NO329714B1 - Ytre rotor i eksenterskruepumpe med en indre og en ytre rotor - Google Patents

Description

YTRE ROTOR I EKSENTERSKRUEPUMPE MED EN INDRE OG EN YTRE ROTOR

Denne oppfinnelsen vedrører en eksenterskruepumpe med en indre og ytre rotor beregnet for relativt høye turtall og store løftehøyder og med små vibrasjoner. Oppfinnelsen anvi-ser en mulig standardisering med noen få versjoner av pumpens hovedelementer og et antall utskiftbare rotorelementer med standardisert grensesnitt, men med utvendige og/eller innvendige skrueformede tverrsnitt tilpasset karakteristisk viskositet, gassvolumprosent, løftehøyde og kjemisk sammensetning av pumpemediet i den til enhver tid mest aktuelle applikasjon. Av oppfinnelsen framgår også en måte å begrense nødven-dig indre diameter på ytre rotors dynamiske tetninger og lagre .

Eksenterskruepumper, også kalt mono-pumper, PCP-pumper eller Moineau-pumper, er en type fortrengningspumper kommersielt tilgjengelige i en rekke utførelser for ulike anvendelser. Især er disse pumpene populære for pumping av høyviskøse medier. Typisk omfatter slike pumper en vanligvis metallisk, skrueformet rotor (i det følgende kalt indre rotor) med Z antall parallelle gjenger (i det følgende kalt gjengestarter), der Z er et hvilket som helst positivt heltall. Rotoren løper typisk inne i en sylinderformet stator med en kjerne av elastisk materiale der et aksielt gjennomgående hulrom er utformet med (Z+1) innvendige gjengestarter. Stigningsforholdet mellom stator og rotor skal da være (Z+1)/Z der stigningen 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 atskilte hulrom eller kaviteter ved at det i ethvert snitt loddrett på rotorskruens senterakse finnes minst ett fullstendig eller tilnærmet kontaktpunkt mellom indre rotor og stator. Rotorens sentralakse vil av statoren påtvinges en eksentrisk posisjon i forhold til statorens sentralakse. For at rotoren skal kunne rotere om sin egen akse inne i en stator, vil også den eksentriske posisjonen 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 pumpen.

Pumpeeffekten oppnås ved at nevnte rotasjonsbevegelser bring-er de prinsipielt atskilte hulrom mellom statorens indre og rotorens ytre overflater til å bevege seg fra pumpens inn-løpsside mot pumpens utløpsside under transport av væske, gass, granulater etc.. Betegnende nok har derfor disse pumper internasjonalt ofte blitt betegnet "PCP" som i engelsk språk-drakt står for "Progressing Cavity Pump". Dette er etablert terminologi også i eksempelvis norsk oljeindustri.

Pumpens volumetriske virkningsgrad bestemmes hovedsakelig av i hvilken grad disse prinsipielt atskilte hulrom er utformet slik at de faktisk tetter mot hverandre 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 innbyrdes klaring. For å øke den volumetriske virknings-graden er eksenterskruepumper med elastisk stator ofte kon-struert med et undermål i hulrommet slik at det oppstår en elastisk klempasning.

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 be-nevnt stator bringes til å rotere om sin egen akse i samme retning som den innvendige rotor. I dette tilfellet kan parten med (Z+1) innvendige gjengestarter riktigere betegnes ytre rotor. Samtidig blir det da naturlig å bruke betegnelsen indre rotor om parten som svarer til den vanligere rotoren med utvendig skrue og Z gjengestarter. Ved et bestemt hastighetsforhold mellom den ytre rotor og den indre rotor kan den indre rotor så vel som den ytre rotor monteres i fastholdte rotasjonslagre, forutsatt at rotasjonslagrene for den indre rotor har riktig akselavstand eller eksentrisitet målt i forhold til sentralaksen for den ytre rotors lagre.

Begrensende for utbredelsen av slike tidlig beskrevne løs-ninger har trolig vært at en ytre rotor må utstyres med dynamiske tetninger og rotasjonslagre, noe som helt unngås når en stator benyttes. Det er også trolig at den potensielle tur-tallsøkning og derav følgende kapasitetsøkning som mulig-gjøres ved at begge rotorers massesenter blir liggende nær rotasjonsaksene, har vært oversett eller undervurdert. Mellomaksling og universalledd kan dessuten prinsipielt unngås når stator erstattes med en ytre rotor.

I US patent 5,407,337 er det beskrevet en Moineau-pumpe (her kalt "helical gear fluid machine") der en ytre rotor er fast lagret i et pumpehus, der en ekstern motor har en fast akse som løper gjennom pumpehusets yttervegg parallelt med den ytre rotors akse i en fast eksentrisk posisjon i forhold til denne, og der motorens akse gjennom en fleksibel kopling driver den indre rotor som utover nevnte kopling ikke har annen støtte enn veggene i den ytre rotors spiralformede hulrom, hvor materialet er forutsatt å være en elastomer. I dette tilfellet drives rotasjonen til den ytre rotor utelukkende av bevegelser og krefter i det indre hulroms kontaktflater mot den indre rotor. En ulempe ved denne løsning er at dersom det er betydelig klaring eller elastisk nedbøyning av kontaktflaten, vil den indre eller den ytre rotor forskyves mer eller mindre bort fra sin ideelle, relative posisjon. Videre vil den drivende kontaktflaten mellom den indre og den ytre rotor ved økende belastning flyttes stadig nærmere motoren og der-ved tvinge den indre rotor mer og mer ut av parallellitet i forhold til den ytre rotors akse, slik at den indre rotor over den ytre rotors lengde vil få kontakt med den ytre rotor på diametralt motstående sider med derav følgende friksjons-tap, slitasje på rotorer og motorkopling samt mulig tilløp til fastkiling. Det kan også forventes vibrasjoner, ujevn gange og redusert virkningsgrad.

I US patent 5,017,087 såvel som W099/22141 har oppfinner John Leisman Sneddon vist utførelser av Moineau-pumper der pumpens ytre rotor er omsluttet av og fast forbundet med rotoren i en elektromotor hvis statorviklinger er fast forbundet med pum-pehuset. I disse utførelsene er pumpens ytre og indre rotorer begge fast, radielt opplagret i begge ender i det samme pum-pehuset, 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 drevet av den nevnte elektromotor. Også i dette tilfellet kan det oppstå tilløp til fastkiling mellom den indre og den ytre rotor, især dersom faste, harde partikler forsøker å kile seg mellom den indre og den ytre rotor der disse har sin drivende kontaktflate. En ulempe ved en indre rotor fast opplagret i begge ender er dessuten at dersom pumpemediet er av en art som må atskilles fra kontakt med lagrene, vil det i begge ender behøves uavhengige, dynamiske tetninger for den indre så vel som for den ytre rotor, siden disse ikke har felles rota-sjonsakse .

I US patent 4,482,305 er det vist en pumpe, strømningsmåler eller liknende etter PCP-prinsippet med en indre og en ytre rotor. Her benyttes et tannhjulsgir utenom pumperotorene som sikrer stabil, riktig relativ rotasjonshastighet mellom den indre og den ytre rotor, uavhengig av innvendige kontaktflater mellom disse. Dette sikrer jevnere gange, særlig ved store trykkforskjeller og/eller romslige klaringer, noe som kan være nødvendig for å oppnå gradvis trykkøkning ved pumping av kompressible medier. Også her forutsettes imidlertid dynamiske tetninger og radiallagre i begge ender av den indre rotor. Den dynamiske tetning for den ytre rotor kompliseres også av at diameteren på tetningsflaten må være stor nok for å tillate innvendig passasje for så vel pumpemediet som for lager-akslingen på forlengelsen av den indre rotors aktive, skrueformede del.

I norsk patentsøknad nr 20074591 er anvist en måte å stabilisere strømningsmengde og utløpstrykk i en eksenterskruepumpe med en innvendig og en utvendig rotor beregnet for pumping av kompressible medier. I henhold til dette dokumentet kan til-løp til plutselige, sykliske tilbakeslag av pumpemedium som følge av kompresjon under tilpasning til utløpstrykket be-grenses effektivt ved å la det avgrensede pumpehulrom som til enhver tid befinner seg nærmest utløpssiden, tillates å få en vesentlig større, kontinuerlig lekkasjestrøm enn de andre pumpehulrommene. For å bli mest mulig effektiv må denne lek-kas jestrømmen planlegges og bygges inn i konstruksjonen for ytre- og/eller indre rotor i hvert enkelt tilfelle. Dokumentet angir ikke en måte å begrense kostnadene ved denne tilpasningen gjennom eksempelvis å la den påvirke så få og så rimelige parter som mulig.

I de fleste kjente utførelser av eksenterskruepumper med indre og ytre rotor kreves, med mindre pumpemediet er av en art som kan tillates å trenge inn i den ytre rotors lagre eller endog fungere som aktiv bestanddel i hydrodynamiske lagre, en stor diameter på den ytre rotors dynamiske tetninger med derav følgende forholdsvis stor lekkasje, friksjonsmoment og hy-drostatiske aksialkrefter på ytre rotors lagre. En årsak til den store tetningsdiameteren er at tetningen vanligvis omslutter hele det skrueformede hulrommet med Z+1 gjengestarter og at dette tverrsnittet ikke kan minskes mot tetningen dersom den indre rotor skal kunne installeres fra samme side som tetningen og dersom den ytre rotor utføres i ett stykke. Det blir ved denne typiske utførelsen også et ugunstig strøm-ningsbilde ved inn- og utløp av pumpemedium fordi mediet mø-ter den ytre rotors plane endeflate som en hindring vertikalt på strømningsretningen.

US-patentene 3499389 og 4592427 viser PCP-pumper som er for-synt med et endestykke som har en gradvis mindre diameter.

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.

Oppfinnelsen tilveiebringer således en ytre rotor som er utformet slik at diameteren på dynamiske tetninger og lagre kan minskes, strømningsoverganger utjevnes, applikasjonstilpas-ninger forenkles og slitasjedeler byttes enklere og rimelige-re. Oppfinnelsen muliggjør også en forholdsvis enkel, rask og rimelig testing av alternative tilpasninger mellom indre og ytre rotor slik at blant annet trykkoppbygning fra trinn til trinn ved aktuell gassvolumprosent og viskositet kan optima-liseres for en spesifikk applikasjon.

Dette er oppnådd ved at en ytre rotor sammensettes av en stiv rotorhylse tilpasset den ytre rotors dreielagre i begge ender, at hylsen tett omslutter et antall utskiftbare, konsentriske og på hverandre i aksiell retning tett tilsluttende rotorinnsatser, at hylsen i minst en ende har et løsbart endestykke, at dette endestykket er tilpasset for å fastholde aksiell posisjon av alternative sett med rotorinnsatser, at hylsen og/eller dennes endestykke(r) i hver sin ende har gjennomløpende hulrom som danner en overgang mellom runde tverrsnitt nærmest innløps- eller utløpssiden og i hovedsak vingeformede tverrsnitt med Z+1 vinger svarende til og nærmest grensende mot det skrueformede hulrom med Z+1 gjengestarter som gjennomløper hver rotorinnsats.

En ytre rotor i en eksenterskruepumpe omfattende minst én indre skrueformet rotor med Z utvendige gjengestarter og minst én tilpasset ytre rotor med et skrueformet hulrom med Z+1 innvendige gjengestarter kan kjennetegnes ved at minst en ytre rotor er sammensatt av flere aksialt tett på hverandre følgende konsentriske rotorinnsatser med skrueformet hulrom og Z+1 innvendige gjengestarter, hvor hver rotorinnsats er tett omsluttet av og konsentrisk fiksert i en felles stiv rotorhylse, og hvor det til rotorhylsen er løsbart forbundet minst ett demonterbart endestykke med et hovedsakelig konsentrisk, aksialt gjennomløpende hulrom, og at endestykkets eller endestykkenes gjennomløpende hulrom danner en gradvis overgang mellom et hovedsakelig sirkulært tverrsnitt ytterst og et tverrsnitt tilpasset de skrueformede hulrommene i rotorinnsatsene nærmest disse.

Den ytre rotor kan ha minst ett løsbart endestykke som roterer i et omsluttende lager for den ytre rotor og at det gjennomgående hulrom i aksialposisjon omsluttet av lageret, har et hovedsakelig sirkelrundt tverrsnitt med lengste diagonal vesentlig mindre enn lengste diagonal i rotorinnsatsenes skrueformede tverrsnitt.

Den ytre rotor kan nærmest innløpet og/eller utløpet av ytre rotor ha montert eller arrangert plass for en mekanisk eller annen dynamisk tetning, eller sete for denne med diameter for tetningsflaten som er mindre enn den lengste diagonal for de skrueformede hulrommene i tilgrensende rotorinnsatser.

Den ytre rotor kan være utformet slik at rotorhylsen har et gjennomløpende hulrom med hovedsakelig konstant tverrsnitt tilpasset tett montasje av rotorinnsatser med hovedsakelig samme utvendige tverrsnitt, fastholdt mellom to løsbare en-de stykke r.

Den ytre rotor kan være utformet slik at den ytre rotor har et løstagbart endestykke kun på en side av rotorhylsen, at det i rotorhylsen fra det løsbare endestykkes side løper et aksialt hulrom med hovedsakelig konstant tverrsnitt og dybde tilpasset tett montasje av et antall aksialt tilmålte rotorinnsatser, at det konstante tverrsnitt brått går over til et mindre tverrsnitt tilpasset rotorinnsatsenes skrueformede hulrom, og at det herfra er anordnet en gjennomgående strøm-ningskanal som gradvis går over til hovedsakelig sirkelrund form ved utløpet.

Den ytre rotor kan være utformet slik at minst en rotorinnsats har en lengde delelig med P/Z, der P er indre rotors gjengestigning og Z er antall gjengestarter på indre rotor.

Den ytre rotor kan være utformet slik at flere av innsatsene har en viss innbyrdes rotasjon fritt tilpasset mindre avvik fra det ideelle forhold mellom indre og ytre rotors gjenge-st igning.

Den ytre rotor kan være utformet slik at rotorhylsen er fiksert mot rotasjon relativt til minst ett endestykke og minst én rotorinnsats med skrueformet hulrom tilpasset drivende kontakt med indre rotor.

Den ytre rotor kan være utformet slik at alle rotorinnsatser er fiksert mot innbyrdes rotasjon og mot rotasjon relativt til rotorhylsen.

Den ytre rotor kan være utformet slik at det til fiksering av rotorinnsatser mot innbyrdes rotasjon benyttes styrepinner i tilhørende boringer.

Den ytre rotor kan være utformet slik at det i innbyrdes kontaktflater mellom rotorinnsatsene er anordnet elastiske tetninger i tilpassede spor i minst en av anleggsflåtene, at disse spor forholdsvis tett omslutter det skrueformede hulromstverrsnittet, og at sporenes dybde er tilpasset slik at den elastiske tetning får riktig forspenning når spalten mellom nærliggende rotorinnsatsers plane endeflater helt oppheves .

Den ytre rotor kan være utformet slik at alle rotorinnsatser har sylindrisk ytterflate med hovedsakelig samme diameter og lett løpende pasning i forhold til rotorhylsen, at det nær midten av sylinderflaten er anordnet et sylindrisk spor med nøyaktig innvendig diameter tilpasset føringshylser som ved montering sammen med rotorinnsatsen er innrettet til å løpe trangt i rotorhylsen, men tillate tett anlegg mellom nærstående innsatser med kompensasjon for eventuelt mindre vinkel-avvik på endeflatene i forhold til vertikalen på rotasjonsaksen.

Den ytre rotor kan være utformet slik at den rotorinnsats som befinner seg nærmest utløpssiden har skrueformet hulromslengde prinsipielt lik P/Z, der P er indre rotors gjengestigning, og at det på nevnte innsats sin oppstrøms endeflate er laget en fordypning i form av en lokal vesentlig forøkning av hulromstverrsnittet, at dette økte hulromstverrsnitt lokalt gir vesentlig økt klaring mellom den indre og den ytre rotor, at denne økte klaring varierer med den indre og den ytre rotors relative vinkelposisjon, og at den varierende klaringen i hvert enkelt tilfelle er søkt tilpasset slik at den tverrgående lekkasjestrøm fra siste kavitet er åpen eller avkortet mot utløpssiden til siste prinsipielt avdelte kavitet med full lengde bevirker en gradvis kompresjon av fluidet i siste kavitet med full lengde, slik at trykkdifferansen mot utløpet avtar tilnærmet lineært fram mot et akseptabelt minimum innen siste kavitet med full lengde brått åpner seg vidt idet den

når skruens utløp.

Den ytre rotor kan være utformet slik at nevnte fordypning er frest ut med konstant dybde slik at tilpasningen kun er gjort ved beregning av tverrsnittets form, og at det finnes en tetning mellom innsatsenes tversgående anleggsflater utenfor

nevnte fordypning.

Den ytre rotor kan være utformet slik at rotorhylsen og minst en av rotorinnsatsene er utført av metallisk, varmeledende materiale som står i metallisk innbyrdes forbindelse.

Den ytre rotor kan være utformet slik at minst en av innsatsene, fortrinnsvis nærmest innløpssiden, er utført av viskoelastisk materiale, eksempelvis gummi, og at hulrommet i denne innsatsen er utført med nominell klempasning i forhold til indre rotors skrueformede del.

Den ytre rotor som beskrevet overfor kan være utformet slik at rotorhylsen har tilstrekkelig diameter til å romme rotorinnsatser med betydelig variasjon i skrueformet hulromstverrsnitt, herunder variasjon i antall gjengestarter Z, tverrsnittets lengste diagonal, samt eksentrisitet.

Den ytre rotor kan være utformet slik at overganger i endestykkenes gjennomløpende hulromstverrsnitt fanges opp av spesialinnsatser innfelt i selve endestykkene.

Den ytre rotor kan være utformet slik at rotorhylsen er sammenfallende med en rotor i en motor som driver eksenterskruepumpen.

Et utvalg alternative rotorinnsatser tilpasset samme rotorhylse kan lagerføres hos produsent med sikte på tilpasning til ulike kundekrav og anvendelser.

Oppfinnelsen vil være spesielt fordelaktig i utførelser der pumpens rotorhylse er sammenfallende med rotor i en motor som driver pumpen, jfr tidligere omtalte W099/22141.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegning-er, hvor: Fig. 1 viser en utførelse av ytre rotor i henhold til oppfinnelsen, der rotorhylsen har fast bunn i en ende, og et demonterbart endestykke i motsatt ende; Fig. 2 viser et langsgående, sentralt tverrsnitt av ytre rotor i henhold til fig. 1; Fig. 3 viser et annet langsgående, sentralt tverrsnitt av ytre rotor i henhold til fig. 1, her orientert loddrett på snittplanet i fig. 2; Fig. 4 viser i perspektiv samme utførelse som fig. 1 under montasje, der alle rotorelementer samt indre rotor er installert i rotorhylsen og det kun gjenstår å tre hylsens endestykke over indre rotors forlengede akse og så bolte fast hylsens endestykke; Fig. 5 viser et langsgående snitt av situasjonsbildet på fig. 4, der en ser hvordan indre rotor er posisjonert i ytre rotor og det kun gjenstår å skyve på plass og bolte fast rotorhylsens endestykke; Fig. 6 viser eksteriøret av en annen utførelsesform av ytre rotor i henhold oppfinnelsen, der rotorhylsen mangler fast bunn men har løstagbare endestykker på såvel innløps- som ut-løpssiden; Fig. 7 viser et langsgående sentralt snitt av utførelsen i henhold til fig. 6; Fig. 8 viser et typisk rotorelement med tilhørende detaljer for tetning, posisjonering, montering- og demontering; og Fig. 9 viser en spesialutførelse av et rotorelement beregnet for montasje nærmest utløpssiden, med lengde svarende til halv omdreining av det indre skrueformede hulrom og med en fordypning i anleggsflaten mot nærmeste oppstrøms tilgrensende rotorelement. Rotorelementet i fig. 9 vil være en spesial-utførelse i henhold til norsk patentsøknad 20074591 "Eksenterskruepumpe tilpasset pumping av kompressible fluider".

I utførelsen av en ytre rotor i henhold til fig. 1 betegner henvisningstall 1 denne versjonen av en komplett, sammenstilt ytre rotor, mens 101 betegner rotorhylsen uten det løsbare endestykket, og 102 betegner rotorhylsens løsbare endestykke. Den ytre rotor er i denne utførelsesform beregnet for montering i et aksiallager 104 og et i og for seg kjent splittet, hydrodynamisk radial- og aksiallager 103.

I snittet i fig. 2 betegner 105a og 105b medløpende seter for mekaniske tetninger på henholdsvis innløps- og utløpssiden. Det gjennomløpende hulrom i endestykket 102 har et overgangsparti 106 der hulrommet på en glatt og gradvis måte går over fra en sylindrisk tverrsnittsform til et vingeformet tverrsnitt med Z+1 vinger svarende til tverrsnittet i et skrueformet hulrom i rotorinnsatsene 109-113. Tilsvarende danner hulromspartiet 114 en glatt og gradvis overgang tilbake til et sylindrisk tverrsnitt tilpasset tetningssetet 105b. Tetningssetet 105b har vesentlig mindre diameter enn lengste tverrsnitt i de skueformede hulromspartier. Forbindelsen mellom rotorhylsen 101 og endestykket 102 er fastholdt ved hjelp av boltene 107 og tettet med en statisk pakning 108.

På fig. 3 er det vist hvordan rotorinnsatsene i dette utfør-elseseksempelet er fastholdt mot rotasjon innbyrdes og i forhold til rotorhylse 101 og endestykke 102 ved hjelp av parvis anordnede låsepinner 126-131. Videre viser figuren hvordan statiske tetninger 120-125, som eksempelvis kan være vanlige eller metalliske 0-ringer avhengig av applikasjon, forhindrer pumpemediet fra å strømme tilbake mellom rotorinnsatsene og rotorhylsen.

Ved sammenmontering av den indre og den ytre rotor er det ikke mulig å tre en skrueformet del 202, se fig. 5, av en indre rotor 2, se fig. 4-5, gjennom indre tverrsnittsover-ganger 106 eller 114. Før installasjon av den indre rotor 2 er det derfor nødvendig å demontere endestykket 102 som vist på fig. 4. Denne figur viser også tydeligere tetningene 108 og 120 samt låsepinnene 131. Tetningen 120 er montert i for-dypninger nær ved og hovedsakelig med samme form som det vingeformede skruetverrsnitt. Dette ses enda tydeligere i fig. 8, og er gjort delvis for å begrense risiko for spalt-korrosjon i tilfelle metalliske innsatser, og delvis for å begrense aksialkrefter på boltene 107 og rotorhylsen 101 ved store arbeidstrykk.

I fig. 5 er den indre rotor installert i sin endelige posisjon i den ytre rotor, mens endestykket 102 er i ferd med å bli montert. Henvisningstallet 202 betegner et i dette tilfellet plant bend på den indre rotor 2 mellom en forlengel-sesaksling 201 og et skrueformet parti 203. Bendet 202 er tilpasset tverrsnittsovergangen 106 slik at det aldri under innbyrdes, eksentrisk rotasjon med hastighetsforhold Z/Z+l mellom henholdsvis den ytre 1 og den indre 2 rotor vil oppstå direkte kontakt mellom bendets 202 og hulromspartiets 106 overflater etter fullført montasje med fastboltet endestykke. Tilsvarende vil, siden indre rotor i dette tilfellet er ned-trappet 204 og avsluttet før hulromsovergangen 114, aldri under rotasjon oppstå konflikt mellom den indre rotor 2 og den ytre rotor 1 nær utløpssiden.

Fig. 6 viser en annen utførelse 3 av sammenstillingen av den ytre rotor i henhold til oppfinnelsen. I denne utførelse har rotorhylsen 301 løsbare endestykker på begge sider, henholdsvis 302 på utløpssiden og 303 på innløpssiden. Kompliserende i dette tilfellet vil være krav til linearitet mellom lager-flåtene 304 og 305. På den annen side vil i denne utførelses-form selve rotorhylsen 301 kunne beholdes uendret selv ved bytte til rotorinnsatser med vesensforskjellige skruetverrsnitt, eksempelvis et nytt antall gjengestarter Z+1. Endestykkene 302 og 303 vil likevel måtte byttes, slik at hul-romsovergangene 306 og 307 passer med de nye innsatsene. Merk at nye klaringsmarginer mellom indre og ytre rotor, noe som vil være høyst aktuelt ved optimal tilpasning til nye visko-siteter, differansetrykk eller gassinnhold i pumpemediet, ikke vil betinge bytte av endestykker. Det vil også være mulig å beholde samme versjon av såvel rotorhylse som endestykker ved en rekke ulike kombinasjoner av stigning og antall kaviteter i pumpen.

I fig. 7 er det vist at endestykket 3 03 sitt hulrom har et vesentlig forskjellig overgangsparti 312 enn hva som er vist i figurhenvisningene 306, 106 og 114. Det er her forutsatt at indre rotor er forlenget et stykke forbi rotorinnsatsen 311 og inn i tilpassede spor i partiet 312 av et gjennomstrøm-ningshulrom 313. Denne utførelse har et noe større sylindrisk gjennomstrømningstverrsnitt enn de tidligere viste over-gangspartier, noe som gir grunn for å velge strømningsretning slik at de større strømningstverrsnitt 312, 313 kommer på innløpssiden der de reduserer risiko for kavitasjon.

I fig. 8 er det vist en typisk rotorinnsats 112 komplett med tilhørende detaljer. Her er vist styrepinner 128 for posisjonering og fastholding mot rotasjon om sentralaksen mens O-ring 123 el.1. befinner seg i et tilpasset spor for tetning mot tilgrensende rotorinnsats. Henvisningstallet 132 betegner et føringsbånd i et tilpasset spor for nøyaktig sentrering i hylsen, tettest mulig kontakt mellom endeflater på tilgrensende innsatser, redusert motstand under installasjon i rotorhylsen og reduserte krav til pasningstoleranse mellom hylsens innvendige og rotorinnsatsens utvendige diametre. Merk dog at selv om alle viste utførelseseksempler av rotorinnsatsene har sylindrisk, utvendig overflate, er dette ikke begrensende for beskyttelsesomfanget. Det vil eksempelvis være innenfor rammen av oppfinnelsen å gi såvel rotorinnsatser som hylsens innvendige overflate et ovalt eller mangekantet tverrsnitt, og slik kanskje overflødiggjøre styrepinnene 126-131.

I fig. 8 er det også antydet nøkkelformede fordypningsspor 133a, 133b med forutsatt utvidede indre tverrsnitt, som er arrangert i diametralt motstående posisjoner utenfor tetningen 123. Disse er ment tilpasset monterings- og særlig demon-teringsverktøy for innsatsene, der verktøyet kan bestå av boltehoder tilpasset nøkkelhullene og montert på et tverrstag, slik at boltehodene kan hektes i sporene som danner mothold i begge retninger aksialt, både til montering og demontering. Samtidig vil vridning av verktøyets tverrstag jus-tere styrepinnenes posisjon slik at disse treffer tilhørende hull. Merk at hver innsats har hull for styrepinner på begge endeflater, men at styrepinnene forhåndsmonteres kun på innsatsenes oppside i forhold til monteringsretningen.

I fig. 9 er vist en spesialvariant av en rotorinnsats 113 beregnet for montering nærmest utløpssiden. Denne innsatsen har en lengde svarende til 1/(Z+) = M omdreining på det innvendige, skrueformede hulrom som i dette tilfellet har Z+1 = 2

vinger eller gjengestarter.

Som for rotorinnsatsen i fig. 8 finnes også her en førings-ring 132a. Styrepinner 126, 127 er her på den ytterste innsatsen gjerne forhåndsmontert på begge endeflater. Spesielt med denne rotorinnsatsen er først og fremst de ovale fordyp-ninger 134 innenfor et ovalt tetningsspor med en oval tetning 124, eksempelvis i form av en vanlig eller metallisk O-ring. Den ovale fordypning 134 er en enkel måte å utføre en ytre rotor som gir økt tilbakestrømning til siste kavitet, den nærmest utløpet, for slik å stabilisere utløpstrykket særlig ved pumping av kompressible fluider. Merk at denne finessen i sin alminnelighet er beskyttet av og beskrevet i tidligere inngitt norsk patentsøknad 20074591.

I en ytterligere utførelse av oppfinnelsen prinsipielt beskrevet i krav 7 men ikke spesifikt vist i tegningseksemp-ler, er det for flere av rotorinnsatsene unnlatt å montere presise fikseringsanordninger mot små, innbyrdes rotasjonsbevegelser om sentralaksen, slik at hver enkelt rotorinnsats etter behov finner sin dreieposisjon tilpasser indre rotor, tross eventuelle mindre avvik i hulromsskruens stigning enten dette skyldes produksjonsawik eller driftsbetingelser med tilhørende kjemisk-, varme- eller trykkpåførte geometriawik.

Claims (19)

1. Ytre rotor i en eksenterskruepumpe omfattende minst én indre skrueformet rotor med Z utvendige gjengestarter og minst én tilpasset ytre rotor med et skrueformet hulrom med Z+1 innvendige gjengestarter, karakterisert ved at minst en ytre rotor (1, 3) er sammensatt av flere aksialt tett på hverandre følgende konsentriske rotorinnsatser (109-113, 307-311) med skrueformet hulrom og Z+1 innvendige gjengestarter, hvor hver rotorinnsats er tett omsluttet av og konsentrisk fiksert i en felles, stiv rotorhylse (101, 301), og hvor det til rotorhylsen er løsbart forbundet minst ett demonterbart endestykke (102, 3 02, 303) med et hovedsakelig konsentrisk, aksialt gjennomløpende hulrom, og at endestykkets (102) eller endestykkenes (302, 303) gjen-nomløpende hulrom danner en gradvis overgang (106, 306, 312) mellom et hovedsakelig sirkulært tverrsnitt ytterst (135, 313, 314) og et tverrsnitt tilpasset de skrueformede hulrommene i rotorinnsatsene nærmest disse (109, 307, 311).

2. Ytre rotor i eksenterskruepumpe i henhold til krav 1, karakterisert ved at minst ett løsbart endestykke (102, 302, 3 03) roterer i et omsluttende lager (103, 104, 304, 305) for den ytre rotor og at det gjennomgående hulrom i aksialposisjon omsluttet av lageret, har et hovedsakelig sirkelrundt tverrsnitt med lengste diagonal vesentlig mindre enn lengste diagonal i rotorinnsatsenes skrueformede tverrsnitt.

3. Ytre rotor i eksenterskruepumpe i henhold til ett eller flere av foregående krav, karakterisert ved at det nærmest innløpet og/eller utløpet av ytre rotor (1, 3) er montert eller arrangert plass for en mekanisk eller annen dynamisk tetning, eller sete for denne (105a, 105b) med diameter for tetningsflaten som er mindre enn den lengste diagonal for de skrueformede hulrommene i tilgrensende rotorinnsatser (109, 113).

4. Ytre rotor i henhold til ett eller flere av foregående krav, karakterisert ved at rotorhylsen (301) har et gjennomløpende hulrom med hovedsakelig konstant tverrsnitt tilpasset tett montasje av rotorinnsatser (307-311) med hovedsakelig samme utvendige tverrsnitt, fastholdt mellom to løsbare endestykker (302, 303) .

5. Ytre rotor i henhold til ett eller flere av kravene 1-3, karakterisert ved at ytre rotor (1) har løstagbart endestykke (102) kun på en side av rotorhylsen (101) , at det i rotorhylsen (101) fra det løsbare endestykkets (102) side løper et aksialt hulrom med hovedsakelig konstant tverrsnitt og dybde tilpasset tett montasje av et antall aksialt tilmålte rotorinnsatser (109-113) , at det konstante tverrsnitt brått går over til et mindre tverrsnitt tilpasset rotorinnsatsenes skrueformede hulrom, og at det herfra er anordnet en gjennomgående strømningskanal som gradvis (114) går over til hovedsakelig sirkelrund form (136) ved utløpet.

6. Ytre rotor i henhold til ett eller flere av foranstående krav, karakterisert ved at minst en rotorinnsats (109-113, 307-311) har en lengde delelig med P/Z, der P er indre rotors gjengestigning og Z er antall gjengestarter på indre rotor.

7. Ytre rotor i henhold til ett eller flere av foranstående krav, karakterisert ved at flere av innsatsene har en viss innbyrdes rotasjon fritt tilpasset mindre avvik fra det ideelle forhold mellom indre og ytre rotors gjengestigning.

8. Ytre rotor i henhold til krav 7, karakterisert ved at rotorhylsen er fiksert mot rotasjon relativt til minst ett endestykke og minst én rotorinnsats med skrueformet hulrom tilpasset drivende kontakt med indre rotor.

9. Ytre rotor i henhold til ett eller flere av kravene 1-6, karakterisert ved at alle rotorinnsatser (109-113, 307-311) er fiksert mot innbyrdes rotasjon og mot rotasjon relativt til rotorhylsen.

10. Ytre rotor i henhold til krav 8 eller 9, karakterisert ved at det til fiksering av rotorinnsatser mot innbyrdes rotasjon benyttes styrepinner i tilhørende boringer.

11. Ytre rotor i henhold til ett eller flere av foregående krav, karakterisert ved at det i innbyrdes kontaktflater mellom rotorinnsatsene (109-113, 307-311) er anordnet elastiske tetninger i tilpassede spor i minst en av anleggsflåtene, at disse spor forholdsvis tett omslutter det skrueformede hulromstverrsnittet, og at sporenes dybde er tilpasset slik at den elastiske tetning får riktig forspenning når spalten mellom nærliggende rotorinnsatsers plane endeflater helt oppheves.

12. Ytre rotor i henhold til et eller flere av foranstående krav, karakterisert ved at al le rotorinnsatser (109-113, 307-311) har sylindrisk ytterflate med hovedsakelig samme diameter og lett løpende pasning i forhold til rotorhylsen (101, 301), at det nær midten av sylinderflaten er anordnet et sylindrisk spor med nøyaktig innvendig diameter tilpasset føringshylser (132, 132a) som ved montering sammen med rotorinnsatsen er innrettet til å løpe trangt i rotorhylsen (101, 301), men tillater tett anlegg mellom nærstående innsatser med kompensasjon for eventuelle mindre vinkelawik på endeflatene i forhold til vertikalen på rotasjonsaksen.

13. Ytre rotor i henhold til ett eller flere av foregående krav, karakterisert ved at den rotorinnsats (113) som befinner seg nærmest utløpssiden har skrueformet hulromslengde prinsipielt lik P/Z, der P er indre rotors gjengestigning, og at det på nevnte innsats sin oppstrøms endeflate er laget en fordypning (134) i form av en lokal, vesentlig forøkning av hulromstverrsnittet, at dette økte hulromstverrsnitt lokalt gir vesentlig økt klaring mellom den indre (2) og den ytre (1) rotor, at denne økte klaring varierer med den indre og den ytre rotors relative vinkelposisjon, og at den varierende klaringen i hvert enkelt tilfelle er søkt tilpasset slik at den tverrgående lekkasjestrøm fra siste kavitet åpen eller avkortet mot utløpssiden (114) til siste prinsipielt avdelte kavitet med full lengde bevirker en gradvis kompresjon av fluidet i siste kavitet med full lengde, slik at trykkdifferansen mot utløpet avtar tilnærmet lineært fram mot et akseptabelt minimum innen siste kavitet med full lengde brått åpner seg vidt idet den når skruens utløp.

14. Ytre rotor i henhold til krav 13, karakterisert ved at nevnte fordypning er frest ut med konstant dybde slik at tilpasningen kun er gjort ved beregning av tverrsnittets form, og at det finnes en tetning mellom innsatsenes tversgående anleggsflater utenfor nevnte fordypning.

15. Ytre rotor i henhold til ett eller flere av foranstående krav, karakterisert ved at rotorhylsen og minst en av rotorinnsatsene er utført av metallisk, varmeledende materiale som står i metallisk innbyrdes forbindelse.

16. Ytre rotor i henhold til ett eller flere av foranstående krav, karakterisert ved at minst en av innsatsene, fortrinnsvis nærmest innløpssiden (109), er utført av viskoelastisk materiale, eksempelvis gummi, og at hulrommet i denne innsatsen er utført med nominell klempasning i forhold til indre rotors skrueformede del (203).

17. Ytre rotor i henhold til et eller flere av foranstående krav, herunder fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis krav 4, karakterisert ved at rotorhylsen har tilstrekkelig diameter til å romme rotorinnsatser med betydelig variasjon i skrueformet hulromstverrsnitt, herunder variasjon i antall gjengestarter Z, tverrsnittets lengste diagonal, samt eksentrisitet.

18. Ytre rotor i henhold til krav 17, karakterisert ved at overganger i endestykkenes gjennom-løpende hulromstverrsnitt fanges opp av spesialinnsatser innfelt i selve endestykkene.

19. Ytre rotor i henhold til ett eller flere av foranstående krav, karakterisert ved at rotorhylsen er sammenfallende med en rotor i en motor som driver eksenterskruepumpen.