치밀한 이심적 스크류 펌프

치밀한 이심적 스크류 펌프 {COMPACT ECCENTRIC SCREW PUMP}

본 발명은 스크류 형태의 공동을 갖는 스테이터(stator) 및 이 공동에 이심적으로 배열된 스크류 형태의 로터(rotor)를 구비한 이심 스크류 펌프에 관한 것이고, 이 로터 헤드는 조인트에 연결되며, 이심적 로터 운동을 따르는 시일(seal)이 로터 및 조인트 사이에 위치한다.

이심적 스크류 펌프는 DE 0S 20 57 860에 공지되어 있다. 이러한 펌프에는 안내 디스크가 구동 샤프트 상에 위치한다. 양 방사상 면들 상에서 이 디스크는 고정된 표면들 상으로 안내된다.

밀봉 링을 갖는 접촉 링은 구동 방향으로 위치한다. 이 밀봉 링은 디스크와 접하고 스프링에 의해 압력에 종속된다.

본 발명의 목적은 이심적 스크류 펌프의 길이를 감소시키고, 치밀한 펌프의 베어링 및 관절구조(articulation)의 손상을 피하며 상기 펌프의 전달 속도를 감하지 않고 구동력을 줄이는 것이다.

이 목적은 청구항 1항의 특징으로 해결된다.

본 발명에 따른 추가적인 유리한 개선점들은 종속항의 특징으로부터 나타난다.

더욱 바람직하게, 발명의 예시적 실시예는 치밀한 펌프에 관한 것이다. 매우 짧은 설계 때문에, 치밀한 펌프는 소위 슬라이딩 조인트의 이용을 통해 이러한 펌프에서 이루어진다. 이 경우에 펌프 하우징의 길이는, 카르단(cardan) 샤프트 또는 전기 굴곡 부재 연결을 이용할 때 다른 일반적인 길이가 비교된다면, 전체 펌프 길이의 작은 부분에 이른다.

본 발명은, 본 발명의 최적 설계가 스테이터 영역 및 조인트 영역이 시일을 통해 서로 공간적으로 분리된다는 점에서 구체화된다는 점에 기초하고, 로터 헤드 또는 로터 연장부는 지지 링 사이의 영역에서 적어도 하나의 지름 감소부를 가지며, 지지 링은 슬라이드 링 시일 및 로터의 일부이다. 이러한 하나 또는 다수의 지름 감소부를 통해, 로터에 의해 만들어진 편향은 시일 이전의 로터의 영역에서 이미 감소되고, 이 결과로 밀봉 디스크 상의 슬라이드 링(들)의 접촉도 가능하게 이루어진다.

펌프가 설계되는 제품 및 전달 속도와 채택되는 물질에 따라, 지름 및 지름 감소부는 다르게 선택될 수 있다. 따라서 지름 감소부는 로터의 지름의 수치의 30% 내지 80%의 수치를 가질 수 있다. 로터 지름부의 기능으로, 지름 감소부는 30% 내지 60%, 바람직하게는 50%에 이를 수 있다.

특별한(마멸-저항성) 물질로, 하나의 지름 감소부 및 다른 감소 수치를 갖는 다수의 감소부가 제공된다면 유리할 수 있다. 여기서, 지름 감소부의 축방향 거리는 개별적인 지름 감소부의 수치의 2배 내지 10배의 범위이다. 따라서, 지름이 10mm로 감소되면, 다음 감소부는 첫 번째 감소부로부터 20mm 내지 100mm의 거리에 배열될 수 있다. 특별한 경우에, 이 비는 개별적인 지름 감소부의 수치의 2배 내지 6배에 이른다.

슬라이드 링 시일의 작동 및 벨로우즈를 통한 밀봉을 향상시키기 위해, 벨로우즈 또는 스프링이 고정되는 로터 헤드 또는 로터 연장부의 영역은, 로터 지름과 비교할 때 더 큰 수치를 추측할 수 있다. 이러한 경우에 대응하는 로터 헤드 또는 로터 연장부 부분은 로터 지름의 값의 1.2 내지 2배(1.2 to 2x)의 값을 갖는다.

본 발명에 따른 펌프의 특별한 응용의 경우에, 이중 측부로 된 슬라이드 링 시일이 채택될 것이고, 이에 의해 펌프 공간에서 윤활제의 유입 및 베어링 영역에서의 제품의 유입을 막는다.

본 발명에 따른 이심적 스크류 펌프에서, 조인트가 위치하는 펌프 랜턴 및 펌프 입구 하우징 사이에 시일이 배열된다. 일정한 전제조건 하에서, 로터의 영역에서의 지름 감소부 또는 수축부의 폭이 밀봉 디스크의 영역에서보다 적어도 20% 크다면 유리하다.

본 발명의 개선에 따르면, 슬라이드 링 각각은 밀봉 디스크의 양 측부 상에 배열된다. 밀봉 디스크는 밀봉 유체 공간과 연결되는 적어도 하나의 방사상 보어를 갖는다.

본 발명에 따르면, 로터 연장부는 밀봉 디스크의 타측부 상의 양 영역에 걸쳐 연장한다. 이러한 경우에, 로터 연장부의 지름은 양 영역에서 서로 다른 크기를 갖는다.

양 영역에서 로터 연장부의 가장 큰 지름은 로터 연장부의 가장 작은 지름의 1.2 내지 3배에 대응한다. 양 측부 상에서 밀봉 디스크에 슬라이딩 표면이 제공된다.

이 슬라이딩 면 상에 배열된 슬라이딩 링은 죔 부품 상에서 지지되는 스프링에 연결된다.

본 발명에 따르면, 벨로우즈는 펌프 샤프트 및 스프링 사이에 배열되고, 밀봉 유체 공간을 밀봉한다.

또한, 벨로우즈는 벨로우즈의 일 측부가 로터 헤드 또는 로터 헤드 연장부에 각각 고정되는 죔 부품에 연결되도록 형성된다(developed).

밀봉 디스크는 슬라이딩 조인트가 위치하는 펌프 랜턴 및 펌프 입구 하우징 사이에 배열된다.

슬라이딩 조인트는 로터 연장부의 단부에 고정된다.

본 발명의 일 태양에서, 슬라이딩 조인트는 구동 샤프트에 연결되고 서로 90°오프셋되어 배열된 두 개의 선형 유닛으로 이루어지며, 각각의 선형 유닛은 각각 프로파일 레일 및 캐리지로 이루어진다.

도 1은 이심 스크류 펌프의 종방향 단면도이다.

도 2는 이심 스크류 펌프의 부분도이다.

도 3은 이심 스크류 펌프의 부분도이다.

도 4는 이심 스크류 펌프의 부분도이다.

도 5는 이심 스크류 펌프의 부분도이다.

도 6은 이심 스크류 펌프의 부분도이다.

도 1은 로터/스테이터 영역(12), 펌프 하우징(14) 및 구동기(16)를 갖는 이심 스크류 펌프(10)를 도시한다. 이심 스크류 펌프의 왼쪽 단부에 플랜지(18)가 위치한 것이 보이고, 이는 인장 막대(tension rod, 20)를 통해 펌프 하우징(14)에 죄어지고, 이에 의해 펌프 하우징과 이 사이에 배열된 스테이터(22)를 단단히 연결시킨다. 이심 스크류 펌프는 플랜지 및 하우징에 연결된 두 개의 피이트(feet, 24) 상에 위치한다. 로터(28)의 연장부 또는 로터 헤드(26)의 횡단면은 입구(30) 영역에서 강화된다. 이러한 영역에서, 슬라이드 링(34)을 구비한 슬라이드 링 시일(slide ring seal, 32)이 로터 상에 놓이고, 이 슬라이드 링은 두 개의 지지 디스크(36, 36')의 좌측부와 접촉한다. 시일, 이 경우에 슬라이드 링 시일(32) 또는 슬라이드 링(34), 은 로터(28)의 이심적 회전 운동을 따라 움직인다. 로터(28)의 가능한 축방향 위치 변위량(axial play) 및 각 변위를 오프셋하기 위해 슬라이드 링(34)에 탄성 벨로우즈(38)가 제공된다.

두 지지 디스크(36, 36') 사이에서, 중앙 디스크(40)는 로터 헤드(26)가 회 전하는 이심률에 대응하여 방사 방향으로 운동한다. 이를 위해, 중앙 디스크(40)는 자체-정렬 롤러 베어링(42) 상에 놓이고, 스스로 회전하지 못하지만 중앙 디스크, 베어링 및 로터를 서로 결합시키는 스프링 워셔를 통해 축방향으로 이동할 수 있다. 로터의 축방향 변위가 가능하지만, 이는 기구(46)에 의해 금지된다. 이러한 기구는 다수의 구성요소로 이루어지고, 이 구성요소 중 중앙 디스크(40)가 필수적인 역할을 맡는다. 중앙 디스크(40)의 폭 및 압력 매개 공간(pressure medium space, 48)의 폭은 동일하지 아니하다. 압력 매개 공간(48)의 폭은 스페이서 튜브(50)의 길이에 의해 결정되고, 이는 너무 크게 의도적으로 선택되어 이에 의해 우측 지지 디스크(36') 및 중앙 디스크의 전단부 사이의 갭이 형성되고(develop) 여기서 유압이 활성화된다(active). 압력 매개 공간에서 작용하고 따라서 중앙 디스크(40) 및 지지 디스크(36') 사이에서 작용하는 압력은, 압력부(pressure side) 상의 플랜지(18)의 내부에 존재하는 압력 값에 의존한다. 이러한 압력 값은 전달 압력에 의해 생성되는 배압에 의존한다. 플랜지(18)에서의 다이어프램(diaphragm)은 이러한 값을 수집하고, 이를 압력 매개 공간(48)의 유체와 연결되는 파이프라인(52)의 유체로 전달한다. 따라서, 동일한 압력 조건이 로터의 자유 단부의 전단부의 플랜지(18) 영역 및 중앙 디스크 영역, 즉 로터의 결합 단부 영역에 존재한다.

압력 조건의 균등화 또는 중앙 디스크(40) 및 지지 디스크(36') 사이의 압력의 증가는, 슬라이딩 조인트(44)를 해제하고(unload) 이에 의해 압력이 부과되지 않은 채 작동된다. 압력부 상의 플랜지(18) 및 압력 매개 공간(48) 사이의 유압식 연결은 파이프라인(52)이고, 이는 지지 디스크(36)의 영역에서 펌프 하우징(14)과 연결된다. 파이프라인(52)의 내부 및 압력 매개 공간 사이의 유압식 연결은, 지지 디스크(36)의 축방향 보어(bore) 및 방사상 보어를 통해 존재한다.

베어링 및 조인트 영역은 지지 디시크(36')에서 보어를 통해 서로 연결된다. 슬라이딩 조인트(44)와 직접 연결된 로터 헤드(26)의 단부는 이러한 보어를 통해 연장한다. 슬라이딩 조인트의 제 2 부품은, 페더키(feather key)를 통해 회전적으로 고정되나 슬리브(56)를 통해 축방향으로 변위 가능한 방식으로 구동 샤프트(54)에 고정된다. 지지 디스크(36, 36') 사이의 거리가 스페이서 튜브(50)에 의해 예정되는 것과 마찬가지로, 지지 디스크(36) 및 하우징 플랜지(58) 사이의 거리는 스페이서 튜브(60)에 의해 예정된다.

도 2는 본 발명의 예시적 실시예를 도시하고, 여기서 로터는 시계 방향으로 구동된다. 여기서, 슬라이딩 조인트(44)의 증가된 하중에 이르게 할 수 있는, 로터 상에 작용하는 배압은, 로터(28)의 자유 단부에서 형성되는 것이 아니고 펌프 출구 또는 슬라이드 링 시일의 영역의 펌프 하우징에서 형성되는 것이다. 결과적으로 유압 평형은 압력 매개 공간(48) 및 펌프 하우징의 부분 영역 사이에서 일어난다. 이를 위해, 짧은 U-형태의 파이프라인(52') 만이 필요하다. 자유 펌프 단부에 이르는 연결과 같은 이러한 짧은 유압식 연결은, 종방향 보어를 통해 압력 매개 공간으로 펌프 하우징 벽 또는 스테이터에 직접 설치될 수 있다. 다이어프램(64) 상에 작용하는 물품의 압력은 파이프라인의 유체를 통해 압력 매개 공간(48)에 위치한 유체로 전달된다. 반시계 방향의 작동과 반대로, 이 예시적 실시예에서 좁은 갭은 중앙 디스크(40)의 전단부 및 지지 디스크(36) 사이에서 형성되고, 이에 의해 로터에 슬 라이딩 조인트를 향하는 방향으로 압력이 부과된다. 갭 길이 및 여기서 배압을 형성하는 중앙 디스크의 전단부의 크기는 로터(28)의 종축으로의 시일의 방사상 거리에 의존한다. 로터의 축으로의 거리가 짧아질수록, 효과적인 압력 표면은 커진다. 압력 매개 갭이 중앙 디스크의 타측부 상에 형성되는 것을 막기 위해, 시일 자체는 이러한 경우에 더 커지도록 선택되고 중앙 디스크의 외부 원주 근처의 로터축으로부터 큰 거리에 배열된다. 전체적으로 압력 매개물이 중앙 디스크 상에서 작용하는 표면은, 전달 배압이 로터 상에서 작용하는 표면의 합계보다 크거나 동일해야만 한다.

기구(46)의 구성은 도 3에서 도시된 실시예로 설명된다. 여기서 중앙 디스크(40)는 가장 낮은 위치에 있다. 서로 다른 치수의 시일(66, 68)의 배열은 중앙 디스크의 측부를 도시하고, 그 위에서 갭은 압력 매개물을 통해 형성된다. 여기서, 갭은 지지 디스크(36) 및 중앙 디스크(40) 사이에서 형성된다. 궁극적으로 작용하는 압력 표면(70)의 크기는 로터(28) 또는 로터 헤드(26)의 종축(76)에 대한 시일(66)의 거리에 의해 결정된다. 파이프라인(52')의 압력 매개물은 보어(74) 및 압력 매개 공간(48)을 통해 압력 표면(70, 72) 상에 압력을 가하고, 펌핑 공정 동안 형성되는 압력 차이를 평형화시키며, 한편 펌핑 공정은 로터에 연결된 펌프 부품들의 축방향 변위 또는 하중(loading)을 초래한다. 중앙 디스크(40)의 압력 표면(70, 72) 및/또는 지지 디스크(36, 36')의 상보적인 표면은 마멸-저항성 물질 또는 이러한 것으로 코팅된 채 만들어진다.

도 4에 따른 예시적 실시예는 조인트, 특별한 설계에서 슬라이딩 조인 트(92), 를 가진 접촉 펌프를 도시한다. 매우 짧은 거리에 걸친 슬라이딩 조인트(92)가, 로터에 의한 이심 회전 운동을 동심 회전 운동으로 변환시킬 수 있지만, 지름 감소부(90)를 통한 진동 회전 운동의 감폭은, 슬라이드 링 시일(88)의 영역에서 이미 발생하였다. 이러한 제 1 지름 감소부(90)는 로터 연장부에 높은 탄성 특징을 제공하고, 따라서 조인트에 더 적은 각 하중을 전달한다. 밀봉 디스크(82)의 방사상 보어(78)를 통해 유도되는 밀봉은, 슬라이딩 조인트(92)가 배열된 공간(98)과 마찬가지로 슬라이드 링 시일의 영역을 채운다. 로터 헤드(26) 및 쇼울더(96)로 이루어진 로터 연장부는 슬라이드 링에 위치한 중앙 보어(94)를 통해 연장한다. 우측 단부의 쇼울더(96)는 슬라이딩 조인트(92)의 부분에 연결되고, 이로부터 구동력이 로터(28)에 전달된다. 중앙 보어(94)의 영역에서, 로터 헤드(26)는 지름 감소부를 따르고, 지름 감소부는 그 자체를 노치로서 또는 수축부로서 나타난다. 그 위에서 스프링(102) 및 벨로우즈(104)가 지지되는 죔 부품(100)은 로터 헤드 상에 위치한다. 결합적으로 스프링(102)보다 펌프 종축에 더 가까이 방사상으로 배열된 벨로우즈(104)는, 펌프 입구 하우징(84)을 향하는 밀봉 공간(80)을 슬라이드 링(34)으로 밀봉한다.

도 5는, 도 4의 예시적 실시예에 대체로 상응하는 이심 스크류 펌프를 도시한다. 도 5의 이러한 예시적 실시예 사이의 본질적인 차이는, 로터(28)에 제 2 지름 감소부(108)가 직접 뒤따르도록 이루어진다는 점이다. 지름 감소부(90, 108) 모두 동일한 폭(b) 및 동일한 지름(d)을 가질 수 있다. 이러한 경우에, 지름 감소부(90, 108)의 거리(A)는 지름 감소부의 수치의 3.2배(3.2x)에 대응하거나 또는 상 응하는 로터 헤드 및 로터 연장 섹션의 단면 수치의 3.2배(3.2x)에 대응한다. 어떤 물질이 선택되었는지 또는 필요한 지에 따라, 제 2 지름 감소부(108)의 폭(b)은 지름 감소부(90)의 폭보다 클 수 있다. 지름 감소부(90, 108)의 지름(d)은 서로 다를 수 있다. 불필요함 마멸을 피하기 위해, 지름 감소부는 둥근 노치 형태로만들어진다. 밀봉 기능을 향상시키기 위해, 벨로우즈(104) 및 스프링(102)은 로터 헤드(26)의 일부 상의 지름 감소부들 사이에서 고정되고, 로터 헤드의 지름(D)은 로터 지름의 0.5 내지 2배(0.5 to 2x)에 상응한다.

밀봉 외의 액체 작동 매개물이 두 선형 유닛을 갖는 슬라이딩 조인트(92)가 배열된 소위 펌프 랜턴(lantern)에서 채택될 수 있다면, 이중-측부의 슬라이드 링 시일이 이러한 경우에 채택될 것이다.

도 6에서 시일(110)이 도시되고, 이 경우에 밀봉 디스크(82), 슬라이드 링(34, 34')의 모든 측부 상에 슬라이딩 표면(114, 114')과 접촉한다. 슬라이드 링(34')은 스프링(102')의 압력 하에서 밀봉 디스크(82)의 우측 밀봉면과 접촉한다. 슬라이드 링(34')의 고정 및 베어링 적용과 관련하여 쇼울더(96) 및 로터 헤드(26) 사이의 지름 점프가, 지름을 따라 강화된 죔 부품(112)을 통해 오프셋된다. 죔 부품은 모두 스크류에 의해 로터에 죄어진다. 슬라이딩 조인트는 90˚로 오프셋된 두 개의 선형 유닛을 가지고, 이는 프로파일 레일(profile rail) 및 관련된 캐리지(carriage)로 이루어진다.