NO323484B1 - Fortrengningsmaskin for kompressible medier - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fortrengningsmaskin for kompressible medier, spesielt en tørrgående vakuumpumpe, som har minst to aksler med rotorer. Disse er designet som skrueformede profilerte legemer, med profiler som griper inn i hverandre på liknende måte som tannhjul under rotasjon, uten at profilene er i fysisk kontakt relativt til hverandre, der gjengene på de skrueformede profilerte legemene avtar fra inntaket til utløpet.

I en kjent fortrengingsmaskin av denne typen

(DE 195 30 662 A) , brukes to profillegemer som griper inn i hverandre. Disse omslutter et bestemt volum ved inntaket, og dette volumet forflyttes til utløpet under rotasjon av rotorene. I denne prosessen finner det sted kompresjon fordi gjengene, og dermed også det omsluttede utløpsvolumet, avtar mot utløpsenden. På denne måten transporteres det kompressible mediet fra inntaksenden til utløpsenden og komprimeres i denne prosessen. Gjengene som forandres kontinuerlig, frem-bringer garantert kompresjonen men har følgende ulemper.

Fordi gjengene avtar umiddelbart ved inntaksenden, er utløpsvolumet mindre enn det volumet som tilsvarer gjengene ytterst på inntaksenden. Dette fører redusert sugekapasitet. På utløpssiden, på grunn av de avtagende gjengene og reduksjon av utløpsvolumet helt til enden av rotorene, foregår kompresjonen fremdeles kontinuerlig, slik at det er en trykk-forskjell mellom den umiddelbart siste utløpsmengden som ikke er åpnet og den påfølgende utløpsmengden. Via uunngåelige åpninger mellom rotorene og veggene fører disse trykk-forskjellene til tilbakestrømning av mediet inn i inntaket eller inn i de påfølgende ut løps volumene. Som et resultat av dette reduseres utløpskapasiteten likeledes. Volumet i utløpskammeret umiddelbart ved utløpsåpningen er avgjørende for effektbehovet. Fordi utløpsvolumet på grunn av de konstant avtagende gjengene enda ikke har inntatt den verdien som tilsvarer gjengene ved utløpsenden, forårsakes det et betydelig effekttap.

Formålet med oppfinnelsen er å frembringe en f ortrengningsmaskin av typen nevnt innledningsvis med en gunstigere pumpeadferd og hvor pumpekapasiteten er økt.

Løsningen ifølge oppfinnelsen består i det faktum at de skrueformede profilerte legemene er av dobbeltgjenget type, og at gjengene ved inntaksenden og utløpsenden av de skrueformede profillegemene er konstante, og at gjengene avtar kontinuerlig fra de større gjengene ved inntaksenden til de mindre gjengene ved utløpsenden.

Gjengene er derfor konstante ved inntaksenden. På grunn av dette er det opprinnelige utløpsvolumet av en størrelse som tilsvarer gjengene ved inntaksenden. Dette utløpsvolumet reduseres ikke av at gjengene avtar umiddelbart. Området med konstante gjenger ved inntaket strekker seg med fordel over i det minste en omdreining (360°). Konstante gjenger er igjen anordnet ved utløpsenden, og er mindre enn gjengene ved inntaksenden. Som et resultat av dette vil det tidligere nevnte problemet med tilbakestrømning bli betydelig redusert, fordi et tilnærmet konstant trykk innstiller seg over en omdreining eller til og med flere omdreininger. På denne måten reduseres også det endelige trykket over pumpen. Samtidig reduseres effektbehovet på grunn av det mindre utløpsvolumet.

Seksjonen hvor gjengene ved inntaksenden reduseres til de markert mindre gjengene ved utløpesenden er plassert mellom de to områdene med konstante gjenger. Denne profilen er den mest fordelaktige ut fra termodynamiske aspekter.

Fortrengningsmaskiner hvor rotorene ved inntaks- og utløpsenden konstante gjenger ved henholdsvis er i hvert fall kjent (GB 2 227 057 B, EP 0 183 380 Bl) . Disse fortrengningsmaskinene er imidlertid ment for levering av væsker som kan inneholde oppløste gasser. Fordi væsker ikke kan komprimeres i særlig grad, må åpningene mellom rotorene og veggen i utløpsrommet være dimensjonert slik at væske under kompresjonen kan strømme gjennom åpningene tilbake til inntakssiden i henhold til trykkforskjellen. For at en rimelig pumpeaktivitet ikke desto mindre skal kunne oppnås, er det anordnet områder med konstante gjenger ved inntaksenden og utløpsenden. Disse områdene leverer væsken normalt uten kompresjon, ettersom ingen rimelig pumpeaktivitet ellers ville kunne oppnås på grunn av de nødvendige store åpningene det refereres til. Fordi disse pumpene ikke er av den generelle typen, og fordi problemene knyttet til pumping av væsker er helt annerledes enn i tilfelle av kompressible medier, kan fortrengningsmaskinene ifølge oppfinnelsen over-hodet ikke utledes fra disse pumpene. Så langt det kan ses, er rotorene fra de tidligere kjente fortrengningsmaskinene enkel tg j enge te. I f ortrengningsmaskinen ifølge oppfinnelsen er de skruef ormede rotorene dobbel tg j enget e for å kunne balanseres mer effektivt, noe som er absolutt nødvendig ved høye rotasjonshastigheter. I tillegg økes varmeavledningen på grunn av den bedre fordelte lekkasjestrømmen. Denne varmeavledningen er ikke et problem ved de tidligere kjente f ortrengningsmaskinene for væskelevering.

Gjengene ved inntaksenden og utløpsenden er med fordel konstante over minst en omdreining. For å komprimere gasser eller for å oppnå et godt undertrykk, er det spesielt en fordel dersom gjengene ved utløpsenden er konstante over minst to omdreininger. Dette medfører ikke bare bedre tetting og mindre tilbakestrømning, men også bedre avledning av kompresjonsvarmen. I en tørrgående vakuumpumpe vil ikke kompresjonsvarmen på grunn av reduksjon i volum og kompre-sj onsvarmen på grunn av inntrengning av utvendig luft ved utløpsenden inntreffe på samme sted, og kan derfor avledes mer effektivt.

Antall omdreininger med konstante gjenger avhenger av de ønskede driftsforholdene for pumpen.

Spesielt gunstig driftsforhold for fortrengningsmaskinen, særlig i vakuumområdet, oppnås om det sørges for at hver aksel drives av en separat elektrisk motor, der vinkelposisjonen til akslene bestemmes av resolvere, hvis signaler tjener til å synkronisere motorene elektronisk, og akslene har tannhjul som griper inn i hverandre og som har mindre vinkelklaring enn profillegemene. Rotorene drives derfor ikke av tannhjul, men av elektriske motorer helt uten fysisk kontakt, og formålet med tannhjulene er kun å unngå at de ømfintlige overflatene på rotorene kommer i kontakt og ødelegges dersom den elektroniske synkroniseringen ikke er tilstrekkelig. I stedet for vil tannhjulene komme i kontakt først, noe som ikke vil skape problemer, særlig dersom disse er utstyrt med passende overflater.

Dersom motorene utstyres med differensiell hastighets-regulering, vil pumpens pumpeegenskaper og pålitelighet bli ytterligere forbedret. Hvis f.eks. væske trenger inn i pumpen, vil begge rotorer påvirkes likt; differansen vil bare endres noe. På den andre siden, hvis styringen skulle utføres mot en bestemt verdi uavhengig av begge rotorene, ville svært store hastighetsendringer på begge rotorene være nødvendige dersom rotorene skulle plutselig bli retardert av inntrengende væske.

Trefasemotorer med permanentmagnetrotorer som drivkraft har vist seg særlig hensiktsmessige i drift.

Oppfinnelsen er beskrevet nedenfor med henvisninger til en fordelaktig utførelse og de vedlagte tegningene, der: Fig. 1 skjematisk viser konstruksjonen av en f or trengningsmaskin der oppfinnelsen kan brukes; og Fig. 2 viser profillegemer ifølge oppfinnelsen, som kan brukes sammen med fortrengningsmaskinen på figur 1. Som vist på fig. 1, er det festet prof illegemer 4 som griper inn i hverandre til to aksler 3 som er montert med lagre 2 i et pumpehus 1 satt sammen av et flertall deler. Profillegemene 4 suger mediet som skal pumpes inn i pumpe-rommet 5 fra toppen, gjennom en forbindelse 13, og presser mediet ut i bunnen gjennom åpninger som ikke er vist. Akslene 3 og profillegemene 4 er drevet av elektriske motorer 6, med en separat elektrisk motor 6 for hver aksling 3. To tannhjul 7 som griper inn i hverandre finnes nederst på hver aksel 3. Motorene 6 blir elektronisk synkronisert ved hjelp av resolvere 8. Ved ugunstige driftsforhold, og hvis den elektroniske synkroniseringen er utilstrekkelig, kommer tannhjulene 7 i kontakt først fordi de har en mindre vinkelklaring enn rotorene 4. Normalt kommer imidlertid ikke tannhjulene 7 i kontakt, noe som betyr at smøring av disse tannhjulene kan unngås.

Rotorer ifølge oppfinnelsen, der gjengene avtar fra topp (inntaksende) til bunn {ut løps ende) , er vist på fig. 2. I inntaksområdet har gjengene Si en konstant verdi for minst en omdreining. Det samme gjelder for gjengene S3ved utløpsenden, som også er konstante men klart mindre enn gjengene Sxved inntaksenden. I dette tilfellet strekker området med konstante gjenger S3seg fordelaktig over minst to omdreininger av rotorene 4. Mellom inntaksenden med gjenger Si og utløpsenden med gjenger S3forandrer gjengene S2seg kontinuerlig fra verdien Si til verdien S3.

Claims (6)

1. Fortrengningsmaskin for kompressible medier, spesielt en oljefri vakuumpumpe, som har minst to aksler (3) med rotorer (4) som er utformet som skrueformede profillegemer (4), med profiler som griper inn i hverandre på liknende måte som tannhjul under rotasjon, uten at profilene er i fysisk' kontakt relativt til hverandre, der gjengene på de skrueformede profillegemene avtar fra inntaket til utløpet,karakterisert vedat de skrueformede profillegemene (4) er av dobbeltgjenget type, og gjengene (Si, S3) ved inntaksenden og utløpsenden av de skrueformede profillegemene (4) er konstante, og imellom avtar gjengene (S2) kontinuerlig fra de større gjengene (Si) ved inntaksenden til de mindre gjengene (S3) ved utløpsenden.

2. Fortrengningsmaskin ifølge krav 1, der gjengene (Si, S3) ved inntaksenden og utløpsenden er konstante over minst én omdreining.

3. Fortrengningsmaskin ifølge krav 2, der gjengene (S3) ved utløpsenden er konstante over minst to omdreininger.

4. Fortrengningsmaskin ifølge et av kravene 1 til 3, der akslene (3) er drevet av hver sin separate elektriske motor (6), og vinkelposisjonen til akslene (3) bestemmes av resolvere (8) , hvis signaler tjener til å styre den elektroniske synkroniseringen av motorene (6), og at akslene (3) har tannhjul (7) som griper inn i hverandre og har mindre vinkelklaring enn profillegemene (4).

5. Fortrengningsmaskin ifølge et av kravene 1 til 4, der den har dif f erensiell regulering av motorenes (6) hastighet.

6. Fortrengningsmaskin ifølge et av kravene 1 til 5, der motorene (6) er trefasemotorer med permanentmagnetrotorer.