SE457551B - Roterande tryckpump - Google Patents

Description

457 551 2 är bildad i den ena av ändväggarna, att första respektive andra näsförsedda rotorer är roterbart monterade i respek- tive borrníngar, att den första rotorn har ett nav, som stänger den första porten, och ett par spår, som vart och ett frilägger den första porten, och vilka tillsammans upptar mindre än halva omkretsen av den första rotorn, att nämnda nav har en radie som.är högst nittio procent av radien av den borrning i vilken den första rotorn är monterad och upptar mindre än halva omkretsen av den första rotorn, att den första rotorn uppvisar ett par vilka tillsammans upptar högst ungefär en sjättedel av omkretsen av den första rotorn, har ett axiellt centrum, näsor, att den första rotorn att varje näsa i nämnda par räknat relativt en bestämd rotationsriktning hos den första rotorn uppvisar en yttersta, främsta spets och en första, mellanliggande referenspunkt som är belägen bakom spetsen, att varje näsa vidare uppvisar en flank som bildas av konvexa och konkava ytor, att de konvexa och konkava ytorna är bildade av första respektive andra bågar, att den första bågen är uppritad från en andra referenspunkt som skärs av en linje vilken går från nämnda axiella centrum och genom den första referenspunkten, att den konkava ytan förenar sig med och ligger intill en främsta punkt av den första nmxmns nav, att de första och andra bågarna ligger intill en främsta punkt av den första rotorns nav, att de första och andra bågarna har en gemensam tangeringspunkt, och att den andra bâgen är uppritad från en tredje referenspunkt som gemensamt skärs av dels en linje vilken gár från den andra referens- punkten och genom tangeringspunkten och dels en linje som gär från nämnda axiella centrum och genom rotornavets främsta punkt.

Uppfinningen*kommer att beskrivas närmare nedan i anslutning till de bifogade ritningarna, i vilka fig 1 är en partiell perspektivvy som visar en utföringsform av uppfinningen, fig 2 är en sidovy av inloppsrotorn i det första steget i fig l, fig 3 är en sidovy av den 457 551 3 samverkande huvudrotorn i det första steget i fig 1, fig 4 är en sidovy av inloppsrotorn i det andra steget i.fig 1 och fig 5 är en sidovy av huvudrotorn i det andra steget i fig 1.

Som framgår av figurerna har en roterande tryckpump 10 ett hus 12 i vilket ett par parallella, cylindriska, varandra skärande borrningar 14 och 16 är upptagna. Huset 12 har en inlopps- eller lågtrycksport 18 och portar 20 i ändvåggar "W" (av vilka endast en visas partiellt) till borrningarna. Genom dessa portar 20 går högtrycks- fluidum. En första rotor 22 är roterbart monterad i borr- ningen 16 och denna första rotor 22 kommer att vid sin rotation stänga och frilägga högtrycksportarna 20. Rotorn 22 samverkar med en andra rotor 24, huvudrotorn, som är roterbart monterad i borrningen 14 för att driva fluidum genom portarna. I syfte att belysa uppfinningen kommer denna att beskrivas i samband med en såsom gaskompressor utförd tryckpump i vilken den första rotorn 22, inlopps- rotorn, roterar i medursriktning och huvudrotorn 24 roterar i motursriktning. Porten 18 är då en inloppsport och portarna 20 är utlopps- eller tömningsportar.

Tryckpumpen 10, som i den beskrivna utföringsformen är en gaskompressor, har första och andra steg och det i fig 1 visade främre partiet av huset 12 innefattar det första steget i vilket rotorerna 22 och 24 finns.2 I den visade föredragna utföringsformen finns det andra steget, som visas med streckade linjer, anordnat inuti samma hus 12 axiellt i linje med det första steget. Borr- ningarna 14 och 16 är gemensamma för båda stegen men huset har en skiljevägg mellan de tvâ stegen och denna skiljevägg visas inte fullständigt i fig l. Mellanväggen skiljer stegen från varandra. En anordning av detta slag beskrivs i den amerikanska patentskriften 4 090 588.

Fig l visar det komprimerade gasflödet i mellansteget från vilket den komprimerade gasprodukten från det första steget töms ut via portarna 20 och går in i en mellan- stegskylare 26 från vilken det efter kylning går in i det andra stegets inlopp 1B'. Det andra steget har givet- 457 551 4 vis komplementära första och andra rotorer 22' och 24' som har i huvudsak samma utseende som rotorerna 22 och 24 i det första steget ehuru dimensionerna är annorlunda.

Konstruktionen av de första och andra stegens rotorer beskrivs i det följande.

Det första stegets inloppsrotor 22 har ett par mot- stående näsor 28 och ett par motstående spår 30, vilka gör ett avbrott i rotorns nav 32. På motsvarande sätt uppvisar huvudrotorn 24 näsor 34, spår 36 och ett nav 38.

Såsom omnämnts ovan är det känt att låta navet 32 av inloppsrotorn 22 vara större än navet 38 av huvud- rotorn 24 för att kunna låta utloppsportarna 20 vara så stora som möjligt men det finns en praktisk gräns för hur mycket större inloppsrotorns nav kan vara. Enligt föreliggande uppfinning skall navet 32 ha en radie som högst är nittio procent av radien av den borrning 16 i vilken inloppsrotorn 22 är monterad. Vidare skall radien för navet 32 inte vara mindre än 85% av radien för borr- ningen 16. I den visade utföringsformen är radien för navet 32 88,3% av radien av borrningen 16. Efter genom- förda datorberäkningar och mödosamma beräkningar för hand har det kunnat fastställas att detta är en optimal definition, ty den medger den största möjliga utlopps- porten 20 utan att otillbörligt dels (a) begränsa volymen av borrningen 16 och dels (b) åstadkomma otiblâtet stor strypning när slutningsfluiderna i de båda borrningarna 14 och 16 (under tidig komprimering) förenar sig med varandra.

Vidare skall navet 38 av den samverkande huvudrotorn 24 ha en radie av högst sextiofem procent av radien av borr- ningen 14. Sistnämnda radie skall inte heller vara mindre än sextio procent av radien av borrningen 14. Närmare bestämt visar ovanstående datorberäkningar och kalkyleringar att radien av navet 38 skall vara sextiotre och fyra tiondelars procent av radien av borrningen 14.

För att definiera optimala fluidvolymer i borrning- arna 14 och 16 i det första steget (och i det andra steget) och för att säkerställa goda prestanda för tryckpumpen medelst bestämda rotorprofiler och i varandra ingripande 457 551 ytor ger uppfinningen anvisning om rotorernas utseende och relativa proportioner. Sålunda skall näsorna 28 på det första stegets inloppsrotor 22 vardera uppta ca tret- tio grader av rotorns omkrets. Navet 32 skall uppta något mindre än ca etthundrasextio grader av rotorns omkrets och spåren 30 på vardera sidan skall uppta varsin vinkel av något mindre än ca åttio grader. Dessa stora spår 30 frílägger utloppsportarna 20 i det första steget under en utsträckt tidsperiod och medger tömning av den kompri- merade gasprodukten utan oskälig strypning och de tämligen vidvinkliga naven 32 och näsorna 27 sluter portarna 20 tillräckligt länge så att fluidumtrycket medges uppnå ett acceptabelt tömningsvärde.

Det första stegets huvudrotor 24 har bredare näsor 34 och dessa upptar något mer än ca sjuttio grader av omkret- sen av rotorn medan navet 38 på vardera sidan av rotorn upptar ett lika stort vinkelavstånd som navet 32 upptar på inloppsrotorn 22, d v s något mindre än ca åttio grader av en båge. Spåren 36 har ungefär halva bredden av in- loppsrotorns spàr 30 eftersom de enbart behöver rymma de smalvinkliga näsorna 28. De vidvinkliga näsorna 34 på huvudrotorn 24 säkerställer att tillfredsställande tätning erhålls runt periferin under kompressionscykeln.

De vidvinkliga spåren 30 i inloppsrotorn erbjuder, såsom redan omnämnts, en förlängd gastömningsperiod och de måste rymma de vidvinkliga näsorna 34 på huvudrotorn 24.

Trots att rotorerna 22' och 24' i det andra steget har samma utseende som de i det första steget krävs att deras dimensioner är annorlunda än de för rotorerna 22 och 24 i det första steget. Vad gäller inloppsrotorn 22' föreslås enligt föreliggande uppfinning att dess nav 32' skall ha en radie som inte är mer än nittio procent av radien av den borrning 16 i vilken denna rotor är monterad.

Vidare skall radien för navet 32' inte vara mindre än åttiofem procent av radien av borrningen 16. I den visade utföringsformen har navet 32 en radie av àttiosju och en halv procent av radien av borrningen 16. Vidare skall 457 551 6 av den samverkande huvudrotorn 24 ha en radie är ca sjuttiofem procent av radien av borrningen 14 navet 38' som och 14. för inte mindre än sjuttio procent av radien av borrningen Ovan nämnda beräkningar ger vid handen att radien navet 38 i den visade utföringsformen skall vara sjuttiofem och en tiondels procent av radien av borrningen 14. Näsorna 28' på rotorn 22' i det andra steget skall vardera uppta ca trettio grader och navet 32' skall upp- ta i det närmaste etthundraàttio grader. Spåren 30' på de motstâende sidorna upptar vinklar som är något mindre än sjuttio grader. Även här har det andra stegets huvudrotor 24' näsor 34' som är bredare än näsorna pá inloppsrotorn 22'. Näsor- na 34 upptar något mer än sextio grader av omkretsen.

Navet 38' på vardera sidan av huvudrotorn 24 upptar en vinkel av i det närmaste nittio grader. Spåren 36' är är i huvudsak hälften så breda som spåren 30' i inlopps- rotorn.

Bortsett fràn de ovan nämnda kritiska, karakter- istiska dimensionerna är de första och andra stegens inloppsrotorer 22 och 22' och de första och andra stegens huvudrotorer 24 och 24' är bildade på samma sätt och ser ut på samma sätt. Dessa utseenden och bildningar beskrivs 1 det följande- De smalvinkliga näsorna 28 och 28' erna 22 och 22' på inloppsrotor- har var sin främsta referenspunkt 40 respektive mellanliggande referenspunkt 42. En referens- linje 46 som dras från rotorns 22 (eller 22') axíella centrum 48 genom den mellanliggande referenspunkten 42 skär en andra referenspunkt 50. Konvexiteten av flanken 44 definieras av en båge 52, som dras med referenspunkten 50 som centrum. En referenslinje 56 som dras från rotorns 22 (eller 22') axiella centrum 48 genom den främsta punkten 58 av navet 32 skär en tredje referenspunkt 60.

Konkaviteten av flanken 54 bestäms av en båge 62, som dras med referenspunkten 60 som centrumpunkt och som bildar tangent till bágen 22 vid en referenspunkt 64. 457 551 7 De smalvinkliga spåren 36 och 36' på huvudrotorerna 24, 24' har vardera en yta 70 som dels har en tvär släpan- de konvexitet och dels en utsträckt främsta konkavitet, varvid den släpande konvexiteten har en släpande punkt 66 och en främsta punkt 68 och den främre konkaviteten har en släpande punkt 68 respektive främsta punkt 72. Den nämnda ytan 70 med konvexitet och konkavitet genereras av en flank 54 och en flank 44 på rotorn 22 (eller 22') ehuru det under genereringen förekommer ett konstant och likformigt spel mellan ytan och flanken. En konkav yta 74 på rotorns 24 (eller 24') näsa 34 (eller 34') definieras av en släpande punkt 72 och en främsta punkt 76 och alstras av en punkt 40 på rotorn 22 (eller 22') när punkten 40 gär ut ur konkaviteten 74 ehuru det finns ett konstant och likformigt spel mellan ytan respektive punkten.

De vidvinkliga näsorna 34 och 34' på huvudrotorerna 24 och 24' har vardera en främsta referenspunkt 76 och en mellanliggande referenspunkt 78. En referenslinje 82 som dras från rotorns 24 (eller 24') axiella centrum 84 genom den mellanliggande referenspunkten 78 går genom en andra referenspunkt 86. Konvexiteten av flanken 80 är bestämd av en båge 88, som dras med referenspunkten 86 såsom centrumpunkt. Referenslinjen 82 som dras från rotorns 24 (eller 24') axiella centrum 84 genom den släpande punkten 94 på navet 38 (eller 38') skär en tredje referens- punkt 96. Konkaviteten av en flank 90 definieras av en båge 98, som uppritas med den tredje referenspunkten 96 såsom centrumpunkt och som bildar tangent med bågen 88 vid en referenspunkt 100.

De vidvinkliga spåren 30 och 30' på inloppsrotorerna 22, 22' har vardera en yta 106 som är bildad med en främre konvexitet och en släpande konkavitet, varvid denna yta 106 har en främsta punkt 102 och en släpande punkt 104.

Vidare har nämnda spår en andra konvexitet, som är bildad mellan en främsta punkt 104 och en släpande punkt 108.

Den ovan nämnda konvexiteten och konkaviteten av ytan 106 alstras av en flank 90 och en flank 80 på rotorn 24 (eller 457 551 8 24') ehuru det mellan nämnda yta respektive flank finns ett konstant och likformigt spel under alstringen. En konkav yta 110 pà näsan 28 (eller 28') av rotorn 22 (eller 22'), vilken konkava yta bildas av en främsta punkt 108 och en släpande punkt 40 genereras av en punkt 76 pá rotorn 24 när punkten 76 rör sig ut ur konkaviteten 110 varvid även här det mellan ytan och punkten under genereringen förekommer ett konstant och likformigt spel.

Dessa mycket noggranna utseenden och relationer är kritiska för att tryckpumpen skall erhålla bästa möj- liga prestanda. Några exakta dimensioner uppges inte eftersom dessa bestäms av den önskade, per tidsenhet befordrade fluidumvolymen, periferihastigheten och de axiella längderna av rotorerna 22 och 24 etc. Varje tryck- pump enligt föreliggande uppfinning skall emellertid ha sådana dimensioner att det bildas ett konstant, formigt spel mellan rotorerna 22 och 24 och 22' i varje rotationsläge för dessa. lik- och 24' De ovan beskrivna utföringsformerna av uppfinningen kan pá många sätt modifieras och varieras inom ramen för uppfinningens grundtanke.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 457 551 PATENTKRAV

1. Roterande tryckpump med i varandra ingripande, näsförsedda rotorer (22, 22', 24, ett fluidum, innefattande ett hus (12) med dels ett par 24'), avsedd att hantera parallella, varandra skärande cylindriska borrningar (14, 16), dels ändväggar (W) för borrningar och dels för~ ska (20, 20') respektive andra (18, 18') portar för led- ning av högtrycksfluidum respektive lågtryckfluidum, 20') är bildad i den ena av ändväggarna, att första (22, 22') k ä n n e t e c k n a d av att den första porten (20, respektive andra (24,24') näsförsedda rotorer är roter- bart monterade i respektive borrningar, att den första rotorn (22, 22') har ett nav (32, 32'), som stänger den första porten, och ett par spår (30, 30'), som vart och ett frilägger den första porten, och vilka tillsammans upptar mindre än halva omkretsen av den första rotorn (22, 22'), högst nittio procent av radien av den borrning (16) i att nämnda nav (32, 32') har en radie som är vilken den första rotorn är monterad och upptar mindre än halva omkretsen av den första rotorn (22, 22'), att den första rotorn (22, 22') uppvisar ett par näsor (28, 28'), vilka tillsammans upptar högst ungefär en sjättedel av omkretsen av den första rotorn (22, 22'), att den första rotorn (22, 22') har ett axiellt centrum (48), att varje näsa (28, 28') i nämnda par räknat relativt en bestämd rotationsriktning hos den första rotorn uppvisar en yt- tersta, främsta spets (40) och en första, mellanliggande referenspunkt (42) som är belägen bakom spetsen, att varje näsa vidare uppvisar en flank (44) som bildas av konvexa och konkava ytor, att de konvexa och konkava ytorna är bildade av första (52) respektive andra (62) bågar, att den första bågen (52) är uppritad från en andra referens- punkt (50) som skärs av en linje (46) vilken går från nämnda axiella centrum (48) och genom den första referens- punkten (42), att den konkava ytan förenar sig med och ligger intill en främsta punkt (58) av den första rotorns nav (32, 32'), att de första och andra bågarna (52, 62 457 551 10 15 20 25 30 35 10 ligger intill en främsta punkt (58) av den första rotorns nav (32, 32'), att de första och andra bågarna (52, 62) har en gemensam tangeringspunkt (64), och att den andra bågen (62) är uppritad fràn en tredje referenspunkt (60) som gemensamt skärs av dels en linje vilken går frán den andra referenspunkten (50) och genom tangeringspunkten (64) och dels en linje (56) som går från nämnda axiella centrum (48) och genom rotornavets främsta punkt (58).

2. Roterande tryckpump enligt krav l, av att radien av k ä n n e t e c k- nämnda nav (32, 32') är högst åttio- fem procent av radien av den borrning (16) i vilken den första rotorn är monterad.

3. Roterande tryckpump enligt krav l eller 2, n e t e c k n a d ett nav (38, 38') vars radie är högst sextiofem procent av radien av den borrning (14), är monterad.

4. Roterande tryckpump enligt nágot av kraven l-3, k ä n n e t e c k n a d har ett nav (38, 38' nad k ä n- av att den andra rotorn (24, 24') har i vilken den andra rotorn av att den andra rotorn (24, 24') ) vars radie inte är mindre än sextio procent av radien av den borrning (14), rotorn är monterad. i vilken den andra

5. S. Roterande tryckpump enligt något av kraven l-4, n a d (34, k ä n n e t e c k av att den andra rotorn (24, 24') har ett par näsor 34') som tillsammans upptar inte mindre än ungefär fyrtio procent av omkretsen av den andra rotorn.

6. Roterande tryckpump enligt något av kraven l-5, k ä n n e t e c k n a d av att den andra rotorn (24, 24') har ett par spår (36, 36') som tillsammans upptar högst ungefär tjugotvå procent av omkretsen av den andra rotorn.

7. Roterande tryckpump enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d beläget av att varje spår (30, 30') är intill en bestämd näsa (28, 28'), att varje spår (30, 30') nar en konvex yta med en ledande punkt (102) och en släpande punkt (108), och att en linje som uppri- tas mellan den främre spetsen (40) av den intilliggande 10 15 20 457 551 ll näsan (28, 28') och nämnda axiella centrum (48) skär den nämnda släpande punkten (108) av spàrets nämnda konvexa yta.

8. Roterande tryckpump enligt något av kraven 1,2 eller 4-7, torn (24, 24') har ett nav (38, 38') vars radie är högst k ä n n e t e c k n a d av att den andra ro- sjuttiofem procent av radien av den borrning (14) i vil- ken den andra rotorn är monterad.

9. Roterande tryckpump enligt något av kraven l-3 eller 5-8, k ä n n e t e c k n a t av att den andra ro- torn (24, 24') har ett nav (38, 38') vars radie inte är mindre än sjuttiofem procent av radien av den borrning (14) i vilken den andra rotorn är monterad.

10. Roterande tryckpump enligt krav 8 eller 9 då detta ej beror på krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av att den andra rotorn uppvisar ett par näsor 34, 34') vilka tillsammans upptar inte mindre än trettiofyra pro- cent av omkretsen av den andra rotorn (24, 24').

11. ll. Roterande tryckpump enligt krav 10, k ä n n e- t e c k n a d av att den andra rotorn (24, 24') har ett par spår (36, 36') vilka tillsammans upptar högst ungefär nitton och en halv procent av omkretsen av den andra rotorn.