EE01355U1 - Pöördkolbpump - Google Patents

Abstract

Leiutis käsitleb pöördkolbpumpa, mis sisaldab pumbatava keskkonna sisend- ja väljundavaga pumbakorpust, pumbakorpuse sfäärilises kolvikambris omavahel universaalliigendi ristmikuga ühendatud pöördkolvi kahte rootoripoolt, kus rootoripoolte pöörlemisteljed on teineteise suhtes nurga all ning kus universaalliigendi ristmik asetseb rootoripoolte vahel asetsevas ketaselemendis. Universaalliigendi ristmiku tapid on teostatud ketaselemendi keskel asetsevasse sfäärilisse osasse ühendatud pooltelgedena.

Description

TEHNIKAVALDKOND

Käesolev leiutis käsitleb mahtpumpa, täpsemalt pöördkolbpumpa, mille pöördkolb ehk rootor on tehtud kinemaatiliselt universaalliigendi ehk Hooke’i liigendi põhimõttel.

TEHNIKA TASE

Tehnika tasemest on tuntud mitmeid pöördkolbpumpasid ja sarnase ehitusega sisepõlemis-pöördkolbmootoreid.

Järgnevast leiutiskirjeldusest arusaamiseks olgu kohe alguses öeldud, et universaalliigend ehk Hooke'i liigend ehk ristliigend sisaldab kahte omavahel lõikuva pöörlemisteljega ja teineteise poole olevat nn kahvlit, kus kahvlite harud on omavahel ühendatud ristmiku (ehk nn kardaaniristi) abil, kus ristmiku tappidel (st risti moodustavate kahe ristuva telje otstel) on neli laagrit, kaks kummagi kahvli jaoks. Käesolevas leiutises on universaalliigendi kahvliteks pöördkolvi kaks teineteise poole suunatud rootoripoolt ja universaalliigendi ristmik sisaldub rootoripoolte vahel olevas ketaselemendis.

Patentidest US2204760 (publitseeritud 18.06.1940), US2727465 (publitseeritud 20.12.1955) ja US5171142 (publitseeritud 15.12.1992) on tuntud pöördkolbpumbad, mis sisaldavad pumbakorpuse sfäärilises kolvikambris kahte rootoripoolt, mis on omavahel ühendatud nende vahel asetseva universaalliigendi ristmikku sisaldava ketaselemendiga.

Tehnika tasemest on käesolevale leiutisele lähima pöördkolbmehhanismi konstruktsiooniga lahenduseks rahvusvahelisest patenditaotlusest WO2009/053764A1 (publitseeritud 30.04.2009) tuntud konstruktsioon. See lahendus sisaldab korpust, korpuse sfäärilises kolvikambris omavahel universaalliigendi ristmikuga ühendatud pöördkolvi kahte rootoripoolt, kus rootoripoolte pöörlemisteljed on teineteise suhtes nurga all ning kus universaalliigendi ristmik asetseb rootoripoolte vahel asetsevas ketaselemendis ning kus ketaselemendiga on sfääriline kolvikamber jagatud vastavate rootoripoolte teineteise poole suunatud otspindade, sfäärilise kolvikambri seina ja ketaselemendi külgede vahel ketaselemendiga teineteisest eraldatud ja pöördkolvi pöörlemisel muutuva mahuga neljaks ruumiosaks.

Nende konstruktsioonide puhul on üheks suurimaks tehniliste probleemide allikaks universaalliigendi ristmiku tappide otstes olevad laagrid, millede tööressurss ammendub või mis purunevad tavaliselt enne muid pumbadetaile. Olenevalt kasutatavast laagritüübist võib laagri purunemisel viga saada ka tapp nii, et sellel uue laagri kasutamine ei ole mõeldav.

Tavaliselt tähendab see kogu pumba väljavahetamist. Ent reaalselt on pumba muud detailid võimelised töötamist jätkama. Lisaks on pumba pöördkolb valmistatud tavaliselt roostevabast terasest, mille lõiketöötlemine on tülikas, iseäranis arvestades selle välimist sfäärilist pinda. Pöördkolb asetseb pumbakorpuses sfäärilises kolvikambris, mille täpne ja sobiva istuga valmistamine selliselt, et pöördkolb saaks selles vabalt, ent voolava keskkonna pumpamiseks piisava tihedusega pöörelda, on samuti tülikas, aeganõudev ja suhteliselt kallis.

Seega on vajadus sellise konstruktsiooni järele, milles pumba ketaselemendis sisalduva universaalliigendi ristmiku tappide laagrid ja ristmiku tapid ise oleksid vajadusel hõlpsasti remonditavad ja/või väljavahetatavad. See võimaldaks kasutada ära pumba muude detailide kogu tööressursi ning oluliselt alandada näiteks kütuste, õlide, vee ja heitvete pumpamisega seotud kulusid.

Käesolev leiutis ongi suunatud eespool kirjeldatud probleemide lahendamiseks.

LEIUTISE OLEMUS

Käesoleva leiutisega on pakutud välja pöördkolbpump, mis sisaldab pumbatava keskkonna sisend- ja väljundavaga pumbakorpust ja pumbakorpuse sfäärilises kolvikambris omavahel universaalliigendi ristmikuga ühendatud pöördkolvi kahte rootoripoolt. Rootoripoolte pöörlemisteljed on teineteise suhtes nurga all.

Universaalliigendi ristmik asetseb rootoripoolte vahel asetsevas ketaselemendis, kus ketaselemendiga on sfääriline pumbakamber jagatud vastavate rootoripoolte teineteise poole suunatud otspindade, sfäärilise pumbakambri seina ja ketaselemendi vastavate külgede vahel ketaselemendiga teineteisest eraldatud ja pöördkolvi pöörlemisel muutuva mahuga neljaks ruumiosaks.

Leiutise eripäraks on see, et ketaselemendis sisalduva universaalliigendi ristmiku tapid on valmistatud otsapidi ketaselemendi keskel asetsevasse sfäärilisse osasse ühendatud pooltelgedena, kus iga pooltelje teises otsas on universaalliigendi ristmiku tapi laager.

Leiutise esimeses eelistatavas teostuses on iga pooltelje otsas olev ristmiku tapi laager teostatud nn pukslaagrina, mis sisaldab sisemist laagripuksi, mis asetseb pööratavalt vastava rootoripoole liigendis olevas laagri välimises laagripuksis.

Leiutisekohaselt on sisemised ja välimised laagripuksid vahetatavad.

Eelistavalt on välimised laagripuksid keraamilised.

Veelgi eelistatavamalt on nii sisemised ja kui ka välimised laagripuksid keraamilised.

Eelistavalt on keraamilised laagripuksid fikseeritud liimliitega.

Variandina võivad laagripuksid olla fikseeritud vedrurõngaga (lukustusrõngaga).

Metallist laagripuksid on eelistavalt fikseeritud pingistuga - st sisemine laagripuks asetseb pingistuga ristmiku tapil ja välimine laagripuks asetseb pingistuga rootoripoole liigendis (st kahvli haru otsas).

Leiutise teiseses eelistatavas teostuses on pooltelje otsas olev universaalliigendi laagriks nõellaager. Nõellaagrit kasutatakse näiteks määrivate omadustega voolava keskkonna pumpamisel, nagu näiteks õlid, kütused jms.

Eelistatava teostusvariandi kohaselt on universaalliigendi poolteljed ühendatud ketaselemendi keskel olevasse sfäärilisse osasse pressliitega.

Järgmise eelistatava teostusvariandi kohaselt on universaalliigendi poolteljed ühendatud ketaselemendi keskel olevasse sfäärilisse osasse keermesliitega.

ILLUSTRATSIOONIDE LÜHIKIRJELDUS

Järgnevalt on leiutisekohast mahtpumpa kirjeldatud teostusnäite varal viidetega juuresolevatele skemaatilistele joonistele, kus:

joonisel Fig 1 on kujutatud leiutisekohase pöördkolbpumba aksonomeetrilist hajutatud detailidega vaadet;

joonisel Fig 2 on kujutatud joonisele Fig 1 vastava pöördkolbpumba pöördkolvi aksonomeetrilist hajutatud detailidega vaadet;

joonisel Fig 3 on kujutatud joonistele Fig 1 ja 2 vastava pöördkolbpumba pöördkolvi aksonomeetrilist vaadet ühe rootoripoole poolt vaadatuna; ning

joonisel Fig 4 on kujutatud joonisele Fig 3 vastava pöördkolvi aksonomeetrilist vaadet teise rootoripoole poolt vaadatuna.

LEIUTISE TEOSTUSNÄIDE

Selguse ja jooniste lihtsuse eesmärgil ei ole joonistel näidatud rootoripoolte võllide laagreid ega tihendeid, samuti kinnitusvahendeid pumbakorpuse ja selle muude osade ühendamiseks.

Järgnevalt on esmalt viidatud joonisele Fig 1. Pöördkolbpumba korpus koosneb kahest korpusepoolest 1 ja 2, millede sees on kaks sfäärilist nõguspinda 3 ja 4, mis korpusepoolte 3 ja 4 koostatud olukorras moodustavad korpuses osa sfäärilisest kolvikambrist. Korpusepooltel 1 ja 2 valimistel külgedel on vastavalt kaaned 5 ja 6, milledes on vastavalt avaused 7 ja 8 pumbatava keskkonna sisenemiseks ja väljumiseks pumbast. Kaante 5 ja 6 korpusepoolte 3 ja 4 poole olevad pinnad on sfäärilised ja moodustavad ülejäänud osa pumbakorpuses olevast sfäärilisest kolvikambrist.

Pumbakorpus on poolitatud pöördkolvi rootoripoolte 9 ja 10 võllide 11 ja 12 pöörlemistelgede tasapinnas. Võllide 11 ja 12 laagreid ja tihendeid ei ole joonistel näidatud. Ühe rootoripoole võll on ühendatud pumpa käitava mootoriga, milleks tavaliselt on elektrimootor (pole joonistel näidatud).

Järgnevalt on esmalt viidatud joonisele Fig 2. Pöördkolb koosneb kahest rootoripoolest 9 ja 10, mis on omavahel ühendatud ketaselemendis 13 sisalduva universaalliigendi ristmikuga. Rootoripooled 9 ja 10 sisaldavad mõlemad kahte samatelgset liigendit 14. Iga liigendi 14 sees on laagriga ristmiku tapp 15.

Universaalliigendi ristmik on ketaselementi 13 moodustatud järgmiselt. Ketaselemendi 13 keskel on sfääriline osa 16. Sfäärilisse osasse 16 on tehtud neli ava 17 - igaüks universaalliigendi ristmiku ühe tapi 15 moodustamiseks ette nähtud pool-telje 18 otsa 19 fikseerimiseks. Joonistel kujutatud teostuses iga pooltelg 18 fikseeritud ketaselemendi 13 sfäärilises osas 13 olevasse vastavasse avasse 17 pingistuga. Ent kasutada võib ka keermesliidet, mis võimaldab pooltelgi remontimisel lihtsamini vahetada.

Ristmiku tapid 15 on paarikaupa omavahel samatelgsed - tappide paaride teljed on omavahel risti ja asetsevad ketaselemendi 13 kettaosa nn ketta mõttelises kesktasapinnas.

Iga pooltelje 18 teine ots moodustab ristmiku tapi 15. Kaks teine teisel pool sfäärilist osa 16 samatelgset pooltelge 18 on oma tappidega 15 ette nähtud ühe rootoripoole liigenditega 14 ühendamiseks vastava laagriga ning kaks ülejäänud paarikaupa samatelgset teine teisel pool sfäärilist osa 16 olevat samatelgset pooltelge 18 on oma tappidega 15 ette nähtud teise rootoripoole liigenditega 14 ühendamiseks vastava laagriga.

Nagu jooniselt Fig 2 on näha, on pooltelgedele 18 tehtud ketaselementi 13 väljalõiked 20 ja 21. Väljalõige 20 võtab vastu pooltelje 18 silindrilise osa ning väljalõige 21 võtab vastu vastava rootoripoole 9 või 10 liigendi 14. Liigend 14 asetseb väljalõikes 21 lõtkistuga.

Ristmiku tapi 15 laager koosneb joonistel kujutatud teostuses kahest laagripuksist - sisemisest laagripuksist 22 ja välimises laagripuksist 23. Sisemine laagripuks 22 on fikseeritud ristmiku tapile 15 ning välimine laagripuks 23 on fikseeritud vastava rootoripoole vastavasse liigendisse 14.

Laagripuks 22 asetseb tööolukorras laagripuksi 23 sees pöörduvalt.

Metallist laagripukside kasutamisel on vastav sisemine laagipuks 22 fikseeritud tapile 15 pingistuga ja rootoripoole liigendisse 14 on välimine laagripuks 23 samuti fikseeritud pingistuga.

Keraamilise laagri puhul, kus laagripuksidest 22, 23 üks või mõlemad on keraamilisest materjalist, on laagripuksid fikseeritud liimliite abil. Keraamilised laagripuksid on kasutusel näiteks abrasiivse keskkonna pumpamisel.

Nõellaagrite kasutamisel toimub laagri fikseerimine liigendisse 14 ja tapile 15 nõellaagri valmistaja poolt ette nähtud istudega.

Kolbrootori rootoripooled 9 ja 10 on ühesuguse konstruktsiooniga ja oma vastavate võllide 11 ja 12 suhtes sümmeetrilise kujuga. Võllide 11 ja 12 poolel on rootoripooled 9 ja 10 sfäärilise kujuga, mis vastab korpusepooltes 1 ja 2 vastavate sfääriliste nõgusate pindade 3 ja 4 kujule. Mõlema rootoripoole 1, 2 otspind 24 on kiilukujuline, mille mõttelise harjaga on paralleelne vastava rootoripoole 1, 2 kahe samatelgse liigendite 14 paari ühine mõtteline telg.

Otspinnas 24 on sfääriline nõgusosa 25, mille kuju vastab ketaselemendi 13 keskel olevale sfäärilisele osale 16. Sfäärilise nõgusosa 25 sfääri mõtteline keskpunkt asetseb rootoripoole 1, 2 vastava võlli 11, 12 pöörlemisteljel ja samal ajal läbib seda keskpunkti vastava rootoripoole 1, 2 samatelgsete liigendite 14 paari mõtteline telg.

Nagu on joonistelt Fig 3 ja 4 on näha, sisaldavad rootoripoolte 9 ja 10 otspinnad 24 nende kujule vastavaid süvendeid liigendi 14 ja pooltelje 18 mahutamiseks. Ketaselemendi 13 perimeeter vastab sfäärilise kolvikambri läbimõõdule ja see asetseb selles lõtkistuga.

Pöördkolvi pöörlemisel rootoripoolte 9 ja 10 vahel olev ketaselemendi 13 külgede kaugus rootoripoolte 9 ja 10 otspindadest 24 muutub pidevalt. Sellega muutuvad vastava rootoripoole 9 ja 10 teineteisel pool kiilukujulist otspinda 24 olevate ruumiosade mahud, mis on piiratud kolvikambri sfäärilise sisepinna, ketaselemendi 13 vastava otspinna 24 poole oleva küljega ning otspinna 24 osaga.

Selliselt on tekitatud pöördkolvi pöörlemisel neli muutuva mahuga tsooni, millega imetakse pumbatav keskkond kolvikambrisse vastava tsooni mahu suurenemisel ning surutakse pumbatav keskkond kolvikambrist välja vastava tsooni mahu vähenemisel.

Leiutisekohase pumba remontimise, täpsemalt laagrite vahetamise lihtsustamiseks, sisaldavad poolteljed 18 ristmiku tapilt 15 laagripuksi 22 või nõellaagri eemaldamiseks eelistatavalt teineteisel pool pooltelge 18 kahte sisselõiget 26.

Samuti teostuses, kus poolteljed 18 on ketaselemendi 13 sfäärilise osa 16 avadesse 17 kinnitatud keermesliitega, saab sisselõikeid 26 kasutada pooltelgede keermesliite kinni- või lahtikeeramiseks.

Käesolev leiutis ei ole piiratud joonistel ja eespool teostusnäites toodud teostustega, vaid sel võib olla juurde lisatud nõudluse piires ka muid teostusvariante.

VIITENUMBRITE LOETELU

1, 2 korpusepool

3, 4 sfääriline nõguspind

5, 6 kaas

7, 8 avaus

9, 10 rootoripool

11, 12 rootoripoole võll

13 ketaselement

14 rootoripoole liigend laagri mahutamiseks

15 ristmiku tapp

16 sfääriline osa ketaselemendi keskel

17 ava ketaselemendi keskel pooltelje kinnitamiseks

18 pooltelg

19 pooltelje ots

20, 21 väljalõige ketaselemendis

22 sisemine laagripuks

23 välimine laagripuks

24 otspind

25 sfääriline nõgusosa

26 sisselõige poolteljes

Claims (8)

1. 1. Pöördkolbpump, mis sisaldab pumbatava keskkonna sisend- ja väljundavaga pumbakorpust, pumbakorpuse sfäärilises kolvikambris omavahel universaalliigendi ristmikuga ühendatud pöördkolvi kahte rootoripoolt, kus rootoripoolte pöörlemisteljed on teineteise suhtes nurga all ning kus universaalliigendi ristmik asetseb rootoripoolte vahel asetsevas ketaselemendis, kus ketaselemendiga on sfääriline pumbakamber jagatud vastavate rootoripoolte teineteise poole suunatud otspindade, sfäärilise pumbakambri seina ja ketaselemendi külgede vahel ketaselemendiga teineteisest eraldatud ja pöördkolvi pöörlemisel muutuva mahuga neljaks ruumiosaks, mis erineb selle poolest, et ketaselemendis sisalduva universaalliigendi ristmiku tapid on teostatud otsapidi ketaselemendi keskel asetsevasse sfäärilisse osasse ühendatud pooltelgedena, kus iga pooltelje teises otsas on universaalliigendi ristmiku tapi laager.
2. 2. Pöördkolbpump vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et iga pooltelje otsas olev ristmiku tapi laager sisaldab sisemist laagripuksi, mis asetseb pööratavalt vastava rootoripoole liigendis olevas laagri välimises laagripuksis.
3. 3. Pöördkolbpump vastavalt nõudluspunktile 2, mis erineb selle poolest, et sisemised ja välimised laagripuksid on vahetatavad.
4. 4. Pöördkolbpump vastavalt nõudluspunktile 2 või 3, mis erineb selle poolest, et välimised laagripuksid on keraamilised.
5. 5. Pöördkolbpump vastavalt nõudluspunktile 2 või 3, mis erineb selle poolest, et sisemised ja välimised laagripuksid on keraamilised.
6. 6. Pöördkolbpump vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et iga pooltelje otsas olev universaalliigendi laagriks on nõellaager.
7. 7. Pöördkolbpump vastavalt mistahes eelnevale nõudluspunktile 1 kuni 6, mis erineb selle poolest, et universaalliigendi poolteljed on ühendatud ketaselemendi keskel olevasse sfäärilisse osasse pressliitega.
8. 8. Pöördkolbpump vastavalt mistahes eelnevale nõudluspunktile 1 kuni 6, mis erineb selle poolest, et universaalliigendi poolteljed on ühendatud ketaselemendi keskel olevasse sfäärilisse osasse keermesliitega.