CN101473139B

CN101473139B - 螺杆泵

Info

Publication number: CN101473139B
Application number: CN2007800230444A
Authority: CN
Inventors: 埃斯本·格伦堡·布伦; 黑尔格·格兰; 艾伊尔·达尔高·安徒生
Original assignee: Grundfos Nonox AS
Current assignee: Emitec Denmark AS
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2027-06-29
Also published as: EP2035708A1; WO2008000505A1; EP2035708B1; ATE508279T1; DE602007014364D1; CN101473139A

Abstract

本发明涉及一种螺杆泵，该螺杆泵具有螺旋泵送外部构件(4，4′)和设置在该外部构件(4，4′)内部的螺旋泵送内部构件(2，2′)，其中该外部构件(4，4′)的内部和该内部构件(2，2′)为锥形，并且其中该内部构件(2，2′)可围绕该内部构件的形成为固定的第一旋转轴线(X₁)的纵轴线(X₁)旋转，并且该外部构件(4，4′)可围绕该外部构件的形成为固定的第二旋转轴线(X₂)的纵轴线(X₂)旋转，其中该第一旋转轴线(X₁)和该第二旋转轴线(X₂)彼此倾斜，并且该内部构件(2，2′)由该外部构件(4，4′)驱动，或者该外部构件(4，4′)由该内部构件(2，2′)驱动。

Description

螺杆泵

技术领域

本发明涉及一种螺杆泵(Moineau pump)，即渐进式腔泵(progressingcavity pump)。

背景技术

从例如美国专利1,892,217中公知这类螺杆泵或渐进式腔泵。这类泵由环形的外部构件和设置在该环形的外部构件的空腔中的内部构件组成。空腔的内部和内部构件的外部均具有螺旋形状。该内部构件在该外部构件的内部沿偏心轨迹旋转。此外，该外部构件的螺旋结构比该内部构件的螺旋结构多一条螺纹。

US RE 21374公开了一种渐进式腔泵，其具有内构件和外购件，其中，该内构件和外购件都绕一纵轴线旋转。此外，该两个纵轴线彼此倾斜。

这类螺杆泵的问题在于定子内部的转子的运动较复杂。此外，由于所产生的摩擦，在不增加构件的摩擦和磨损的情况下，很难保持定子和转子之间的泵腔在高压下的压力密封。

发明内容。

有鉴于此，本发明的目的是提供一种改进的螺杆泵，该螺杆泵使内部构件和外部构件的运动复杂度降低并同时减少构件的磨损。

根据本发明的螺杆泵包括螺旋泵送外部构件和设置在该泵送外部构件内部的螺旋泵送内部构件。其中，该外部构件的内部和该内部构件为锥形，该内部构件能围绕该内部构件的形成为固定的第一旋转轴线的纵轴线旋转，并且该外部构件能围绕该外部构件的形成为固定的第二旋转轴线的纵轴线旋转，以及，该第一旋转轴线和该第二旋转轴线彼此倾斜，并且该内部构件由该外部构件驱动，或者该外部构件由该内部构件驱动。其中，该内部构件或该外部构件能够沿轴向移动，并且由该泵产生的压力作用在该构件的表面上，产生将该内部构件和该外部构件挤压在一起的轴向力。根据此设计，外部构件为内部具有空腔的环形。内部构件设置在该空腔中。外部构件的空腔的表面具有螺旋形状，并且内部构件的外表面也具有螺旋形状。通过内部构件的外表面和外部构件的内表面这两个相对表面的这种螺旋形状而在内部构件的外表面和外部构件的内表面之间形成泵室或空腔。

此外，根据本发明，该外部构件的内部和该内部构件为锥形。这意味着该内部构件具有沿纵向从一端到相反的另一端渐增的直径。外部构件的空腔相对应地具有沿纵向从一端到相反的另一端直径渐增的形状。根据本发明，内部构件和外部构件均是可旋转的。两个构件均以可围绕其纵轴线旋转的方式设置。内部构件的纵轴线形成第一旋转轴线，内部构件可围绕该第一旋转轴线旋转。外部构件的纵轴线形成第二旋转轴线，外部构件可围绕该第二旋转轴线旋转。两个旋转轴线(即第一旋转轴线和第二旋转轴线)不是彼此平行的，而是彼此倾斜的。这意味着两个轴线相交于一个交点。内部构件和外部构件以这两个构件中的仅一个构件被外部驱动装置直接驱动的方式驱动。另一个构件由与该外部驱动装置连接的另一构件间接地驱动。这意味着根据本发明，或者内部构件由外部构件驱动，或者外部构件由内部构件驱动。

该设计能够简化两个构件(即内部构件和外部构件)的运动。两个旋转轴线均为固定的轴线。不需要在驱动转子的驱动轴中设置柔性接头或万向接头，而由于内部构件和外部构件之间的偏心运动的缘故，上述接头的设置在传统的螺杆泵中是必要的。根据本发明，两个构件都是旋转的，因而两个构件均进行相对于彼此的偏心运动，但每一个构件能够围绕一个固定的旋转轴线旋转(所述旋转轴线本身不必移动)。

由于倾斜的旋转轴线使得从泵的一端到另一端的偏心距线性增大，因此能够获得泵的恒定流量。

此外，固定的旋转轴线使得内部构件和外部构件能够更好地装配，这使摩擦和磨损降低。

所述内部构件和/或所述外部构件的至少一部分优选为由至少一种刚性材料制成。内部构件和外部构件之一使用刚性或硬质材料，优选为内部构件和外部构件均使用刚性或硬质材料，其所具有的优点是降低磨损并且使得两个构件的装配更为精确。此外，可以获得增强的可靠性和耐用性。特别地，内部构件和外部构件之间的简化运动允许内部构件和外部构件彼此接触的表面使用此类刚性材料。由于这种更好的装配，能够在不使用弹性材料的情况下实现内部构件和外部构件之间的压力密封接触。可以使整个内部构件和/或外部构件由刚性材料制成。此外，这些构件也可以仅部分地由刚性材料制成，尤其可以在内部构件和/或外部构件彼此接触的表面上涂覆刚性材料的覆层。此外，内部构件和/或外部构件可以至少部分地由一种刚性材料制成。或者，例如可以使用几种刚性材料作为复合材料。此外，所述构件的不同部分可由不同材料制成，以使这些部分完全适合于尤其是考虑到摩擦和磨损的多种要求。

特别地，内部构件和/或外部构件优选由陶瓷材料制成。陶瓷材料非常硬且磨损极小，使得泵构件(即内部构件和外部构件)具有高的耐用性。

此外，优选地，所述内部构件或所述外部构件由驱动装置、优选为马达来驱动。该马达可以是电动马达，特别是AC、DC、PM电动马达。此外，也可以使用液压马达、内燃机或类似的装置来驱动根据本发明的泵。

关于马达的使用优选的是：所述马达的旋转轴线沿着与由所述马达直接驱动的构件的旋转轴线相同的固定方向延伸。这意味着马达的旋转轴线或者与内部构件的旋转轴线联接，或者与外部构件的旋转轴线联接，而这取决于是内部构件由马达驱动还是外部构件由马达驱动。未被马达直接驱动的构件由联接到该马达上的另一个构件驱动。这意味着或者是由马达直接驱动内部构件且由该内部构件驱动外部构件，或者是由马达直接驱动外部构件且由该外部构件驱动内部构件。在两种情况下，内部构件在外部构件内侧进行滚动，根据上述的、马达的旋转轴线沿着与被驱动构件的旋转轴线相同的方向延伸的设置所具有的优点是在马达心轴(motor axis)和被驱动构件的轴线之间不需要齿轮，并且尤其不需要例如万向接头的柔性接头。

此外，优选的是，所述外部构件比所述内部构件多一个齿。这意味着在外部构件的空腔内侧的螺旋结构比内部构件的外侧的螺旋结构多一个齿或一条螺纹(thread)。

所述内部构件或所述外部构件设置为使得所述内部构件或所述外部构件可沿轴向移动。这允许如下的设计：由于对轴向力的补偿作用，可自由移动的构件(即由另一个构件驱动的构件)不需要轴向支承件。在内部构件由外部构件驱动的情况下，优选地，内部构件可沿轴向移动。另一方面，在外部构件由内部构件驱动的情况下，优选地，外部构件可沿轴向移动，以使该构件不需要轴向支承件。

如果内部构件和外部构件具有锥形形状，并且在可沿轴向移动的构件上具有一个表面，由泵产生的压力作用在该表面上以使所述内部构件和所述外部构件挤压在一起，则可以实现对上述轴向力的补偿。上述表面设置为承载由泵产生的压力，以便产生一轴向力。优选地，该表面是与轴向方向垂直地延伸的表面，优选为该构件的端面。这一产生的轴向力使内部构件和外部构件挤压在一起，并且抵抗由内部构件和外部构件之间的泵腔内压力所产生的力。该泵腔内的这一压力产生推动内部构件和外部构件分开的轴向力，该轴向力是通过作用在可轴向移动的构件的表面上的压力来补偿。该设计的另一个优点是当泵不工作时，内部构件和外部构件之间的接触压力降低。由此，能够降低磨损和公差。此外，因为当泵压力或泵压头(pump head)尤其为零时，在所述内部构件和所述外部构件之间能够具有小的间隙，因此降低了泵的起动转矩。通过增大泵压力，使作用在可轴向移动的构件的表面上的压力增大，并且使作用在该构件上并使内部构件和外部构件挤压在一起的力增大。

由于在压力较低的情况下，内部构件和外部构件之间的摩擦会因低泵压力下的压紧力的降低而降低，因此通过利用增大的泵压力来使内部构件和外部构件的压紧力增大，可以降低泵中的摩擦损失。

在泵压力用于向移动的构件施加轴向力的表面是该构件的一个端面的情况下，由泵压力产生的轴向力可以通过选择此表面或区域的尺寸来调节或限定。泵压力施加的区域可以通过径向支承件的直径来限定。因此，通过选择径向支承件的适当直径，能够获得理想的表面面积。

不能沿轴向移动的构件优选为沿着轴向固定在马达轴上。可沿轴向移动的构件优选沿径向固定在径向支承件中。

根据本发明的螺杆泵所泵送的物质或流体优选基本上沿直线轴向地移动穿过所述泵。这意味着当内部构件和外部构件围绕其纵轴线旋转时，位于外部构件和内部构件之间的泵腔沿直线在轴向上渐进。

此外，优选地，该泵包括具有入口和出口的外壳，并且所述内部构件和所述外部构件设置在所述外壳中。

附图说明

从如下仅作为示例的详细描述和附图中，将会更完全地理解本发明。在图中：

图1是根据本发明的螺杆泵的示意性截面图；

图2是根据第二实施例的螺杆泵的示意性截面图；

图3是根据本发明第三实施例的螺杆泵的示意性截面图；

图4是根据本发明的第四实施例的内部构件和外部构件的设置的示意性截面图；

图5是内部构件和外部构件的示意性截面图；

图6是具有一条螺纹的内部构件的截面图；

图7是具有两条螺纹的外部构件的示意性截面图；以及

图8是具有十个齿或十条螺纹的外部构件的示意性截面图。

具体实施方式

如根据图1的示例所示，螺杆泵包括内部构件2和外部构件4。两个构件均为锥形，即，内部构件2具有锥形的外部形状，并且外部构件4的空腔具有锥形的内部形状，以使内部构件2装配到外部构件4中。内部构件2的外表面和外部构件4的内表面具有螺旋形状，并且外部构件4的螺旋结构比内部构件2的螺旋结构多一条螺纹。内部构件2和外部构件4均设置在泵壳或外壳6中。

内部构件2固定在马达轴(未图示)上。马达轴沿内部构件2的纵轴线X₁延伸。该马达轴驱动内部构件2围绕形成第一旋转轴线X₁的纵轴线X₁旋转。外部构件4安装在外壳6内部的径向支承件8中。外部构件4可围绕其形成第二旋转轴线X₂的纵轴线X₂旋转。此外，外部构件4在外壳6和支承件8内部沿着纵轴线X₂而可在轴向上移动。径向支承件8固定在外壳6中。

当内部构件2由马达驱动时，内部构件2旋转，以便在外部构件4的内周上进行滚动，由此驱动外部构件4围绕其纵轴线X₂旋转。根据图1的泵的压力侧在内部构件2和外部构件4的直径较小的一侧上，抽吸侧在直径较大的相对侧上。待泵送的流体通过入口10进入泵壳6，并被泵送至出口12。因此，在出口12侧处的泵压力沿平行于纵轴线X₂的箭头A的方向压抵着外部构件4起作用，从而将外部构件4压抵在内部构件2的外侧。这就能够通过增大泵压力而使外部构件和内部构件之间的压力增大。当泵不工作时，该力能够减小到零，从而能够获得低的起动转矩。

由于纵轴线或旋转轴线X₁和X₂彼此倾斜，因此可获得从出口12到入口10侧线性减小的偏心距，以便获得泵的恒定流量。如果所述各旋转轴线是平行的，则由于内部构件2和外部构件4的锥形形状，泵将输送出非恒定的流量。

图2中示出了不同的第二实施例。根据图2的实施例同样具有外部构件4′和内部构件2′，所述外部构件和内部构件的设置和设计如同上文与第一实施例相关的描述。第一实施例和第二实施例的不同之处在于，根据第二实施例，外部构件4′由马达(在图2中未示出)驱动。外部构件4′驱动内部构件2′。因此，内部构件2′安装为可在设置于固定入口管16上的支承件14上旋转。支承件14为径向支承件，从而内部构件2′可沿着平行于入口管16纵轴线的轴向方向移动。此外，内部构件2′能围绕该纵轴线旋转。与图1的实施例相对应地，外部构件4′可围绕相对于入口管16的纵轴线倾斜的第二纵轴线旋转。外部构件4′与马达轴连接并且安装在轴向和径向支承件中。

泵设置在具有入口管16和出口18的泵壳或外壳6′中。外部构件4的驱动轴穿过防止马达和泵泄漏的轴密封件20。

当旋转开始时，将分别由泵或泵压头产生泵压力，并且该泵压力作用在表面22、即泵的内部构件2′的出口或压力侧的轴向端面上。因此，该压力施加将所述内部构件2′压在所述外部构件4′上从而使内部构件2′和外部构件4′之间的接触力或接触压力增大的力。由此，减少了泵的内部泄漏。该设计能够实现内部构件2′和外部构件4′之间在高压下的防泄漏紧密接触(leakage tight contact)，并且同时降低在低压下或当泵不工作时的摩擦，从此在表面22上没有压力作用，从而使内部构件2′和外部构件4′之间的接触压力降低。

图3示出了与根据图1的实施例相对应的实施例。可以看出，马达和内部构件2的旋转轴线X₁相对于外部构件4的纵向旋转轴线X₂倾斜。马达24连接到泵壳6上，并且马达轴26穿过密封件28。

在根据图1和图3的实施例中，内部构件2驱动外部构件4。外部构件的速度是由内部构件2的速度和所述内部构件与外部构件的齿或螺纹的比值的乘积来决定。这意味着如果所述内部构件具有如图6所示的圆形横截面(具有一个齿或一条螺纹)，则所述外部构件截面呈如图7所示的伸长的圆形(具有两条螺纹或两个齿)，并且外部构件4的转速将是内部构件2的转速的一半。另一方面，如果所述内部构件具有九个齿或九条螺纹，则所述外部构件具有如图8的截面所示的十个齿或十条螺纹，并且所述外部构件的速度将是所述内部构件的速度的十分之九。

马达24可以是电动马达AC、DC、PM或液压马达、内燃机或类似装置。

图4示出了外部构件4″和内部构件2″的另一种可能的设置。根据图4的实施例，泵的压力侧或出口30设置在锥形的内部构件2″和锥形的外部构件4″的小直径端上。为了达到借助出口30侧上的泵压力使内部构件压抵外部构件4″的效果，内部构件2″设有内部通道32，该内部通道32从压力侧30沿内部构件2″的纵轴线朝向相反侧延伸。通道32在该相反侧处被扩宽，以便形成方向与压力侧30相对的表面34。由此，泵产生的出口压力作用在表面34上，并且通过如上文所述的增大的压力将内部构件2″压抵在外部构件4″上。

此外，应理解的是，所有与根据图1至图3的实施例相关地论述的方案也可以应用于根据图4的实施例。

通常，渐进式腔泵(PCP)或螺杆泵具有两个彼此相对旋转并且相对于彼此沿偏心轨迹运动的部件(内部部件2和外部部件4)。根据本发明，这可以通过内部部件和外部部件的倾斜的旋转轴线X₁和X₂来实现。

如图5所示，截面中的各种形状，尤其是沿着以两个旋转轴线的交点为球面中心点的球形截面的形状，可以由与外摆线相连接的内摆线的多个片段构成。或者，该外摆线可形成为与内摆线相距预定距离或偏移。在轴向方向上，该截面围绕纵轴线旋转，以在内部部件的外侧上形成至少一条螺纹或一个齿，以及在外部部件4的内侧上形成至少两条螺纹或两个齿。

对于在n+1个齿廓(tooth shape)的内侧运转的n个齿廓而言，内部部件的螺纹或齿的数量是外部部件的螺纹或齿的数量的(n+1)/n倍。内部构件2的中心相对于外部构件4的中心偏离，并且该中心沿半径为e(偏心距)的圆移动。在此情况下，由于锥形形状的缘故，偏心距从泵的一个纵向端向另一个纵向端增加。

附图标记列表

2，2′，2″：内部构件

4，4′，4″：外部构件

6：外壳

8：径向支承件

10：入口

12：出口

14：支承件

16：入口管

18：出口

20：密封件

22：表面

24：马达

26：马达轴

28：密封件

30：出口

32：通道

34：表面

X₁：第一旋转轴线

X₂：第二旋转轴线

A：轴向力的方向

Claims

1.一种螺杆泵，其具有螺旋泵送外部构件（4；4′）和设置在该外部构件（4；4′）内部的螺旋泵送内部构件（2；2′），其中，

该外部构件（4；4′）的内部和该内部构件（2；2′）为锥形，

该内部构件（2；2′）能围绕该内部构件的形成为固定的第一旋转轴线（X₁）的纵轴线（X₁）旋转，并且该外部构件（4；4′）能围绕该外部构件的形成为固定的第二旋转轴线（X₂）的纵轴线（X₂）旋转，以及

其中，该第一旋转轴线（X₁）和该第二旋转轴线（X₂）彼此倾斜，并且

该内部构件（2；2′）由该外部构件（4；4′）驱动，或者该外部构件（4；4′）由该内部构件（2；2′）驱动，

其特征在于，

所述内部构件（2；2′）设置为能够沿轴向移动，并且由该泵产生的压力作用在该能沿轴向移动的内部构件（2；2′）的表面上，该压力的作用产生使该内部构件（2；2′）和该外部构件（4；4′）挤压在一起的轴向力。

2.如权利要求1所述的螺杆泵，其特征在于，所述内部构件（2；2′）和/或所述外部构件（4；4′）的至少一部分由至少一种刚性材料制成。

3.如权利要求2所述的螺杆泵，其特征在于，所述内部构件（2；2′）和/或所述外部构件（4；4′）由陶瓷材料制成。

4.如权利要求1所述的螺杆泵，其特征在于，所述内部构件（2；2′）或所述外部构件（4；4′）由驱动装置驱动。

5.如权利要求4所述的螺杆泵，其特征在于，所述驱动装置为马达（24）。

6.如权利要求中4所述的螺杆泵，其特征在于，所述内部构件（2；2′）或所述外部构件（4；4′）由马达（24）驱动，其中所述马达的旋转轴线沿着与由所述马达（24）驱动的所述构件的所述旋转轴线相同的方向延伸。

7.如权利要求1所述的螺杆泵，其特征在于，所述外部构件（4；4′）比所述内部构件（2；2′）多一个齿。

8.如权利要求1至7中任一项所述的螺杆泵，其特征在于，被泵送的物质或流体基本上沿直线轴向地移动穿过所述泵。

9.如权利要求1至7中任一项所述的螺杆泵，其特征在于，该泵包括外壳（6；6′），该外壳（6；6′）具有入口（10；16）和出口（12；18），并且所述内部构件（2；2′）和所述外部构件（4；4′）设置在所述外壳（6；6′）中。

10.如权利要求8所述的螺杆泵，其特征在于，该泵包括外壳（6；6′），该外壳（6；6′）具有入口（10；16）和出口（12；18），并且所述内部构件（2；2′）和所述外部构件（4；4′）设置在所述外壳（6；6′）中。