NO176452B - Gerotorpumpe - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører gerotoranordninger som omfatter en rotor som har n knaster og som er plassert eksentrisk og innvendig i en knastforsynt ring som har et større antall knaster (f.eks. n + 1). Disse deler danner en rekke kamre som hvert er begrenset av kontaktlinjer mellom de respektive deler og som har forskjellige volumer: ved en stilling hvor én rotorknast er i fullt inngrep mellom to knaster på ringen er kamrene minimale, og omtrent ved den diametralt motsatte posisjon (avhengig av om rotoren har et odde eller et like antall knaster) er kammeret maksimalt. Når rotoren roteres i forhold til ringen, vil de enkelte kamre variere i volum.

Det er kjent fra US patent nr. 4.863.357 å gjøre både statoren (en stasjonær ring) og rotoren konisk, med skruelinjeformede knaster med variabel stigning, noe som resulterer i kamre med konstant aksial lengde, men som reduseres i volum på grunn av den reduserte knasthøyde langs konusene. Dette skal benyttes som en fluidkompressor med strømning hovedsakelig langs aksen fra den store ende til den lille ende av konusen. En slik kompressor krever betydelig aksial lengde.

Det er også kjent å lage nedenhulls motorer, dvs. aksial-strømningspumper som benytter en rørformet stator med en skruelinjeformet innvendig gjenging med flere starter, som står i inngrep med en hovedsakelig sylindrisk rotor som har utvendig gjenging med flere, men forskjellige antall starter. Også her er den aksiale lengde en viktig faktor i pumpens kapasitet, og strømningen skjer hovedsakelig langs aksen fra den ene ende til den andre.

Mange gerotorkonstruksjoner er i bruk som smørepumper for forbrenningsmotorer i situasjoner hvor kompakte aksiale dimensjoner er viktig, og i noen tilfeller befinner innløpet og utløpet seg ved den samme aksiale ende. Skruelinjearran-gementene med aksial strømning gjennom pumpen er her uegnet av begge grunner, og det konvensjonelle arrangement for slike pumper er å benytte en rotor og en ring som begge er prismatiske og som videre har ringen montert for rotasjon med en hastighet som er forskjellig fra rotorens hastighet slik at den ikke lenger er en stator, noe som unngår nødvendigheten av en drivanordning med en sirklende akse. I et slikt arrangement er trykket pulserende i utløpet og kan delvis utjevnes ved hjelp av en utløpsport som strekker seg over et betydelig buesegment slik at en rekke slike kamre er eksponert til utløpsporten.

Det foreligger en nødvendig klaring mellom delene i radial retning, bl.a. for å gi plass for mindre forurensninger, men denne klaring er så liten som mulig for å unngå lekkasje fra høytrykkskamrene til lavtrykkskamrene, og ideelt sett er hvert kammer alltid avgrenset av to kontaktlinjer mellom ringen og rotoren.

Det er spesielt to problemer med pumper av denne type, nemlig støy og trykkfluktuasjoner eller -topper. Først-nevnte, støyen, skyldes opptagelse av klaring, spesielt når kamrene går fra innløpssiden til utløpssiden og omvendt, slik at når hver rotorknast beveger seg til den laveste trykkposisjon, vil den i praksis ha en tendens til å slå mot ringen. Det andre problem skyldes kamrene som i tur og orden beveges til overensstemmelse med portene, og trykktop-pene har størst amplitude og lavest frekvens ved små verdier av n (og omvendt).

GB 2.022.708 beskriver en anordning som først og fremst er beregnet som en gasskompressor eller ekspander. Svært mange forskjellige muligheter er her omtalt og spesielt et gerotorsett med skruelinjeformede knaster som ut fra fig. 2 resulterer i en skruelinjevinkel på omkring 60°, dvs. at toppen av en knast i den ene ende vil være 60° faseforskjø-vet i forhold til toppen av den samme knast i den andre ende. I rotorens og ringens ene ende er det gjort kutt i sideplatene over en bue på noe over 200° for å tilveiebringe en innløpsport, og en trang utløpsport er tilveie-bragt i en sone som ligger asymmetrisk i forhold til innløpsporten. Strømningen er eller kan være aksial.

US-A 2.830.542 viser en fluidpumpe som kan være en gerotorpumpe, hvor ringen og rotoren er laget av to aksialt tilstøtende deler som er litt faseforskjøvet i forhold til hverandre for å oppta fremstillingstoleranser. Kun én av de to aksialt tilstøtende deler er akseldrevet, mens den andre drives via de øvrige deler.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe forbedringer.

Ifølge oppfinnelsen omfatter en gerotorpumpe en innvendig knastforsynt ring som innvendig er i inngrep med en utvendig knastforsynt rotor med færre knaster, hvor begge er roterbare om parallelle akser i et sylindrisk hulrom i et pumpehus, idet pumpehuset har faste innløps- og utløpsporter anordnet aksialt i forhold til ringen og rotoren for tilførsel av fluid til og tømming av fluid fra pumpens arbeidskamre som ligger mellom rotoren og ringen, idet knastene på både rotor og ring snor seg skruelinjet i hele sin lengde, og er karakterisert ved at innløps- og utløps-portene er symmetrisk anordnet om et plan som inneholder både rotorens og ringens akse, at begge porter er anbragt i én og samme aksiale ende av rotoren og ringen, og at skruelinjevinkelen er slik at den ene ende av hver knast er faseforskjøvet i området 5 - 15° i forhold til den motsatte ende av knasten.

Helningsvinkelen av skruelinjen vil avhenge av andre parametre, inklusivt den aksiale lengde av gerotorsettet, og vanligvis vil skruelinjen være slik at én aksial ende av hvert kammer som ligger mellom knastene, ikke vil være mer enn en liten brøkdel av én knast ut av fase med den motsatte ende.

Det er også viktig at oppfinnelsen menes å redusere støy fordi istedenfor at den fulle bredde av én knast hamrer mot den andre ved det høyeste trykkpunkt, vil den rulle skruelinjet og bevege seg aksialt og dermed spre kontakt-tidspunktet tilsvarende.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til vedføyde tegninger, hvor

Fig. 1 er et oppriss i snitt av en typisk gerotorpumpe; Fig. 2 er et perspektivisk riss av nevnte pumpes ring; Fig. 3 er et grunnriss av ringen; Fig. 4 og 5 er riss i likhet med fig. 2 og 3 og viser pumpens rotor, og

Fig. 6 er et sideriss av rotoren.

Det skal først henvises til fig. 1, hvor pumpen omfatter et pumpehus 10, som har et sylindrisk hulrom som lagrer en ring 12 for rotasjon om en akse 14. En rotor 16 er montert for rotasjon om en akse 18. I det viste eksempel har rotoren fem knaster og ringen seks. Enten rotoren eller ringen drives ved hjelp av midler som ikke er vist, f.eks. en aksel som rager ut aksialt, og rotasjonen overføres til den andre del av rotorsettet, men med forskjellig hastighet.

Endeveggen av pumpehuset har innløps- og utløpsporter som vist med brutt linje. Dersom rotasjonsretningen antas å være i retning av pilen A, vil porten 20 være innløpet og porten 22 være utløpet.

En rekke kamre 30, 32, 34, 36 og 38 dannes mellom delene. Antall kamre er likt antall knaster på rotoren. Når rotoren roterer, ekspanderer kammeret 30 i volum når det går gjennom posisjonene 32, 34 og minsker i volum når det går gjennom posisjonene 36 og 38. Under ekspansjonstiden suges fluid inn i pumpen, og under kontraksjonstiden presses fluid ut av pumpen gjennom de respektive porter.

Utløpstrykket uttrykt grafisk i forhold til rotasjonssyklus-en vil vise seg å være maksimalt når kammeret 38 sveiper over det siste parti (i rotasjonsretningen) av utløpsporten 22 og når et minimum når kontaktlinjen 42 mellom rotoren og ringen ved den bakre ende av kammeret 38 passerer dette punkt. Trykket øker så på nytt til et maksimum og faller deretter til et minimum når den neste kontaktlinje passerer punktet. Dette er kilden til de tidligere nevnte trykktopper.

Pumpen beskrevet hittil i forbindelse med fig. 1 er fullstendig konvensjonell og typisk for den kjente teknikk. Både rotoren og ringen er prismatiske, har identisk form og dimensjon ved sine motstående aksiale ender, og med ethvert punkt på periferien av den ene ende forbundet med et tilsvarende punkt på periferien av den andre ende ved hjelp av en rett linje som ligger i et plan som inneholder delens rotasjonsakse.

Ifølge oppfinnelsen er både ringen og rotoren ikke-prismatiske, og selv om de har like endeflater, er begge snodd skruelinjet med samme skruelinjevinkel. Således ville fig. 1 kunne være et snitt tatt gjennom ethvert punkt langs aksen 18.

Skruelinjevinkelen er valgt slik i forhold til den aksiale lengde av delene at den blir en liten brøkdel av den skruelinjevinkel som ville være nødvendig dersom en fullstendig faseforandring var påkrevet. For en seksknastet ring ville således en 60° skruelinje medføre en faseforandring. I det illustrerte eksempel benyttes omtrent 10°, som antydet på fig. 3. Verdier av denne størrelsesorden og innenfor området 5-15° er å foretrekke, men også andre vinkler er mulige.

Effekten av skruelinjeformen kan betraktes på følgende måte: det høyeste trykkammer 38 strekker seg i realiteten langs omkretsen i (som i det viste eksempel) 10°. Under passasje av dette kammer gjennom sonen før den påfølgende tetnings-linje avskjærer leveringen kan således høytrykksfluid leveres over et mere spredt parti av omdreiningssyklusen enn i den tidligere kjente teknikk. Dette medfører utjevnings-effekten .

Støyreduksjonsfenomenet trenger en mere kompleks forklaring, men skyldes sagt på en enkel måte trykkutjevningen. Hver trykktopp i fluidet utøver en lik og motsatt reaksjon på de roterende deler, slik at dersom trykktoppen er fordelt over en bue på 10° istedenfor å opptre momentant, vil den minimaliserte mekaniske reaksjon av pumpedelene unngå eller redusere støyen tilsvarende.

Claims (1)

1. Gerotorpumpe omfattende en innvendig knastforsynt ring (12) som innvendig er i inngrep med en utvendig knastforsynt rotor (16) med færre knaster, hvor begge er roterbare om parallelle akser (14,18) i et sylindrisk hulrom i et pumpehus (10), idet pumpehuset har faste innløps- og utløpsporter (20,22) anordnet aksialt i forhold til ringen og rotoren for tilførsel av fluid til og tømming av fluid fra pumpens arbeidskamre (30-38) som ligger mellom rotoren og ringen, idet knastene på både rotor og ring snor seg skruelinjet i hele sin lengde, karakterisert ved at innløps- og utløpspor-tene er symmetrisk anordnet om et plan som inneholder både rotorens og ringens akse, at begge porter er anbragt i én og samme aksiale ende av rotoren og ringen, og at skruelinjevinkelen er slik at den ene ende av hver knast er fasefor-skjøvet i området 5 - 15° i forhold til den motsatte ende av knasten.

3. Gerotorpumpe ifølge krav 1, karakterisert ved at faseforskyvningen er omtrent 10°.