螺杆泵的制作方法

专利名称：螺杆泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种螺杆泵(Moineau type pump)，即一种螺杆推进泵 (progressive cavity pump)。
背景技术：
螺杆推进泵由于其旋转部件的偏心运动通常十分复杂。 一般而言，需要 挠性接头或万向接头来连接泵的转子和马达，以使马达可以偏心运动。这样 就增大了泵的总长度及重量，并使泵的价格提高。此外，在加工及装配泵的 部件时要求较高的精度，以允许复杂的偏心运动。
此外，为确保即便在高压下泵腔仍是液密的，必须使转子或定子中的至 少之一由弹性材料构成，以确保转子和定子间的液密接触。然而，这导致了 更高的摩擦和磨损，同时降低了泵的可靠性和耐用性
发明内容
。
有鉴于此，本发明的目的是提供一种简单的螺杆泵，其更容易制造且价 格更便宜，并具有高的磨损性、可靠性和耐用性。
这一目的通过一种具有权利要求l中所限定的特征的螺杆泵来实现。多 个优选实施例限定在从属权利要求中、下述的说明及附图中。
本发明的螺杆泵设计简单，磨损低，且特别地，泵内具有简化的密封件。
本发明的一个构思是通过磁力驱动来获得一种与使用其它类型的驱动 相比更简单且更紧凑的泵。此外，这种磁力驱动并不需要复杂的密封件。
根据本发明的螺杆泵具有至少一个外部泵部件(外部泵构件)和至少一 个内部泵部件(内部泵构件)，内部泵部件设置在外部泵部件的内部。外部 泵部件具有环形构造，其内部具有容置内部泵部件的腔体。通常对于螺杆泵 而言，内部泵部件和外部泵部件进行彼此相对偏心的旋转运动，其中内部泵 部件在外部泵部件的内环面上滚动。进一步地，内部泵部件的外表面和外部泵部件的内表面上均具有螺旋形结构，所述螺旋形结构在内部泵部件和外部 泵部件之间形成渐进式腔体以泵送流体。内部泵部件和外部泵部件之间的相 对运动可通过旋转内部泵部件或旋转外部泵部件来实现，也可以通过一并旋 转内部泵部件和外部泵部件两者来实现。因此，根据本发明，至少将内部泵 部件或外部泵部件作为转子并由磁场来驱动。这意味着在转子与驱动构件或 驱动系统之间存在着磁耦合。因此，在这些构件之间，即在转子和驱动系统 之间不再需要机械连接。由此，简化了螺杆泵的构造。不需要在驱动系统和 转子之间设置如果通过轴来连接两者时所需的挠性联轴器或万向接头。另一 个优点在于，磁力驱动可以使整个泵的设计更紧凑。此外，由于该设计构思 无需将机械驱动构件引入到充满待泵送的流体或介质的泵的内部，所以可以 更容易地实现密封。因此，该泵不需要轴密封件，并使泄漏的危险最小。
此外，根据本发明，转子(即内部泵部件和/或外部泵部件)沿轴向可移 动并且不包含止推轴承。这样就进一步简化了泵的制造和组装。由于转子不 具有止推轴承，因此其可在轴向上自由移动。优选地，转子仅借助磁力和/ 或被泵送并作用于该转子上的流体或介质的压力而保持在适当位置。优选 地，该转子(即泵的内部泵部件和/或外部泵部件或构件，取决于哪个部件被 驱动)设计为使得作用在该转子上的压力所产生的轴向力平衡。
优选地，通过沿着轴向作用在转子的表面上的流出流体的压力来至少部 分地，优选全部地补偿由内部泵部件与外部泵部件之间的泵室或泵腔内的流 体压力所产生的作用于转子上的轴向力。转子的出口侧上可设置特定的表 面，优选为端面，流出流体的压力作用在该端面上，以补偿由内部泵部件和 外部泵部件之间的泵腔(即渐进式腔体)内的压力产生的轴向力。
特别优选地，外部泵部件的内部和内部泵部件均呈锥形。这意味着外部 泵部件内的腔体具有对应的锥形以容置锥形的内部泵部件。内部泵部件和外 部泵部件的螺旋形结构分别设置在内部泵部件的锥形外表面以及外部泵部 件内的腔体的锥形环状内表面上。
特别地，由于具有锥形的形状，根据本发明的螺杆泵的流出流体的压力 优选为沿着将外部泵部件和内部泵部件按压在一起的方向作用于转子的表 面上。转子(即内部泵部件和/或外部泵部件，取决于泵的设计)具有足够的、 泵压头或泵送压力作用在其上的表面。优选地，该表面垂直于转子纵向轴线的方向延伸，以使该压力产生沿该轴的方向并作用在转子上的轴向力。该表 面可以是转子在出口端处，即在泵的加压侧的端面。通过由泵送压力产生的 轴向力，泵的内部泵部件和外部泵部件被按压在一起。这样可允许将泵设计 为使内部泵部件和外部泵部件之间的接触压力随着泵送压力的升高而升高。 理想地，如泵送压力为零(0)，则接触压力或接触力为零(0)。这使得泵 中的摩擦和启动转矩减小，并减少了磨损。随着泵送压力升高，内部泵部件 和外部泵部件之间的接触力或压力也升高，从而即使在高压下仍能够获得内 部泵部件和外部泵部件之间的液密接触。接触力随着泵送压力成比例升高。
此外，转子在一个轴向上可以通过转子和其他部件或构件的接触，在另 一个轴向上可以通过沿轴向作用在转子表面上的泵送压力而保持在适当的 位置，因此该设计并不需要转子的止推轴承。因此，转子沿轴向固定在泵的 其他部件上。如果内部泵部件用作转子，则内部泵部件被压抵在外部泵部件 上。如果外部泵部件用作转子，则外部泵部件被压抵在内部泵部件上。
此外，由于不需要设置在驱动系统内发生轴向运动的机械联接，因此通 过使用磁力驱动能够容易地实现转子的轴向可动性。
磁力驱动装置优选地包括至少一个第一磁体，其固定在该转子上；以 及至少一个与第一磁体相互作用的第二磁体，第二磁体固定在可旋转的驱动 构件上。优选地，多个第一磁体和多个第二磁体围绕转子和驱动构件的周面 均匀地分布。可旋转的驱动构件可安装有止推轴承或径向轴承，以便能够沿 着旋转轴进行旋转运动。该驱动构件可由例如电动马达或其他合适的驱动装 置驱动。可旋转的驱动构件的转矩可以通过第一磁体和第二磁体传递到螺杆 泵的转子上，所述第一磁体和第二磁体设置为固定在可旋转驱动构件上的 第二磁体驱动第一磁体而导致转子旋转。优选地，驱动构件的旋转轴与转子 的旋转轴相同，即，驱动构件和转子以同轴方式旋转。然而，也可以是转子 进行偏心运动，而驱动构件围绕其自身的旋转轴线进行旋转。如果第一磁体 和第二磁体之间在径向上具有足够的空间，则可容许转子相对于驱动构件进 行一定的偏心运动。然而，如果第一磁体和第二磁体之间的间距过大，则磁 力驱动的效率会降低。因此，转子运动的偏心度被限制在一定的量。然而， 对于这一可容许的偏心度的量而言，使用磁体来驱动转子要比需要挠性接头 的机械联接简单得多。使用磁体将旋转运动传递到转子上具有这样的优点在驱动构件和转子之间无需机械联接。此外，由于磁耦合可以容易地使转子和优选沿轴向固定的驱动构件之间有一定的轴向移动，因此转子的轴向运动在这种磁耦合情况下也没问题。此外，由于磁场可透过限定泵的内部的壁(该泵内充满待泵送的流体或介质)，因此比较容易将泵的内部相对于外界进行密封。因此，根据优选实施例，可在转子和驱动构件之间设置转子屏蔽套。这样就完全封装了充满待泵送的流体或介质的泵的内部。因此，无需将驱动轴引入泵的内部。驱动构件可设置在转子屏蔽套或壳体的外部，并且第二磁体在转子屏蔽套的外部旋转。具有第一磁体的转子设置在转子屏蔽套内部，并至少由在该转子屏蔽套外部旋转的第二磁体驱动。
优选地，第一磁体和/或第二磁体为永磁体。这使得磁力驱动的结构简单可靠。
根据本发明的另一个实施例，沿着该泵的纵向观察，第一磁体和第二磁体设置为靠近内部泵部件和外部泵部件之间的偏心度最小，优选为零的位置。
在普通的螺杆泵中，内部泵部件和外部泵部件相对于彼此进行偏心旋转运动。这意味着，例如内部泵部件作为转子并围绕其自身的纵向轴线旋转时，该纵向轴线自身还围绕着外部泵部件(即定子)的纵向轴线旋转。优选地，在具有上述锥形设计的内部泵部件和外部泵部件的螺杆泵内，内部泵部件和外部泵部件的运动的偏心度并不是恒定的，而是从泵的较细端到泵的较粗端线性地减小。这意味着内部泵部件的纵向轴线和外部泵部件的纵向轴线在偏心度为零(0)的交叉点处交叉。根据该优选实施例，泵的纵向上的磁体设置为靠近、优选为直接设置在该最小偏心度的位置处。该位置优选为两个纵轴或两个旋转轴的交点。磁体可沿纵向延伸，并可沿该方向延伸越过最小偏心度的位置。在该位置处，磁体的偏心运动将十分有限，由此提高了磁力驱动的效率。此外，将磁体设置在最小偏心度的位置处或最小偏心度的区域内可以使泵具有更大的最大偏心度。通常，通过使用磁力驱动，由于第一磁体和第二磁体之间的间距(即转子的磁体和驱动构件的磁体之间的间距)不允许超出某一最大值，所以偏心运动非常有限。此外，优选地，在旋转期间该间距基本上是恒定的，以确保该转子的旋转和作用在该转子上的转矩均匀恒定。这种情况发生在最小偏心度处。
必须注意的是，将第一磁体和第二磁体设置在靠近内部泵部件和外部泵部件之间的偏心度为最小的位置并不会对转子可沿轴向移动的设计形成局限。磁体的这种设置也可应用于转子不能沿轴向移动的泵。
在又一个优选实施例中，驱动该转子的磁场除了产生旋转力之外还产生作用于泵的内部泵部件和外部泵部件之间的轴向力。由此，用于驱动转子的磁场所产生的轴向力可以用于实现更多的益处。
轴向的磁力可以通过第一磁体和第二磁体来产生，其中至少一个第一磁体固定在转子上，并且至少一个第二磁体固定在驱动构件上。轴向的磁力可以由至少一个固定在该转子上的第一磁体以及至少一个固定在可旋转的驱动构件上的第二磁体的轴向偏移来产生。
根据轴向偏移的方向，轴向磁力可作用于相反的方向。这意味着，例如，如果第二磁体相对于第一磁体偏移到泵的第一轴端，则作用于转子上的轴向力朝向该第一端，即，轴向磁力试图将转子移动到该第一端部。如果第二磁体偏移到相对的第二端部，则轴向力将沿着朝向该第二端部的相反方向作用。
根据轴向磁力的作用方向，该力可用作不同的功能。
当外部泵部件的内部和内部泵部件为锥形时，由磁力产生的轴向力将朝向将内部泵部件和外部泵部件按压在一起的方向，或朝向迫使内部泵部件和外部泵部件分开的方向。在轴向磁力将内部泵部件和外部泵部件按压在一起的情况下，该力可用于至少部分地补偿由泵的内部泵部件和外部泵部件之间的泵腔内的流体压力所产生的轴向力。另一个优点在于，当泵不运转且泵的内部泵部件和/或外部泵部件上没有流体压力作用时，内部泵部件可保持为与外部泵部件接触。当轴向的磁力朝向使内部泵部件与外部泵部件分开的方向时，可获得相反的效果，即，在泵的非运行状态下，内部泵部件和外部泵部件之间保持一定的间距。因此，当泵不运转时，内部泵部件和外部泵部件之间优选为无接触力和摩擦。这样就降低了泵的启动动转矩并减少了泵的磨损。


以下参照附图描述本发明的优选实施例，在附图中
图1是根据本发明第一实施例的螺杆泵的示意性剖视图2是根据本发明第二实施例的螺杆泵的示意性剖视图3是根据本发明第三实施例的螺杆泵的示意性剖视图4是根据本发明的螺杆泵的第四实施例的示意性剖视图5是示出了几个螺杆泵构思的旋转角度与轴向力关系的图表；
图6是根据本发明的螺杆泵的另一个实施例的示意性剖视图7是根据本发明的螺杆泵的又一个实施例的示意性剖视图8是根据本发明的螺杆泵的用于磁力驱动的磁体设置的示意图;
图9是根据本发明再一个实施例的螺杆泵的示意性剖视图；以及
图10是根据本发明又一个实施例的螺杆泵的示意性剖视图。
具体实施例方式
优选实施例中描述了一种改进的螺杆泵或传动装置(gears)，其中，传递到转子上的转矩受到优选由永磁体产生的磁场的影响，且其中该转子是锥形的。
由于驱动器是泵送装置的一部分，因此这种泵在轴向上十分紧凑。此外，这种泵由非常少量的部件组成，并且不再需要可能导致故障的用于转子和转子轴的联轴器、轴密封件、无支承波纹管(bellowno-bearing)。此外，磁性联接器或磁性驱动器的使用可以使泵相对于外界保持液密性，而无泄漏的危险。
图1示出了本发明的第一种构思或第一优选实施例。实际的泵包括内部泵部件或构件2和外部泵部件或构件4。外部泵部件4为具有锥形腔6的环形件，锥形腔6的内部容置有内部泵部件2。通常地，螺杆泵的锥形腔6的内部具有螺旋形结构，且内部泵部件2的外部具有对应的螺旋形结构，其中外部泵部件4的螺旋形结构的螺纹或齿比内部泵部件2的螺旋形结构的螺纹或齿多一个。
在根据图l的实施例中，内部泵部件2用作定子并固定在泵壳8内。外部泵部件用作转子并可以围绕内部泵部件2旋转，从而形成相对于内部泵部件2的偏心运动。外部泵部件4由磁性驱动器驱动。在外部泵部件4的外周
9面上固定有第一磁体10，在包围外部泵部件4的驱动构件14上固定有第二磁体12。驱动构件14与驱动马达(图1中未示出)相连，并可围绕该驱动构件14自身的纵向轴线旋转。优选地，驱动构件14的旋转轴线与内部泵部件2的纵向轴线为同一轴线。
第一磁体10和第二磁体12设置为彼此面对，亦即分别设置在驱动构件14和外部泵部件4的、彼此面对的圆周面上。在驱动构件14和外部泵部件4之间设有转子屏蔽套(rotor can) 16。转子屏蔽套16与泵壳8固定且密封地连接。转子屏蔽套16及泵壳8限定出泵的内部空间，该内部空间充满待泵送的流体或介质。这意味着驱动构件14完全设置在泵的充满待泵送流体的该内部空间的外侧，并且不接触这些流体或介质。由于转矩是完全通过磁场传递到该转子(即外部泵部件4)上，所以无需使驱动构件穿过泵壳8的壁或穿过转子屏蔽套16，因此无需对轴进行密封。
当驱动构件14围绕其纵向轴线旋转时，磁体12围绕外部泵部件4旋转，并且由第二磁体12产生的磁场驱动固定在外部泵部件4上的第一磁体10，以使外部泵部件4与驱动构件14 一起旋转。磁体10、 12为永磁体。优选地，转子屏蔽套16由塑料制成，以使该磁场不受该转子屏蔽套的影响。
待泵送的流体或介质经过入口 18进入泵内。该入口是沿纵向延伸到内部泵部件2内部的入口管。入口 18设置在锥形的内部泵部件2的较粗的端面上。入口管在内部泵部件2的较细的端面上开口，并从锥形的内部泵部件2和外部泵部件4的较细的端部进入该内部泵部件2和外部泵部件4之间的泵腔中。当外部泵部件4由驱动构件14驱动时，泵腔从外部泵部件4的较细的端部沿轴向朝向其相对的另一端部渐进。在外部泵部件4的较粗的端部处，流体离开内部泵部件2和外部泵部件4之间的泵腔，随后，流体进入外部泵部件4和转子屏蔽套16之间的空间20并被导向出口 22。
在空间20内，由泵累积的泵送压力或泵压头(pumphead)沿图1中的方向A作用在外部泵部件4的外侧，该方向A平行于内部泵部件2的纵轴。由此，外部泵部件4借助作用于外部泵部件4外侧的泵送压力产生的轴向力而按压在内部泵部件2上。
在该实施例中，由于外部泵部件4借助泵产生的泵送压力而按压在内部泵部件2上，因此外部泵部件4不需要止推支承。外部泵部件4在轴向上由
10空间20内部的压力及内部泵部件2和外部泵部件4之间的泵腔内部的压力
之间的压力平衡而保持。
图2示出了根据本发明的螺杆泵的第二个实施例或第二种构思。在第二实施例中，内部泵部件2'在外部泵部件4'内旋转，该外部泵部件4'固定于泵壳8'上。如前所述，外部泵部件4'的内腔和内部泵部件2'均为锥形，且外部泵部件4'的内腔表面和内部泵部件2'的表面上均具有螺旋形结构。
内部泵部件2'由驱动构件14'驱动，该驱动构件14'设置在内部泵部件2'内部的空隙或腔体中。内部泵部件2'为杯形，且内部泵部件2'的内周面上设有第一磁体10'，并且所述第一磁体面向内。同样为杯形的转子屏蔽套16'伸入到内部泵部件2'的腔体内。驱动构件14'设置在转子屏蔽套16'内。该驱动构件可以围绕其纵向轴线旋转，且其外周面上承载有第二磁体12'，以使该第二磁体12'面对第一磁体10'。驱动构件14'与驱动马达(图2中未示出)相连。
旋转驱动构件14'时，由于磁体10'与12'之间的磁场的作用，驱动构件14'外侧的磁体12'对固定在内部泵部件2'内侧上的第一磁体10'作用，以使该内部泵部件2'随着该驱动构件14' 一起旋转。由此，内部泵部件2'在外部泵部件或构件4'内旋转。由此，待泵送的流体或介质被抽吸到入口 18'中并由沿纵向渐进的泵腔24泵送。在流体或介质离开内部泵部件2'和外部泵部件4'之间的泵腔24之后，流体或介质通过转子屏蔽套16'的外侧和内部泵部件2'的内侧之间的空间流入到内部泵部件2'，并流向出口22'。因此，泵压头的泵送压力在内部泵部件2'内累积，以将内部泵部件推抵在外部泵部件4'上。由于第二实施例与图1中所示的实施例相比具有更大的直径，所以图2中示出的第二实施例可以获得更大的流量。
图3中示出了第三实施例。与图1中所示的实施例类似，在图3中所示的实施例中，外部泵部件4〃由驱动构件(图3中未示出)驱动。为此目的，第一磁体10〃固定在外部泵部件4〃的外周面上。如参照图l所说明的，外部泵部件4〃容置在转子屏蔽套16"中。与图1中的实施例类似，转子屏蔽套16〃的外侧可设置驱动构件。
内部泵部件2"与泵壳8〃固定连接。
图3的实施例相比于图1中所示的实施例的不同之处在于入口的布置。根据图3中的实施例，沿纵向观察，流体进入泵腔的入口设置在内部泵部件
2〃和外部泵部件4〃的中间。在该实例中，内部泵部件2〃和外部泵部件4〃均力、另U由两部分2〃 a和2〃 b以及4〃 a禾口4〃 b组成。戶万述部分2" a和4〃 a的螺纹与另外的部分2" b和4〃 b的螺纹旋向相反，所述另外的部分2〃 b禾卩4〃 b的螺纹开始于中央通道26，该中央通道26从入口通道18〃沿径向延伸到内部泵部件2〃和外部泵部件4〃之间的泵空间。内部泵部件2〃的第一部分2〃 a和外部泵部件4〃的第一部分4" a延伸到泵的一个纵向端部，而内部泵部件2〃的第二部分2〃 b和外部泵部件4〃的第二部分4〃 b延伸到相对的另一端部。所述部分2〃 a和4〃 a具有左旋螺纹，而另外的部分2〃 b、 4〃 b具有右旋螺纹，从而进入到内部泵部件2〃与外部泵部件4〃之间的空间的流体从通道26沿着两个方向被泵送到泵的两个相对的纵向端部。然而，内部泵部件和外部泵部件也可形成为一体件，其中旋向相反的螺纹分别开始于中间位置，并延伸到相对的端部。
另外，在该实施例中，如根据图l的实施例所述，泵产生的压力作用于外部泵部件4〃外侧，以便将该外部泵部件4〃按压到内部泵部件2〃上。与图1和图2中示出的前述构思相比，通过优化内部泵部件2〃和外部泵部件4〃的各个部分的角度、直径、长度和偏心度等可以减小轴向力。此外，高的泵压不会像前述构思那样仅施加在一个表面上，而是施加在侧面、顶面和底面。这样会减小承受高泵压的总面积，从而减小轴向力。
来自内部泵部件的两个部分2〃 a及2〃 b和外部泵部件的两个部分4" a及、4〃 b的轴向力将会增加，并且通过在两个部分之间设置夹角，能够使轴向力的脉冲的频率更高、振幅更小，如图5中所示(线38)，在下文中将对此进行论述。
第三实施例的另一主要优点是由于在整个泵内均进行循环，而不像第一和第二实施例中那样存在死角，因此，根据该第三实施例的泵更容易清洗。根据图1和图2中示出的实施例，由于较大的面积暴露在高的泵送压力下，因而其应用受到局限，而与该图l和图2示出的实施例相比，根据第三实施例的泵具有优化的、平衡的轴向力，并且可主要应用于高的泵压头或泵送压力的情形中。
图4示出了与图3类似的实施例。在根据图4的该实施例中，内部泵部件2'"和外部泵部件4"'也分别具有两个部分2"'a、 4"'a以及2"' b、 4"' b，其中， 流体进入两个部分之间的中部。内部泵部件2'"的第一部分2"'a和外部泵部件 4'"的第一部分4"'a从泵的设有入口通道28的中部延伸到泵的设有出口 30 的一个纵向端部。而内部泵部件2'"的第二部分2"' b和外部泵部件4"'的第 二部分4"'b沿着相反的方向延伸到相对的纵向端部。同样，在该实施例中， 由于内部泵部件2"'和外部泵部件4'"的两个部分的螺纹彼此反向，因此流 体从入口通道28开始被泵送到内部泵部件2"'和外部泵部件4'"的两个相对 的端部。与图3的实施例不同的是，在图4的实施例中，内部泵部件2"'被 驱动，而外部泵部件4'"固定在泵壳上。为此，与图2中所示的实施例类似， 第一磁体10"'固定在内部泵部件2'"内部的空隙或腔体的内周面上。转子屏 蔽套16'"延伸到内部泵部件2"'内部的空隙中，并能够容置与图2中的实施 例类似的驱动构件(图4中未示出)。
图5是示出了前述的几个实施例中旋转角度cp与轴向力F的关系的图表。 点线32示出了根据图1的实施例中出现的脉冲轴向力。线34示出了根据图 3的内部泵部件2"的下部部分2〃 b与外部泵部件4〃的下部部分4〃 b (即 延伸到泵的较粗端部的部分)的旋转角度cp与脉冲轴向力的关系。线36示 出了图3中的其它部分(即内部泵部件2"和外部泵部件4"的延伸到泵的 较细端部的部分)的脉冲轴向力。线38示出了根据线34和36的轴向力而 产生的力，即根据图3的实施例中产生的总的轴向力。可见，与第一实施例 相比，根据图3的第三种构思能够减小总的轴向力。根据图4的实施例也具 有相同的效果。
图6示出了另一个与图3所示的实施例类似的实施例。唯一的不同在于， 在根据图6的实施例中，内部泵部件2〃由两个部分2〃 a和2〃 b构成。相 应地，外部泵部件4〃由两个独立的部分4" a和4〃 b构成。内部泵部件的 部分2〃 a和2" b以及外部泵部件4〃的部分4〃 a和4〃 b设计为独立的构 件使得设计具有更多的可能性，并且可更好地分配轴向力。
在图3示出的实施例中，内部泵部件2〃和外部泵部件4〃制造为具有 两个部分的一体件，如期望恒定的流量，则偏心度和直径的乘积(product) 最好保持恒定。在根据图6的该实施例中，在外部泵部件和内部泵部件形成 的部分4〃 a和2" a与由外部泵部件和内部泵部件形成的部分4〃 b和2〃 b之间的中部具有一个直径突变。这意味着能够独立地选择两个部件或部分的 直径，即第一部分和第二部分的一端的直径。因此，轴向力能够被几乎完全 地平衡掉。
图7示出了图6中所示的实施例的进一步的变型。根据图7的泵为多级 泵。该泵具有四层类似于图6中所示的排布。在根据图7的该实施例中，内 部泵部件42的驱动方式与图2中所示的实施例类似。在内部泵部件42的内 部设有转子屏蔽套46。在转子屏蔽套46内部设有支撑第一磁体50的驱动构 件48。当旋转该驱动构件48时，磁体50旋转并驱动固定在该内部泵部件 42上的第二磁体52。图7的泵装置具有两个入口54和两个出口56。流体的 流动由图7中的箭头指示。 一侧的层级I和III的流向与另一侧的层级II和 IV的流向不同。在层级II和IV中，流体从中部流向内部泵部件42和外部 泵部件44的相对的两端。在层级I和III中，流体从相对的纵向端部流向由 内部泵部件42和外部泵部件44形成的层级的中部。根据图7的构思可以传 递更高的压力。可以设置N组两个内部泵部件42和两个外部泵部件44，以 使图7的构造可提供N倍于一组或一个层级构造的压力。
考虑到可能的偏心度问题时，前述的所有实施例均存在局限。优选地， 锥形的螺杆泵或螺杆推进泵的偏心度不是恒定的。在上述实施例中，最大偏 心度是受限制的，以便保持磁力传动的效率。磁力传动的效率会随着相对的 第一磁体和第二磁体之间距离的增大而下降。
图8示出了优选的原理，根据该原理，能够在更高的偏心度下应用磁力 驱动。图8示意性地示出了偏心锥体58以及磁体60和62的沿着纵轴X的 两个可能的位置。磁体60以传统方式设置在具有较大偏心度的区域中。这 样就限制了如大括号I所示的泵的最大偏心度和最大长度。
根据本发明的优选实施例或构思，沿着纵轴X观察，磁体62设置为靠 近或直接位于无偏心的位置63处。因此，对于一对内部磁体和外部磁体而 言，在其中的磁体62处于该位置时，该内部磁体和该外部磁体可设置为彼 此靠近，从而具有良好的磁力传动效率。此外，这种构造能够使螺旋形结构 的总体偏心度更大，如图8中的大括号II所示。螺旋形结构的偏心度直接影 响流量，导致流量增大。
图9示出了本发明的另一个实施例，该实施例优选地用于例如密度较大
14的介质的实例，例如用于食品行业，此时要求齿或螺纹之间的流速较低且齿
或螺纹之间的间隔能减小流体中的剪切力(shear)。本实施例的偏心度比前 述的各实施例更大。这意味着导致速度受限的振动会更大。
与根据图2的实施例类似，图9中示出的实施例具有被驱动的内部泵部 件66，其设置在固定的外部泵部件64中。而且在该实施例中，内部泵部件 66和外部泵部件64都是锥形的。从图9中可以看出，在本实施例中，第一 磁体68固定在用作转子的内部泵部件66上，并且沿着内部泵部件66的纵 轴(与外部泵部件64)隔开距离c。这是由于第一磁体68和第二磁体70都 设置为靠近前述图8中的无偏心的位置63 (参阅图8)。第二磁体70固定 在与马达(图9中未示出)相连的驱动构件72上。在该实施例中，转子屏 蔽套74也设置在第一内部磁体68和第二外部磁体70之间。
图10示出了又一个实施例，该实施例中使用轴密封件而非前述实施例 中使用的转子屏蔽套。根据图10的实施例的其他方面与图2中所示的实施 例类似。在根据图10的实施例中，也设有固定的外部泵部件76和可旋转并 用作转子的内部泵部件78。上述的外部泵部件和内部泵部件均为锥形。此外， 在该实施例中，由内部泵部件78形成的转子为罐形，且驱动构件84设置在 该内部泵部件78的内部。在内部泵部件78的内周面上固定有第一磁体80， 以使第一磁体80与固定在驱动构件84的外周面上的第二磁体82相对。在 该实施例中不设置转子屏蔽套，而代之以设置在内部泵部件78的纵向端部 上的轴密封件86，该轴密封件与泵壳的表面88接触。轴密封件是弹性的， 以补偿内部泵部件78的轴向运动。该实施例的一个优点在于，流体并不进 入该内部泵部件78。因此，清洗该泵时可以没有死角。此外，由于磁体80、 82不像前述实施例那样与流体接触，因此无需封装磁体80、 82。
在前述的所有实施例中，形成转子的部件，包括图1中的外部泵部件4、 图2中的内部泵部件2'、图3中的外部泵部件4〃 、图4中的内部泵部件 2"'、图6中的外部泵部件4〃 、图7中的内部泵部件42、图9中的内部泵 部件66和图10中的内部泵部件78，并不设有止推支承。如前所述，在所有 的实施例中，转子可沿轴向移动，并可仅通过作用于该转子上的压力平衡而 相对于由其他泵送部件或构件形成的定子定位。在所有实施例中，由泵产生 的流出压力用于将锥形的内部泵部件和外部泵部件按压在一起，以使该内部泵部件保持在该外部泵部件内。
此外，需理解的是，可利用根据图l、 2、 3、 4、 6、 9和10的各实施例 来构建与图7中所示的泵装置类似的多组泵或多级泵。
此外，在所有实施例中，对于每一个由旋转部件和固定部件组成的泵组 或泵级而言，可使用一排或多排磁体，每排磁体的数量优选为四个或更多。
优选地，旋转部件与驱动部件始终具有相同数量的磁体。磁体既可以固 定在图10中所示的轭状件上，也可以直接固定在旋转部件上，例如图1中 所示，其中磁体10直接固定在外部泵部件4上。
优选地，封装磁体，以避免磁体受到待泵送的流体的影响，例如，由于 所述磁体通常是铁磁体，所以需要避免这些磁体生锈或腐蚀。只有在根据图 10的实施例中不需要如前所述封装磁体。
此外，例如图10所示，内部磁体82和外部磁体80之间可具有微小的 轴向位移d。由于磁体80和82具有对齐的趋势，因此，在图10所示的实施 例中，内部泵部件78由轴向的磁力推入到外部泵部件76。这样，即使没有 上文所述的泵送压力作用在内部泵部件78上时，内部泵部件78也会保持在 外部泵部件76内。如图10中所示，通过磁体80和82在纵向上的这一偏移 量d，可在泵的停止工作期间获得小的闭合力。此外，该轴向的磁力还可用 于部分地补偿或抵消由内部泵部件78和外部泵部件76之间的泵腔内的泵送 压力所产生的轴向力。
可选择地，磁体80和82可沿相反的方向位移，以将内部磁体82设置 为比外部磁体80更靠近轴密封件86。在该设置中，磁体80和82同样具有 对齐的趋势，从而将转动部件(即内部泵部件78)推离固定部件(即外部泵 部件76)。由此，当泵系统中没有泵送压力时，仍可开启泵送装置。
即使在所有实施例中，内部泵部件和外部泵部件的几何形状可以完全不 同，但是，如果流量必须恒定的话，则偏心度和直径的乘积仍应保持恒定。
适用于所有的实施例的材料、尤其是适用于泵的内部泵部件和外部泵部 件的材料可以是例如陶瓷(氧化铝、碳化硅、氮化硅)。在使用金属材料的 情况下，可使用热敷涂层(thermal spread coating)、硬铬镀层、不锈钢等材 料。此外，优选地还可以使用塑料，例如聚合物(热塑树脂或含填料的树脂)、 橡胶或液态硅橡胶。附图标记列表:
2、 2' 、 2〃 、 2'〃 内部泵部件 4、 4' 、 4〃 、 4〃' 外部泵部件 6、 6' 腔 8、 8' 泵壳
10、 10' 、 10〃 、 10〃' 第一磁体
12、 12' 第二磁体
14、 14' 驱动构件
16、 16' 、 16〃 、 16〃' 转子屏蔽套
18、 18' 入口
20 空间
22、 22' 出口
24 泵腔
26 通道
28 入口
30 出口
32、 34、 36、 38 线
40 转子屏蔽套 42 内部泵部件 44 外部泵部件 46 转子屏蔽套 48 驱动构件 50 第一磁体 52 第二磁体 54 入口 56 出口 58 偏心锥体 60、 62 磁体 63 无偏心点
1764 外部泵部件 66 内部泵部件
68 第一磁体
70 第二磁体
72 驱动构件
74 转子屏蔽套
76 外部泵部件 78 内部泵部件
80 第一磁体
82 第二磁体
84 驱动构件
86 轴密封件
88 表面
A 轴向力方向
d 磁体轴向位移
c 距离
权利要求
1. 一种螺杆泵，具有至少一个外部泵部件(4；44；76)；以及至少一个内部泵部件(2；42；78)，所述内部泵部件设置在所述外部泵部件(4；44；76)的内部，其中所述内部泵部件(2；42；78)和所述外部泵部件(4；44；76)中的至少之一用作转子并由磁场驱动，其特征在于，该转子沿轴向能移动，并且不包含止推支承。
2. 根据权利要求1所述的螺杆泵，其特征在于，通过沿着轴向作用在该转子的表面上的流体流出压力来至少部分地，优选全部地补偿由于所述内部泵部件(2; 42; 78)和所述外部泵部件(4; 44; 76)之间的泵腔内的流体压力而作用在该转子上的轴向力。
3. 根据权利要求1或2所述的螺杆泵，其特征在于，所述外部泵部件(4; 44; 76)的内部和所述内部泵部件(2; 42; 78)呈锥形。
4. 根据权利要求2和3所述的螺杆泵，其特征在于，该流体流出压力 沿着将所述外部泵部件(4; 44; 76)和所述内部泵部件(2; 42; 78)按压在一起的方向作用于该转子的表面。
5. 根据前述任一项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，在该转子上固定有至少一个第一磁体(10; 50; 80);且在能旋转的驱动构件(14; 48;84)上固定有至少一个与所述第一磁体相互作用的第二磁体(12; 52; 82)。
6. 根据权利要求5所述的螺杆泵，其特征在于，在所述转子和所述驱 动构件(14; 48)之间设有转子屏蔽套(16; 40)。
7. 根据权利要求5或6所述的螺杆泵，其特征在于，所述第一磁体(10; 50; 80)和/或所述第二磁体(12; 52; 82)为永磁体。
8. 根据权利要求5至7中任一所述的螺杆泵，其特征在于，沿着该泵 的纵向观察，所述第一磁体和所述第二磁体(62; 68， 70)靠近所述内部泵 部件(66)和所述外部泵部件(64)之间的偏心度为最小的位置。
9. 根据权利要求8所述的螺杆泵，其特征在于，所述磁体(62; 68， 70)设置为靠近纵轴的交叉点。
10. 根据前述任一项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，驱动该转子 的磁场除了产生旋转力之外还产生轴向力，该轴向力作用于所述内部泵部件(78)和所述外部泵部件(76)之间。
11. 根据权利要求10所述的螺杆泵，其特征在于，由所述磁场产生的 轴向力是由固定在该转子上的至少一个第一磁体(80)以及固定在能旋转的 驱动构件(84)上的至少一个第二磁体(82)的轴向偏移而产生。
12. 根据权利要求10或11所述的螺杆泵，其特征在于，所述外部泵部 件(76)的内部和所述内部泵部件(78)呈锥形，并且由所述磁场产生的轴 向力朝向将所述内部泵部件(78)和所述外部泵部件(76)按压在一起的方 向，或者朝向迫使所述内部泵部件(78)和所述外部泵部件(76)分开的方 向。
全文摘要
本发明涉及一种螺杆泵，具有至少一个外部泵部件(4；44，76)；以及至少一个内部泵部件(2；42；78)，所述内部泵部件设置在所述外部泵部件(4；44，76)的内部；其中所述内部泵部件(2；42；78)和所述外部泵部件(4；44，76)中的至少之一用作转子并由磁场驱动，其中该转子沿轴向可移动，并且不包含止推轴承。
文档编号F04C2/107GK101484703SQ200780024944
公开日2009年7月15日 申请日期2007年6月29日 优先权日2006年6月30日
发明者佩尔·霍伊斯高·安德烈亚森, 埃斯本·格伦堡·布伦, 塞巴斯蒂安·丹东尼奥, 黑尔格·格兰 申请人:格伦德福斯管理联合股份公司