NO165508B - Roterende aksialstempelmaskin. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en roterende maskin med aksialstempler og kammerstykke, omfattende en trykkplate som er skråstilt i forhold til sin geometriske rotasjonsakse, som sammenfaller med den geometriske akse av kammerstykket, hvor det sentrale parti av den skråstilte plate omfatter et sfærisk lager som er fritt roterbart om et fast, sentralt kulehodeledd, som er stivt forbundet med en første halvaksel som er direkte forankret i den sentrale del av kammerstykket, idet sistnevnte er forbundet med et periferielt, stivt hus som dekker og omslutter den bakre del av maskinens stempelstanginnretning.

Pumper av denne type benyttes i grubeindustrien og i oljeindustrien for å pumpe tunge væsker, så som petroleum, oppslemminger, fraksjonerte fluida o.l. Pumper av denne type er store og konstruert for høye strømningshastigheter under høye trykk, ofte mer enn 200 bar.

Spesielt i tilfeller ved petroleumsutvinning er det nødvendig at pumper av denne type er av relativt liten størrelse, slik at de kan lastes på en lastebil og transporteres med denne sammen med sin drivmotor. Man forsøker derfor å redusere vekten og den totale størrelse av pumpen samtidig med at leveringstrykket og -kapasiteten økes.

En pumpe av den innledningsvis nevnte type med dette siktepunkt er kjent fra fransk patentpublikasjon 2 572 774, publisert 9. mai 1986. I denne pumpe har man klart å øke leveringstrykket samtidig med at den totale vekt er gått ned. Imidlertid har også denne pumpe noen ulemper. Pumpens ytre hus sikrer overføring av reaksjonskrefter mellom den bakre lagring av den roterende skråstilte plate og pumpens kammerstykke. Disse krefter er større jo høyere pumpens leveringstrykk er, med tilsvarende påkjenninger på pumpehuset. Pumpehuset må derfor dimensjoneres sterkere og tyngre, og pumpene har nå nådd en grense hvor det ikke lenger er mulig å øke leveringstrykket uten å øke vekten og størrelsen av den totale installasjon så meget at den ikke

lenger kan transporteres på en lastebil.

Fra FR-A-2 251 220 er det kjent en tilsvarende maskin med de samme problemer.

Det er oppfinnelsens formål å tilveiebringe en roterende maskin av den innledningsvis nevnte type som ikke er beheftet med ovennevnte mangler og ulemper. Ifølge oppfinnelsen er dette oppnådd ved at det sentrale kulehodeledd videre er stivt forbundet med en andre halvaksel, som er plassert motstående den første halvaksel, med hvilken den er innrettet langs rotasjonsaksen, idet den andre halvaksel ved sin ytre ende er stivt forankret til den bakre del av maskinens hus.

Den andre halvaksel bidrar til å avstive huset slik at dette kan dimensjoneres betydelig lettere og allikevel oppta reaksjonskreftene fra den skråstilte plate. rVidere bidrar den andre halvaksel til å redusere belastningen som kulehodeleddet utøver mot den første halvaksel, slik at det ikke så lett oppstår tretthetsbrudd i denne på grunn av de store roterende belastninger.

Ytterligere fordelaktige trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av de uselvstendige krav og av følgende beskrivelse av de utførelseseksempler som er vist på vedføyede tegninger. Fig. 1 er et aksialt snitt gjennom en aksialstempelpumpe ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et snitt i likhet med fig. 1 og viser et parti av en alternativ utførelse av oppfinnelsen med variabel kapasitet, idet to halvdeler av trykkplaten er innstilt for maksimal stempelslaglengde. Fig. 3 er et riss i likhet med fig. 2 og viser trykkplatens halvdeler innstilt for.null stempelslaglengde.

i

Fig. 4 viser et aksialsnitt gjennom en variant' av oppfinnelsen hvor en ringformet hydraulsylinder er montert til baksiden av huset for forspenning av den andre halvaksel som understøtter kulehodeleddet.

På tegningene er det vist en aksialpumpe som omfatter et fast kammerstykke 61, som har boringer 62 i hvilke det er lagret forbindelsesstenger eller stempler 64 for glidende frem- og tilbakegående bevegelse, en skråstilt plate 67, hvis geometriske akse 82 danner en spiss vinkel 83 med den geometriske akse 7 av kammerstykket 61, stenger 65 som har sfæriske ender 9 og 10 og danner forbindelsen mellom forbindelsesstengene eller stemplene 64 og platene 67, et sentralt tannhjul 90 som er sentrert på den geometriske akse 7 som det roterer om, et lateralt tannhjul 91 som står i inngrep med tennene på det sentrale tannhjul 90 og som har en aksel 92 som drives av en motor (ikke vist).

Oppfinnelsen er spesielt anvendbar for kompressorer, pumper eller hydrauliske motorer med aksialstempler.

Ifølge fig. 1 er pumpehuset 30 delt i to deler, en første del 57 som er forsynt med en flens 58, og en andre del 59 med en sammenpassende flens 60, slik at de to deler kan forbindes med hverandre, idet disse to flenser er sirkulære og konsentriske med maskinens akse 7. Dette gjør det mulig å endre deres relative vinkelposisjon trinnvis. Vinkel-posisjonen av drivakselen rundt den geometriske akse 7 av maskinen kan således velges etter ønske.

Maskinen vist på fig. 1-4 har i sitt kammerstykke 61 flere innbyrdes parallelle boringer 62 fordelt rundt den geometriske akse 7 av enheten. Stemplenes 64 stenger 65 understøttes i et lager 66 på en skråstilt oscillerende plate 67. Ved sitt sentrum bærer denne plate 67 et sfærisk lager 68, 69, som inngriper rundt kulen av et fast kulehodeledd 70.

Ifølge oppfinnelsen er det faste kulehodeledd 70 direkte forbundet med en første halvaksel 71 og en andre halvaksel 72 og befinner seg mellom disse. De to halvaksler 71 og 72 er innrettet med hverandre på hver sin side av kulehodeleddet 70, idet begge er innrettet med maskinens lengdeakse 7. De to halvaksler 71 og 72 kan i enkelte utførelsesformer danne en enkel, stiv enhetlig aksel.

Den første halvaksel 71 er feste til det sentrale parti av kammerstykket 61.

Den andre halvaksel 72 er festet til det bakre parti 59 av maskinens faste hus 30.

Nærmere bestemt er den andre halvaksel 72 ved sitt bakre parti forlenget med en gjenget tapp 74 som passerer fritt gjennom en sentral åpning 76 i det bakre deksel 75. En mutter 77 er skrudd inn på den gjengede tapp 74 på utsiden av dekselet 75 og gjør det mulig å feste den andre halvaksel 7 2 for å avstive huset 30.

På lignende måte er det på den første halvaksel 71, nær kulehodeleddet 70, anordnet en skulder 78 som hviler mot innerflaten av kammerstykket 61, mens halvakselen 71 på forsiden av kammerstykket er forlenget med en gjenget tapp 79 som en mutter 80 på regulerbar måte kan skrues inn på. Periferien av denne mutter støtter seg mot frontflaten av kammerstykket 61, og det vil således være klart at ved å justere mutteren 8 0 vil det på frontflaten av kammerstykket være mulig å oppta strekkrefter som halvakselen 71 utsettes for.

Det sentrale parti av halvakselen 71 er plassert i en sentral boring 81 i kammerstykket 61, hvor det kan gli fritt i lengderetningen..

Den fremre trykkflate på platen 67 er vinkelrett på en geometrisk akse 82 som danner en spiss vinkel 83 med den geometriske akse 7. Disse to geometriske akser 7 og 82 konvergerer mot sentrum av kulehodeleddét 70. Platens 67 bakre flate understøttes av et konisk rulleaksiallager 84 på en bevegelsesoverføring 85. Sistnevnte er i sin tur understøttet av et rulleaksiallager 86 på bakdekselet 75 av huset 30. Dette bakdeksel 75 av huset 30 er fastskrudd til huset 30 med mellomleggsskiver 87 imellom, hvis tykkelse 88 kan velges ut fra den forønskede forspenning.

Bevegelsesoverføringen 85 gjennomløpes i sitt sentrale parti av en langsgående boring 89, hvori den andre halvaksel 72 kan bevege seg fritt.

På sin periferi har bevegelsesoverføringen 85 en tannkrans 90 konsentrisk med den geometriske akse 7. Denne tannkrans 90 inngriper med et tannhjul 91 av mindre diameter, som er plassert i siden av husset 3 0 og er fast forbundet med en roterende drivaksel 92 som strekker seg utenfor huset. Den geometriske akse 93 av drivakselen 92 er parallell med den geometriske akse 7. En balanseblokk 94 er festet til tannkransen 90 ved hjelp av skruer 95.

En lateral leddstang 96 er dreibart festet ved sin ene ende 97 (fig. 1) i et lager 98 i platen 67, som derved hindres i å rotere.

Det vil forstås at den beskrevne konstruksjon tillater aksial belastning av rullelagrene 84 og 86 ved hjelp av justeringsmellomlegget 87, som komprimeres av bakdekselet 75, som i sin tur er festet til bunnen av huset 30 ved hjelp av skruer 99 og mutteren 77. Tykkelsen 88 av justeringsmellomlegget 87 velges meget omsorgsfullt slik at aksiallagrene 84 og 86 utsettes for en forspenning som vil tas opp av det parti av de sfæriske lagerhalvdeler 68 og 69 som er plassert til venstre for det teoretiske tverrplan 100 gjennom sentrum av kulehodelageret 70. Denne forspenning vil således avlaste det andre parti av lagerhalvdelene 68 og 69 som befinner seg til høyre for det teoretiske plan 100 og som opptar aksialkrefter utøvet av stemplene 64. Således blir det spesifikke trykk som opptrer under maskinens funksjon passende fordelt på det sfæriske deksel som lagerhalvdelene 68 og 69 utgjør. Et passende valg vil f.eks. være å beregne tykkelsen 88 av justeringsmellomlegget 87 slik at kreftene til høyre og venstre for tverrsnitts-planet 100 vil skape like trykke mot lagerhalvdelene 68, 69. Dersom denne betingelse er tilfredsstillet, kan det sies at maskinen har et "flytende aksiallager" i sitt senter da det sfæriske aksiallager (lageret 68, 69 på kulehodeleddet 70) har null aksial belastning i denne likevektstilstand.

I utførelsen på fig. 4 oppnås den aksiale forspenning av aksiallagrene 84, 86 ikke ved hjelp av justeringsmellomlegget 87 og dekselet 75 (fig. 1), men ved å bruke et holder-deksel 101 som er festet til huset 30 ved hjelp av skruer 99, og i hvilket det kan gli et ringformet hydraulisk stempel 102. Sistnevnte er forsynt med to ringformede tetninger, dvs. en glidende innvendig tetning 103 og en glidende utvendig tetning 104. Rommet 105 som gjenstår mellom det ringformede stempel 102 og bunnen av dekselet 101 tilføres et trykkfluid, skjematisk betegnet med 107, gjennom en innløpsåpning 106. Enheten er slik beregnet at minste slag av sylinderen 102, 105 vil tilsvare en minste mekanisk stramming av aksiallageret 86.

Denne utførelse gjør det mulig å forbinde utløpstrykket av en pumpe eller kompressor som aksialstempelmaskinen utgjør med rommet 105 bak stempelet 102. Et passende valg av det virksomme areal av stempelet 102 vil gjøre det mulig å regulere den spenning som påføres aksiallagrene 84 og 86 og derved de sfæriske lagre 68, 69 slik at det permanent oppnås enten en tilstand av "flytende aksiallager" for kulehodeleddet 70 eller ethvert ønskelig forhold mellom de aksiale krefter som utøves mot kulehodeleddet 70 på hver sin side av det teoretiske plan 100.

I de partielle riss på fig. 2 og 3 er bevegelsesoverføringen 85 på fig. 1 utført i form av to halvdeler 108 og 109, som hver har kileformet profil. M.a.o., den plane kontaktflate 110 mellom halvdelene står vinkelrett på en teoretisk akse 111 som forløper gjennom det geometriske sentrum 112 av kulehodeleddet 70. Denne akse 111 danner en vinkel 113 med det geometriske akse 7, hvilken vinkel er lik halvparten av vinkelen 23 som dannes av aksen 22. Skruer 114, som er jevnt fordelt på en sirkel rundt aksen 111, gjør det mulig å sammenmontere de to halvdeler 108 og 109.

Det vil forstås at ved å dreie halvdelenes innbyrdes stilling rundt aksen 111 før de festes til hverandre ved hjelp av skruene 114, er det mulig å regulere slaglengden av stemplene 64 til verdier som ligger mellom den maksimale slaglengde som tilsvarer den stilling som er vist på fig. 2 (det tynneste område 115 av halvdelen 109 hviler mot det område av halvdelen 108 som befinner seg lengst bak langs aksen 3) og null slaglengde som oppnås ved en forskyvning på 180° i forhold til stillingen vist på fig. 2, slik at frontflaten 116 på trykkplaten 4 står vinkelrett på den geometriske lengdeakse 7.

I en mer forseggjort versjon benyttes en utvendig kontrol-lert kontinuerlig anordning for regulering av stillingen av de to bevegelsesoverføringshalvdeler 108 og 109.

Claims (10)

1. Roterende maskin med aksialstempler (64) og kammerstykke (61), omfattende en trykkplate (67) som er skråstilt i forhold til sin geometriske rotasjonsakse (7), som sammenfaller med den geometriske akse av kammerstykket (61), hvor det sentrale parti av den skråstilte plate (67) omfatter et sfærisk lager (68, 69) som er fritt roterbart om et fast, sentralt kulehodeledd (70), som er stivt forbundet med en første halvaksel (71) som er direkte forankret i den sentrale del av kammerstykket (61), idet sistnevnte er forbundet med et periferielt, stivt hus (30) som dekker og omslutter den bakre del av maskinens stempelstanginnretning, karakterisert ved at det sentrale kulehodeledd (70) videre er stivt forbundet med en andre halvaksel (72), som er plassert motstående den første halvaksel (71), med hvilken den er innrettet langs rotasjonsaksen (7), idet den andre halvaksel (72) ved sin ytre ende er stivt forankret til den bakre del (75) av maskinens hus (30).

2. Maskin ifølge krav 1, karakterisert ved at forspenningsinnretninger (87, 99, 102) er anordnet mellom den bakre del av huset (30) og rulleaksial-lagre (86, 84) som bæres av det sfæriske lager via en be-vegelsesoverf øring (85) .

3. Maskin ifølge et av kravene 1 og 2, karakterisert ved at de to halvaksler (71, 72) er forsynt med hver sin mutter (80, 77) for opptagelse av strekk-spenninger på den fremre flate av kammerstykket (61) for derved å bidra til husets (30) stivhet under maskinens drift.

4. Maskin ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at forspenningsinnretningene for det sfæriske aksiallager omfatter en avstandsskive (87) som har forutbestemt tykkelse (88) og er plassert mellom et fjern-bart deksel (75) og den bakre del av huset (30) for å utøve et forutbestemt trykk mot rulleaksiallageret (86).

5. Maskin ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at forspenningsinnretningen for det sfæriske lager er anordnet ved at det mellom den faste bunn av den bakre del av huset (30) og et rulleaksiallager (86) som understøtter den bakre del av den skråstilte roterende plate (67) er innskutt en koaksial ringformet hydraulsylinder (102, 105).

6. Maskin ifølge krav 5, karakterisert ved at forspenningssylinderen (102, 105) tilføres trykkfluid gjennom en kanal (106) som forbinder den med maskinens utløpstrykk for det tilfelle at denne er en pumpe eller kompressor.

7. Maskin ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den roterende skråstilte plate (67) bæres av en bevegelsesoverføring (85) som er sammen-satt av to på hverandre anbragte halvdeler (108, 109) som hver har kileformet profil, idet midler (114) er anordnet for å feste den ene av de to kileformede halvdeler (108, 109) til den andre i forskjellig innbyrdes vinkelorienter-ing, som er valgt i henhold til den forønskede slaglengde av maskinens stempler (64), hvilken justering er mulig fra maksimal slaglengde (fig. 2) til null slaglengde (fig. 3).

8. Maskin ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den fremre halvaksel (71) passerer fritt gjennom en langsgående aksial boring (81) i kammerstykket (61) og understøttes mot forsiden av denne ved hjelp av en skulder (78), mens dens fremre ende er avsluttet av en gjenget tapp (79) som en mutter (80) er skrudd inn på for å justere strekkbelastningen som halvakselen (71) utsettes for når mutteren (80) hviler mot forsiden av kammerstykket (61) .

9. Maskin ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at de to halvaksler (71, 72) er fremstilt hver for seg og deretter sammenmontert.

10. Maskin ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at de to halvaksler (71, 72) er fremstilt i ett eneste stykke.