TW461936B - High efficiency gear pump for pumping highly viscous fluids - Google Patents

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

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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)

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