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Drehkolben. purn. pe,-kompressor oder-turbine
Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe,-kompressor oder-turbine mit einem im Gehäuse frei drehbaren und die Ein- und Austrittsöffnungen im Gehäuse für das Förder- bzw. Betriebsmittel gegenseitig dichtenden Laufrad, das aus einem Zylinder und einem exzentrisch hiezu angeordneten, von den Flügeln gebildeten Stern besteht.
Bei einer bekannten Pumpe dieser Bauart ist jeder Flügel im Laufradzylinder mittels Zylinderabschnitten, die eine zur Zylinderachse parallele Trennfläche aufweisen, schwenkbar ge- lagert, wobei diese Zylinderabschnitte in axial gerichtete Bohrungen des Laufradzylinders eingesetzt sind, welche mittels eines Durchbruches mit dem Raum ausserhalb und innerhalb des Laufradzylinders verbunden sind, wodurch den Flügeln der Durchtritt durch den Laufradzylinder unter Berücksichtigung ihres Schwenk- bereiches möglich ist. Jeder Flügel weist zwei zur Flügelebene senkrechte Augen auf, die eine auf einer feststehenden Achse drehbar gelagert Hülse umfassen.
Die feststehende Achse ist konzentrisch zur Zylindergehäuseinnenwand angeordnet, so dass die Flügel hinsichtlich ihrer radialen Lage von dieser Achse geführt werden und nicht von der Gehäuseinnenwand.
Dadurch wird jeder Reibungsverlust zwischen Gehäuseinnenwand und Flügelaussenkante vermieden. Die Augen der Flügel weisen kleinen axialen Abstand voneinander auf, so dass für die axiale Lage der Flügel gesonderte Führungen vorgesehen sein müssen. Diese bestehen bei der bekannten Bauart aus zwei auf der genannten Hülse links und rechts vom Flügelstern angeordneten Scheiben, gegen die sich Verbreiterungen am Fuss des Flügels anlegen.
Diese Scheiben rotieren mit dem Flügelstern mit, doch ist diese seitliche Führung in radialer Richtung gesehen, nur schmal. Solange jeder Flügel zwei Augen aufweist, die seine Lage in radialer Richtung sichern, reicht man mit dieser Führung aus.
Bei schmalen Pumpen, wo jeder Flügel nur ein Auge aufweisen kann reicht diese Führung nicht aus, um ein Verkanten der Flügel und eine Reibung dieser Flügel an der Gehäusewandung zu vermeiden. Aber auch bei Anordnung von zwei Augen an jedem Flügel erfordert die bekannte Bauart den sorgfältigen Zusammenbau in axialer Richtung zwischen der auf der feststehenden Achse rotierenden und von den Augen umfassten Hülse, dem Laufradzylinder und dem Gehäuse, um ein Schleifen der Flügelräder am Laufradzylinder oder am Gehäuse zu vermeiden. Die bekannte Bauart ist daher verwickelt und konnte sich in der Praxis nicht durchsetzen.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer die Nachteile der bekannten Bauart vermeidenden und in der Praxis verwendbaren Drehkolbenpumpe oder-turbine bzw. eines Drehkolbpnkompressors, was erfindungsgemäss durch die Kombination folgender zum Teil an sich bekannter Merkmale erzielt wird :
a) jeder Flügel ist im Laufradzylinder mittels zweier eine zur Zylinderachse parallele Trennfläche aufweisenden Zylinderabschnitte schwenkbar gelagert, die in axial gerichteten Bohrungen im Laufradzylinder eingesetzt sind wobei in diesem Zylinder Durchbrüche für den Druchtritt der Flügel unter Berücksichtigung ihres Schwenkbereiches vorgesehen sind. b) Jeder Flügel umfasst mit mindestens einem quer zur Flügelebene stehenden Auge ein konzentrisch zur Gehäuseinnenwandung angeordnete Achse oder Welle, c) der Laufradzylinder weist Stirnwände auf, mittels denen die Flügel an ihren Schmalseiten zumindest im Bereich ihrer Schwenklager seitlich geführt sind.
Besonders vorteilhaft ist diese Bauart, wenn jeder Flügel nur mit einem Auge die Steuerwelle umfasst.
In diesem Fall soll die seitliche Führung jedes Flügels mehr als die Hälfte der Länge seiner Schmalseite betragen.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann im Gegensatz zu der in der Praxis bekannten Pumpe ähnlicher Bauart auch für kleine Förder- bzw. Betríebsmengen gebaut werden.
Um grosse Fördermengen zu erreichen, wird eine hohe Drehzahl des Laufrades angestrebt. In einem solchen Falle erstreckt sich die Eintrittsöffnung über einen grossen Teil des Gehäuseumfanges. Die Anzahl
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der Vorrichtung angeordnet ist. Die Flügelzahl beträgt daher meist acht, kann aber auch grösser oder kleiner sein, beträgt aber niemals z. B. drei.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass sich die erfindungsgemässe Vorrichtung besonders für verunreinigte
Medien eignet, z. B. für Sand enthaltendes Öl, Staub enthaltende Gase, breiige Substanzen, wie Papier- brei, Zahnpasta u. dgl.
Auf der Druckseite ist die Form des Auslaufrohres davon abhängig, ob Flüssigkeiten oder Gase geför- dert werden sollen. Bei Flüssigkeitspumpen kann der Auslauf wie der Einlauf und, weil die Pumpe schnell rotierend verwendet werden kann, der Auslauf wie ein Diffuser geformt sein, um die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in geeigneter Weise in Druck umzusetzen.
Beim Pumpen von Gas ist es vorteilhaft, dass die innere Zylinderfläche des Gehäuses auf der Druck- seite in der Umfangsrichtung beträchtlich länger ist als auf der Ansaugseite. Das Gas wird dann zwischen den Flügeln und der Zylinderfläche komprimiert, bis der Druck des Gases so hoch ist, wie der Druck im Austrittsrohr.
Die Pumpe kann auch sehr gut als Dampf- oder Gaskraftmaschine betrieben werden, wenn das Gehäuse dasselbe ist wie bei der Komprimierung von Luft. Das Medium strömt dann in der entgegengesetzten Richtung und ebenso ist der Drehsinn des Laufrades entgegengesetzt. Die Anzahl der Flügel ist dabei sehr wichtig, um eine stetige Expansion zwischen dem Zylinder des Laufrades, den Flügeln und der Dichtung. fläche des Pumpengehäuses zu erzielen. Mit der Ausnützung der Expansionsenergie ist das Laufrad geeignet, sehr rasch umzulaufen so dass auch die Geschwindigkeitsenergie voll ausgenützt wird.
Innerhalb des Laufradzylinders sind die Flügel mit Öffnungen versehen, um eine freie Zirkulation innerhalb des Laufradzylinders zu ermöglichen. Die Flügel sind seitlich durch die Stirnwände des Laufradzylinders geführt womit ihre axiale Lage im Pumpengehäuse bestimmt ist.
Die Flügel können mit einem Gleitring verbunden sein, der die exzentrische Welle umgreift, was für Pumpen für kleine Liefermengen von Flüssigkeiten und vielen Flügeln sehr von Vorteil ist.
Bei der erfindungsgemässen Pumpe werden die Flügel im Laufrad durch die exzentrische Welle gesteuert und berühren daher die das Laufrad umschliessende Innenzylinderfläche des Gehäuses nicht. Zwischen Einlass und Auslass ist eine Dichtungsfläche vorgesehen, so dass die Leckverluste von der Druckzur Saugseite möglichst klein werden. Die Dichtungsflächen sind so kurz wie möglich, so dass praktisch der ganze aktiv pumpende Teil des Laufrades gegen den Einlass der Pumpe offen ist. Dies bedingt, dass die Pumpe mit dem Laufrad eine grössere Ansaughöhe ohne Kavitationserscheinungen überwinden kann.
Ausserdem ist der Auslass der Pumpe wie ein Diffusor geformt, so dass die Geschwindigkeitsenergie der Flüssigkeit nicht verlorengeht.
In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei beispielsweisen Ausführungsformen schematisch veranschaulicht. Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Flüssigkeitspumpe. Fig. 2 ist ein Längsschnitt hiezu und zu Fig. 3, die einen Querschnitt eines Kompressors oder einer Turbine zeigt.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Pumpe besteht das Laufrad aus zwei Hauptteilen, die exzentrisch zueinander angeordnet sind und bei einer Drehung eine gegenseitige Bewegung vollführen. Diese Bewegung entspricht der Wirkungsweise einer Kolbenpumpe, wobei die Kolbenwirkung von einem Laufradzylinder 1 und einem diesen teilenden aus Flügeln 2 gebildeten Stern ausgeht. Bei einer Drehung des Laufrades 1, werden sich die Flügel 2 gegenüber dem Laufradzylinder l verschieben und verursachen daher die Pumpwirkung. Die Flügel 2 des Sterns sind im Bereiche des Laufradzylinders 1 von Dichtungseinsätzen 3 umschlossen, die drehbeweglich darin gelagert sind und die Dichtung zwischen dem Laufradzylinder 1 und den Flügeln 2 bewirken.
Das Pumpengehäuse 4 umschliesst das Laufrad 1, 2 und nimmt eine Antriebswelle 5 auf, während die Flügel auf einer exzentrischen Welle 6 angeordnet sind, die in einem Gleitlager 7 des Gehäusedeckels gelagert ist. Jeder der Flügel umfasst die exzentrische Welle mit einem Lagerauge, wobei eines derselben durch einen Keil 8 mit der Welle verbunden ist. Innerhalb des Laufradzylinders 1 hat jeder Flügel 2 eine Öffnung 9, durch die eine freie Zirkulation innerhalb des Zylinders möglich ist.
Die Erfindung hat die Vorteile, die eine Zentrifugalpumpe im Hinblick auf die Kapazität im Verhältnis zur Grösse hat, und die Vorteile einer Kolbenpumpe hinsichtlich Druck und Verdichtung von Luft.
Sie erfüllt daher sowohl die Aufgaben einer Kolbenpumpe als auch einer Zentrifugalpumpe und ist deshalb für ein grosses Arbeitsgebiet anwendbar.