DE1403882C - Einrichtung zum Druckausgleich bei einer Schraubenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich, auf eine Einrichtung zum Druckausgleich bei einer Schraubenpumpe, mit mindestens zwei in einem Gehäuse flüssigkeitsdicht umlaufender Schrauben und mindestens zwei Verdrängungskammern in den fördernden Schraubengängen.

Beim Betrieb einer Schraubenpumpe der eingangs beschriebenen Art wird die gepumpte Flüssigkeit von der Einlaß- oder Saugseite axial nach der Auslaß- oder Druckseite in im wesentlichen geschlossenen Kammern gefördert, die von den Gewindeflanken und den Gewindegangbeden der Schrauben sowie dem die Schrauben umschließenden Gehäuse gebildet weiden. Eine derartige Kammer bildet sich an der Saugseite des Schraubensatzes, wenn die Schrauben gedreht werden, und wird mit Flüssigkeit in dem Ausmaß gefüllt, in dem sie sich bildet. Wenn die Kammer vollständig ausgebildet ist, wird sie nach der Saugseite zu geschlossen und wandert bei weiterer Drehung der Schrauben im Schraubensatz axial nach der Auslaßseite des Schraubensatzes, wo sie geöffnet und die Flüssigkeit entleert wird. Der Schraubensatz kann derartig ausgebildet sein, daß eine Kammer sich nach der Auslaßseite zu öffnen beginnt, sobald sie an der Einlaßseite geschlossen ist. Dies kann als Grenzfall betrachtet werden, in dem nur momentan eine vollständig geschlossene Kammer zwischen Einlaß- und Auslaßseite vorhanden ist. In diesem Fall sind die Einlaß- und die Auslaßseite jedoch dauernd durch die an der Berührungslinie der Gewindegänge gebildete Trennwand oder Dichtung gegeneinander abgeschlossen. Das Volumen der Kammer ist während des Flüssigkeitstransportes von der Einlaß- zur Auslaßseite unverändert, und unter der Voraussetzung, daß die Pumpe ideal dicht ist, steht die Flüssigkeit ,in der Kammer während dieses Weges unter dem am Einlaß herrschenden Druck und wird erst am Auslaß, wenn sich die Kammer wieder öffnet, dem dort herrschenden Druck ausgesetzt. In der Praxis kommt bei einer Pumpe dieser Art natürlich immer ein gewisses Lecken vor, und zwar auf Grund der unvermeidlichen Her-Stellungstoleranzen, die in einem gewissen Spielraum zwischen den Schrauben und zwischen diesen und dem Gehäuse resultieren, weswegen eine kleine Drucksteigerung während des Flüssigkeitstransportes durch den Schraubensatz eintritt. Bei ausreichender Fertigungsgenauigkeit wird diese Druckzunahme jedoch so klein, daß die ganze Druckzunahme im wesentlichen am Auslaßende erfolgt.

Bei einer gewissen Mindestlänge von Schrauben und Gehäuse gelangt man zu dem obengenannten Grenzfall mit stets einer einzigen Trennwand zwischen der Einlaß- und der Auslaßseite.

Diese Mindestlänge ist auf folgende Weise zu bestimmen: Die zur Erreichung nur einer Trennwand zwischen Saug- und Druckseite erforderliche Mindestlänge Lb der Schrauben ist der höchste der Werte, der sich aus den zwei Gleichungen

ergibt, und die Mindestlänge Lh des Gehäuses wird durch die Gleichung

Lh =

360

(III)

LU

I-, =■

(D

60

65 bestimmt. In diesen Gleichungen bedeutet

Z₁ = die Anzahl der Gewindegänge der Mittelschraube,

Z₂ = die Anzahl der Gewindegänge der Seitenschrauben,

<9j = Gewindegangscheitelwinkel der Mittelschraube (in Graden),

S₁ = Gewindesteigung der Mittelschraube,

Xp₁ = der halbe öffnungswinkel (in Graden) der Bohrungen des Gehäuses vom Mittelpunkt der Mittelschraube aus gesehen.

Es ist zu bemerken, daß bei der Anwendung dieser Gleichungen die Schraubenlänge nicht gleich der Gehäuselänge sein wird. Der Unterschied zwischen diesen zwei Längen wird gleichmäßig auf beide Enden des Schraubensatzes verteilt. Die errechnete »Länge« der Schrauben bedeutet in diesem Zusammenhang die wirksame Länge der Gewinde, d. h. die Länge, auf der sie ineinandergreifen. Die Länge des Gehäuses bezieht sich auf den Abschnitt davon, welcher die Schrauben dichtend umgibt.

Wenn die Pumpe mit höherem Druck arbeiten soll, ist es notwendig, die Länge der Schrauben und des Gehäuses zu vergrößern, so daß sich mehreie abdichtende Trennwände zwischen der Einlaß- und der Auslaßseite befinden. In diesen Fällen können die Längen derart gewählt werden, daß die Zahl der Abdichtungen im Betrieb dauernd gleichbleibt.

Die Abdichtungen zwischen der Druck- und der Ansaugseite sind verschiedener Art. Es gibt Dichtungen zwischen dem Umfang der Schrauben und dem Gehäuse, und es gibt Dichtungen zwischen dem Schraubenumfang und den Kernen der Schrauben sowie Dichtungen zwischen ihrem Umfang und den Schraubenflanken. Wenn mehr als eine Dichtung vorhanden ist, ändert sich die Anzahl der Abdichtungen mit der Winkelstellung der Schrauben im Laufe einer jeden Umdrehung der Mittelschraube.

Wie bereits dargelegt ist, können die Abdichtungen in der Praxis wegen des unvermeidlichen Spiels nicht vollkommen gemacht werden; vielmehr muß immer ein gewisses inneres Lecken auftreten. Wenn sich die Zahl der Abdichtungen zwischen Saug- und Druckseite während jeder Umdrehung ändert, so bedeutet das, daß sich auch das innere Lecken während jeder Umdrehung ändert. Da eine Pumpe der in Rede stehenden Art eine Förderleistung abgibt, die gleich der theoretischen Fördermenge pro Umdrehung vermindert um den Lieferverlust ist, ergibt sich, daß der Durchfluß entsprechend dem sich ändernden Lieferverlust schwanken oder pulsieren muß.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, durch die sich die bei jeder Umdrehung der Schraubenspindeln ändernden Leckverluste vermeiden lassen, so daß ein pulsationsfreier Strom entsteht.

Es ist bereits eine Schraubenpumpeneinrichtung bekannt, bei der für den Ausgleich von eventuellen auftretenden Überdrücken, um bei Förderung einer Flüssigkeit die Betriebssicherheit der Maschine nicht zu gefährden, eine Anzahl voii Kanälen vorgesehen ist,

3 4

die bei Auftreten von Überdrücken zum Lüften der eine angetriebene Mittelschraube 1 und zwei Seiten-Schraubengänge dienen. Die in den Kanälen vorge- schrauben 2 und 3 auf. Die Mittelschraube 1 hat Gesehenen Zylinder führen zu einer Ventilsitzfläche, deren windegänge mit konvexen Flanken. Die Seitenschrau-Offnungen durch federbelastete Ventile verschlossen ben 2 und 3 haben ebenfalls zwei Gewindegänge, jesind und die bei auftretenden Überdrücken geöffnet 5 doch mit zu den Gewindegingen der Mittelschraube werden. Ferner ist eine zweistufige Pumpe bekannt, bei entgegengesetzt gerichteter Steigung. Die Gewinde der die zwei Stufen durch eine Eindrehung im Ge- sind in an sich bekannter Weise ausgebildet, d.iß sie winde und eine Ausnehmung im Gehäuse unterteilt gegeneinander abdichten. Der aus der Mittelsehrausind. Sonach ist es möglich, das sich im Ringspalt be 1 und den Seitenschrauben 2 und 3 bestehende ansammelnde Medium entweder ganz oder teilweise io Schraubensatz ist in einem die Schrauben dicht umhier abzuziehen und/oder noch durch die sich an- schließenden Gehäuse 4 angeordnet, dus an seinem schließende zweite Stufe zu fördern. Schließlich ist es unteren Ende zwei symmetrische Öffnungen 5 hat, bekannt, ein Schraubenräderkapselwerk, das insbe- durch die die Flüssigkeit in den Schraubensatz einsondere zur Umsetzung einer Dampfenergie in eine strömt. Der Ausfluß erfolgt am oberen, offenen Ende Drehbewegung dient, als Pumpe zu verwenden, in der 15 des Gehäuses 4. Das Gehäuse besitzt einen Be-Weise, daß in verschiedenen Förderhöhen bzw. Schrau- festigungsflansch 6, der zur Anbringung in einem bengängen Leitungen angeordnet sind, die durch Pumpengehäuse 8 mittels Schrauben 7 dient, so d iß der Ventile verschließbar sind und durch den Gehäuse- untere Teil dos Gehäuses 4 mit den Öffnungen 5 sich in mantel nach außen geführt sein können. Die Aufgabe ' der Einlaßkammer 9 und sein oberer Teil in der Ausdef Erfindung liegt diesen bekannten Einrichtungen 20 laßkammer 10 des Piimpeng;häuses 8 befind;t.
nicht zugrunde. Die Erfindungsaufgabe wird gelöst Die Mittelschraube 1 wird mittels eines nicht durgedurch eine zwei Verbindungskammern verbindende stellten Motors über die Antriebswelle 11 angetrieben, Nut zwischen dem Umfang der Mittelschraube und die in einem an dem Gehäuse 4 befestigten Lager 12 gedem. Gehäuse. lagert ist und sich durch ilen Deckel 13 des Pumpenge-

Die erfindungsgemäße Maßnahme unterscheidet sich 25 häuses erstreckt.

von den bekannten Maßnahmen vor allem durch ihre Wie F i g. 2 zeigt, weist das Gehäuse 4 eine größere

große Einfachheit; weiterhin ist das Ausdrehen einer zentrale Bohrung für die Mittelschraube 1 und zwei

Nut am Umfang der Mittelschraube bzw. ander Innen- kleinere Bohrungen für die Seitenschrauben 2 und 3

wandung des Gehäuses einfacher, rascher und billiger auf, wobei sich die beiden kleineren Bohrungen entvorzunehmen als das Bohren von Kanälen in den 30 sprechend dem Ineinandergreifen der Schrauben mit

Schrauben oder in dem Gehäuse. der großen Bohrung überschneiden.

Bei einer Pumpe, bei der das Gehäuse länger als die Das in F i g. 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel

Schrauben ist, ist die Nut erfindungsgemäß am Um- einer Schraubenpumpe ist derartig dimensioniert, daß

fang der Mittelschraube mit einem Abstand ihrer ein- sowohl die wirksame Länge des Gehäuses als auch die

laßseitigen Kante vom Einlaßende dei Mittelschraube 35 der Schrauben (Strecke L₁ in Fig. 1) 3-D beträgt,

von wobei D der Außendurchmesser der Mittelschraube

ist. Bei einem in dieser Weise ausgebildeten Schrauben-

.. + .._?._ \. S₁ ^satz bestehen während eines Teiles jeder Umdrehung

360 / der Mittelschraube eine einzige und während des ande-

und 40 ren Teiles dagegen zwei Abdichtungen zwischen der

_ / /₂ Θ — 2y>, \ Ansaug- und Druckseite. Die Lieferverluste infolge

= 1 ■■■ 360 ) innerer Undichtheit schwanken daher mit jeder Um-

¹ · drehung, so daß sich ein pulsierender Flüssigkeitsstrom

angeordnet. ergibt.

Bei einer Pumpe, bei der das Gehäuse kurzer als die 45 Wenn jedoch erfindungsgemäß eine Abdichtung un-, Schrauben ist, ist die Nut erfindungsgemäß an der wirksam gemacht wird, so aiii bei jeder Umdrehung Innenwand des Gehäuses angeordnet, wobei der Ab- ständig nur eine Abdichtung vorhandin ist, so gleicht stand ihrer einlaßseitigen Kante vom Auslaßende des man den Leckverlust aus, wodurch man einen pulsa-Gehäuses gleich der Steigung der Mittelschraube tionsfreien Strom von der Pumpe erhält,
und ihrer auslaßseitigen Kante vom Auslaßende des 50 Bei dem in don F i g. 1 und 2 dargestellten AusGehäuses gleich ■ führungsbeispiel der erfindungsgernäßen Pumpe wird

dies erreicht durch eine in der Gewindegangperipherie.

l_h — ( '² _j_ ._L~ f^l\ . S₁ der Mittelschraube 1 vorgesehene Nut 14.

\/i 360 / Die Nut kann zwischen den Enden des Gewindeist. 55 teils der Schraube angebracht weiden, wodurch eine Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher befriedigende Lagerung der Mittelschraube beidererläutert. Dabei zeigt seits der Nut erreicht wird. Ihre Entfernung (L_s in F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Fig. 1) von dem einen oder dem anderen End; der Seitenansicht, teilweise im Schnitt, Mittelschraube muß gleich der Mindistlänge /-.,■ für F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie H-IJ der 60 die Erzielung der ständigen Existenz nur einer Ab-F i g. 1, dichtung sein, wie sie durch die Gleichung (1) oder (II)

F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel in Seiten- bestimmbar ist.

ansicht, zum Teil im Schnitt, ■ Die Breite der Nut kann frei gewühlt werden, sollte

F i g. 4 das Gehäuse einer Pumpe gemäß F i g. 3 in aber so klein wie möglich, d. h. natürlich nicht kleiner

perspektivischer Darstellung, 65 als zur Erreichung der erstrebten Wirkung erforderlich

F i g. 5 einen Querschnitt durch das Gehäuse nach ist, gewählt werden, damit die Lagerilachen so groß

der Linie V-V in F i g. 4. wie möglich bleiben.

Die in den F i g. L und 2 dargestellte Pumpe weist Die in Verbindung mit den Gleichungen (I), (II) und

(III) genannten Winkel y>_t und G₁ sind in Fi g. 2 eingezeichnet.

Die in den Γ i g. 3 bis 5 gezeigte Ausführungsform der erfir.dungsgemal.ien Schraubenpumpe gleicht in vieler Hinsicht der bereits beschriebenen. Gleiche Teile sind daher auch, mit den gleichen Bezugszeichen belegt und werden nicht nochmals beschrieben.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die wirksame Länge des Gehäuses (entsprechend L, in F i g. 1) . kleiner als die wirksame Länge der Schrauben (L₂ in Γ i g. 1). Es sei denn, die Längen des Gehäuses und der Schrauben wären wie angegeben berechnet, so ergibt sich, daß in einer in der Weise aufgebauten Schraubenpumpe während eines Teiles jeder Umdrehung der Mittelschraube eine Abdichtung mehr zwischen der Ansaug- und der Druckseite vorhanden sein wird als während eines anderen Teils der Verdrehung. Die Leckverluste werden sich daher während jeder Umdrehung ändern, so daß sich ein pulsierender Flüssigkeitsstrom ergibt. Jedoch durch Beseitigung einer Abdichtung gemäß der Erfindung während des ersten Verdrehbereiches, derart, daß während jeder Umdrehung eine konstante Anzahl von Abdichtungen vorhanden ist, können die Leckverluste ausgeglichen werden, und es wird ein pulsationsfreier Flüssigkeits- »5 strom von der Pumpe erhalten. Die Beseitigung der den gleichmäßigen Fluß störenden Abdichtung wird gemäß der Erfindung bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Vorsehen einer ringförmigen Nut 35 in der Bohrung für die Mitlclschraube im Gehäuse erreicht.

Mit L)i ist der Abstand der Oberkante der Nut 35 vom Gehäuseende der Auslaßscite bezeichnet und ist gleich einer Gehäusclängc für wenigstens eine ständige Adbichtung. Die Unterkante der Nut 35 soll in einem Abstand : von dem Gehäuscende der Auslaßseite angebracht sein, der gleich der Steigung der Mittelschraube ist.

Die Erfindung ist nicht auf Ausführungsbeispiele mit angetriebener zweigängigei Mittelschraube und zwei zweigängigen Seitenschrauben beschränkt, sondern kann auch auf andere Schraubenpumpen mit einer anderen Anzahl von Seitenschrauben und anderen Anzahlen von Gängen angewendet werden, wenn diese derart ausgebildet sind, daß in jeder Stellung mindestens eine Abdichtung zwischen den Schraubenenden besteht. Dem Fachmann ist bekannt, daß dies erreichbar ist, wenn die Gewindeformen gewissen mathematisch definierten, geometrischen Formen entsprechen und wenn die Bedingung G — ng + η — 0 erfüllt ist, wobei mit G die Anzahl der Gänge der Mittelschraube, mit η die Anzahl der Seitenschrauben und mit g die Anzahl der Gänge jeder Seitenschraube bezeichnet ist. Die Erfindung ist ferner auch auf solche Schraubenpumpen anwendbar, bei denen nicht nur die Mittel-, sondern auch die Seitenschrauben angetrieben werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Druckausgleich bei einer Schraubenpumpe mit mindestens zwei in einem Gehäuse flüssigkeitsdicht umlaufenden Schrauben und mindestens zwei Verdrängungskammern in den fördernden Schraubengängen, gekennzeichnet durch eine, zwei Verdrängungskammern verbindende Nut (14,35) zwischen dem Umfang der Mittelschraube (1) und dem Gehäuse (4).

2. Einrichtung nach Anspruch 1 bei einer Pumpe, bei der das Gehäuse länger als die Schrauben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (14) am Umfang der Mittelschraube (1) mit einem Abstand ihrer einlaßseitigen Kante vom Einlaßende der Mittelschraube (1) von

L_t —

und

~ _L_ ^l

ΰ 360

angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 bei einer Pumpe, bei der das Gehäuse kürzer als die Schrauben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (35) an der Innenwand des Gehäuses (4) angeordnet ist, wobei der Abstand ihrer einlaßseitigen Kante vom Auslaßende des Gehäuses gleich der Steigung der Mittelschraube (1) und der ihrer auslaßseitigen Kante vom Auslaßende des Gehäuses gleich

L_h =

360

ist.

I'

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen