 1, waarin het aantal rotorkanalen ten minste 10 bedraagt.

9. Inrichting volgens conclusie 8, waarin het aantal rotorkanalen ten minste 20 bedraagt.

10. Inrichting volgens conclusie 9, waarin het aantal rotorkanalen ten minste 40 bedraagt.

11. Inrichting volgens conclusie 1, waarin het aantal rotorkanalen zodanig afwijkt van het aantal statorkanalen, dat positie-coïncidentie van de vierde 35 mediumdoorvoeren en de vijfde mediumdoorvoeren tijdens rotatie absent is en aldus daarmee samenhangende periodieke drukfluctuaties in het de rotatie-inrichting doorstromende medium worden voorkomen. 1009759

12. Inrichting volgens conclusie 2, waarin in de als mediuminvoer dienende derde mediumdoorvoer een invoerpropeller met een aantal propellerbladen is aangebracht.

13. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de rotor twee schotels omvat, die samen met tevens als afstandhouders dienende schotten de rotorkanalen begrenzen.

14. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de 10 schotten zich uitstrekken vanaf de derde mediumdoorvoer tot een zone op afstand van de de vierde mediumdoorvoeren mede begrenzende eindzones van de schotels.

15. Inrichting volgens conclusies 12 en 13, waarin elk propellerblad aansluit aan een schot.

16. Inrichting volgens conclusie 13, waarin een eerste groep eerste schotten zich vanaf de derde mediumdoorvoer naar de vierde mediumdoorvoer uitstrekt en ten minste één tweede groep tweede schotten daarmee verweven is geplaatst, welke tweede schotten zich 20 uitstrekken van een positie op afstand van de derde mediumdoorvoer naar de vierde mediumdoorvoer.

17. Inrichting volgens conclusie 13, waarin de hoek tussen een stel samen een statorkanaal vormende statorschoepen in een gebied tussen de vijfde 25 mediumdoorvoer en de zesde mediumdoorvoer een maximale waarde bereikt van ten hoogste 20°.

18. Inrichting volgens de conclusies 16 en 17, waarin de genoemde hoek een maximale waarde bereikt van ten hoogste 10°.

19. Inrichting volgens conclusie 13, waarin de schotels en de schotten uit plaatmateriaal bestaan, bijvoorbeeld eventueel met vezels gewapende kunststof, aluminium(legering), roestvaststaal of verenstaal.

20. Inrichting volgens conclusie 1, waarin alle 35 met medium in aanraking komende oppervlakken tegen chemische en/of mechanische inwerking door het medium resistent zijn. 1009759 i -S

21. Inrichting volgens conclusie 1, waarin alle met medium in aanraking komende oppervlakken van zodanige materialen zijn vervaardigd en met elkaar elektrisch geleidend zijn verbonden, dat vonkvorming effectief is 5 voorkomen.

22. Inrichting volgens conclusie 1, waarin alle oppervlakken die met medium in aanraking komen vooraf zijn glad gemaakt, bijvoorbeeld door slijpen, polijsten, honen of het aanbrengen van een deklaag van bijvoorbeeld 10 een carbide, een nitride (bijvoorbeeld titaniumnitride of boriumnitride), glas, een silicaat, hoogwaardige kunststoffen, zoals een polyimide.

23. Inrichting volgens conclusie 19, waarin de verhouding tussen de rotordiameter en de dikte van het 15 plaatmateriaal een waarde bezit van 50-1600.

24. Inrichting volgens conclusie 13, waarin de schotten met de schotels zijn gekoppeld door (punt)lassen, lijmen, solderen, magnetische krachten, Γ door middel van schroefverbindingen, lip-20 /gatverbindingen, of dergelijke.

25. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de statorschoepen uit plaatmateriaal bestaan, bijvoorbeeld eventueel met vezels gewapende kunststof, aluminium(legering), roestvaststaal of verenstaal.

26. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de thermische dilatatiecoëfficiënten van de materialen van het binnenvlak van het huis en van de statorschoepen in hoofdzaak gelijk zijn.

27. Inrichting volgens conclusie 26, waarin 30 althans het binnenvlak van het huis uit hetzelfde materiaal bestaat als de statorschoepen.

28. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de statorkanalen zodanig gevormd zijn, dat de afstanden ~ tussen hun tegenover elkaar gelegen wanden in een zich 35 dwars op de axiale richting uitstrekkend omtreksvlak op elke axiale positie in hoofdzaak gelijk zijn. H

29. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de as massief is en aldus een substantiële bijdrage levert _ 1009759 tot het massatraagheidsmoment van de deze as en de genoemde rotor omvattende roteerbare eenheid.

30. Inrichting volgens conclusie 13, waarin de schotels zijn gevormd van metaal door dieptrekken, 5 walsen, forceren, hydrovormen, explosief vervormen, door I middel van een rubberpers, of dergelijke.

31. Inrichting volgens conclusie 13, waarin de schotels zijn gevormd van kunststof door spuitgieten, thermovormen, thermovacuümvormen of dergelijke.

32. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de rotor is vervaardigd uit plaatmetaal, dat in ten minste twee lagen op elkaar is gelegd in een matrijs met een vormholte met een met de gewenste vorm van de rotor overeenkomende vorm, tussen welke twee lagen medium onder 15 druk is toegelaten voor het onder plastische vervorming doen expanderen van het plaatmateriaal tegen de wand van de genoemde vormholte voor vorming van de rotor.

33. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de as ten opzichte van het huis roteerbaar gelagerd is in 20 lagers, die op zodanig grote afstand van de mediumdoorstromingsbaan zijn gelegen, dat een eventueel sterk verhoogde of verlaagde temperatuur van het doorstromende medium geen of slechts een verwaarloosbare invloed op de temperatuur van die lagers heeft.

34. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de rotor ten opzichte van het huis is afgedicht door ten minste twee labyrint-afdichtingen, waarvan de ene zich in het gebied van de derde mediumdoorvoer bevindt en de andere zich in het gebied van de vierde mediumdoorvoer 30 bevindt.

35. Inrichting volgens conclusie 1, waarin het aantal statorschoepen ten minste 10 bedraagt.

'> 36. Inrichting volgens conclusie 35, waarin het aantal statorschoepen ten minste 20 bedraagt.

37. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de verhouding tussen het totale dwarsdoorsnede-oppervlak van alle vierde mediumdoorvoeren en de derde mediumdoorvoer ten minste l bedraagt. 1009759

38. Inrichting volgens conclusie 37, waarin de verhouding tussen het totale dwarsdoorsnede-oppervlak van alle vierde mediumdoorvoeren en de derde mediumdoorvoer ten minste 3 bedraagt.

39. Inrichting volgens conclusie 38, waarin de verhouding tussen het totale dwarsdoorsnede-oppervlak van alle vierde mediumdoorvoeren en de derde mediumdoorvoer ten minste 10 bedraagt.

40. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de 10 verhouding tussen de diameter van de krans van de vierde mediumdoorvoeren en de diameter van de derde mediumdoorvoer ten minste 1,5 bedraagt.

41. Inrichting volgens conclusie 40, waarin de : verhouding tussen de diameter van de krans van de vierde ^ 15 mediumdoorvoeren en de diameter van de derde mediumdoorvoer ten minste 10 bedraagt. L

42. Inrichting volgens conclusie 41, waarin de - verhouding tussen de diameter van de krans van de vierde mediumdoorvoeren en de diameter van de derde 20 mediumdoorvoer ten minste 20 bedraagt. ***** 1009759