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Title:
PUMP FOR CONVEYING A MEDIUM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1996/021108
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention concerns a pump for conveying a medium, in particular a gas-liquid mixture, said pump comprising: a housing (3); a rotor (11) mounted in the housing (3); a hollow shaft (19) mounted in the housing and eccentrically relative to the rotor; and at least one displacer (37) which is disposed in the hollow shaft (19) and, at its end (41) remote from the hollow shaft, abuts the rotor. The rotor (11) acts as a drive for the hollow shaft (19).

Inventors:
KATHMANN, Peter, B.
Application Number:
PCT/EP1996/000015
Publication Date:
July 11, 1996
Filing Date:
January 04, 1996
Export Citation:
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Assignee:
LINEAR ANSTALT KATHMANN, Peter, B.
International Classes:
F04B19/06; F04B1/04; F04B1/047; F04B1/053; F04B1/107; F04B9/04; F04B27/04; (IPC1-7): F04B27/04
Foreign References:
EP0450586A1
GB506195A
DE2359734B1
CH406853A
CH393924A
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Claims:
Ansprüche
1. Pumpe zum Fordern eines Mediums, insbesondere eines GasFlussigkeitsGemisches mit einem Gehäuse (3) ; einem im Gehäuse (3) gelagerten Rotor (11) ; einer im Gehäuse und exzentrisch zum Rotor gelager¬ ten Hohlwelle (19) ; und wenigstens einem Verdranger (37), der in der Hohlwelle (19) angeordnet ist und mit seinem der Hohlwelle abgewandten Ende (41) am Rotor anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ro¬ tor (11) als Antrieb für die Hohlwelle (19) dient.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mitnehmer zwischen Rotor (11) und Hohlwelle (19) angeordnet ist.
3. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdranger (37) als Mitnehmer dient.
4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger (37) mit dem Rotor (11) in Reibschluß steht.
5. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (19) als Medienzuführung und Medienabfuhrung dient.
6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdranger (37) in einer entsprechenden radialen Ausnehmung (31) in der Hohlwelle (19) verschiebbar gefuhrt ist.
7. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Verdränger (37) am Grund (39) der Ausnehmung (31) über eine Feder abstutzt.
8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtungselement (49) der Umfangsflache des Verdrängers (37) zuge¬ ordnet ist.
9. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung mit der Medienzuführung und der Medienabführung verbunden ist, wobei der Medienabfuhrung und/oder der Medien¬ zuführung ein Rückschlagventil zugeordnet ist.
10. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verdränger (37) in der Hohlwelle (19) vorgesehen sind.
11. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Verdränger in Längs und/oder in Umfangsrichtung der Hohlwelle (19) gleichmäßig verteilt sind.
12. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (11) Teil ei¬ nes Elektromotors (7, 9) ist, wobei die Medienzu¬ fuhrung und abfuhrung axial zum Motor erfolgt.
13. Verwendung einer Pumpe nach einem der Ansprüche 1 12 als Motor.
Description:
Pumpe zum Fördern eines Mediums

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe zum Fördern eines Mediums, insbesondere eines Gas-Flüs¬ sigkeit-Gemisches nach dem Oberbegriff des An¬ spruchs 1.

Aus dem Stand der Technik sind Pumpen unterschied¬ lichster Bauart bekannt. So weisen beispielsweise die Radialkolbenpumpen einen Zylinderblock auf, der exzentrisch in einem Gehäuse liegt. In dem Zylin¬ derblock sind Kolben radial angeordnet, die bei der Drehung des Zylinderblocks eine Hubbewegung ausfüh¬ ren, über1icherweise stützen sich die Kolben über Rollen in dem Gehäuse ab. Der Antrieb des Zylinder¬ blocks erfolgt über eine Antriebswelle, die das ge¬ nannte Gehäuse durchdringt und an einem außenlie¬ genden Motor angeschlossen ist.

Solche Radialkolbenpumpen haben den Nachteil, daß ihr Aufbau, insbesondere die Kolbenführung im Zy¬ linderblock, relativ aufwendig ausfällt. Darüber hinaus bereiten derartige Pumpen Probleme bei der Förderung von Gas-Flüssigkeits-Gemischen, die ins¬ besondere bei der Erdölförderung anfallen.

Des weiteren muß für die Antriebsseite relativ viel Platz für den eigentlichen Motor und die Antriebs¬ welle vorgesehen sein, wobei die Wellendichtung am

Wellendurchbruch im Gehäuse immer wieder zu Schwie¬ rigkeiten fuhren kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht des¬ halb darin, eine Pumpe vorzusehen, die einen einfa¬ chen und kompakten Aufbau besitzt und zur Forderung von Gas-Flussigkeits-Gemischen einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelost.

Bei der erfindungsgemaßen Losung werden zwei inein¬ ander gesteckte Wellen benutzt, die unabhängig von¬ einander und exzentrisch zueinander in einem Ge¬ häuse gelagert sind. Die innere Welle verfugt über radial verschiebbare Verdranger, die vorzugsweise in einer radialen Bohrung in der Umfangsflache der inneren Welle gefuhrt sind und zusammen mit dem Bohrgrund eine Verdrangerkammer bilden. Durch eine zwischen Bohrlochgrund und der gegenüberliegenden Innenfläche des Verdrangers liegende Feder wird vorteilhafterweise dieser Verdränger an die innere Umfangsflache der äußeren Welle gedruckt. Aufgrund der exzentrischen Anordnung der inneren Welle ver¬ ändert sich der Abstand zwischen dem Bohrlochgrund und der inneren Umfangsflache der äußeren Welle - wahrend einer Umdrehung- kontinuierlich, so daß der Verdränger radial verschoben wird und damit das Raumvolumen der Verdrangerkammer kontinuierlich verändert.

Der Antrieb der inneren Welle erfolgt dabei jedoch nicht direkt, sondern indirekt über die äußere Welle, die vorzugsweise die Ankerwicklungen eines Elektromotors aufweist.

Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß eine äußerst kompakte Bauweise ermöglicht wird, da die eigentliche Pumpe im Pumpenmotor integriert ist.

Vorzugsweise dienen die an der inneren Umfangsfla¬ che der äußeren Welle, die gleichzeitig Rotor der Elektromotors ist, als Mitnehmer für die innere Welle, wobei in einer vorteilhaften Weiterbildung die Verdränger mit dem Rotor in Reibschluß stehen. Dadurch läßt sich der Antrieb der exzentrischen in¬ neren Welle mit äußerst geringem Aufwand realisie¬ ren.

Vorzugsweise werden der inneren Welle die Medien an einem Wellenende zugeführt und am anderen Wellen¬ ende abgeführt, so daß die innere Welle im wesent¬ lichen linear durchströmt wird. Damit kann die Pumpe ohne weiteres in eine Leitung eingesetzt wer¬ den.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere auf der Umfangsflache ver¬ teilte Verdränger vorgesehen, um die Förderleistung in einfacher Weise zu steigern.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird nun die vorliegende Erfindung an¬ hand eines Ausfuhrungsbeispiels mit Bezug auf eine Zeichnung naher beschrieben. Dabei zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer er- findungsgemaßen Pumpe im Längsschnitt; und

Figur 2 schematisch einen einzelnen Verdranger im Längsschnitt.

Die in Figur 1 gezeigte Pumpe 1 besteht aus einem Pumpengehause 3, das beispielsweise zylindrisch ausgebildet sein kann. Die beiden Längsseiten des Pumpengehauses 3 sind mittels anschraubbarer Deckel 5 dichtend abgeschlossen.

Im Pumpengehäuse 3 ist ein kompletter Elektromotor untergebracht, wobei in der Figur 1 der Übersicht¬ lichkeit wegen lediglich die Statorwicklung 7 sowie die Anker- beziehungsweise Rotorwicklung 9 schema¬ tisch dargestellt sind. Die übrigen notwendigen Be¬ standteile eines solchen Elektromotors, vorzugswei¬ se eines Gleichstrommotors, sind dem Fachmann be¬ kannt und sollen deshalb an dieser Stelle nicht nä¬ her beschrieben werden.

Die Ankerwicklung 9 ist in der Umfangsflache einer Welle 11, die im folgenden lediglich als Rotor be¬ zeichnet wird, ausgebildet. Der Rotor 11 ist in ei¬ ner entsprechenden Bohrung in jedem Deckel 5 mit¬ tels eines Lagers, vorzugsweise eines Kugellagers,

drehbar gestützt. Somit ist der Rotor 11 um eine Längsachse 17 drehbar.

Innerhalb des Rotors 9 ist eine weitere Welle 19 angeordnet, wobei der Außendurchmesser der Welle 19 geringer als der Innendurchmesser des Rotors 11 ist.

Die drehbare Lagerung der Welle 19 erfolgt eben¬ falls über in den beiden Deckeln 5 vorgesehene Boh¬ rungen 21, deren Durchmesser geringer ist als der¬ jenige der Bohrungen 13 und die sich -zur Dek- kelaußenseite hin gesehen- an die Bohrungen 13 an¬ schließen. Die drehbare Abstützung der Welle 19 wird durch Lager 23 gewährleistet.

Die beiden Bohrungen 13 und 21 sind jedoch nicht koaxial zueinander, sondern exzentrisch ausgebil¬ det, wobei die Längsachse 17 der Bohrung 13 zu der Längsachse 25 der Bohrungen 21 um einen Betrag v versetzt ist.

Da sowohl der Rotor 11 als auch die Welle 19 rota- tionssyπunetrisch sind, hat diese exzentrische An¬ ordnung zur Folge, daß der Abstand zwischen der äußeren Umfangsflache 27 der Welle 19 und der inne¬ ren Umfangsflache 29 des Rotors 11 -in Umfangsrich- tung gesehen- in einem Bereich von 2v variiert.

In der Umfangsflache 27 der Welle 19 sind radial ausgerichtete Ausnehmungen, vorzugsweise Bohrungen 31, eingebracht. Diese Bohrungen 31 sind ihrerseits

über Kanäle 33 mit einem die Welle 19 in Längsrich¬ tung durchsetzenden Kanal 35 verbunden.

Eine vergrößerte Darstellung einer solchen Bohrung 31 ist in Figur 2 dargestellt. In der Bohrung ist ein in radialer Richtung verschiebbarer Verdranger 37 gefuhrt. Dieser Verdranger weist eine Becherform auf, wobei das offene Ende 38 dem Bohrlochgrund 39 der Bohrung 31 zugewandt ist.

Um eine gute Fuhrung des Verdrangers 37 in der Boh¬ rung 31 zu erreichen, ist der Außendurchmesser des Verdrangers nur geringfügig kleiner als der Innen¬ durchmesser der Bohrung 31. Das vorzugsweise kalot- tenformige geschlossene Ende des Verdrangers 37 stutzt sich an der inneren Umfangsflache 29 des Ro¬ tors 11 ab. Vorzugsweise ist im Zentrum des kalot- tenformigen Endes ein punktformiger Fortsatz 43 ausgebildet, der somit als Kontaktpunkt zu der Um¬ fangsflache 29 dient.

Die Abstutzung des Verdrangers 37 am Bohrlochgrund 39 erfolgt über eine Feder 45, die sich bis zum ge¬ schlossenen Ende des Verdrangers 37 erstreckt.

Die Feder hat dabei die Aufgabe, den Verdranger 37 an die innere Umfangsflache 29 fest anzudrücken.

Der Innenraum des Verdrangers 37 bildet zusammen mit dem darunter liegenden Bohrlochabschnitt eine Verdrangerkammer 47, deren Raumvolumen vom Abstand d zwischen äußerer Umfangsflache 27 und inneren Um¬ fangsflache 29 abhangt. Eine Abdichtung nach außen

in den Zwischenraum zwischen Welle 19 und Rotor 11 erfolgt mittels eines O-Rings, der in einer ent¬ sprechenden Nut in der Bohrlochwand der Bohrung 31 sitzt.

Wie bereits erwähnt, ändert sich der Abstand d zwi¬ schen äußerer Umfangsflache 27 und innerer Umfangs¬ flache 29 wahrend einer Umdrehung der Welle 19 kon¬ tinuierlich um einen Betrag 2v. Da der Verdranger 37 durch die Feder 45 ständig an die innere Um¬ fangsflache 29 angedruckt wird, fuhrt die zuvor er¬ wähnte Abstandsanderung zu einer Hubbewegung des Verdrangers 37 in der Bohrung 31 um einen Betrag 2v. Die Hubbewegung wiederum führt zu einer Verän¬ derung des Raumvolumens der Verdrängerkammer 47. Dieser Effekt wird zum Pumpen eines Mediums be¬ nutzt, wobei durch Vergrößern des Raumvolumens über den Kanal 33 Flüssigkeit in die Verdrängerkammer 27 eingesaugt und beim anschließenden Verkleinern des Raumvolumens die Flüssigkeit wieder ausgestoßen wird.

Die Welle 19 wird vom Rotor 11 angetrieben, in dem die in Reibschluß mit der inneren Umfangsflache 29 stehenden Verdränger 37 die Drehbewegung auf die Welle 19 übertragen. Durch geeignete Wahl des ge¬ schlossenen Endes 41 des Verdrängers 37 und ent¬ sprechende Auslegung der Feder 45 wird verhindert, daß die Umfangsflache 29 über den Verdränger 37 hinweggleitet.

Da im vorliegenden Fall die Verdranger neben ihrer normalen Funktion auch als Mitnehmer beziehungs-

weise Drehmomentübertrager dienen, also keine zu¬ sätzlichen Verbindungsteile zwischen Rotor 11 und Welle 19 notwendig sind, ist ein sehr einfacher und kompakter Aufbau möglich.

Es können jedoch auch andere Mittel zur Übertragung der Drehbewegung vom Rotor 11 auf die Welle 19 vor¬ gesehen werden, beispielsweise Anschläge an der in¬ neren Umfangsflache des Rotors.

Der Pumpbetrieb der Pumpe 1 soll nun mit Bezug auf die Figur 1 erläutert werden.

Das zu pumpende Medium, beispielsweise ein Gemisch aus Erdöl und Erdgas, gelangt durch eine Öffnung 51 im Deckel 5 in den Kanal 35 der Welle 19. Durch die Drehung der Welle 19 wird das Medium im Kanal 35 ebenfalls in Drehung versetzt, wobei eine Entmi¬ schung von Flüssigkeit und Gas -bedingt durch die Zentrifugalkraft- erfolgt. Das schwerere Medium, beispielsweise das Erdöl, sammelt sich dabei im Be¬ reich der Wandung des Kanals 35, während das gas¬ förmige Medium sich in einem mittleren Bereich sam¬ melt. Während der Ansaugphase eines Verdrängers 37 wird das Medium durch den Kanal 33 in die Verdrän¬ gerkammer 47 eingesaugt und in der anschließenden Ausstoßphase wieder durch den Kanal 33 in den Kanal 35 gedrückt. Um eine Trennung zwischen Ansaug- und Druckseite herzustellen, sind im Kanal 35, ledig¬ lich schematisch dargestellt, Rückschlagventile 53 vorgesehen.

Das ausgestoßene Medium strömt anschließend weiter durch den Kanal 35 in Richtung einer der Öffnung 51 gegenüberliegenden weiteren Öffnung 55 im Deckel 5, wie dies durch Pfeile in der Figur angedeutet ist.

Im Bereich zwischen den in Figur 1 eingezeichneten Rückschlagventilen 53 ist der Kanal 35 mittels ei¬ ner Trennwand 57 in zwei Kammern 59 aufgeteilt, wo¬ bei die obere Kammer mit der oberen Reihe der Ver¬ drängerkammern und die untere Kammer entsprechend mit der unteren Reihe der Verdrängerkammern verbun¬ den sind. So kann beispielsweise das vom oberen Verdränger ausgestoßene Medium nicht in die Ver¬ drängerkammer des unteren ansaugenden Verdrängers gelangen.

Selbstverständlich sind auch andere Lösungen mög¬ lich, solange eine Trennung zwischen ansaugenden und ausstoßenden Verdrängern vorhanden ist.

Beispielsweise wäre denkbar, statt eines gemeinsa¬ men Kanals 33 zu einem Verdränger, zwei getrennte Kanäle auszubilden, wobei der Ansaugkanal mit der Öffnung 51 und der Ausstoßkanal mit der Öffnung 55 in Verbindung steht. Auch hier müssen jedoch Rück¬ schlagventile im Ansaug- und Ausstoßkanalsystem vorhanden sein.

Die Pumpleistung der in Figur 1 gezeigten Pumpe kann durch Erhöhung der Verdrängeranzahl weiter ge¬ steigert werden.

Die vorliegende Pumpe kann für die unterschiedlich¬ sten Anwendungsgebiete und Druckbereiche eingesetzt werden.

Daruberhinaus laßt sich durch Umkehr der Me¬ dienstrome die zuvor beschriebene Pumpe auch als Motor verwenden.




 
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