FI103603B - an eccentric - Google Patents

Abstract

A gerotor pump, Figure 1, has the usual male lobed rotor 16 with n lobes meshed in the female lobed annulus 12 with n + 1 lobes, the two being both but relatively rotatable on parallel axes 14,18. The improvement consists of making the lobes helically extending which smooths pressure peaks and reduces noise. <IMAGE>

Description

103603103603

Epäke skopumppu Tämä keksintö koskee epäkeskolaitteita, jotka käsittävät roottorin, jossa on n kappaletta siipilohkoja ja 5 joka on sijoitettu epäkeskisesti suuremman määrän siipilohkoja (esimerkiksi n + 1) käsittävään lohkorenkaaseen nähden ja sen sisäpuolelle. Nämä osat muodostavat kammio-ryhmän, jonka jokainen kammio on rajattu asianomaisten osien välisellä kosketusviivoilla ja kammiot ovat tilavuu-10 deltaan erilaisia; lähellä sitä kohtaa, jossa yksi roottorin siipilohko hammastuu täysin renkaan kahden siipilohkon väliin, kammioiden tilavuus on pienin ja suunnilleen tätä kohtaa kohtisuoraan vastapäätä olevassa kohdassa (riippuen siitä, onko roottorin siipilohkojen määrä pariton tai pa-15 rillinen luku) kammion tilavuus on suurin. Erillisten kammioiden tilavuus vaihtelee roottorin pyöriessä renkaaseen nähden.This invention relates to an eccentric device comprising a rotor having n-paddle sections and 5 eccentrically disposed relative to and inside a block ring having a greater number of paddle sections (e.g., n + 1). These portions form a group of chambers, each of which is delimited by contact lines between the respective portions and the chambers are of different volume-10 delta; near the point where one rotor blade block fully engages between two ring blades, the volume of the chambers is the smallest and approximately at a point perpendicular to this point (depending on whether the number of rotor blade blocks is odd or even). The volume of the individual chambers varies as the rotor rotates relative to the ring.

US-patentissa 4 863 357 esitetyllä tavalla sekä staattori (kiinteä rengas) että roottori voidaan valmistaa 20 kartioina, joissa on nousultaan erilaiset spiraalin muotoiset siipilohkot, jolloin kammioiden aksiaalinen pituus on vakio, mutta niiden tilavuus pienenee kartioiden pienentyneestä siipilohkojen korkeudesta johtuen. Tätä rakennetta käytetään nestekompressorina nestevirtauksen suun-: 25 tautuessa pääasiassa akselia pitkin kartion suuresta pääs tä sen pieneen päähän. Tällainen kompressori edellyttää huomattavaa aksiaalista pituutta.As disclosed in U.S. Patent No. 4,863,357, both the stator (solid ring) and the rotor can be made as cones with different pitch helical blades, whereby the chambers are of constant axial length, but their volume decreases due to the reduced height of the blades. This structure is used as a liquid compressor, with the liquid flow directed mainly along an axis from the large end of the cone to its small end. Such a compressor requires considerable axial length.

Lisäksi valmistetaan alareikämoottoreita, toisin sanoen aksiaalivirtauspumppuja, joissa käytetään putkien 30 muotoista staattoria, jossa on spiraalina moninkertainen sisäkierteitys ja joka hammastuu pääasiassa lieriön muotoiseen roottoriin, jossa on kierremäärältään erilainen monikierteinen ulkokierteitys. Tässäkin tapauksessa aksiaalinen pituus on pumpun tehon kannalta tärkeä tekijä, ja 35 virtaus tapahtuu pääsiassa akselia pitkin pumpun toisesta päästä toiseen.In addition, lower bore motors, i.e., axial flow pumps, are manufactured using a tubular stator 30 having a multiple helix internal thread and helically rotating to a cylindrical rotor having a multitude of external helical threads. Again, axial length is an important factor for pump performance, and flow is substantially along an axis from one end of the pump to the other.

103603 2103603 2

Monia epäkeskorakenteita käytetään polttomoottorien voitelupumppuina silloin, kun kompakti aksiaalinen mitoitus on tärkeä, ja joskus tuloaukon ja poistoaukon on oltava samassa aksiaalisessa päässä. Spiraalijärjestelyt 5 pumpun läpi menevään aksiaalivirtaukseen nähden eivät ole tällöin mahdollisia kummastakaan edellä mainitusta syystä, joten tavanomainen järjestely tällaisia pumppuja varten on, että käytetään roottoria ja rengasta, jotka ovat pris-mamaisia, ja rengas asennetaan pyörimään eri nopeudella 10 kuin roottori, jolloin se ei ole enää staattori, joten ei tarvita viipotintankotyyppistä käyttölaitetta. Tällaiseen järjestelyyn liittyy tietty aaltoileva paineteho, jota voidaan tasoittaa osittain järjestämällä poistoaukko, joka suuntautuu huomattavalle kaarisegmentille, niin että kam-15 mioryhmä on yhteydessä poistoaukkoon.Many eccentric designs are used as lubrication pumps for internal combustion engines where compact axial dimensioning is important and sometimes the inlet and outlet have to be at the same axial end. Spiral arrangements 5 with respect to the axial flow through the pump are not possible for either of the above reasons, so the conventional arrangement for such pumps is to use a rotor and a prismatic ring, and to mount the ring at a different speed 10 than the rotor. no longer a stator, so no slider rod drive is needed. Such an arrangement involves a certain undulating pressure power which can be partially offset by providing an outlet directed to a substantial arc segment so that the chamber group is connected to the outlet.

Osien välillä on säteen suunnassa tarvittava välys esimerkiksi, mutta ei yksinomaan niin sanottuna likavälyk-senä, mutta se on mahdollisimman pieni, niin että vältetään vuotaminen suurpainekammioista pienemmän paineen 20 omaaviin kammioihin ja jokainen kammio on mieluimmin rajattu kahdella renkaan ja roottorin välisellä kosketusvii-valla.For example, but not exclusively so-called dirt clearance, the necessary radial clearance between the parts is minimized so as to avoid leakage from the high pressure chambers to the lower pressure chambers and each chamber is preferably delimited by two ring-to-rotor contact lines.

Tämäntyyppisiin pumppuihin liittyy kaksi erityistä ongelmaa, nimittäin melu ja paineen vaihtelu tai aaltoilu.There are two particular problems with these types of pumps, namely noise and pressure variation or ripple.

: 25 Ensin mainittu ei ole ongelma, toisin sanoen melu, johtuu välyksen pienentymisestä kammioiden siirtyessä imupuolelta painepuolelle ja päinvastoin, niin että roottorin jokaisen siipilohkon siirtyessä alhaisimman paineen omaavaan asentoon se lyö helposti renkaaseen. Toinen ongelma johtuu 30 taas kammioryhmän siirtymisestä samalle kohdalle aukkojen kanssa, ja paineen aaltoilun amplitudi on suuri ja taajuus pienin pienemmillä n-arvoilla (ja päinvastoin).: 25 The former is not a problem, i.e. noise, due to the reduction in clearance as the chambers move from the suction side to the pressure side and vice versa so that each rotor blade section moves to the lowest pressure when the blade moves to the lowest pressure position. Another problem is due to the displacement of the chamber group at the same position with the apertures, and the pressure ripple amplitude is large and the frequency smallest at lower n values (and vice versa).

GB-hakemusjulkaisu 20 22 708 kuvaa laitteen, joka on ensisijaisesti tarkoitettu kaasukompressoriksi tai höy-35 rystimeksi. Tässä julkaisussa puhutaan hyvin useista eri 3 103603 mahdollisuuksista ja erikoisesti spiraalimaisilla siipi-lohkoilla varustetun epäkeskokokoonpanon muodostamisesta. Julkaisun piirustusten kuviosta 2 arvioiden spiraalikulma on noin 60°, mikä tarkoittaa sitä, että yhden siipilohkon 5 huipun toinen pää on 60° vaihe-erossa saman siipilohkon toisesta päästä. Roottorin ja renkaan yli 200° suuruiselle kaaren alueelle on yhdessä päässä tehty sivulevyihin leikkauksia tuloaukon järjestämiseksi, ja sisääntuloaukon suhteen epäsymmetrisesti sijaitsevalle alueelle on tehty ka-10 pea poistoaukko. Virtaus on tai voi olla aksiaalista.GB Application Publication 20 22 708 describes a device primarily intended for use as a gas compressor or steam-35 knuckle. This publication talks a great deal about the various possibilities and, in particular, the construction of an eccentric assembly with helical wing sections. Estimated from Figure 2 of the drawings of the publication, the spiral angle is about 60 °, which means that one end of one wing section 5 has a 60 ° phase difference from the other end of the same wing section. At one end, cut-outs are provided at one end of the rotor and annular arc region to provide an inlet port, and an inlet region asymmetrical to the inlet port is provided. The flow is or may be axial.

US-patenttijulkaisu 2 830 542 esittää nestepumpun, joka voi olla epäkeskopumppu, jossa rengas ja roottori on tehty kahdesta aksiaalisesti vierekkäisestä osasta, jotka ovat toistensa suhteen hieman vaihe-erossa valmistustole-15 ranssien kompensoimiseksi. Vain toinen vierekkäisistä osista on akselikäyttöinen, kun taas toista osaa käytetään muiden osien välittämällä käytöllä.U.S. Patent No. 2,830,542 discloses a fluid pump, which may be an eccentric pump, in which the ring and rotor are made of two axially adjacent sections slightly offset from one another to compensate for the manufacturing toluances. Only one of the adjacent parts is driven by the shaft, while the other part is driven by the drive provided by the other parts.

Keksinnön tavoitteena on saada aikaan parannuksia.It is an object of the invention to provide improvements.

Tähän päästään keksinnön mukaisella epäkeskopum-20 pulla, joka käsittää siipilohkoilla varustetun renkaan, joka on sisäisesti tartunnassa siipilohkoilla varustetun roottorin kanssa, jossa roottorissa on vähemmän siipiloh-koja kuin renkaalla, renkaan ja roottorin ollessa pyöriviä samansuuntaisten akseleiden ympäri pumpun rungossa olevas-: 25 sa sylinterimäisessä tilassa, mainitun rungon käsittäessä kiinteät tulo- ja poistoaukot, jotka on sovitettu aksiaalisesti renkaaseen nähden väliaineen päästämiseksi pumpun työkammioihin ja sen poistamiseksi pumpun työkammioista, jotka on sovitettu roottorin ja renkaan väliin, roottorin 30 ja renkaan siipilohkojen kiertyessä pituussuunnassaan spiraaleina, jolle on tunnusomaista, että tulo- ja poistoaukot on sovitettu symmetrisesti roottorin akselin ja renkaan akselin käsittävään tasoon, molempien aukkojen ollessa sovitettuna samaan roottorin ja renkaan aksiaaliseen 35 päähän, ja että kierrekulma on sellainen, että jokaisen 4 103603 siipilohkon toinen pää on 5β - 15° vaihe-erossa saman sii-pilohkon toisesta päästä.This is achieved by an eccentric pump 20 according to the invention comprising an annular blade ring which is internally engaged with a blade rotor having fewer blade blocks than the ring, the ring and the rotor being rotatable about parallel axes in the pump body: in a state, said body comprising fixed inlet and outlet openings axially arranged with respect to the ring for introducing fluid into and out of the pump work chambers arranged between the rotor and the ring, the rotor 30 and the wing blades rotating longitudinally in a spiral, - and the outlet openings are symmetrically arranged on a plane comprising the rotor shaft and the ring shaft, both openings being arranged at the same axial end 35 of the rotor and the ring, and having such a thread angle, that the other end of each of the 4 103603 wing sections is 5β to 15 ° in phase difference from the other end of the same wing block.

Kierteen kaltevuuskulma riippuu muista parametreistä, joihin kuuluu epäkeskoyksikön aksiaalinen pituus, ja 5 kierre on yleensä sellainen, että jokaisen siipilohkojen välisen kammion toinen aksiaalinen pää on siirretty vain hyvin pienellä siipilohkon osalla erilleen vastakkaisesta päästä.The inclination angle of the thread is dependent on other parameters including the axial length of the eccentric unit, and the thread is generally such that the other axial end of each chamber between the wing sections is displaced only by a very small portion of the wing block apart from the opposite end.

Erittäin tärkeä asia on, että keksinnön uskotaan 10 vähentävän melutasoa, koska sen sijaan, että siipilohko lyö koko pituudeltaan toiseen siipilohkoon suurimman paineen omaava kohta pyörii kierteisesti ja liikkuu aksiaalisesta hajottaen näin aika-arvon vastaavalla tavalla.Very importantly, the invention is believed to reduce the noise level because instead of impinging the blade block over its entire length on the second blade block, the point of greatest pressure rotates and moves axially, thereby disrupting the time value in a similar manner.

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin viittaamalla 15 oheisiin piirustuksiin, jossa kuvio 1 on leikkaus tyypillisestä epäkeskopumpusta, kuvio 2 on perspektiivikuva pumpun renkaasta, kuvio 3 on tasokuva renkaasta, kuviot 4 ja 5 vastaavat kuvioita 2 ja 3 ja esit-20 tävät pumpun roottoria, ja kuvio 6 on sivukuva roottorista.The invention will now be further described with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a sectional view of a typical eccentric pump, Fig. 2 is a perspective view of a pump ring, Fig. 3 is a plan view of a tire, Figures 4 and 5 is a side view of the rotor.

Kuvion 1 esittämä pumppu käsittää rungon 10, jossa on lieriön muotoinen syvennys, johon on laakeroitu rengas 12 akselissa 14 pyöriväksi. Roottori 16 on asennettu taas : 25 akselissa 18 pyöriväksi. Kuvatussa esimerkissä roottorissa on viisi siipilohkoa ja renkaassa on kuusi siipilohkoa. Roottoria tai rengasta käytetään käyttölaitteella (ei esitetty), esimerkiksi aksiaalisesti suunnatulla akselilla, ja pyöriminen siirretään epäkeskoyksikön toiseen osaan, 30 mutta eri nopeudella.The pump shown in Fig. 1 comprises a body 10 having a cylindrical recess in which a ring 12 is rotatable in a shaft 14. The rotor 16 is mounted again: 25 on the shaft 18 for rotation. In the example illustrated, the rotor has five wing sections and the ring has six wing sections. The rotor or ring is driven by an actuator (not shown), such as an axially directed shaft, and rotation is transferred to another portion of the eccentric unit, but at different speeds.

Rungon päätyseinämässä on tuloaukko ja poistoaukko, jotka esitetään katkoviivoilla. Jos oletetaan, että pyörimissuunta vastaa nuolen A suuntaa, aukko 20 on tuloaukko ja aukko 22 on poistoaukko.The body end wall has an inlet and an outlet, shown by dotted lines. If it is assumed that the rotation direction of the arrow A, port 20 is the inlet and port 22 is the outlet.

35 5 10360335 5 103603

Osien väliin on muodostettu ryhmä kammioita 30, 32, 34, 36 ja 38. Kammioiden määrä vastaa roottorin siipiloh-kojen määrää. Epäkeskon pyöriessä kammion 30 tilavuus kasvaa sen mennessä kohtien 32, 34 läpi, ja tilavuus pienenee 5 sen mennessä kohtien 36 ja 38 läpi. Laajennusaikana nestettä imetään pumppuun ja supistusaikana nestettä poistetaan pumpusta vastaavien aukkojen kautta.A number of chambers 30, 32, 34, 36 and 38 are formed between the parts, the number of chambers corresponding to the number of rotor blade blocks. As the eccentric rotates, the volume of the chamber 30 then increases through the steps 32, 34, and the volume then decreases through the steps 36 and 38. During expansion, fluid is drawn into the pump and during contraction, fluid is removed from the pump through respective openings.

Poistopaineen, joka ilmaistaan graafisesti pyöri-missykliin nähden, todetaan olevan maksimiarvossaan, kun 10 kammion 38 ohittaa poistoaukon 22 loppuosan (pyörimissuunnassa), ja se on minimiarvossaan, kun roottorin ja renkaan välinen kosketusviiva 42 menee kammion 38 takapäässä tämän pisteen ohi. Paine kasvaa jälleen maksimiarvoon ja laskee sitten minimiarvoon, kun seuraava kosketusviiva menee pis-15 teen ohi. Tämä aiheuttaa edellä mainitun aaltoilun.The discharge pressure, graphically expressed relative to the rotary cycle, is found to be at its maximum when 10 chambers 38 pass the remainder of the outlet 22 (in the direction of rotation) and at its minimum when the rotor-ring contact line 42 passes this point. The pressure rises again to its maximum value and then drops to its minimum value as the next touch line passes by a p-15. This causes the aforementioned ripple.

Kuvioon 1 viittaamalla edellä selostettu pumppu on kauttaaltaan tavanomainen pumppu ja vastaa aikaisempaa rakennetta. Sekä roottori, että rengas ovat prismamaisia, ja niiden vastakkaiset aksiaaliset päät ovat muodoltaan ja » 20 mitoitukseltaan aivan samanlaisia ja kummassakin päässä suorilla viivoilla yhdistetyt kehäpisteet ovat tasoissa, jotka käsittävät pääasiassa asianomaisen osan pyörimisakselin.Referring to Figure 1, the above-described pump is a conventional pump throughout and corresponds to the prior art. Both the rotor and the ring are prismatic, with opposing axial ends of exactly the same shape and dimension, and the peripheral points connected by straight lines at each end are in planes which essentially comprise the axis of rotation of the part in question.

Keksinnön mukaan rengas ja roottori eivät ole pris-: 25 mamaisia ja niiden päätypintojen ollessa samanlaisia kum mankin osan spiraalirakenteen nousukulma on sama. Näin ollen kuvio 1 voisi olla poikkileikkaus mistä tahansa akselin 18 kohdasta.According to the invention, the ring and the rotor are not prismatic and, when their end faces are identical, the pitch of the helical structure of each part is the same. Thus, Figure 1 could be a cross-section at any point on the shaft 18.

Valittu nousukulma on osien aksiaaliseen pituuteen 30 nähden sellainen, että mahdollista täydellistä vaiheen : muutosta varten saadaan tarvittavan pieni nousukulman osa.The selected elevation angle relative to the axial length of the parts 30 is such that a complete portion of the elevation angle required for the change is obtained.

Näin ollen kuusi siipilohkoa käsittävää rengasta varten 60° kierrekääntyminen saa aikaan yhden vaihemuutoksen. Kuvion 3 esittämällä tavalla käytetään noin 10°. Tätä suu-35 ruusluokkaä olevat ja 5° - 15° arvot ovat suositettavia, mutta myös muut ovat mahdollisia.Thus, for the six blade annular rings, a rotation of 60 ° causes one phase change. As shown in Figure 3, about 10 ° is used. Values of this foot-35 rose range of 5 ° to 15 ° are recommended, but others are possible.

103603 6103603 6

Kierteisyyden vaikutuksena voidaan näin ollen pitää sitä, että suurimman paineen omaava kammio 38 ulottuu kehän suunnassa (esitetyssä esimerkissä) 10° osalle. Tästä johtuen tämän kammion mennessä vyöhykkeen läpi, ennen kuin 5 seuraava sulkuviiva katkaisee syötön, suurpaineisen nesteen syöttö voi tapahtua aikaisempaan rakenteeseen verrattuna huomattavasti laajemmalle jakautuneella pyörähdys-syklin osalla. Tämä saa aikaan tasoitusvaikutuksen.The effect of the twist can thus be considered to be that the chamber 38 having the highest pressure extends in the circumferential direction (in the example shown) to 10 °. As a result, by the time this chamber passes through the zone before the next barrier closes the feed, the high pressure fluid may be fed through a much wider portion of the spin cycle compared to the prior art. This produces a smoothing effect.

Melun vähentämiseen liittyvä ilmiö edellyttää melko 10 monimutkaista selostusta, mutta aivan yksinkertaisesti ilmaistuna se johtuu paineen tasaamisesta. Nesteen jokainen painehuippu kohdistaa yhtä suuren ja vastakkaisen reaktion pyöriviin osiin, niin että painehuipun ollessa jakautunut 10° osalle kaarta eikä kohdistuessa siihen, 15 melkein suoraan pumpun osien minimoidulla mekaanisella reaktioilla vältetään melun syntyminen tai sitä vähennetään vastaavasti.The phenomenon of noise reduction requires quite 10 complicated explanations, but quite simply, it is due to pressure equalization. Each peak of fluid exerts an equal and opposite response to the rotating parts such that, when the pressure peak is distributed over 10 ° of the arc and does not apply to it, the almost mechanical action of the pump components almost directly avoids or reduces noise.

Claims (2)

1. Excenterpump som omfattar en med vinglober f ör-sedd ring (12) som inifrän är i ingrepp med en rotor (16) 5 som är försedd med vinglober, vilken rotor uppvisar färre vinglober än ringen, varvid ringen och rotorn är roterbara runt parallella axlar (14, 18) i ett cylinderaktigt utrym-me i pumpens stomme (10), varvid nämnda stomme uppvisar fasta in- och utlopp (20, 22), vilka är axialt anordnade i 10 förhällande till ringen för att släppa ett medium till pumpens driftskamrar (30 - 38) och släppa ut detsamma frän driftskamrarna (30 - 38), vilka är anordnade mellan rotorn (16) och ringen (12), varvid rotorns och ringens vinglober är spiralformat vridna i längdriktningen, k ä n n e -15 tecknad av att in- och utloppen (20, 22) är symmet-riskt anordnade till det plan som omfattar rotorns (16) axel (18) och ringens (12) axel (14), varvid de bäda öpp-ningarna (20, 22) är anordnade till den axiala änden av samma rotor (16) och ring (12), och att vridningsvinkeln 20 är sädan att den ena änden av varje vinglob ligger i en fasdifferens pä 5° - 15° till den andra änden av samma vinglob.An eccentric pump comprising a wing lobes provided with a ring (12) which are internally engaged with a rotor (16) provided with wing lobes, the rotor having fewer wing lobes than the ring, the ring and the rotor being rotatable about parallel shafts (14, 18) in a cylindrical space in the body of the pump (10), said body having fixed inlets and outlets (20, 22) which are arranged axially in relation to the ring to release a medium to the pump. operating chambers (30 - 38) and discharging the same from the operating chambers (30 - 38), which are arranged between the rotor (16) and the ring (12), the rotor and ring wing lobes being spirally rotated longitudinally, characterized by that the inlets and outlets (20, 22) are symmetrically arranged to the plane comprising the axis (18) of the rotor (16) and the axis (14) of the ring (12), the two openings (20, 22) being arranged at the axial end of the same rotor (16) and ring (12), and the angle of rotation 20 is is such that one end of each wing orbit lies in a phase difference of 5 ° - 15 ° to the other end of the same orbit. 2. Excenterpump enligt patentkrav 1, k ä n n e -tecknad av att fasdifferensen är i storleksklassen : 25 10°.2. An eccentric pump according to claim 1, characterized in that the phase difference is in the size class: 10 °.