다이렉트 드라이브를 가진 로터리 로브 펌프

다이렉트 드라이브를 가진 로터리 로브 펌프{ROTARY PISTON PUMP HAVING DIRECT DRIVE}

본 발명은, 펌프 챔버를 가진 펌프 하우징, 입구 및 출구, 상기 펌프 챔버내에 배치되고 제1 축에 대해 회전될 수 있게 장착되는 제1 멀티-로브 로터리 피스톤(multi-lobe rotary piston), 상기 제1 축으로부터 이격된 제2 축에 대해 회전될 수 있게 장착되고 상기 제1 로터리 피스톤과 서로 맞물리는, 상기 펌프 챔버내에 배치된 제2 멀티-로브 로터리 피스톤, - 상기 제1 및 제2 로터리 피스톤은 각각 상기 제1 및 제2 축 주위로 회전하는 것에 의해 상기 입구로부터 상기 출구로의 유체 흐름을 생성함 -. 및 상기 로터리 피스톤들을 드라이브하기 위해 상기 로터리 피스톤들과 기계적으로 결합된 드라이브 유닛을 포함하는 로터리 로브 펌프(rotary lobe pump)에 관한 것이다.

상기한 유형의 로터리 로브 펌프들은 액체를 반송하는데 사용된다. 로터리 로브 펌프로 반송될 수 있는 액체는 광범위한 점도들의 액체일 수 있다. 특히, 로터리 로브 펌프들은 고체를 함유하는 액체를 반송하는 데 또한 사용될 수 있다.

EP 1519044 B1은 서로 맞물리는 로터리 피스톤들이 토크-저항 방식으로 장착되는 2개의 샤프트들을 포함하는 로터리 로브 펌프를 기술한다. 각각의 샤프트는 유압 모터에 의해 드라이브된다. 본질적으로, 이러한 유형의 드라이브(drive)는, 로터리 로브 펌프의 동작을 위해 필요한 2개의 로터리 피스톤들의 동기화가 서로 맞물리는 2개의 로터리 피스톤들에 의해 생성되고, 그것이 각각의 개별적인 로터리 피스톤이 분리된 유압 모터에 의해 직접적으로 드라이브될 수 있게 하는 것을 달성할 수 있다. 그러한 로터리 로브 펌프의 통상의 동작 동안에, 각각의 개별적인 로터리 피스톤에서 발생하고, 긴 기간에 걸쳐 평균화되는 토크가 양쪽의 피스톤에 대해 동일할지라도, 완전한 1 회전을 위해 요구되는 시간보다 더 짧은 기간을 고려할 때, 2개의 로터리 피스톤들간에 토크 차이를 드러낸다. 이들 토크 차이들이 2개의 로터리 피스톤들의 서로 맞물림에 의해 흡수되지만, 그들의 서로간의 접촉에 기인하는 로터리 피스톤들에서 발생하는 마모 및 로터리 피스톤들의 샤프트들이 장착된 베어링에 대한 뒤틀림이 결과적으로 증대되는 결과를 갖는다. 유압 다이렉트 드라이브에 의해 달성되는 장점은 로터리 로브 펌프의 효율의 측면에서 그에 의해 부분적으로 감소된다.

본 발명의 목적은 기존에 알려진 로터리 로브 펌프보다 더 큰 경제적 효율로 작동될 수 있는 로터리 로브 펌프를 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 각각 다수의 N개의 로브를 포함하는 제1 및 제2 로터리 피스톤에 의해 달성되는데, N은 2 이상이며, 상기 제1 및 제2 로터리 피스톤의 로브들은 로터리 피스톤의 주위면(peripheral surface)을 따라 나선형으로 나아가고, 그렇게 해서 적어도 300°/N의 각도, 바람직하게는 360°/N의 각도로 스윕(sweep)하며, 드라이브 유닛이 상기 제1 로터리 피스톤을 드라이브하기 위해 상기 제1 로터리 피스톤과 기계적으로 결합되는 제1 전기 드라이브 모터 및 상기 제2 로터리 피스톤을 드라이브하기 위해 상기 제2 로터리 피스톤과 기계적으로 결합되는 제2 전기 드라이브 모터를 포함한다.

본 발명의 로터리 로브 펌프는 한편으로 전기 드라이브들에 의한 다이렉트 드라이브를 가능케 하며, 그것은 전기 모터의 고율로 인해서 효율 증대를 이끈다. 로터리 피스톤의 주위면을 따라 나선형으로 나아가는 것에 의해, 그리고 그에 의해, 다수의 로드들의 마찰에 대응하는 완전한 회전의 일부에 가까운 그리고 바람직하게 완전한 회전의 대응하는 마찰과 동등하거나 더 큰 마찰인 각도 범위를 덮는 것에 의해 이러한 다이렉트 드라이브가 가능하게 된다. 로터리 피스톤의 로브들의 이러한 나선형 경로는, 2개의 로터리 피스톤간에 짧은 기간 동안 발생하는 토크 차이들이 현저히 감소되거나, N만큼의 360°에 걸친 나선형 경로의 경우에 함께 회피되는 것을 달성한다. 로터리 피스톤의 서로 맞물림에 의해 생성되는 이론상으로 더 이상 요구되지 않는 비동기 효과 및 그에 의해 감소되는 로터리 로브 펌프내의 베어링들에 대한 뒤틀림 및 힘들에 기인하여 로터리 피스톤들에 대한 결과적인 마모의 현저한 감소에 더해서, 단기 토크 차이의 이러한 감소 또는 심지어 회피는, 그러한 토크 차이에 대한 유압 모터에 의해 제공되는 공차 및 그와 관련된 주기 각도 변동을 가져야 하지 않는 각각의 로터리 피스톤에 대한 다이렉트 드라이브의 사용을 가능케 한다. 대신에, 본 발명에 따른 구성은, 그것이 2개의 로터리 피스톤들간에 토크 차이 없이 실질적으로 일정한 토크로 로터리 피스톤을 드라이브할 수 있음에 따라, 고도의 경제적 효율성으로 작동될 수 있는 전기 다이렉트 드라이브의 사용을 가능케 한다. 토크에 있어서의 감소되거나 완전히 회피된 토크 변동 및 거의 또는 완전하게 맥동 없는 작동으로 인해서, 유압 모터에서보다 더 높은 다이렉트-드라이브 전기 모터의 증대된 관성이, 전기 모터와 로터리 피스톤간의 연결 요소들에 대한 임계 역치 부하(critical threshold load)를 이와 같이 유발하지 않는 설계에서 구현될 수 있다.

본 발명의 로터리 로브 펌프의 다른 특별한 장점은, 로터리 로브 펌프에 의해 반송되는 액체가 일정한, 맥동 없는 흐름으로 반송되는, 거의 또는 완전하게 맥동 없는 작동이라는 것이다. 이것은, 가속 및 정지 공정에 있어서의 그리고 로터리 로브 펌프의 베어링들에 대한 뒤틀림에 있어서 그리고 그에 연결되는 공급 라인들에 대한 부하에 있어서 현저한 감소라는 결과를 가져온다. 본 발명의 로터리 로브 펌프의 로터리 피스톤들의 구성의 이러한 특성이 특히 전기 드라이브를 가능케 할지라도, 대안적으로 특정 유형의 응용들에 있어서, 유압 드라이브 또는 다른 형태의 드라이브가 사용될 수 있고 이것이 특정 사례에 있어서 상응하게 경제적 효율을 달성하고 유익하다는 것이 이해되어야 한다.

원칙적으로, 본 발명의 로터리 로브 펌프의 드라이브 모터들은 기어링 다운(gearing down) 또는 기어링 업(gearing up)에 의해 그리고, 필요하다면, 예컨대, 특별히 높은 또는 낮은 회전 속도를 가진 드라이브 모터를 사용하기 위해 또는 상이한 회전 속도 범위들에서 최대 효율을 갖는 2개의 드라이브 모터들을 사용하여 그것들을 교호적인 기초로 작동시키기 위하여, 싱크로나이징 기어(synchronizing gear)를 통해서, 로터리 피스톤들과 기계적으로 결합될 수 있다. 하지만, 제1 및 제2 드라이브 모터가 제1 및 제2 로터리 피스톤과 각각 기계적으로 직접적으로 결합된다면, 제1 로터리 피스톤이 토크-저항 방식으로 고정된 제1 샤프트를 제1 드라이브 모터가 직접적으로 드라이브한다는 점에서 그리고 제2 로터리 피스톤이 토크-저항 방식으로 고정된 제2 샤프트를 제2 드라이브 모터가 직접적으로 드라이브한다는 점에서 특히, 특히 바람직하다. 드라이브 모터의 회전 속도가 로터리 피스톤의 회전 속도와 동등하도록, 기어 박스를 인터포지셔닝(interpositioning)시키지 않고 발생하는 이러한 직접 기계적 결합을 통해서, 로터리 로브 펌프의 효율이 더욱 증대된다.

로터리 로브 펌프가 기어리스(gearless)인 경우에 특히 바람직하다. 그러한 기어리스 실시예는, 로터리 로브 펌프의 기어에서의 마찰에 의해 효율 손실이 발생되는 것을 방지하고, 특히 2개의 로터리 피스톤들간에 동기화 기어가 필요 없게 되는데, 그것은 본 발명에 따른 구성에 의해 가능하게 된다. 기어리스 실시예는 여기서, 로터리 로브 펌프의 로터리 피스톤들이 오로지 그들 서로간의 맞물림을 통해 서로 동기화되는, 즉 2개의 로터리 피스톤들 중 하나가 로터리 피스톤 샤프트로부터 제거되는 경우에, 양쪽의 샤프트들이 서로 독립적으로 회전될 수 있는 것을 의미한다. 기어리스 실시예의 추가적인 장점은, 결과적으로, 베어링들에 대한 뒤틀림이 감소될 수 있고 그러므로 베어링들이 더 작게 만들어질 수 있고, 또는 크기가 유지되는 경우에, 베어링들이 더 높은 펌프 압력들을 흡수할 수 있다는 사실에 있다.

추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 샤프트들 중 적어도 하나의 샤프트가, 반송되는 유체 매질에 의해 윤활되는 적어도 하나의 슬라이딩 베어링에 회전식으로 장착되는, 바람직하게는 제1 및 제2 샤프트들이 반송되는 유체 매칠에 의해 윤활되는 슬라이딩 베어링들에 장착되는 것을 조건으로 한다. 반송되는 유체 매질 그 자체에 의해 윤활되는 슬라이딩 베어링들에 대한 장착은, 유지 비용에 있어서의 관련된 감소 때문에 일반적으로 바람직하다. 특히, 이러한 유형의 장착은 본 발명에 따른 펌프를 위해 유익할 수 있는데, 그 이유는, 펌프 내부의 정적인, 맥동 없는 압력 조건으로 인해, 반송되는 유체에 의한 슬라이딩 베어링들의 여압(pressurization)이 그것에 작용하는 힘들에 관련되는 베어링들의 설계 및 베어링의 수명에 대한 계산 가능한 설계 파라미터이기 때문이다. 게다가, 이러한 실시예는, 본 발명의 로터리 로브 펌프와 더불어 가능성 있는 음용수 응용에서 특히 유리한 오일 없는 작동을 가능케 한다. 이러한 경우에 있어서, 다양한 반송 유체에 대해 충분한 내구성 및 저항성을 갖는 중간-윤활의 세라믹 슬라이딩 베어링들의 사용이 특히 바람직하다. 슬라이딩 베어링들을 이용하는 것의 추가적인 장점은, 펌프로 하여금 더 높은 펌프 압력들을 흡수할 수 있게 하는, 더 높은 정격 하중(load rating)이 동일 설치 공간에서 그와 함께 달성될 수 있다는 것에 있다.

그것은, 제1 및 제2 로터리 피스톤의 회전 운동의 기계적 동기화가 서로 맞물리는 제1 및 제2 로터리 피스톤들을 통해 발생하는 경우에 특히 바람직하다. 서로 맞물리는 로터리 피스톤들을 통한 이러한 기계적 동기화 덕분에, 로터리 피스톤으로부터 분리적으로 제공될 동기화 기어가 생략될 수 있고, 그에 의해 그러한 기어 내부의 마찰로 인한 효율 손실을 회피할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 로터리 피스톤 모터는, 이러한 유형의 동기화로 인해서 특히 컴팩트하고 내구성 있는 방식으로 만들어질 수 있다. 최종적으로, 이러한 추가적인 실시예는, 오일 없는 작동이 이상적일 때 특히 유리한데, 그 이유는 오일 윤활을 어쩌면 요구할 수 있는 트랜스미션(transmission)이 이러한 경우에 생략될 수 있기 때문이다.

원칙적으로, 본 발명에 따른 로터리 로브 펌프의 로터리 피스톤들이, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개 또는 7개보다 많은 로브들을 바람직하게 가질 수 있다. 하지만, 본 발명의 바람직한 실시예들은, 각각의 로터리 피스톤이 3개의 로브를 갖고, 각각의 로브가 적어도 100°, 바람직하게는 120°의 각도에 걸쳐 나선형으로 연장되고, 또는 각각의 로터리 피스톤이 4개의 로브를 갖고, 각각의 로브가 적어도 75°, 바람직하게는 90°의 각도에 걸쳐 나선형으로 연장되며, 또는 각각의 로터리 피스톤이 6개의 로브를 갖고, 각각의 로브가 적어도 50°, 바람직하게는 60°의 각도에 걸쳐 나선형으로 연장되는 것을 제공한다. 이러한 3개의 추가적인 실시예들로, 2개, 3개 또는 4개의 로브들이 각각의 로터리 피스톤에 제공되는 경우에, 2개의 로터리 피스톤들간에 토크 맥동이 매우 적거나 없는 맥동 없는 동작을 위해 특히 유리한 설계가 달성된다. 이에 관하여, 최적의 맥동 감소 및 토크 피트들의 회피가 각각 3개, 4개 또는 6개의 로브를 가진 로터리 피스톤에 대해서, 120°, 90° 및 60°에서 달성된다는 것을 이해하는 것이 중요하다.

또 또한, 상기 펌프 하우징이 제1 내주 벽부(inner peripheral wall section)에 의해 적어도 일측에서 입구와 출구 사이에 상기 펌프 챔버를 제한하고, 상기 제1 로터리 피스톤의 로브들이, 상기 제1 로터리 피스톤의 임의의 회전 위치에 있어서, 상기 로브와 상기 제1 내주 벽부사이의 접촉 라인이 상기 입구와 출구 사이에 시일링 라인(sealing line)을 형성하게끔 큰 각도에 걸쳐 나선형으로 연장되고, 바람직하게, 상기 펌프 하우징이 제1 및 제2 내주 벽부로 입구와 출구 사이에 펌프 챔버를 제한하고, 상기 제2 로터리 피스톤의 로브들이, 상기 제2 로터리 피스톤의 임의의 회전 위치에 있어서, 상기 로브와 상기 제2 내주 벽부사이의 적어도 하나의 접촉 라인이 상기 입구와 출구 사이에 시일링 라인을 형성하게끔 작은 각도에 걸쳐 나선형으로 연장되는 것이 바람직하� ��.

로터리 펌프는 일반적으로 180°를 오버-스위핑(over-sweeping)하는 2개의 내주부들을 횡단하여 입구로부터 출구로 반송 액체를 일반적으로 펌핑하며, 거기서 반송 액체가 로터리 피스톤들의 로브들간의 공간들에서 반송된다. 로터리 피스톤의 서로 맞물림은 2개의 회전 피스톤 축들사이의 중간에서 액체의 배제를 일으켜 결과적으로 펌핑이 일어나지 않는다. 로터리 로브 펌프들을 통하는 확고한 스루-플로우(through-flow)를 보장하기 위해서, 즉, 펌프가 여전히 멈춰있을 때 출구로부터 입구측으로의 플로우-백(flow-back)을 방지하기 위해서, 로터리 피스톤들이 출구로부터 입구로의 경로를 차단하는 것이 바람직하다. 하지만, 본 발명이 제공하였듯이, 로브들이 나선을 따라 나아가도록 설계되는 경우에, 특정 설계들에 있어서, 나선이 단지 약간의 경사를 갖는다면, 펌프 챔버의 내벽과 로브 사이의 접촉 영역에 의해 연속적인 시일링 라인이 형성되는 것이 가능하지 않을 수 있다. 토크들간의 차이의 측면에서 최적화되고 맥동이 감소된 동작을 위해, 로브들이 적당한 경사를 갖는 것이 이상적이겠는데, 이것은 스루-플로우 확고성의 이유를 위해서는 이상적이지 않으므로, 로브들의 경사에 있어서의 감소는 하우징의 내벽의 랩 각도(wrap angle)에 의해 제한된다.

본 실시예에 따르면, 로터리 피스톤의 각각 위치에서, 연속적인 시일링 라인이 하우징 설계에 의해 결정되는 랩 각도를 가진 이러한 내주 벽부를 가로질러 달성된다. 로터리 로브 펌프에 의한 유효 펌핑을 위해, 입구와 출구 사이의 내주 벽부와 로터리 피스톤의 로브간에, 2개의 연속적인 시일링 라인들이 적어도 하나의 회전 위치에 있어서 펌프 챔버의 전체 길이를 가로질러 형성됨으로써, 연속적인 시일링 라인이 로터리 피스톤의 임의의 위치에 형성되는 것이 단지 보장되어야 한다는 것을 이해하는 것이 중요하다. 로터리 피스톤의 길이를 가로질러 90°에 걸쳐 나선형 코스를 갖는 각각의 로브를 가진 4개의 로브를 가진 로터리 피스톤에 대해서, 내주 벽부가 적어도 180°의 랩 각도를 갖는 경우에 이것이 달성될지라도, 120°에 걸친 나선 코스를 갖는 3개의 로브의 가진 로터리 피스톤에 대해서는, 이것이 오로지 매우 작은 입구와 출구로 달성될 수 있으며, 180°에 걸친 나선 코스를 갖는 2개의 로브의 로터리 피스톤에 대해서는, 그것은 더 이상 전혀 달성될 수 없다. 특히 후자의 구성에 있어서, 주벽부에 대한 로브의 완벽한 시일링 라인이 정확히 하나의 위치에서 달성될지라도, 이전에 완전히 형성된 시일링 라인이 이제 부분적으로 차단되고 주벽부와 새롭게 접촉되어지는 로브가 그 자신의 시일링 라인의 적은 부분만을 구성함에 따라, 로터리 피스톤이 이러한 시일링 위치로부터 딱 몇 도로 회전되는 경우에 이미 펌프를 통한 뒤쪽 흐름이 발생될 수 있다.

또 또한, 복수의 로터리 피스톤들이 펌프 챔버내에 나란히 동축으로 배열되는 것이 바람직하고, 상기 동축으로 나란히 배열된 로터리 피스톤들이 바람직하게, 서로 반대 방향으로 연장되는 로브들을 바람직하게 포함한다. 그러한 구성을 통해서, 로터리 피스톤들간의 토크 차이의 방지 및 맥동 감소에 관한 상기한 긍정적인 특성들 없이 펌프의 성능이 향상될 수 있다. 본 발명에 따른 장점들을 달성하기 위해서, 축방향으로 서로 앞뒤로 엇갈려 있는 각각의 로터리 피스톤들이 이전에 논의된 각도 범위의 나선형 코스를 가진 로브들을 포함해야한다는 것을 이해하는 것이 중요하다. 이러한 식으로 서로 연결된 로터리 피스톤들이 하나의 피스 또는 몇몇의 피스로 이루어질 수 있다.

또한, 펌프 챔버가 제1 및 제2 전기 드라이브 모터 사이에 배치되는 것을 바람직하게 조건으로 한다. 이러한 배치에 있어서, 전기 드라이브 모터들이 펌프 하우징의 반대측들에 배치되고, 즉 하나의 샤프트가 좌측 하우징 커버를 통해서 그 자신의 드라이브 모터로 연장되고 다른 로터리 피스톤의 샤프트가 우측 하우징 커버를 통해서 그 자신의 드라이브 모터로 연장된다. 이러한 방식으로 배열됨에 따라, 드라이브 모터들이 관리 목적을 위해 용이하게 접근될 수 있고 그것들의 직경이 2개의 드라이브 모터의 인접한 배치에 의해 제한되지 않으며, 그에 의해 고효율 전기 드라이브 모터들을 가진 전체적으로 컴팩트한 설계가 달성될 수 있다.

최종적으로, 제1 동작 모드에 있어서, 제1 및 제2 드라이브 모터가 전기 에너지의 흐름 에너지로의 변환을 위해 모터로서 연결되고, 제2 동작 모드에 있어서 흐름 에너지의 전기 에너지로의 변환을 위해 발전기로서 연결되는 것이 또한 더 바람직하다. 이러한 특정 실시예에 있어서, 로터리 로브 펌프는 액체를 반송하기 위한 펌프로서 제1 동작 모드시에 사용되고, 따라서, 로터리 피스톤들이 이러한 동작 모드시에 전기 드라이브 모터들에 의해 회전되게 된다. 하지만, 제2 동작 모드에 있어서, 로터리 로브 펌프가 로터리 엔진 또는 터빈으로서 사용된다. 이러한 제2 동작 모드에 있어서, 로터리 피스톤들이 입구와 출구 사이에 존재하는 압력 차이에 의해 회전되게 되고, 이러한 회전은, 이러한 동작 모드시에, 이러한 회전으로부터 전기 에너지를 발생시키는 발전기로서 작용하는 드라이브 모터에 기계적인 결합을 통해 전달된다. 그러한 2 동작 모드들에 있어서의 동작의 가능성은, 한편으로 액체가 저항에 부딪혀 반송되어야 하고, 다른 한편으로, 그것이 압력 차이를 가진 역류로 되돌아 흘러야하고 그럴 수 있는 응용들에 있어서 특히 유리할 수 있지만, 예컨대, 높은 유속을 방지하기 위해 또는 압력을 감소시키기 위해 여기서 특히 한정되게 된다. 본 경우에 있어서, 펌핑 작용은 제1 동작 모드시에 로터리 로브 펌프에 의해 제공될 수 있고, 제2 동작 모드시에, 로터리 로브 펌프가, 내부 전압 망에서 일시적으로 선택 저장될 수 있는 전기 에너지를 동시에 발생시키는 리스트릭터로서 사용된다.

본 발명의 다른 양태는, 모터 챔버를 가진 모터 하우징, 입구 및 출구, 상기 모터 챔버내에 배치되고 제1 축에 대해 회전될 수 있게 장착되는 제1 멀티-로브 로터리 피스톤, 상기 제1 축으로부터 이격된 제2 축에 대해 회전될 수 있게 장착되고 상기 제1 로터리 피스톤과 서로 맞물리는, 상기 모터 챔버내에 배치된 제2 멀티-로브 로터리 피스톤, - 상기 제1 및 제2 로터리 피스톤은 각각 상기 입구로부터 상기 출구로의 유체 흐름에 의해 상기 제1 및 제2 축 주위로 회전하도록 설정됨 -를 포함하는 로터리 피스톤 모터와, 상기 로터리 피스톤들에 의해 드라이브되도록 하기 위해 상기 로터리 피스톤들과 기계적으로 결합된 발전기 유닛을 가지는 수력 발전 시스템이며, 상기 제1 및 제2 로터리 피스톤이 각각 다수의 N개의 로브를 포함하고, N은 2 이상이며, 상기 제 1 및 제2 로터리 피스톤의 로브들은 로터리 피스톤의 주위면을 따라 나선형으로 나아가고, 그렇게 해서 적어도 300°/N의 각도, 바람직하게는 360°/N의 각도로 스윕하고, 상기 발전기 유닛이 상기 제1 로터리 피스톤에 의해 드라이브되도록 하기 위해 상기 제1 로터리 피스톤과 기계적으로 결합되는 제1 발전기 및 상기 제2 로터리 피스톤에 의해 드라이브되도록 하기 위해 상기 제2 로터리 피스톤과 기계적으로 결합되는 제2 발전기를 포함한다.

그렇게 디자인된 수력 발전 시스템은, 구성적으로 기하학적으로 동일한 방식으로 앞서 설명된 로터리 펌프를 사용하지만 그것은 발전기 또는 터빈으로서 작동한다. 이것은, 본 발명의 수력 발전 시스템에 있어서, 로터리 피스톤들이 입구와 출구간의 압력 차이에 의해 회전되고, 기계적 결합을 통해서 회전 및 드라이브되며, 전기 드라이브 모터들이 발전기로서 연결되고, 그 결과로서 후자가 압력 차이로부터 전기 에너지를 발생시킨다. 그 결과로서 달성될 수 있는 그 구성적 설계 및 작동 특성들로 인해서, 본 발명에 따른 로터리 펌프가 그러한 발전기로서 사용하기에 특히 적절하다. 최종적으로, 로터리 로브 펌프의 극도로 낮은 맥동 동작은, 예컨대, 흐르는 물의 관성으로 인해 펌프에 가해지는 가능성 있는 맥동의 또는 과도한 힘의 결과로서 이것이 파이프라인에 손상을 일으키지 않고, 높은 압력에서라도 긴 파이프라인을 통해 액체가 공급될 수 있게 한다. 추가적인 장점은, 본 발명의 로터리 로브 펌프가 기어 없이 동작될 수 있다는 것, 즉 기어에 의해 유발되는 손상이 완벽하게 회피될 수 있고 따라서 수력 발전 시스템의 효율이 증대될 수 있다는 것이다. 최종적으로, 본 발명의 로터리 로브 펌프로, 각각의 경우에 있어서, 하나의 로터리 피스톤으로부터 발전기의 직접 드라이브를 실현하는 것이 가능한 것, 즉, 특히 2개의 서로 맞물린 로터리 피스톤들을 가진 로터리 로브 펌프의 구성에 있어서, 2개의 발전기들이 상응하게 직접적으로 드라이브되는 것을 가능케 하는 것이 유리하다. 이것은 결국, 시스템의 관성 및 기어들이나 벨트 드라이브들 등을 통해 회전을 전달하는 것에 의해 유발되는 임의의 마찰 손실들을 감소시킨다.

최종적으로, 본 발명에 따른 로터리 펌프의 또한 중대한 장점은, 그것이, 모터 챔버내의 매질, 즉 특히, 물에 의해 윤활되는 슬라이딩 베어링들에 의한 오일 없는 동작을 가능케 한다는 것이다. 이것은, 특별한 하류 정화 수단 등에 대한 어떠한 필요도 없이 음용수 공급 라인으로부터 에너지를 발생시키는데 로터리 로브 펌프를 사용될 수 있게 한다.

모터 하우징에 대응하는 펌프 하우징, 모터 챔버에 대응하는 펌프 챔버, 발전기 유닛에 대응하는 드라이브 유닛, 및 발전기에 대응하는 전기 드라이브 모터를 조건으로 하여, 본 발명에 따른 로터리 로브 펌프에 대해 이전에 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 수력 발전 시스템이 또한 개발될 수 있다. 이러한 추가적인 실시예들로, 이전에 설명된 로터리 로브 펌프의 장점들이 수력 발전 시스템에 대해 상응하게 실현되고, 그에 관하여, 개개의 장점들 및 설계 변형들의 앞선 설명에 대해 언급되었다. 본질적으로, 시작점은, 로터리 로브 펌프 또는 로터리 피스톤 모터로서 작동될 수 있고, 상응하게, 펌프 또는 모터 하우징으로서 설계된 기계 하우징, 펌프 또는 모터 챔버로서 설계된 기계 챔버, 및 드라이브 유닛 또는 발전기 유닛과 함께 전기 드라이브 모터들 또는 발전기들을 포함하는 로터리 피스톤 기계이다.

본 발명에 따른 로터리 로브 펌프로 액체를 펌핑하기 위한 방법은, 상기 액체가 제1 및 제2 로터리 피스톤에 의해 펌프 챔버를 통해 반송되고, 상기 제1 및 제2 로터리 피스톤의 각각이 다수의 N개의 로브를 포함하고, N은 2 이상이며, 상기 제1 및 제2 로터리 피스톤의 로브들은 로터리 피스톤의 주위면을 따라 나선형으로 나아가고, 그렇게 해서 적어도 300°/N의 각도, 바람직하게는 360°/N의 각도로 스윕하는 것을 특징으로 하고, 상기 제1 로터리 피스톤이 상기 제1 로터리 피스톤과 기계적으로 결합되는 제1 전기 드라이브 모터에 의해 드라이브되고, 상기 제2 로터리 피스톤이 상기 제2 로터리 피스톤과 기계적으로 결합되는 제2 전기 드라이브 모터에 의해 드라이브되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로터리 피스톤 모터에 의해 액압 차이(liquid pressure differential)로부터 전기 에너지를 발생시키기 위한 방법은, 상기 액압 차이, 제1 로터리 피스톤 및 상기 제1 로터리 피스톤과 서로 맞물리는 제2 로터리 피스톤으로 상기 로터리 피스톤 모터가 드라이브되고, 따라서 제1 및 제2 축들이 회전되게 되며, 상기 제1 및 제2 로터리 피스톤이 각각 다수의 N개의 로브를 포함하고, N은 2 이상이며, 상기 제1 및 제2 로터리 피스톤의 로브들은 로터리 피스톤의 주위면을 따라 나선형으로 나아가고, 그렇게 해서 적어도 300°/N의 각도, 바람직하게는 360°/N의 각도로 스윕하는 것을 바람직하게 특징으로 하고, 상기 제1 로터리 피스톤이 상기 제1 로터리 피스톤과 기계적으로 결합되는 제1 발전기를 드라이브하고, 상기 제2 로터리 피스톤이 상기 제2 로터리 피� �톤과 기계적으로 결합되는 제2 발전기를 드라이브하는 것을 특징으로 한다.

양쪽의 방법들은 또한 특히, 기어에 의한 로터리 피스톤 모터 또는 로터리 로브 펌프의 서로 맞물리는 로터리 피스톤들의 회전을 동기화시키지 않는 것에 의해 개발될 수 있다.

본 발명은 기존에 알려진 로터리 로브 펌프보다 더 큰 경제적 효율로 작동될 수 있는 로터리 로브 펌프를 제공할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 하기의 도면들을 통해 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 로터리 로브 펌프의 길이 방향 단면도를 나타낸다.
도 2는 제1 실시예에 있어서 하우징의 2분의 1이 있는 로터리 피스톤의 사시도이다. 그리고,
도 3은 로터리 피스톤의 제2 실시예가 있는 도 2에 따른 뷰(view)이다.

도 1은 로터리 로브 펌프 또는 로터리 피스톤 모터로서 작동될 수 있고 총 4개의 하위 조립체들 - 기초 프레임(10), 및 그에 부착되는, 좌측 전기 드라이브 모터(40)와 우측 전기 모터(50) - 그 양쪽이 마찬가지로 기초 프레임(10)에 부착됨 - 에 의해 플랭크(flank)되는 하우징 유닛(20) -로 구성되는 장치를 나타낸다.

드라이브 모터들(40, 50)은 3상 모터들로서 설계되었고, 제1 동작 모드시에, 드라이브 샤프트(41, 51)를 통해 로터리 로브 펌프(20)내의 로터리 피스톤(21, 22)을 각각 드라이브하기 위해서, 전기 에너지를 공급받을 수 있다. 제2 동작 모드시에, 드라이브 모터들(40, 50)은 발전기로서 작동될 수 있다. 이러한 제2 동작 모드시에, 토크는 로터리 피스톤(21 또는 22)으로부터 드라이브 샤프트(41, 51)를 통해 발전기(40 또는 50)로 전해지고, 발전기(40 또는 50)는 망내로 일시적으로 저장되거나 공급될 수 있는 전기 에너지를 발생시킨다.

로터리 로브 펌프(20)는 다수의 부품들로 구성되는 하우징(30)을 포함한다. 하우징(30)에는, 플랜지들을 연결하는 것에 의해 상응하게 연결될 수 있는 입구 및 출구들이 배치된다; 도 1에 있어서, 출구의 플랜지(31)를 볼 수 있다.

2개의 로터리 피스톤들(21, 22)이 펌프 하우징(30)에 의해 모든 측부들상에 제한되는 펌프 챔버내에 배치된다. 로터리 피스톤들(21, 22)이 토크-저항 방식으로 로터리 샤프트들(23, 24)에 부착된다.

도 1에서 볼 수 있듯이, 양쪽의 로터리 피스톤들(21, 22)은 2개의 톱니모양의 바퀴들의 톱니의 방식으로 서로 인터록(interlock)되고 따라서 서로 맞물리는 복수의 로브들(21a/b, 22a/b)을 포함한다. 로터리 피스톤들의 로브들의 이러한 서로 맞물림을 통해, 샤프트들(23, 24)이 필연적으로 매칭하는 회전 속도에서만 회전될 수 있다.

상측 로터리 피스톤(21)의 로터리 샤프트(23)는 우측 슬라이딩 베어링(23a) 및 좌측 슬라이드 베어링(23b)내에 장착된다. 양쪽의 슬라이딩 베어링들(23a, b)은 오일 없는 베어링들로서 설계되어 펌프 챔버를 통해 반송되는 액체에 의해 윤활된다. 이러한 목적을 위해서, 적절한 배수 라인들(60, 61)들이 제공된다. 배수 라인(60)은 하우징 커버(32)내로 열리고 배수 라인(61)은 로터리 로브 펌프의 우측상에서 하우징 커버(33)내로 열린다.

로터리 샤프트(23)는 좌측 하우징 커버(32)를 통해서, 로터리 샤프트(23)가 그에 의해 토크-저항 방식으로 드라이브 모터(40)의 드라이브 샤프트(41)와 결합되는, 결합 유닛(42)으로 연장된다. 로터리 샤프트(23)는 우측 하우징 커버(33)에 장착되지만, 이러한 하우징 커버를 통해 연장되지 않는다.

로터리 샤프트(24)는 우측 하우징 커버(33)를 통해서, 그것이 그에 의해 토크-저항 방식으로 드라이브 모터(50)의 드라이브 샤프트(51)와 결합되는, 결합 유닛(52)으로 연장된다. 로터리 샤프트(24)는 결국 좌측 하우징 커버(33)에 장착되지만, 이러한 하우징 커버를 통해 연장되지 않는다.

알 수 있듯이, 드라이브 모터(40)는 커플링(42)을 통해 로터리 샤프트(21)와 직접적으로 결합되어, 상기 로터리 샤프트를 드라이브시키거나 발전기 모드시에 상기 로터리 샤프트에 의해 드라이브된다. 마찬가지로, 드라이브 모터(50)는 커플링(52)을 통해 로터리 샤프트(22)와 직접적으로 결합되어, 상기 로터리 샤프트를 드라이브시키거나 발전기 모드시에 상기 로터리 샤프트에 의해 드라이브된다. 도 1에 따른 본 발명의 로터리 로브 펌프는 임의의 스텝-다운 또는 스텝-업 기어나 로터리 피스톤들(21, 22)의 회전 움직임을 동기화시키기 위한 다른 기어링(gearing)을 포함하지 않는다.

도 2는 총 3개의 로브들(121a, b, c)을 갖는 3개의 로브를 가진 로터리 피스톤(121)을 나타낸다. 각각의 로브들은 나선을 따라 120°에 걸쳐 로터리 피스톤의 전체 축방향 연장 길이를 가로질러 감긴다.

로터리 피스톤(121)은 출구의 상측 제한 에지(134a) 및 출구의 상측 제한 에지(134b)를 규정하는 하우징 절반-셸(134)로 도 2에 나타내어져 있다.

도 3은 총 4개의 로브들(221a-d)을 가진 로터리 피스톤(221)을 나타낸다. 각각의 로브는 90°의 원주 각도에 걸쳐 로터리 피스톤(221)의 전체 축방향 길이를 따라 나선형으로 감긴다.

로터리 피스톤(221)은, 결국, 하우징 절반 셸(134)에 대응하는 하우징 절반 셸(234)로 나타내어져 있다.

기본적으로, 동작 동안에, 로터리 피스톤들(121, 221)이 함께 작용하고 수직 방향으로 다른 것의 아래에 위치되는 로터리 피스톤과 서로 맞물린다는 것을 이해하는 것이 중요하다. 로브가 로터리 피스톤의 길이를 나선형으로 가로질러 연장되는 각도 및 그 로브들의 개수의 측면에서, 이러한 제2 로터리 피스톤은 로터리 피스톤들(121 또는 221)에 대응한다. 하지만, 로브가 반대 회전 방향으로 연장됨으로써 2개의 로터리 피스톤들의 서로 맞물림이 가능하게 되도록, 아래에 놓인 로터리 피스톤이 설계된다.