NO327505B1 - Eksenterskruepumpe tilpasset pumping av kompressible fluider - Google Patents

Abstract

Eksenterskruepumpe tilpasset pumping av kompressible fluider, omfattende en indre rotor (1) med et antall gjengestarter (Z) sammen med en tilpasset stator eller ytre rotor (2) som er forsynt med én gjengestart mer (Z+l), og hvor det er tildannet et antall prinsipielt lukkede pumpehulrom (6) som under fluidtransport forskyves fra pumpens innløpsside (A) og til pumpens utløpsside (B) der de blir til åpne utløpshulrom (6c) eksponert for fluidtrykket i en nedstrøms rørledning, og hvor det mellom utløpssiden (B) og det i forhold til utløpssiden (B) nærmest avgrensede prinsipielt lukkede pumpehulrom (6b) er anordnet minst én passasje for tilsiktet tilbakestrømning av fluid fra utløpssiden (B) i et avmålt og tilnærmet konstant omfang slik at trykket under antatte driftsbetingelser tilnærmet utlignes mellom utløpssiden og nevnte pumpehulrom innen pumpehulrommet helt åpnes mot utløpssiden (B).

Description

EKSENTERSKRUEPUMPE TILPASSET PUMPING AV KOMPRESSIBLE FLUIDER

Denne oppfinnelse vedrører en eksenterskruepumpe tilpasset pumping av kompressible fluider. Nærmere bestemt dreier det seg om en eksenterskruepumpe som er tilpasset pumping av kompressible fluider hvor eksenterskruepumpen har en indre rotor med et antall gjengestarter og hvor den indre rotor samvirker med en tilpasset stator eller ytre rotor som er forsynt med én gjengestart mer enn den indre rotor, og hvor det er tildannet et antall avgrensede pumpehulrom som under fluidtransport forskyves fra pumpens innløpsside og til pumpens utløpsside hvor hvert hulrom har en lengde tilsvarende stators eller den ytre rotors stigning. Det er mellom utløps-siden og det i forhold til utløpssiden nærmest avgrensede minst ene pumpehulrom anordnet minst én passasje for tilsiktet tilbakestrømning av fluid fra utløpssiden i et avmålt og tilnærmet konstant omfang og slik at trykket under antatte driftsbetingelser tilnærmet utlignes mellom utløpssiden og nevnte pumpehulrom innen pumpehulrommet helt åpnes mot ut-løpssiden og blir hva som i det følgende betegnes et ut-løpshulrom.

Oppfinnelsen angår en eksenterskruepumpe særlig for pumping av kompressible fluider som eksempelvis flerfasefluider be-stående av olje, vann og hydrokarbongasser.

Eksenterskruepumper, også kalt mono-pumper, PCP-pumper eller Moineau-pumper, er en type fortrengningspumper som er kommer-sielt tilgjengelige i en rekke utførelser for ulike anvendel-ser. Især er disse pumper populære for pumping av høyviskøse fluider. Typisk omfatter slike pumper en vanligvis metallisk skrueformet rotor (i det følgende kalt indre rotor) med Z antall parallelle gjenger (i det følgende kalt gjengeatarter), der Z er et hvilket som helst positivt heltall. Rotoren for-løper typisk inne i en sylinderformet stator med en kjerne av et elastisk materiale der et aksielt gjennomgående, spiralformet hulrom er utformet med (Z+l) innvendige gjengestarter. Stigningsforholdet mellom statoren og rotoren skal da være (Z+l)/Z der stigningen i dette dokumentet er definert som lengden mellom nærmeste gjengetopper fra samme gjengestart.

Når den geometriske utformingen av rotorens og statorens gjenger er i henhold til matematiske prinsipper nedskrevet av matematikeren Rene Joseph Louis Moineau i eksempelvis US patent 1,892,217, vil rotoren og statoren til sammen danne et antall prinsipielt lukkede hulrom ved at det i ethvert snitt loddrett på rotorskruens senterakse finnes minst ett fullstendig eller tilnærmet fullstendig kontaktpunkt mellom den indre rotor og statoren. Rotorens sentralakse vil tvinges av statoren til en eksentrisk posisjon i forhold til statorens sentralakse. For at rotoren skal kunne rotere om sin egen akse inne i statoren, vil også den eksentriske posisjon for rotorens akse samtidig måtte rotere om statorens senterakse, men i motsatt retning og med konstant senteravstand. Derfor er det i pumper av denne art vanligvis arrangert en mellomaksling med 2 universalledd mellom pumpens rotor og motoren som driver denne.

Pumpeeffekten oppnås ved at nevnte rotasjonsbevegelser bring-er de prinsipielt lukkede pumpehulrom mellom statorens indre og rotorens ytre overflater til å forskyves fra pumpens inn-løpsside mot pumpens utløpsside under transport av væske, gass, granulater etc. Betegnende nok har derfor disse pumpene i engelsk språkdrakt ofte blitt betegnet "PCP" eller "Pro-gressing Cavity Pump". Dette er etablert terminologi også i eksempelvis norsk oljeindustri.

Pumpens volumetriske virkningsgrad bestemmes hovedsakelig av i hvilken grad disse prinsipielt avgrensede pumpehulrom er utformet slik at de faktisk holder tett ved aktuelt turtall, pumpemedium og differansetrykk, eller om en viss tilbake-strømning oppstår fordi statorens indre vegger gir etter elastisk eller fordi statoren og rotoren er fabrikkert med en viss klaring mellom partene. For å øke volumetrisk virkningsgrad er eksenterskruepumper med elastisk stator oftest utformet med undermål i hulrommet slik at det oppstår en elastisk klempasning.

DE-dokument 3119568 beskriver en eksenterskruepumpe hvor pumpens elastiske stator er trykksatt utvendig ved hjelp av et fluid for å opprettholde et tilnærmet konstant trykk i det fluid som pumpes.

Lite kjent og knapt industrielt utbredt - men dog beskrevet allerede i nevnte US patent 1,892,217 - er utforminger av eksenterskruepumper der en part lik den som ovenfor er benevnt stator bringes til å rotere om sin egen akse og i samme retning som den innvendige rotor. I dette tilfelle kan parten med (Z+l) innvendige gjengestarter riktigere betegnes ytre rotor. Ved et bestemt hastighetsforhold mellom ytre rotor og indre rotor kan den indre rotor såvel som den ytre rotor monteres i fastholdte rotasjonslagre, forutsatt at rotasjonslag-rene for den indre rotor har riktig akselavstand eller ek-sentrisitet målt i forhold til sentralaksen for den ytre rotors lagre.

Begrensende for utbredelsen av slike tidlig beskrevne løs-ninger har trolig vært at den ytre rotor må utstyres med dy-namiske tetninger og rotasjonslagre, noe som helt unngås når en stator anvendes. På den annen side kan en mellomaksling og et universalledd prinsipielt unngås når statoren erstattes med en ytre rotor.

I US patent 5,407,337 er det beskrevet en eksenterskruepumpe (her kalt "helical gear fluid machine") hvor en ytre rotor har parallelle lagre fastholdt i et pumpehus, og hvor en eks-tern motor har en drivaksling som løper gjennom pumpehusets yttervegg i en fast posisjon parallelt med, men i tilpasset avstand fra den ytre rotors senterakse, og der motorens drivaksling gjennom en fleksibel kopling driver den indre rotor som utover nevnte kopling ikke har annen støtte enn veggene i den ytre rotors spiralformede hulrom, der materialet er forutsatt å være en elastomer.

I US patent 5,017,087 så vel som W099/22141 har oppfinner John Leisman Sneddon beskrevet utførelser av eksenterskruepumper hvor pumpens ytre rotor er omsluttet av og fast forbundet med rotoren i en elektromotor hvis statorviklinger er fast forbundet med pumpehuset. I disse utførelsene er også pumpens ytre og indre rotorer begge fast opplagret i det samme pumpehus, slik at pumpens ytre og indre rotorer fungerer sammen som et mekanisk gir som driver den indre rotor i riktig hastighet i forhold til den ytre rotor, som igjen er dre-vet av den nevnte elektromotor. Disse utførelser av eksenterskruepumper er også kjennetegnet ved at de prinsipielt lukkede pumpehulrom løper lineært gjennom pumpen fra pumpens innløpsside og til pumpens utløpsside, og at pumpen kan monteres direkte mellom to flenser på en rettlinjet rørledning og prinsipielt uavhengig av ytterligere fundamentering. Spesielt interessant vil et slikt lineært arrangement være dersom pumpen monteres inn i en fritt hengende vertikal under-vanns rørledning.

En slik lineær utførelse gjør også pumpen spesielt egnet til å takle såkalte slugs eller hurtigløpende pluggstrøm, idet hastighetsenergien snarere enn å tilføre store mekaniske på-kjenninger og et særlig korrosivt miljø i et tradisjonelt innløpskammer der væskestrømmen løper inn loddrett på pumpens gjennomløpsakse, i stedet løper lineært gjennom pumpen og faktisk bidrar til å tilføre pumpens rotorer et nyttbart ekstra dreiemoment.

I europeisk patentsøknad EP 1 418 336 Al er det beskrevet en eksenterskruepumpe med en rotor og en stator hvor pumpens stator også fungerer som stator i en elektromotor og der pumpens rotor også fungerer som elektromotorens rotor. Denne pumpen har det likhetstrekk med J.L.Sneddons patenter at den prinsipielt muliggjør montasje av pumpen direkte i en lineær rørledning. Men i dette og alle andre tilfeller der parten med (Z+l) innvendige gjenger er en stator i stedet for en ytre rotor, vil den indre rotors massesenter tilføres en ro-terende bevegelse med derav følgende svingende radialkrefter og kast i pumpen. De prinsipielt lukkede pumpehulrom vil hel-ler ikke bevege seg rettlinjet fra pumpens innløp og til pumpens utløp, men følge et nær spiralformet bevegelsesmønster.

De prinsipielt lukkede pumpehulrom i virksomme deler av en eksenterskruepumpe avgrenses generelt av utvendige og innvendige gjengeflater og av de linjer som dannes av reelle eller tilnærmede kontaktpunkter mellom en innvendig og en utvendig gjenge. Disse linjer skal i det følgende benevnes barrierer, og det skal skilles mellom langsgående barrierer og tversgående barrierer. Alle hulrommene har to langsgående tilnærmet skrueformede barrierer som dannes av i det minste tilnærmet kontakt mellom gjengenes sideflater, samt to tversgående barrierer der innvendige gjengebunner og utvendige gjengetopper møtes langs en tversgående krum linje. Tversgående betyr i denne sammenheng at barrierens bue løper i et plan perpendi-kulært på gjengenes lengdeakser. Når pumpen bringes til å rotere, flyttes langsgående og tversgående barrierer i ethvert slikt hulrom synkront mot utløpet inntil fremre, tversgående barriere nærmest utløpssiden bortfaller, og hulrommet relativt hurtig åpnes mot mediet på utløpssiden og blir et ut-løpshulrom.

Trykkoppbygningen gjennom en konvensjonell eksenterskruepumpe er avhengig av den kompresjon som skjer i prinsipielt lukkede pumpehulrom når disse gjennom utette barrierer mottar en lek-kas jestrøm fra utløpssiden som er større enn lekkasjestrømmen fra nevnte pumpehulrom videre mot innløpssiden. Når pumpemediet er en hovedsakelig inkompressibel væske, skal det svært liten lekkasjestrøm til før slik trykkoppbygning finner sted, og det er derfor mulig å kombinere høy, volumetrisk virkningsgrad med forholdsvis jevn trykkoppbygning gjennom pumpen.

Når derimot en konvensjonell eksenterskruepumpe anvendes til trykkøkning i mer kompressible medier, vil den tendere til å gi pulserende trykk og strømning på utløpssiden, med derav følgende vibrasjoner, støy, belastningstopper på rotasjonslagre og økt korrosjon i tilstøtende rørledning og pumpe. År-saken til dette er at det kompressible mediet i et prinsipielt lukket pumpehulrom av fast størrelse ikke mottar nok lekkasjestrøm gjennom barrierene til å kunne øke trykket til noe nær utløpstrykket innen den fremre tversgående barriere bortfaller. Straks fremre barriere åpnes vil det kompressible mediet ekspandere på utløpssiden og bevirke en kraftig, momentan tilbakestrømning av betydelige mengder pumpemedium til det nye utløpshulrom. En vil derfor enten måtte tillate en uønsket stor lekkasjestrøm og derav begrenset volumetrisk virkningsgrad, eller en må dimensjonere pumpen for å tåle nevnte vibrasjoner og eventuelt søke å stabilisere strømning-en nedstrøms fra pumpen gjennom installasjon av trykkstabili-satorer i form av akkumulatorer, reguleringsventiler eller lignende.

Dersom pumpemediet har en stabil, homogen sammensetning med fast kompressibilitet og driftsforholdene tilsier et stabilt differansetrykk, er det dog kjent å avhjelpe nevnte problem ved å utforme innvendige og utvendige skruer koniske slik at de prinsipielt avgrensede pumpehulrommene får redusert volum mot utløpssiden og pumpen virker som en kompressor. Dette er mulig å få til dersom innvendige og utvendige gjenger har gjensidig tilpasset konisitet. En slik konisk utforming av eksenterskruene vil imidlertid vise seg svært uheldig i an-vendelser der fluidet har varierende sammensetning og i perioder er tilnærmet inkompressibelt. I slike perioder vil mediet da tendere til å blokkere pumpens rotasjon.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste en av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående be-skrivelse og i etterfølgende patentkrav.

En eksenterskruepumpe i overensstemmelse med oppfinnelsen som er tilpasset pumping av kompressible fluider hvor eksenterskruepumpen har en indre rotor med et antall gjengestarter og hvor den indre rotor samvirker med en tilpasset stator eller ytre rotor som er forsynt med én gjengestart mer enn den indre rotor, og hvor det er tildannet et antall avgrensede pumpehulrom som under fluidtransport forskyves fra pumpens inn-løpsside og til pumpens utløpsside hvor hvert pumpehulrom har en lengde tilsvarende den ytre rotors stigning, kjennetegnes ved at det mellom utløpssiden og det i forhold til utløpssi-den nærmest avgrensede minst ene pumpehulrom er anordnet minst én passasje for tilsiktet tilbakestrømning av fluidum fra utløpssiden i et avmålt og tilnærmet konstant omfang og slik at trykket under antatte driftsbetingelser tilnærmet utlignes mellom utløpssiden og nevnte pumpehulrom innen pumpehulrommet helt åpnes mot utløpssiden.

Det er fordelaktig at den tilsiktede tilbakestrømning kun når det ene pumpehulrom som er nærmest utløpssiden, slik at alle de øvrige pumpehulrom bidrar usvekket til pumpens volumetriske virkningsgrad og nødvendig trykkoppbygning. Dette oppnås ved at den anordnede passasje strekker seg oppstrøms i aksial retning kun til en avstand fra utløpet av pumpens aktive, skrueformede deler svarende til avstanden mellom to nærmest hverandre beliggende tversgående barrierer. Denne avstanden er generelt SI/Z, der Z er antallet gjengestarter for indre rotor og SI er korteste avstand mellom 2 gjengetopper på den indre rotor tilhørende samme gjengestart.

I en fordelaktig utførelsesform er den anordnede passasje oppnådd ved økt klaring mellom indre rotors ytre gjengeoverflate og ytre rotors indre gjengeoverflate over lengden SI/Z nærmest utløpet av skruen. Klaringen kan oppnås enten ved å redusere indre rotors tverrsnitt, ved å utvide ytre rotors hulromstverrsnitt eller ved å gjøre begge deler samtidig i tilpasset omfang.

Klaringen mellom den indre rotor og den ytre rotor kan være utvidet i varierende grad over den aktuelle lengde som fortrinnsvis er lik eller noe mindre enn SI/Z, men som også kan være lenger enn dette dersom pumpen har et betydelig antall avgrensede hulrom.

Ved at det ene pumpehulrom som til enhver tid befinner seg nærmest pumpens utløpsside tillates å få en vesentlig større lekkasjestrøm enn alle andre pumpehulrom, slik at differansetrykket mellom utløpssiden og dette pumpehulrommet er tilnærmet utjevnet innen det plutselig åpner seg helt mot utløpssi-den, stabiliseres utløpstrykk og utløpsstrømning tross væskens kompressibilitet, uten vesentlig å nedsette pumpens totale effektivitet. Det er da forutsatt at det gjenstår flere pumpehulrom som er uberørt av den anordnede passasje.

Ved at ett pumpehulrom utføres delvis åpent, vil tilbake-strømningen fordeles vesentlig jevnere over tid og utløps-trykk så vel som netto pumpestrøm vil pulsere med vesentlig reduserte amplituder i forhold til en konvensjonell løsning. Dersom mer enn ett pumpehulrom var delvis åpent med forholdsvis store klaringer ville det ikke oppnås bedre trykkutjevning, fordi vesentlige trykkpulser kun oppstår når en tversgående barriere plutselig bortfaller ved utløpssiden. Allerede ved delvis åpning av kun ett prinsipielt lukket hulrom vil en slik plutselig åpning av en tversgående barriere aldri lenger skje, fordi det ene hulrommet med svekket barriere alltid vil være det riktige. Derfor vil den anordnede passasje i et område begrenset som beskrevet ovenfor bare i liten grad endre pumpens totale kapasitet forutsatt at pumpen har et betydelig antall prinsipielt lukkede hulrom. Ved å for-lenge pumpen en lengde SI/Z vil yteevnen i det minste fullt gjenvinnes.

Ved en konvensjonell eksenterskrue som omfatter en elastomer stator vil maksimalt differansetrykk mellom to hulrom ha en praktisk begrensning ved ca. seks bar eller kanskje maksimalt ti bar. For å holde store differansetrykk må pumpen da være svært lang med mange lukkede hulrom, men trykkpulsene vil be-grenses av elastisiteten i statoren som tenderer til å åpne alle barrierer med differansetrykk over ca. seks bar. Hvis derimot den elastiske stator erstattes av en metallisk eller keramisk stator eller ytre rotor kan selv en vesentlig kortere pumpe gis større kapasitet. Behovet for strømningsutjev-ning som beskrevet i foreliggende patentsøknad vil øke, men til tross for at pumpen må "forlenges" svarende til lengden av de økte klaringer, kan pumpen utføres vesentlig kortere og mer kompakt enn hittil kjente utførelser med elastisk stator, især dersom væskefasen i en eventuell flerfase strøm har forholdsvis høy viskositet eller turtallet økes og stator erstattes av en ytre rotor. Oppfinnelsen er likevel ikke begrenset til anvendelse i eksenterskruepumper med metallisk ytre rotor, men kan i og for seg også benyttes i ellers mer konvensjonelle løsninger med mellomaksling og elastisk stator. Det kan også tenkes benyttet metallisk eller keramisk materiale i en pumpe med fastholdt stator uten at dette ligger utenfor oppfinnelsens beskyttelsesomfang.

Dersom det anvendes en eksenterskruepumpe med en indre og en ytre rotor der den ene rotoren driver den andre som i eksempelvis patentene US 5,017,087 eller US 5,407,337, vil det kunne være ønskelig å bevare muligheten for drivende kontakt mellom den indre og den ytre rotors skruevinger over prinsipielt hele lengden av skruene. I dette tilfellet kan en nøye seg med å utvide klaringen mellom gjengetopp og gjengebunn slik at kun den tversgående barriere svekkes, eller en kan utvide klaringen kun på den gjengeflanke som ikke har drivende kontakt.

Det finnes flere andre måter å anordne tilmålte passasjer for tilbakestrømning til det fremste pumpehulrom enn det som hittil er beskrevet. Et eksempel vil være å utforme den indre rotor og/eller den ytre rotor, eventuelt stator, med aksiale boringer fra utløpssiden og åpne disse boringer mot pumpehulrommet i en avstand £ s/Z fra skruens utløp. I dette tilfellet kan en også tenke seg å bygge inn ventiler i boringene som på i og for seg kjent måte sikrer tilnærmet konstant lek-kas jestrøm uavhengig av differansetrykk mellom utløpsside og det delvis åpne pumpehulrommet.

Det kan også tenkes å utforme spor i rotoren eller statoren over lengden minst s/Z. Disse spor kan eksempelvis - men ikke begrensende - være spiralformede og plassert på alle gjengetopper eller gjengebunner med samme stigning som gjengen. De vil da kun svekke fremre, tversgående barriere, men ved å utforme sporene med nøye tilmålt og variabel dybde økende mot utløpet kan sporene optimaliseres slik at trykkutjevningen blir mest mulig effektiv.

Selv om det er et vesentlig trekk ved oppfinnelsen at det er optimalt å la kun ett pumpehulrom utformes delvis åpent og at det anses dokumentert at det ikke oppnås bedre effekt ved å delvis åpne eksempelvis to pumpehulrom, vil det være innenfor oppfinnelsens omfang å utforme pumpen med to eller flere prinsipielt delvis åpne pumpehulrom i en pumpe der selv dette er en lite vesentlig andel av det totale antall pumpehulrom. Det er dette som skal forstås med eksempelvis formuleringene "fortrinnsvis lik eller mindre enn SI/Z" og "fortrinnsvis kun det nærmeste pumpehulrom".

Oppfinnelsen i henhold til søknaden tilveiebringer en eksenterskruepumpe for kompressible medier, eksempelvis multifase medier, hvor svingninger i utløpstrykk og utløpsstrømning er vesentlig redusert uansett væskens kompressibilitet, og tilnærmet eliminert under de driftsbetingelser som er mest vekt-lagt i designunderlaget. Dette oppnås uten vesentlig å nedsette pumpens totale effektivitet. Eksterne tilleggsinstalla-sjoner for trykkutjevning kan derved helt eller delvis unngås.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegning-er, hvor: Fig. 1 viser skjematisk og perspektivisk to pumpedeler i en pumpe ifølge kjent teknikk; Fig. 2 viser skjematisk og perspektivisk en indre rotor i pumpen i fig. 1; Fig. 3 viser et enderiss av de to pumpedeler i fig. 1; Fig. 4 viser et snitt A-A i fig. 3; Fig. 5 viser et snitt B-B i fig. 3; Fig. 6 viser et snitt D-D i fig. 3; Fig. 7 viser et snitt E-E i fig. 3; Fig. 8 viser et aksialsnitt av to pumpedeler ifølge oppfinnelsen; Fig. 9 viser et snitt F-F i fig. 8; Fig. 10 viser et snitt G-G i fig. 8; Fig. 11 viser et enderiss av de to pumpedeler i en alterna-tiv utførelsesform; Fig. 12 viser et snitt H-H i fig. 11; Fig. 13 viser et snitt I-l i fig. 12; Fig. 14 viser et snitt J-J i fig. 12;

Fig. 15 viser et snitt K-K i fig. 12; og

Fig. 16 viser et snitt L-L i fig. 12;

På tegningene betegner henvisningstallet P en eksenterpumpes aktive komponenter som omfatter en indre rotor 1 og en stator eller ytre rotor 2. Antall gjengestarter for indre rotor er generelt betegnet Z, som forutsatt overholdelse av det som i bransjen er kjent som Moineau's geometriske prinsipper kan være et hvilket som helst positivt heltall. I alle figurenes eksempler er imidlertid Z lik én.

I fig. 1 er de aktive komponenter P i en eksenterskruepumpe ifølge kjent teknikk vist transparent og sterkt forenklet, idet en ytre stator eller rotor 2 i denne utførelse er tildelt (Z+l)=2 gjengestarter, mens den indre rotor 1 er forsynt med Z=l gjengestarter. I fig. 1 er skjulte linjer vist stip-let. Akseltapper 3a, 3b for den indre rotor 1, som er kon-sentriske med den utvendige gjenges senterakse 4, se for eksempel fig. 4, er arrangert parallelt med, men i en fast eksenteravstand i forhold til den ytre rotors eller stators 2 senterakse 5. Dersom den indre rotor 1 er montert i en stator 2, er tappen 3a typisk koplet til pumpens ikke viste motor ved hjelp av et ikke vist universalledd og en ikke vist mellomaksling. Tilnærmet parallellitet mellom rotorens 1 senterakse 4 og statorens 2 senterakse 5 følger naturlig av rotorens 1 ytre gjenges 1' og statorens 2 innvendige gjenges 2' geometri og av de relativt trange pasninger mellom rotoren 1 og statoren 2.

Sammen avgrenser den indre rotor 1 og den ytre rotor eller stator 2 et antall prinsipielt lukkede pumpehulrom Cl, C2 samt et antall (Z+l) innløpshulrom Al, A2 hvor innløpshulrom-mene Al, A2 er åpne mot pumpens innløpsside A, og et antall (Z+l) utløpshulrom Bl, B2 som er helt åpne mot pumpens ut-løpsside B.

De prinsipielt lukkede pumpehulrom Cl har alle en lengde svarende til ytre rotors gjengestigning SO. Pumpehulrommet Cl avgrenses eksempelvis av en fjerde, tversgående barriere 73 og en andre, tversgående barriere 71 samt langsgående barrierepartier 83b, 82a og 83a, 82b. Barrierene, for eksempel barrierene 70, 71, 72, 73, og barrierepartiene 80a, 80b, 81a, 81b, 82a, 82b, 83a, 83b, 84a og 84b er i fig. 1 vist med strek-dobbelprikkede linjer. Sett fra hulrommet Cl utgjør barrierepartiene 83a og 82b én sammenhengende, langsgående barriere mens barrierepartiene 83b og 82a utgjør den andre av til sammen to langsgående barrierer.

I det åpne hulrom B2 møter fluidumtrykket fra pumpens P ut-løpsside B en tversgående, første barriere 70 og de langsgående barrierepartier 80a og 80b. Hulrommet Bl har en lengre utbredelse, idet det strekker seg til den andre tversgående barriere 71. Fig. 2 viser tydeligere samme indre rotor 1 som i fig 1, slik at en kan se at i dette tilfellet har den indre rotor 1 antallet Z=l gjengestarter og en lengde svarende til fire gjengestigninger SI for rotorens 1 utvendige gjenge 1'. Statoren eller den ytre rotor 2 skal derfor ha (Z+l)=2 gjengestarter som tidligere beskrevet, hvor stigningen SO for hver gjengetopp 1" er (Z+l)/Z =2 ganger stigning av den indre rotor 1, og statoren eller den ytre rotor 2 skal ha samme ef-fektive lengde som den indre rotor 1. Fig. 3 viser de aktive komponenter P av en konvensjonell eksenterskruepumpe sett fra utløpssiden B med den indre rotor 1 og statoren eller den ytre rotor 2, hvor den indre rotor 1 er forsynt med en akseltapp 3b. Den indre rotors 1 gjenge 1' har senteraksen 4, mens den ytre rotors eller stators 2 gjenge 2' har senteraksen 5. De åpne utløpshulrom Bl, B2 har én tversgående barriere hver, henholdsvis 71 og 70, se fig. 1.

I fig. 4 som viser et tverrsnitt A-A i fig 3, er flere pumpehulrom Cl, C2 prinsipielt lukket, mens innløpshulrom A2 foran papirplanet, se fig 1, er åpent mot innløpssiden A ved at en tversgående barriere mot innløpssiden ikke er tilstede. Ut-løpshulrommet Bl er som nevnt åpent mot utløpssiden B og avgrenses oppstrøms av andre tversgående barriere 71. Utløps-hulrommet B2 er skjult bak indre rotor 1, men avgrenses oppstrøms av tversgående barriere 70. Det planet vertikalt på gjengeaksene som på utløpssiden avgrenser pumpens aktive deler definert som det parti som er utformet med indre og ytre gjenger etter Moineau-prinsippet, skal generelt betegnes U, se fig. 4, 8 og 12.

I figurene 5-7 vises snittene C, D og E på fig 4. Betegnelse-ne er de samme som i fig 1. Fig 6 illustrerer eksempelvis hvordan de langsgående barrierepartier 81a og 81b dannes og hvordan de avgrenser pumpehulrom C2 så vel som utløpshulrom Bl. På grunn av barrierene kan utløpshulrom Bl holde vesentlig høyere fluidumtrykk enn pumpehulrom C2.

I det etterfølgende beskrives en eksenterskruepumpe mer generelt, idet pumper av denne art kan være utformet med flere gjengestarter. Selv om de beskrevne utførelseseksempler er illustrert med eksenterskruepumper hvor den indre rotor 1 er forsynt med en gjengestart, er beskrivelsen gyldig også for eksenterskruepumper hvor den indre rotor 1 har mer enn en gjengestart som i og for seg vist i patenter det henvises til i omtalen av teknikkens stand.

I den følgende generelle del er noen av betegnelsen ulike dem som er anvendt i fig. 1-7 for å tilkjennegi at det her dreier seg om en generell gyldighet.

I fig. 8 vises et langsgående tverrsnitt av en eksenterskrue-pumpes aktive komponenter P i henhold til den foreliggende oppfinnelse, hvor den indre rotor 1 er tildelt et parti med redusert tverrsnitt la som her ideelt løper nedstrøms fra posisjon 9a i avstand SI/Z fra utløpet U for det aktive pumpe-parti. De prinsipielt lukkede pumpehulrom er generelt betegnet 6 mens innløpshulrommene er betegnet 6a, pumpehulrommene som er utformet for å motta tilsiktet tilbakestrømning av væske i avmålte mengder i henhold til oppfinnelsen er betegnet 6b og utløpshulrommene er betegnet 6c.

Fig. 9 viser et tverrsnitt F-F i fig. 8, hvor den indre rotor 1 har prinsipielt samme tverrsnitt som normalt for tilsvarende, konvensjonelle eksenterskruepumper. De langsgående barrierepartier 81a og 81b atskiller her utløpshulrommet 6c fra

pumpehulrommet 6b anordnet for å motta tilsiktet tilbake-strømning, men de tilpassede passasjer for tilbakestrømningen strekker seg ikke oppstrøms så langt som til dette tverrsnittet. Likevel vil trykkforskjellen mellom utløpshulrom 6c og pumpehulrom 6b innta en lavere verdi enn trykkforskjellen mellom 6b og nærmeste prinsipielt lukkede pumpehulrom 6. Fig. 10 viser et tverrsnitt G-G fra fig. 8, gjennom det parti la av den indre rotor 1 som har redusert tverrsnitt og der derfor de langsgående barrierer, her betegnet 8a, har økt klaring tilpasset passasje for avmålte mengder tilbakestrøm-ning fra utløpshulrom 6c til pumpehulrom 6b. Siden det reduserte tverrsnittet i fig. 8 kun strekker seg over lengden SI/Z, vil det kun finnes ett hulrom av typen 6b som mottar tilsiktet tilbakestrømning. Dette gjelder uansett verdien av heltallet Z. Fig. 11 viser sett fra utløpssiden B de aktive komponenter P av samme eksenterskruepumpe i henhold til oppfinnelsen som på figurene 8-10, der det er forutsatt at 2 er en ytre rotor som her har rotert 90<*> i forhold til posisjonen på fig. 8 og der indre rotor har rotert (Z+D/Z x 90" = 180". Den tversgående, første barriere 7a nærmest utløpssiden B har nå nådd ytter-kanten U av de aktive, skrueformede pumpedeler. Den tversgående barriere 7a virker sammen med de langsgående barrierer 8a som passasjer for den tilsiktede tilbakestrømning. Mens pumpens indre rotor har rotert 180" har lengden av de langsgående barrierer 8a, og derved arealet av de anordnede passasjer mellom utløpskammer 6c og pumpekammer 6b, gradvis økt samtidig som trykkforskjellen har avtatt, slik at den tilsiktede tilbakestrømning har vært tilnærmet konstant. I den viste posisjonen, straks før fremre barriere 7a bortfaller, fo-rutsettes gjenværende trykkforskjell mellom utløpssiden B og pumpehulrom 6b å være utliknet i tilstrekkelig grad til at det i neste øyeblikk ikke vil oppstå en momentan tilbake-strømningsimpuls av betydning.

Fig. 12 viser et aksialsnitt av en annen utførelse av en eksenterskruepumpe i hht. oppfinnelsen, der den innvendige gjenge 2' på den ytre rotor 2 er gitt utvidet tverrsnitt ned-strøms i et område benevnt 2a' fra en posisjon 9b, samtidig som den utvendige gjenge 1' på den indre rotor 1 er gitt redusert tverrsnitt i et område benevnt la' fra tilnærmet samme posisjon 9a i avstand om lag SI/Z fra utløpesplanet U på pumpens aktive deler P.

I fig. 13-16 er det vist ulike snitt av pumpen i fig. 12, som viser fordelingen mellom prinsipielt lukkede pumpehulrom 6, pumpehulrom med tilsiktet tilbakestrømning 6b og åpne ut-løpshulrom 6c. Samtidig illustreres prinsipielt lukkede barrierer 7, 8, og barrierer 7b, 8b med tilsiktet, utvidet klaring.

Claims (10)

1. Eksenterskruepumpe tilpasset pumping av kompressible fluider, omfattende en indre rotor (1) med et antall gjengestarter (Z) sammen med en tilpasset stator eller ytre rotor (2) som er forsynt med én gjengestart mer (Z+l), og hvor det er tildannet et antall prinsipielt lukkede pumpehulrom (6) som under fluidtransport forskyves fra pumpens innløpsside (A) og til pumpens utløpsside (B)' der de blir til åpne utløpshulrom (6c) eksponert for fluidtrykket i en nedstrøms rørledning, karakterisert ved at det mellom utløpssiden (B) og det i forhold til utløpssiden (B) nærmest avgrensede prinsipielt lukkede pumpehulrom (6b) er anordnet minst én passasje for tilsiktet tilbakestrømning av fluid fra utløpssiden (B) i et avmålt og tilnærmet konstant omfang slik at trykket under antatte driftsbetingelser tilnærmet utlignes mellom utløpssiden og nevnte pumpehulrom innen pumpehulrommet helt åpnes mot utløpssiden (B).

2. Anordning i henhold krav 1, karakterisert ved at det mellom den indre rotor (1) og statoren eller den ytre rotor (2) finnes en vesentlig utvidet klaring i et område nærmest utløpsplanet (U) til pumpens aktive, skrueformede deler (P), og at området med utvidet klaring har en utbredelse motstrøms i aksial retning fortrinnsvis lik eller mindre enn Sl/Z, der Z er antallet gjengestarter for den indre rotor (1) og SI er korteste avstand mellom to gjengetopper (1") tilhørende samme gjengestart på indre rotor.

3. Anordning i henhold krav 1, karakterisert ved at nevnte, utvidede klaring oppnås ved redusert tverrsnitt av den indre rotor (1) over lengden SI/Z nærmest utløpsplanet (U) av skruens aktive deler.

4. Anordning i henhold til et eller flere av kravene 1-2, karakterisert ved at stator eventuelt ytre rotor (2), har et utvidet hulromstverrsnitt over lengden SI/Z nærmest utløpsplanet (U) av skruens aktive deler.

5. Anordning i henhold til krav 4, der parten med innvendige gjenger (2') er en ytre rotor (2) og ytre rotor (2) og indre rotor (1) har drivende kontakt med hverandre, karakterisert ved at utvidelsen av ytre rotors (2) hulromstverrsnitt kun er utført på de innvendige gjengebunnene, slik at kun tversgående barriere (7b) påvirkes og slik at drivende kontakt muliggjøres mellom indre rotor (1) og ytre rotor (2) over hele rotorenes (1, 2) lengde.

6. Anordning i henhold et eller flere av kravene 2-5, karakterisert ved at klaringen mellom den indre rotor (1) og ytre rotor (2) er utvidet i varierende grad over den aktuelle lengde som fortrinnsvis er større eller lik med SI/Z, men som også kan være lenger enn dette dersom pumpen har et betydelig antall avgrensede hulrom.

7. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at passasjen mellom utløpssiden (B) og fortrinnsvis kun det nærmeste avgrensede pumpehulrom omfatter spor eller hull i minst en av statoren eller den ytre rotor (2) og den indre rotor (1).

8. Anordning i henhold til krav 7, karakterisert ved at det i nevnte hull finnes en trykk-kompensert strømnings-reguleringsventil.

9. Anordning i henhold til krav 7, karakterisert ved at nevnte passasje er et spiralformet spor som følger alle gjengetopper (1") og/eller gjengebunner over en lengde fortrinnsvis tilnærmet lik SI/Z, og har økende tverrsnitt mot utløpssiden (B) slik at en første tverr-gående barriere (70) svekkes i økende grad etter hvert som differansetrykket avtar mot utløpet av skruen (1).

10. Anordning i henhold til et eller flere av foregående krav, karakterisert ved at oppnåelig differansetrykk over hele pumpen minst opprettholdes ved at pumpens aktive skrueformede deler (1, 2) forlenges med lengden SI/Z.