NO172200B - TURN GEAR PUMP - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører skruedrevpumper. Disse består av en utvendig statordel med innvendig skruedrevform med n starter, en innvendig rotor som er roterbar i statoren og har ytre skruedrevform med samme stigning på n±1 starter, og hvor det er anordnet midler for å bevirke at rotoren roterer og sirkler i forhold til statoren. The present invention relates to screw drive pumps. These consist of an external stator part with internal screw drive form with n starters, an internal rotor which is rotatable in the stator and has an external screw drive form with the same pitch of n±1 starters, and where means are arranged to cause the rotor to rotate and circle in relation to to the stator.

Vanligvis har rotoren n-1 starter. Typically, the rotor has n-1 starters.

Vanligvis er den utvendige statordel utformet av et elastisk, gummilignende materiale og rotoren er utformet av metall, vanligvis stål. Et typisk eksempel er vist i US-PS 4 773 834. For at pumpen skal arbeide tilfredsstillende må det alltid være tilveiebragt god tetning mellom rotor og stator, slik at hulrommene som er dannet der og strekker seg gjennom pumpen er effektivt avtettet mellom suge- og utløpstrykk. Avtetningen forbedres hvis interferensen mellom rotoren og statoren økes, men dette fører til problemer så som behov for større drivkraft, varmeutvikling og slitasje på de to deler, spesielt på statoren. Usually the outer stator part is made of an elastic, rubber-like material and the rotor is made of metal, usually steel. A typical example is shown in US-PS 4 773 834. In order for the pump to work satisfactorily, there must always be a good seal between the rotor and the stator, so that the cavities that are formed there and extend through the pump are effectively sealed between the suction and outlet pressure. The sealing is improved if the interference between the rotor and the stator is increased, but this leads to problems such as the need for greater driving force, heat generation and wear on the two parts, especially on the stator.

Rotorens skruedrevform er slik at det tilveiebringes bølgetopper og -daler i rotoren, og erfaring har vist at slitasje på rotoren normalt begynner like ved rotorens største diameter eller topp. For å redusere graden av slitasje har det vært foreslått å benytte et belegg av modifisert kromoksyd på rotoren, hvorved dette blir påført ved plasmabelegning. Benyttelsen av modifisert kromoksyd som belegningsmiddel resulterer i en tykkere avsetning av kromoksydet ved den minste diameter eller dalene, dvs. der hvor det er minst behov. Dette skyldes kompleksiteten av rotorgeometrien i forbindelse med belegningsprosessen, som innebærer at rotoren roterer om sin normalakse mens krom-oksydbelegget påføres ved hjelp av en sprøyte som beveges over rotorens lengde parallelt med rotasjonsaksen. Når rotoren roteres, vil omkretshastigheten ved toppene være høyere enn ved dalene. Videre vil avstanden eller "sprøyte-klaringen" g mellom sprøyten og rotoren variere mellom g og g + 2e, hvor e er rotorens eksentrisitet, når plasmabren-neren eller -sprøyten beveger seg langs rotorens lengde. The screw drive shape of the rotor is such that wave peaks and valleys are provided in the rotor, and experience has shown that wear on the rotor normally begins close to the rotor's largest diameter or peak. In order to reduce the degree of wear, it has been proposed to use a coating of modified chromium oxide on the rotor, whereby this is applied by plasma coating. The use of modified chromium oxide as a coating agent results in a thicker deposition of the chromium oxide at the smallest diameter or the valleys, i.e. where there is least need. This is due to the complexity of the rotor geometry in connection with the coating process, which involves the rotor rotating about its normal axis while the chromium oxide coating is applied by means of a syringe which is moved along the length of the rotor parallel to the axis of rotation. When the rotor is rotated, the peripheral speed at the peaks will be higher than at the valleys. Furthermore, the distance or "spray clearance" g between the sprayer and the rotor will vary between g and g + 2e, where e is the eccentricity of the rotor, when the plasma torch or sprayer moves along the length of the rotor.

Kombinasjonen av varierende periferihastighet og varierende "sprøyteklaring" g fører til ujevn fordeling av belegget. Følgelig er det funnet at ved en konvensjonell rotor, hvor forholdet d/e = 5 og P/e = 12,5 (hvor d er minste diameter, e er eksentrisiteten og P er rotorstigningen), er forholdet mellom beleggtykkelsen ved den minste og den største diameter (dalen og toppen) funnet å være over 1,5 : 1. Dette innebærer to ulemper. For det første blir det en unødvendig belegning av rotoren ved den minste diameter, og for det annet foreligger det risiko for overbelegning ved den minste diameter. I denne forbindelse må det erindres at kromoksyd har en maksimal tykkelse hvoretter det skaller av, dvs. dets funksjonsevne som belegg er redusert. The combination of varying peripheral speed and varying "spray clearance" g leads to uneven distribution of the coating. Accordingly, it has been found that for a conventional rotor, where the ratio d/e = 5 and P/e = 12.5 (where d is the smallest diameter, e is the eccentricity and P is the rotor pitch), the ratio between the coating thickness at the smallest and the largest diameter (valley and peak) found to be over 1.5 : 1. This entails two disadvantages. Firstly, there is an unnecessary coating of the rotor at the smallest diameter, and secondly, there is a risk of overcoating at the smallest diameter. In this connection, it must be remembered that chromium oxide has a maximum thickness after which it peels off, i.e. its functionality as a coating is reduced.

Ifølge foreliggende oppfinnelse blir det nå foreslått å tilveiebringe en skruedrevpumpe omfattende en utvendig statordel, en innvendig skruedrevform med to starter i statordelen, en indre rotor som er roterbar i statoren og har en ytre skruedrevform med samme stigning som statoren og med én start, og midler til å bevirke at rotoren roterer og sirkler i forhold til statoren, hvor rotoren har en største diameter D, en minste diameter d, en stigning P og en eksentrisitet e, idet det nye og karakteristiske er at utformningen av statorens innvendige skruedrevform består av to partier med halvsirkulært tverrsnitt som er forbundet ved hjelp av to rettlinjede partier, ved at interferensen mellom rotoren og statoren er innrettet slik at interferensen er betydelig større på stedene med statorens minste diameter d enn på stedene med dens største diameter D, og ved at interferensen med rotoren avtar gradvis mellom de rettelinjede partier og partiene med halvsirkulært tverrsnitt av statorens innvendige skruedrevform. According to the present invention, it is now proposed to provide a screw drive pump comprising an external stator part, an internal screw drive form with two starters in the stator part, an inner rotor which is rotatable in the stator and has an external screw drive form with the same pitch as the stator and with one start, and means to cause the rotor to rotate and circle in relation to the stator, where the rotor has a largest diameter D, a smallest diameter d, a pitch P and an eccentricity e, the new and characteristic being that the design of the stator's internal screw drive form consists of two parts with a semi-circular cross-section which is connected by means of two rectilinear sections, in that the interference between the rotor and the stator is arranged so that the interference is significantly greater at the points with the stator's smallest diameter d than at the points with its largest diameter D, and in that the interference with the rotor gradually decreases between the rectilinear parts and the parts with a semi-circular cross-section of the inside of the stator dige screw drive form.

Det er funnet at hvis det er for stor interferens ved den største diameter, vil pumpens kapasitet reduseres, hovedsakelig fordi størrelsen av hulrommene som dannes mellom rotoren og statoren blir redusert ved en rotor med større diameter. Like viktig er det imidlertid at kraftbehovet øker ved for stor interferens ved den største diameter. Tilveiebringelsen av en større interferens ved den minste diameter har mindre innvirkning i begge disse forbindelser og sikrer at det dannes god avtetning hvorved pumpens virkningsgrad forbedres. It has been found that if there is too much interference at the largest diameter, the capacity of the pump will be reduced, mainly because the size of the cavities formed between the rotor and the stator is reduced with a larger diameter rotor. Equally important, however, is that the power requirement increases with too much interference at the largest diameter. The provision of a greater interference at the smallest diameter has less impact in both of these connections and ensures that a good seal is formed, thereby improving the efficiency of the pump.

Ved de tidligere kjente konstruksjoner er tverrsnittsformen av den innvendige skruedrevform av statoren dannet av deler som er litt større en halvsirkler og to par rette linjer som skråner noe innover. Konstruksjonene er slik at det skjer en skarp endring i interferens hvor de rette linjer møter de halvsirkulære partier, noe som øker de ovennevnte problemer. Disse problemer er ryddet av veien ved konstruksjonen ifølge oppfinnelsen. In the previously known constructions, the cross-sectional shape of the internal screw drive shape of the stator is formed by parts that are slightly larger than semicircles and two pairs of straight lines that slope somewhat inward. The constructions are such that there is a sharp change in interference where the straight lines meet the semi-circular sections, which increases the above-mentioned problems. These problems are eliminated by the construction according to the invention.

Ved en foretrukken utførelse er interferensen på stedene med den minste diameter d betydelig større enn interferensen på stedene med den største diameter og forholdet d/e mellom den minste diameter d og eksentrisiteten e er i det minste 8. In a preferred embodiment, the interference at the locations with the smallest diameter d is significantly greater than the interference at the locations with the largest diameter and the ratio d/e between the smallest diameter d and the eccentricity e is at least 8.

Hensiktsmessig er forholdet P/e mellom rotorstigningen P og eksentrisiteten e minst 17,5. Appropriately, the ratio P/e between the rotor pitch P and the eccentricity e is at least 17.5.

Som nevnt tidligere kan forbedrede resultater oppnås ved As mentioned earlier, improved results can be achieved by

pumper med et belegg av modifisert kromoksyd. Ved konstruksjonen ifølge oppfinnelsen blir hensiktsmessig basismetallet i rotoren maskinert før plasmabelegningen, slik at tykkelsen av plasmabelegget i området for den største diameter D er pumps with a coating of modified chromium oxide. In the construction according to the invention, the base metal in the rotor is suitably machined before the plasma coating, so that the thickness of the plasma coating in the area of the largest diameter D is

mindre og i områdene for den minste diameter d er større enn på den resterende del av rotoren, hvorved interferensen kan være betydelig større på stedene med den minste diameter d enn på stedene med den største diameter D. smaller and in the areas of the smallest diameter d is greater than on the remaining part of the rotor, whereby the interference can be significantly greater in the places with the smallest diameter d than in the places with the largest diameter D.

For større forståelse av oppfinnelsen vil denne bli nærmere beskrevet eksempelvis under henvisning til de vedføyede For greater understanding of the invention, it will be described in more detail, for example with reference to the appended

tegninger, hvor drawings, where

fig. 1A er et skjematisk tverrsnittsbilde som viser statorformen og rotorbanen ved én utførelse av en skruedrevpumpe ifølge oppfinnelsen, fig. 1A is a schematic cross-sectional view showing the stator shape and the rotor path in one embodiment of a screw drive pump according to the invention,

fig. 1B viser det samme ved en konvensjonell pumpe, fig. 1B shows the same for a conventional pump,

fig. 2 er et skjematisk sideriss som viser belegning av en rotor ifølge oppfinnelsen, fig. 2 is a schematic side view showing the coating of a rotor according to the invention,

fig. 3 er en grafisk fremstilling som viser forholdet mellom kapasitet og trykk ved en konvensjonell pumpe og en pumpe ifølge oppfinnelsen, og fig. 3 is a graphical representation showing the relationship between capacity and pressure in a conventional pump and a pump according to the invention, and

fig. 4 viser tverrsnitt gjennom pumpen. fig. 4 shows a cross section through the pump.

Pumpen på fig. 4 omfatter et hus 1 med et innløp 2 og et utløp 3. En drivaksel 4, som kan være av den konvensjonelle stive eller fleksible type, passerer gjennom en skjerm 5 via et lager og/eller en tetningsmontasje 6. En stator 8 er festet i huset 1 og omfatter en innvendig skrudrevform 9 med to starter. En rotor 22 med en ytre skruedrevform 11 med én start drives av en motor (ikke vist) og drivaksel 4 for å rotere og sirkle i statoren 8. The pump in fig. 4 comprises a housing 1 with an inlet 2 and an outlet 3. A drive shaft 4, which may be of the conventional rigid or flexible type, passes through a screen 5 via a bearing and/or a seal assembly 6. A stator 8 is fixed in the housing 1 and comprises an internal screw drive form 9 with two starters. A rotor 22 with an external screw drive form 11 with one start is driven by a motor (not shown) and drive shaft 4 to rotate and circle the stator 8.

På fig. 1A og 1B er statoren 8 vist skjematisk med den innvendige skruedrevform vist med fullt opptrukne linjer og rotorbanen vist med stiplede linjer. I den konvensjonelle konstruksjon på fig. 1B faller rotorbanen hovedsakelig sammen med statorens form, vist med fullt opptrukne linjer. Statorformen består av to hovedsakelig halvsirkulære soner 10, 12 og på hver side to sett av rette linjepartier 14, 14, 16, 16, idet settene 14, 16 møtes ved den horisontale senterlinje av statorformen. Ved overgangen mellom de halvsirkulære partier 10, 12 og de rette linjepartier 14, 16 er det en skarp endring i interferens, og erfaring har vist at det der er en tendens til lekkasjebane, som vist på det In fig. 1A and 1B, the stator 8 is shown schematically with the internal helical gear shape shown in solid lines and the rotor path shown in dashed lines. In the conventional construction of fig. 1B, the rotor path essentially coincides with the shape of the stator, shown in solid lines. The stator form consists of two essentially semi-circular zones 10, 12 and on each side two sets of straight line parts 14, 14, 16, 16, the sets 14, 16 meeting at the horizontal center line of the stator form. At the transition between the semi-circular parts 10, 12 and the straight line parts 14, 16 there is a sharp change in interference, and experience has shown that there is a tendency for a leakage path, as shown in the

forstørrede innsirklede parti på fig. 1B. enlarged circled part in fig. 1B.

Ved konstruksjonen ifølge foreliggende oppfinnelse er statorformen svakt modifisert slik at partiene 14, 16 hovedsakelig danner en rett linje. Også rotorens dimen-sjoner er valgt slik at det foreligger en betydelig interferens, slik det vil fremgå av det faktum at de stiplede indikasjoner på rotorbanen 20, i det minste langs de rette linjepartier 14, 16 og en betydelig del av de halvsirkulære partier 10, 12 av statorformene ligger utenfor statorformen. Interferensen avtar derfor progressivt og jevnt fra den rette linje til det halvsirkulære parti. In the construction according to the present invention, the stator shape is slightly modified so that the parts 14, 16 mainly form a straight line. The dimensions of the rotor are also chosen so that there is a significant interference, as will be evident from the fact that the dashed indications on the rotor path 20, at least along the straight line sections 14, 16 and a significant part of the semicircular sections 10, 12 of the stator shapes are outside the stator shape. The interference therefore decreases progressively and evenly from the straight line to the semi-circular part.

På den annen side er imidlertid interferensen på stedene ved den største diameter ikke meget endret, slik at interferensen på stedene ved den minste diameter er betydelig større enn interferensen på stedene ved den største diameter. On the other hand, however, the interference at the locations at the largest diameter is not greatly changed, so that the interference at the locations at the smallest diameter is significantly greater than the interference at the locations at the largest diameter.

På fig. 2 vil det ses at rotoren 22 er vist som under sprøyting med et belegg, så som modifisert kromoksyd, med en plasmasprøyte 24. I nærheten av toppene 26 av rotoren er klaringen mellom rotoren og plasmasprøyten vist som en avstand g. Det vil forstås at klaringen ved rotorens daler 28 vil være g + 2e. Dette søker å tilveiebringe større tykkelse av belegget ved dalene 28 enn ved toppene 26. Derfor blir rotorens basismetall ved en konstruksjon ifølge oppfinnelsen maskinert slik at tykkelsen av plasmabelegget blir mindre i området for stedene med den største diameter, dvs. ved toppene 26, og tykkelsen av plasmabelegget blir større enn over det resterende av rotoren, i området for stedene med den minste diameter, dvs. i dalene, hvorved interferensen blir betydelig større på stedene med den minste diameter enn på stedene med den største diameter. In fig. 2, it will be seen that the rotor 22 is shown as being sprayed with a coating, such as modified chromium oxide, with a plasma spray 24. Near the tops 26 of the rotor, the clearance between the rotor and the plasma spray is shown as a distance g. It will be understood that the clearance at the rotor valleys 28 will be g + 2e. This seeks to provide a greater thickness of the coating at the valleys 28 than at the peaks 26. Therefore, in a construction according to the invention, the base metal of the rotor is machined so that the thickness of the plasma coating becomes smaller in the area of the places with the largest diameter, i.e. at the peaks 26, and the thickness of the plasma coating becomes greater than over the rest of the rotor, in the area of the places with the smallest diameter, i.e. in the valleys, whereby the interference becomes significantly greater at the places with the smallest diameter than at the places with the largest diameter.

På denne måte kan optimal belegning oppnås uten at det er noen fare for dennes funksjonsevne når basismaterialet er maskinert ned, samtidig som man kan oppnå den ønskede interferens som er større på stedene med den minste diameter enn på stedene med den største diameter. In this way, optimal coating can be achieved without there being any danger to its functionality when the base material is machined down, while at the same time the desired interference can be achieved, which is greater in the places with the smallest diameter than in the places with the largest diameter.

Ved en foretrukken utførelse er forholdet d/e mellom den minste diameter d og eksentrisiteten e i det minste 8, og forholdet P/e mellom stigningen P og eksentrisiteten e i det minste 17,5. In a preferred embodiment, the ratio d/e between the smallest diameter d and the eccentricity e is at least 8, and the ratio P/e between the pitch P and the eccentricity e is at least 17.5.

Hvis man ser på fig. 3, vil man se at trykk/kapasitets-kurven for pumpen ifølge oppfinnelsen er vist med fullt opptrukne linjer og den tilsvarende kurve for konvensjonelle pumper med samme nominelle ytelse er vist med stiplede linjer. Det vil ses at det først alltid er større kapasitet ved samme trykk over hele trykkområdet, både ved pumpens minste beregnede hastighet og ved største beregnede hastighet og at det er et mindre fall i kapasiteten når trykket øker fra minimum til maksimum i hele pumpens hastig-hetsområde. Som det vil ses av sammenligningen av statorformene, har den nye form eliminert lekkasjebanene, og dette forbedrer ytelsen av rotor/stator-kombinasjonen og for-hindrer også at slipepartikler setter seg fast i avtetnings-linjen, hvor de potensielt kan bevirke mer skade på rotoren. If one looks at fig. 3, it will be seen that the pressure/capacity curve for the pump according to the invention is shown with solid lines and the corresponding curve for conventional pumps with the same nominal performance is shown with dashed lines. It will be seen that initially there is always greater capacity at the same pressure over the entire pressure range, both at the pump's smallest calculated speed and at the largest calculated speed and that there is a smaller drop in capacity when the pressure increases from minimum to maximum throughout the pump's speed range . As will be seen from the comparison of the stator shapes, the new shape has eliminated the leakage paths, and this improves the performance of the rotor/stator combination and also prevents abrasive particles from becoming lodged in the sealing line, where they can potentially cause more damage to the rotor .

Slitasjeprøver ved kromoksydbelagte rotorer med et d/e-forhold på 8 og et P/e-forhold på 17,5 er blitt inngående testet sammen med hårdkrompletterte rotorer med en mer ortodoks geometri. Disse slitasjeprøver har vist en betydelig økning i levetid for kromoksyd-belagte rotorer. Wear tests on chromium oxide coated rotors with a d/e ratio of 8 and a P/e ratio of 17.5 have been extensively tested alongside hard chrome plated rotors with a more orthodox geometry. These wear tests have shown a significant increase in lifetime for chromium oxide coated rotors.

Ved en konvensjonell rotorgeometri, dvs. d/e = 5 og With a conventional rotor geometry, i.e. d/e = 5 and

P/e = 12,5 er det funnet av belegningsforholdet minste:største (dal:topp) overstiger 1,5:1. Geometrien ifølge oppfinnelsen, hvor d/e = 8 og P/e = 17,5, har i vesentlig grad redusert dette forhold, nemlig til 1,3:1, hvilket resulterer i de to fordeler at den reduserer den unødvendige belegning ved den minste diameter og reduserer risikoen for overbelegning ved den største diameter, noe som ville resultere i avskalling av belegget. P/e = 12.5 is found by the coverage ratio smallest:largest (valley:peak) exceeds 1.5:1. The geometry according to the invention, where d/e = 8 and P/e = 17.5, has substantially reduced this ratio, namely to 1.3:1, which results in the two advantages that it reduces the unnecessary coating at the smallest diameter and reduces the risk of overcoating at the largest diameter, which would result in peeling of the coating.

Claims (5)

1. Skruedrevpumpe omfattende en utvendig statordel (8), en innvendig skruedrevform (10 - 16) med to starter i statordelen, en indre rotor (22) som er roterbar i statoren og har en ytre skruedrevform (26, 28) med samme stigning som statoren og med én start, og midler til å bevirke at rotoren roterer og sirkler i forhold til statoren, hvor rotoren har en største diameter D, en minste diameter d, en stigning P og en eksentrisitet e, karakterisert ved at utformningen av statorens innvendige skruedrevform består av to partier (10, 12) med halvsirkulært tverrsnitt som er forbundet ved hjelp av to rettlinjede partier (14, 16), ved at interferensen mellom rotoren (22) og statoren (8) er innrettet slik at interferensen er betydelig større på stedene med statorens minste diameter d enn på stedene med dens største diameter D, og ved at interferensen med rotoren avtar gradvis mellom de rettelinjede partier og partiene med halvsirkulært tverrsnitt av statorens innvendige skruedrevform.1. Screw drive pump comprising an external stator part (8), an internal screw drive form (10 - 16) with two starters in the stator part, an internal rotor (22) rotatable in the stator and having an external screw drive form (26, 28) with the same pitch as the stator and with one start, and means for effecting that the rotor rotates and circles in relation to the stator, where the rotor has a largest diameter D, a smallest diameter d, a pitch P and an eccentricity e, characterized in that the design of the stator's internal screw drive form consists of two parts (10, 12) with semi-circular cross-section which is connected by means of two rectilinear parts (14, 16), in that the interference between the rotor (22) and the stator (8) is arranged so that the interference is significantly greater at the places with the stator's smallest diameter d than at the places with its largest diameter D, and in that the interference with the rotor gradually decreases between the rectilinear parts and the parts with a semi-circular cross-section of the stator's internal screw drive shape. 2. Pumpe ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet d/e mellom den minste diameter d og eksentrisiteten e i det minste er 8.2. Pump according to claim 1, characterized in that the ratio d/e between the smallest diameter d and the eccentricity e is at least 8. 3. Pumpe ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forholdet P/e mellom stigningen P og eksentrisiteten e i det minste er 17,5.3. Pump according to claim 1 or 2, characterized in that the ratio P/e between the pitch P and the eccentricity e is at least 17.5. 4. Pumpe ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at metallet i rotoren er plasmabelagt med et belegg av modifisert kromoksyd.4. Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the metal in the rotor is plasma-coated with a coating of modified chromium oxide. 5. Pumpe ifølge krav 4, karakterisert ved at rotorens basismetall, før plasmabelegningen, blir maskinert slik at tykkelsen av plasmabelegget er mindre på stedene med størst diameter D, og tykkelsen av plasmabelegningen er større på stedene med den minste diameter d enn over det resterende av rotoren, hvorved interferensen blir betydelig større på stedene med den minste diameter d enn på stedene med den største diameter D.5. Pump according to claim 4, characterized in that the base metal of the rotor, before the plasma coating, is machined so that the thickness of the plasma coating is smaller in the places with the largest diameter D, and the thickness of the plasma coating is greater in the places with the smallest diameter d than over the rest of the rotor, whereby the interference is significantly greater at the locations with the smallest diameter d than at the locations with the largest diameter D.