螺旋泵及其制造方法
【专利说明】螺旋泵及其制造方法
[0001 ]本发明涉及一种螺旋栗及其制造方法。
[0002]螺旋栗用于将液体从低水平高度提升到更高的水平高度，并且例如用于灌溉是众所周知的。常规的螺旋栗通常包括围绕旋转部件以螺旋形状的布置的柔性管。螺旋流体通道的入口交替地获得旋转部件的一圈的下部部分的液体以及在旋转部件的每一圈的上部部分上的充入的空气。以这种方式，连续充入的液体和气体进入螺旋流体通道。在螺旋旋转时，所获得的液体朝向出口逐渐被推动。当流体从一个回旋流向另一个时，在两个充入的液体中间的充入的空气将被压缩。在每个回旋中被压缩的空气具有在旋转部件的旋转中扩张到下一回旋的倾向，并且有助于驱动在其前面的在先充入的液体，因此提供了气动栗送作用并导致压力积累。采用这种压力，流体可从低水平高度提升到更高的水平高度。
[0003]常规的螺旋栗包括许多部件，包含管、滚筒和轴，从而造成螺旋栗的相对高的总重量。对物流和效率两者，减少重量的螺旋栗是有益的。
[0004]常规的螺旋栗的另一个缺点是对可扩展性和大规模生产而言，它们的潜力有限。
[0005]还需要一种改进的螺旋栗，其具有改进的可靠性并因此可以在维护困难(例如由于缺乏合格的维护人员)的遥远且偏僻的地方使用。
[0006]因此，本发明的目的是提供一种相对于现有技术的改进的螺旋栗，且其中以上提到的问题中的至少一个被避免。
[0007]所述目的通过根据本发明的螺旋栗实现，该螺旋栗包括:
[0008]-支撑主体；
[0009]-至少一个或多个大体上刚性的旋转部件，其相对于所述支撑主体是可旋转的，其中所述一个或多个旋转部件包括至少一个集成的螺旋流体通道，该至少一个集成的螺旋流体通道具有布置在所述一个或多个旋转部件的外部径向壁处或附近的用于接收流体的入口和在其旋转轴线处或附近的用于排放处于增大的压力中的流体的出口 ；
[0010]-其中，构造成将处于增大的压力中的流体从一个或多个刚性旋转部件内部传送到一个或多个刚性旋转部件外部的流体通路布置在旋转轴线处或附近;和
[0011]-驱动装置，其用于旋转地驱动一个或多个旋转部件。
[0012]因为螺旋流体通道是集成在刚形主体内的线路，所以它可以关于精确定位、曲率、可能在线路上具有变化的形状和尺寸的横截面等进行优化。这允许达到螺旋栗的期望应用的具体要求的高度定制。
[0013]结合了内部螺旋流体通道的单一刚性旋转部件可以由增材制造技术，也称为3D打印来形成。3D打印将进一步允许用于流体通道的非常复杂的形状。并且也可以使用如双板真空成形的成型技术。
[0014]另外，刚性主体提供了比柔性管将提供的更坚固的螺旋流体通道，而且因为柔性的足以弯曲的管在栗增加流体的压力时还极有可能在环形方向上伸展。
[0015]如果根据优选的实施方案，所述螺旋流体通道包括布置在大体上横向于旋转轴线的平面中的至少两个回旋，则获得了螺旋栗的紧凑的设计。
[0016]根据进一步优选的实施方案，旋转部件的外部径向壁具有外半径r。，并且其中回旋至少布置在旋转部件的所述外部径向壁和是一半外半径r。的半径之间的区域中。明确指出的是，“至少”应在这个意义上来解释，即，回旋布置在外半径(r。)和是一半外半径(l/2r。)之间的区域中，并且还可以以比一半外半径小的半径(<l/2r。)延伸。螺旋流体通道的入口交替地获得旋转部件的一圈的下部部分上的液体以及在旋转部件的每一圈的上部部分上的空气的充入。以这种方式，连续充入的液体和气体进入螺旋流体通道。在螺旋流体通道的第一回旋处，其填充了约一半的回旋的液体，而回旋的其余部分充满空气。在螺旋旋转时，流体从一个回旋流动到另一个，从而压缩在两个连续充入的流体之间的充入的空气。为了考虑大多数流体的大体上不可压缩的行为，回旋至少布置在旋转部件的外部径向壁和是一半该外半径的半径之间的区域中，特别是当横截面在螺旋流体通道的长度上具有大体上恒定的尺寸时。以这种方式，流体可以占据在外半径的一半或更少的半径处的几乎全部回旋，而在两个连续充入的流体中间的气体被高度压缩。
[0017]根据进一步优选的实施方案，流体通道的至少一个另外的回旋布置在一半外半径r。和旋转部件的中心之间的径向距离上。以这种方式，整体产品尺寸可以进一步减小，同时保持期望的体积和压力能力，从而导致对于一定容量的栗，需要减少量的材料的紧凑的螺旋栗。
[0018]根据进一步优选的实施方案中，旋转部件包括至少两个大体上刚性的子部件。以这种方式，两个或更多的刚性部件可以在模块化设计中组合，从而提供可扩展以满足具体需求的栗。每个子部件可以包括单个集成的螺旋流体通道。在使用两个子部件的优选的实施方案中，该两个子部件包括镜像的部件。
[0019]根据更进一步优选的实施方案，如果两个相邻的配合的子部件在组装状态中的一起在它们的接触面处包围流体通道，则旋转部件可以由不包括内部开口的单独的子部件来组装。仅包括在它们的外表面处的一个或多个凹部且不包括内部开口的子部件可注射成型，或者通过旋转成型、注塑成型或(双板)真空成形来制作。这允许大量生产制造子部件。
[0020]此外，如果障碍物进入螺旋流体通道，该障碍物可以通过将配合的子部件彼此分开来移除。当两个相邻的子部件被拆开用于维修时，螺旋流体通道可以完全打开。以这种方式，移除使用期间可能堵塞在流体通道中的障碍物是可能的。
[0021]尽管将流体通道布置在仅两个相邻的子部件的径向表面上是可想到的，但是流体通道优选地由布置在旋转部件的两个相邻的子部件的配合的径向侧面处的螺旋形的凹部形成。这允许流体通道包括大体上圆形的横截面，这对于穿过其中的流体流是有利的，而且更不易被阻塞。然而，如果障碍物进入流体通道，流体通道仍可以通过将配合的子部件分开而打开。
[0022]根据进一步优选的实施方案，大体上刚性的旋转部件包括在其旋转轴线处或附近的压力室。如果旋转部件包括其出口连接到压力室的多个螺旋流体通道，则所述压力室将提供压力平衡。
[0023]根据前述实施方案的螺旋栗优选地还包括流体通路构造成将处于增大的压力中的流体从压力室传送到刚性旋转部件外部。
[0024]根据更进一步优选的实施方案，刚性旋转部件通过支撑构件可旋转地支撑在两侧处。甚至更优选地，旋转部件的相对于支撑构件的旋转运动支撑在静压轴承上，该静压轴承由压力室中的经由所述轴承从压力室漏出的加压流体的一部分来加压。静压轴承具有它们由容易获得的物质来润滑的优点。不需要例如油作为润滑剂，使用油作为润滑剂，如果轴承发生故障，将需要密封和维护。通过提供静压轴承，栗操作起来更可靠，并且因此可以在维护困难的遥远且偏僻的地方使用。
[0025]根据更进一步优选的实施方案，螺旋流体通道具有大体上扁平的横截面，该扁平的横截面具有径向高度h和横向于该径向高度h的宽度W，其中，径向高度h小于宽度W。这样的扁平的横截面允许在可获得的径向距离内布置更多的回旋，并且因此螺旋栗获得更高的压力积累。如之前所指出的，其中布置回旋的径向距离优选地至少在外壁和所述外壁的半径的一半或更小之间。
[0026]根据又一进一步优选的实施方案，如果螺旋流体通道包括其中横截面在流动方向上减小的变窄部分，则流体的压力更进一步增大。
[0027]根据更进一步优选的实施方案，螺旋流体通道包括其中横截面在流动方向上增大的加宽部分，并且其中所述加宽部分布置在所述螺旋流体通道中的变窄部分的下游。螺旋流体通道的横截面在它最终从其入口朝向其在加宽部分中的出口增加之前，首先在变窄部分减小。这种增加的优点是，水的回流被最小化。此外，回旋的增加的体积允许促进额外体积的水处在该回旋中，从而有效地允许添加位于比半径r。的一半还向内的一个或多个进一步的卷绕。如果加宽部分不存在，则这样的额外盘绕的有效性将是非常有限的，这是由于水的体积将完全填满这样的回旋，因此由于回流而不允许有效地建立额外的压力的事实。
[0028]又一进一步优选的实施方案包括具有带有内部突起部的一个或多个部分的螺旋流体通道。根据第一方面，这些内部突起部包括纵向肋，即，在流动方向上延伸的肋，从而引导流动，并防止流动中的紊流。可选地，根据第二方面，一个或多个肋以相对于流动方向的一定角度布置，例如，带有螺旋形，从而迫使流动的流体进入旋转。
[0029]根据更进一步优选的实施方案，在远离其入口的方向上的螺旋流体通道分成具有较小的横截面积的多个流体通道。可以使用如3D打印的增材制造技术制造的这样的通道，将提供其中流体被加压的更小的横截面。以这种方式，可以限制或完全防止加压流的紊流。
[0030]根据进一步优选的实施方案，所述螺旋栗包括至少一个另外的螺旋流体通道，其中，螺旋流体通道和另外的螺旋流体通道通过提供螺旋流体通道的第一出口半径处的内回旋和另外的螺旋流体通道通的第二入口半径处的外回旋之间的流体连接而串联地连接，其中，第二入口半径大于第一出口半径。已经在第一螺旋流体通道中加压的流体反馈到另一，第二螺旋流体通道的输入，这允许已经在一定程度加压的流体被更进