TW461936B - High efficiency gear pump for pumping highly viscous fluids - Google Patents
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Description
461936 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明( 本發明係有關運送高黏度流體之裝置,且更特別是關 於齒輪泵。 齒輪泵係使用來運送如聚合溶化物般之高黏度流體, 例如典型使用齒輪泵將黏性聚合熔化物從容器,如液化器 運送到另一個操作單元,如球製造器。多數狀況下,高 黏度聚合炼化物實質上沒有正壓而於重力影響下進入泵入 口。操作已知之齒輪泵時易受到許多困難影響,特別是對 任一已知幾何外型之泵,已知之齒輪泵對其能處理之流體 黏性範圍受到極度限制。-般而言,當流體黏度增加時, 齒輪系之生產率會下降,通常導致生產瓶頸。除此之外, 般當齒輪泵速度增加時(每分鐘轉動頻率),泵之生產率 最初會增加’但最後會到達穩絲度,其t再增加果速度 並不會使生產率顯著增加且導致生產瓶頸。在本發明之前 但達到泵速度或泵生產率之穩定程度而不以較大之泵來 更換目前的泵-般不可能有效克服此型式之生產瓶頸。然 而,液化器典型特別配置來連結特定尺寸的齒輪泵,且更 換傳統設計之較大容量齒輪泵而不更換或是重大修改液化 器一般是不可能@。iu匕,提供一更有效消除上述生產瓶 頸而不需要更換或重大修改液π器之齒輪果將會非常令人 滿意。 已經作過許多嘗試設計來對較寬之流體黏度與泵速度 fe圍能夠有效率操作之齒輪泵。那些努力主要注重在泵 I------------· I I I----訂 -------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
461936 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 A7 B7 五、發明說明(2 ) 何形狀的„十’特別是在泵之注人口側。然而,已知設計 的泵並沒有完全符合要求且令人期待更多的改進。 本發明提供-具有改良幾何外型之齒輪泵,其幾何外 型減V與聚所吸抽之流體黏度以及栗速度有關的限制。更 特別的是’該齒輪室已經設計來提供能夠壓縮更多流體進 入齒輪泵之齒較長路徑的壓縮區域,且因此提供較高之生 產綠與較高之注人效率。該改進之幾何職料本發明之 齒輪泵對較寬範圍之泵速度與較寬範圍之流體黏度更有效 的操作。 本發明之齒輪泵包括每一對泵齒輪與齒輪室内壁間定 義的壓縮區域,其中壓縮區域具有不均勻的厚度,也就是 說,鄰近壓縮區域其泵齒輪之齒與齒輪室内壁之間的空隙 沿著齒輪長度方向改變。 第1圖表現一習知技藝齒輪泵之正視切面圖,其切面 垂直於泵齒輪之旋轉軸。 第2圖係第1圖中所顯示之泵沿著第i圖之線w的切面 圖0 第3圖係根據本發明之齒輪泵的切面圖,該切面係垂 直於泵齒輪之軸;且 第4圖係第3圖中所顯示之齒輪泵沿著第3圖之線皿_瓜 的切面圖。 第5圖係第3圖顯示齒輪泵其移除泵齒輪與泵注入側之 頂部平面視圖。 第6圖係第3圖到第5圖中顯示齒輪泵其移除泵齒 ----------裝! —訂--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填k本頁)
A7 B7 五、發明說明(3 著第5圖中視線ΥΙ-ΥΪ之正視切面圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第7圖係第3圖到第6圖中顯示齒輪泵其系齒輪於正確 位置沿著第4圖中視線狐,之正視切面圖。 第8圖係第3圖到第7圖中顯示泵其魚脊形泵齒輪於正 確位置且移除泵之注入側之頂部平面圖。 .第9圖係本發明配置螺旋狀齒輪之另一具體實施例其 移除泵之注入側與齒輪的頂部平面圖。 第10圖係第9圖中顯示泵其齒輪與泵注入側於正確位 置沿著第9圖中視線χ_χ之正視切面圖。 第11圖係第9圖與第10圖顯示之泵其齒輪於正確位置 且移除系注入侧之頂部平面圖。 第12圖係本發明利用正齒輪之又一具體實施例,其移 除泵注入側且正齒輪於正確位置之頂部平面圖,且 第13圖係第12圖中顯示泵其移除泵注入側與正齒輪之 頂部平面圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依照習知技藝之典型泵於第i圖與第2圖中以圖示說明 。習知技藝之齒輪泵10包括一定義内壁14的外罩12。齒輪 泵10包括一通道16、一出口通道18以及一配置於注入通道 16與出口通道18之間的齒輪室2(^泵齒輪22、23旋轉的方 向由箭頭24、25指示。泵齒輪22、23具有内嚙合的齒,如 魚脊形齒輪。齒輪室20的内壁14與泵齒輪22、23之間定義 為壓縮區域26、27。鄰近注入通道16的壓縮區域%、”具 有最大厚度,壓縮區域26、27之厚度朝出口通道18方向減 少,且大約位於泵齒輪22、23平行軸處達到最小厚度。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2】0 X 297公釐) 4 6Ϊ93 6 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 A7 B7 五、發明說閑(4 ) 縮區域26、27的厚度與從泵齒輪其齒的外表面到最近齒輪 室内壁表面距離有關聯。 參考第2圖可見壓縮區域26、27的厚度不會沿著系齒 輪22、23平行轴的方向改變。 第3圖與第4圖中顯示根據本發明原理設計之齒輪泵。 齒輪果110包括一外罩112、一定義注入通道116之内壁114 、一出口通道118以及一配置於注入通道116與出口通道 118之間的齒輪室120。果齒輪122、123可轉動的支推於齒 輪至120内’泵齒輪122、123包括具有内π齒合的齒,以第3 圖到第8圖顯示之具體實施例而言,係魚脊形齒。泵齒輪i 2 2 、123之轉動方向由箭頭124、125指示。齒輪室12〇—般分 為兩個壓縮區域126、127與兩個密封區域128、129。齒輪 室120内部配置於齒輪122、123的齒與齒輪室12〇内壁之間 以及位於密封區域128、129之上部分的體積定義為壓縮區 域126、127。密封區域128、129與齒輪室120的内部部分 體積有關聯,其中齒輪122、123之間的間隙如此之小以致 於能有效的防止任何大量的流體流經齒輪122、123的齒與 齒輪室120的内壁之間’從而對經過齒輪122、123齒外表 面之流體流提供有效的密封。每一個壓縮區域丨26、127皆 具有不均勻的厚度,每一個壓縮區域126 ' 127的厚度係從 齒輪122、123齒的外表面到齒輪室之内壁的距離,其最大 厚度係在於舆注入通道116鄰接的位置。每一個壓縮區域 126、127的厚度從注入通道116朝出口通道118連續遞減。 壓縮區域126、127的厚度從注入通道116朝出口通道ιΐ8平 1 —8 ·1111111 ^ ·11111--I (請先閱讀背面之注意事項再填^本頁)
461936 第88116822號專利說明.書修五頁 修正曰^:89 年!2 月 *L.-.....一一
五、發明說明(5) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 係更佳者。此處使用「平順地遞減」的詞句意指定義壓縮 區域126、127的内壁114沒有任何由交接平面定義的陡峭或 疋尖銳邊緣,而是連續的曲面。 參考第4圖可見,壓縮區域υ6、12γ沿著齒輪122、123 縱方向具有不均勻的厚度t.,其於泵齒輪122、123相反尾端 軸向的中央位置厚度最大。壓縮區域的厚度從泵齒輪122 、123相反尾端轴向的中央位置朝泵齒輪丨22、123每一個尾 端連續遞減係更佳者,再者,壓縮區域126、127的厚度、從 泵齒輪122、123相反尾端軸向的中央位置朝栗齒輪122、123 每一個尾端連續且平順地遞減更令人滿意。 _ 壓縮區域126、127與密封區域128、129由下列標準定 義更佳:壓縮區域之最大面積受到密封區域丨28、129能夠 確實維持齒輪122、123與齒輪室120内壁之間密封面積的束 制。將壓縮區域之表面面積增到最大使受限於密封區域128 、129面積鄰接齒與齒輪室12〇之間的注入體積增到最大, 其依序導致大大地增進果之效率,其係指特定又寸之齒輪 泵月b夠達到更南的流量率β特定尺寸齒輪聚之較高泵效率 將導致節省大量資本,因其不需要為了容納更大尺寸的泵 而更換或是大量修改如液化器等關聯設備。以改進的泵來 更換傳統泵的選擇在於根據本發明之原理能夠使特定尺寸 泵達到較大的注入效率與較高之貫流率,亦將導致減少關 於修改或更換與特定尺寸泵關聯設備之勞工費用,且減少 生產單元無法工作的週期。 圖示說明之齒輪泵110可以描述具有加倍的壓縮區域 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐〇 I I i ' ^-----III -------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) , 4 6 193 6 A7
裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注音?事項再填貧本頁) 461936
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
因為密封區域128、129跟隨齒輪122、123之至少—齒 兩_#之長度成形’密封區域128、129的形狀藉 兩122、123之型式而定”尤魚脊狀齒輪而t,其齒以 :知狀的方式從齒輪之第一個尾端以第一方向(例如順時 、方向)捲、%齒輪122、123到齒輪之中間剖面長度然後尖 銳轉向且以與第—方向相反之螺旋狀的方式(例如逆時針 方向)從齒輪之中間剖面長度捲繞齒輪到齒輪第一個尾端 相對的第二尾端’如第8圖所示。因此,就泵ιι〇而言,其 具有包括兩個流出口 13〇、131之雙流出通道(第5圖與第6 :)以及魚脊狀齒輪122、123,當維持至少兩個齒與齒輪 室120内壁部分之間定義成之密封區域128、129的有效密 封時,將壓縮區域的面積增到最大導致第5圖中指示由密 封區域邊界132、133之一 V型密封區域。應該注意的是密 封區域邊界132、133只為了說明目的而顯示,因為其平順 的由壓縮區域轉換到根本無法容易地看到之密封區域。 雙流出通道(如第5圖與第6圖中顯示)為較佳因為其提 供一較大的面積給於泵110吸入側之壓縮區域而不達反每 一個齒輪122、123至少一個齒且較佳兩個齒對齒輪室壁定 義之密封區域密封之要求。雙流出通道亦容許齒打破密封 之前較大之齒輪122、123旋轉角度。 於第9圖到第11圖中,顯示本發明利用螺旋型齒輪之 另一具體實施例。相對於齒輪泵110,齒輪泵21〇包括一定 義内壁214之外罩212、注入通道216、流出通道218與配置 於注入通道與流出泵之間的齒輪室220。齒輪222、223可
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS>A4規格(2]0 X 297公釐
(請先閱讀背面之注意事項再填貧本頁』 裝 --線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 Ϊ93 6 A7 ___— _B7____ 五、發明說明(8 ) 旋轉的支撐於齒輪室220内。齒輪222、223具有内嚙合齒 其以螺旋方式捲繞整個齒輪222、223長度。相對於泵11〇 ’壓縮區域226、227與密封區域228、229由提供壓縮流體 於齒輪222、223旋轉方向與平行於泵齒輪222、223旋轉軸 方向之加倍壓縮區域所定義,且壓縮區域226、227提供— 由泵齒輪222、223之旋轉所引起之流體藉以經過一逐漸狹 窄空隙的機構,其於旋轉方向增加壓力直到流體到達平順 地掐掉於密封區域228、229之開始處。泵210與泵11〇適用 相同的原理’每一個壓縮區域226、227的厚度從注入通道 216朝流出通道218連續的遞減,且每一個壓縮區域沿著齒 輪222、223之縱向(軸向)皆有不均於的厚度。然而,參考 第9圖可見,壓縮區域之最大厚度接近於每一齒輪222、223 之一端’並朝其相反端相向連續減少。此修改係提供來適 合於本發明對具有螺旋齒輪222、223而非魚脊狀齒輪之原 理。同樣地,密封區域228、229與壓縮區域226、227係藉 由岔封區域邊界232、23 3所定義。對應的,密封區域228 、229形狀大致為三角形。 本發明之原理亦可以適用於齒輪果(第12圖與第 圖)’其利用如第12圖所示具有沿著垂直於齒輪322、323 軸向直線延伸齒之正齒輪322、323。泵31〇與泵11〇之外罩 3 12形狀類似,其主要不同係由與齒輪322、323旋轉軸平 行之密封區域邊界線332 ' 333所定義之密封區域328、329 與壓縮區域326、327,當維持每一個齒輪322、323至少一 個齒 '較佳兩個齒與外罩3 12之内壁之間於密封區域328、 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2】〇 X 297公髮) -------------装-----I--訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 461936
五、發明說明(9 ) 329處之密封時其將I縮區域326、327之面積增到最大。 本發明已經於實驗室中對特定材質與特定注入壓力差 (果之注入與流出之間)製造聚苯乙烯進行測試與評估。係 果速度函數之效率⑽入由齒體積定義之流基本體積之產 品體積比值)對比傳統齒輪系較寬範圍之果速度㈣顯示 出相當的向(大於85%)。 、 熟悉該技藝的人對本發明之上述較佳具體實施例進行 許多修改而不背離本發明附加專利申請範圍所定義的精神 與範疇將是顯而易見的。 元件標號對照 -------------裝i (請先閱讀背面之注意事項再填"''本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 10 : 習知技藝齒輪泵 212 外罩 12 : 外罩 214 齒輪室内壁 14 : 齒輪室内壁 216 注入通道 16 : 注入通道 218 流出通道 18 : 流出通道 220 齒輪室 20 : 齒輪室 222 齒輪 22 : 齒輪 223 齒輪 23 : 齒輪 226 壓縮區域 110 •齒輪豕 227 壓縮區域 112 :外罩 228 松、封區域 114 :齒輪室内壁 229 岔封區域 116 :注入通道 232 密封區域邊 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 12 A7 46 193 6 _B7 五、發明說明(10 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 118 : 流出通道 312 : 外罩 120 : 齒輪室 314 : 齒輪室内壁 122 : 齒輪 316 : 注入通道 123 : 齒輪 318 : 流出通道 128 : 密封區域 320 : 齒輪室 129 : 密封區域 322 : 齒輪 130 : 流出口 323 : 齒輪 131 : 流出口 326 : 壓縮區域 132 : 密封區域邊界 327 : 壓縮區域 133 : 密封區域邊界 328 : 密封區域 210 : 齒輪泵 329 : 密封區域 233 : 密封區域邊界 332 : 密封區域邊界 310 : 齒輪泵 332 : 密封區域邊界 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2】0 X 297公釐) 13
Claims (1)
- 46193S 範圍 申請專利 r :齒輪泵’其包括有:-種界定出注入通道、流出 、以及m注人通道與流 之外罩;以可旋棘方十±茴輪至 j 齒輪㈣之第—與第二 —山— 弟—泵齒輪具有内嚙合之齒丨以及 Γ㈣齒輪與齒輪室内壁間界定㈣壓縮區域 度母固壓縮區域沿著果齒輪之縱方向具有不均勾的厚 :二專利範圍第1項之栗,其壓縮區域的厚度從軸向 3目、之中央位置朝|齒輪每個尾端連續的遞減。 •:申請專利範圍第1項之粟’其壓縮區域的厚度從轴向 =對端之中央位置㈣齒輪每個尾端連續且平順的遞 4·如申請專利範圍第3項之栗,其中每個壓縮區域之最大 厚度位於與注入通道鄰接處,並朝流出通道連續遞減 5·如申請專利範圍第4項之泵,其中塵縮區域的厚度從注 入通道朝流出通道平順地遞減。 6. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一種齒輪泵其包括有:界定出定義注入通道、流出通 道以及-配置於注入通道與流出通道之間的齒輪室之 外罩;以可旋轉方式支撐於齒輪室内之第一與第二菜 齒輪’該第-與第二泵齒輪具有内响合之齒;以及一 由每-個泵齒輪與齒輪室内壁間界^出的壓縮區域, 每個I縮區域沿著泵齒輪之縱方向具有不均勾的厚度 ,壓縮區域之最大厚度位於與注人通道鄰接處並朝流 297公釐) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格⑵〇- 14 申請專利範圍 出通道連續遞減。 7‘如申請專利範圍第6項之泵,其㈣個壓㈣域之最大 厚度位於與注入通道鄰接處並朝流出通道連續遞減。 8·如申凊專利範圍第7項之泵,其壓縮區域的厚度從注入 通道朝流出通道平順地遞減。 9·如申請專利範圍第6項之泵,其壓縮區域的厚度從轴向 相反知之中央位置朝系齒輪每個尾端連續且平順巧遞 減。 、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公楚) 15
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