專利名稱：軸流式正排量蝸桿泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及多種泵，且特別是涉及連續(xù)軸流式蝸桿和螺桿泵。
背景技術(shù)：
在許多應(yīng)用中廣泛使用各種泵。所述泵呈現(xiàn)出多種形式，從如在家用輪胎氣泵和絕大多數(shù)汽車發(fā)動機(jī)中使用的線性往復(fù)泵到Wankel回轉(zhuǎn)泵和擺線泵，以及例如當(dāng)今渦輪機(jī)械領(lǐng)域中的軸流式泵和離心泵。由于對于給定最大截面(frontal area)而言能夠提供較高的質(zhì)量流速并且能夠提供連續(xù)的近乎穩(wěn)定的流體流，因此軸流式泵在泵送流體方面具有較寬的應(yīng)用范圍。泵生產(chǎn)廠家的一個目標(biāo)在于提供重量較輕的緊湊型泵。泵生產(chǎn)廠家的另一目標(biāo)在于使所述泵中的部件盡可能少，從而在對泵進(jìn)行制造、安裝、整修、大修和更換等方面降低成本。

發(fā)明內(nèi)容
還可被稱作蝸桿泵的連續(xù)軸流式正排量泵包括與出口軸向隔開且位于出口上游的進(jìn)口。泵組件包括從所述進(jìn)口延伸至所述出口的內(nèi)本體和外本體。所述內(nèi)本體和外本體分別具有偏移的內(nèi)軸線和外軸線。內(nèi)本體和外本體具有分別曲繞內(nèi)軸線和外軸線的相互配合的內(nèi)外螺旋葉片。內(nèi)本體和外本體分別具有多個內(nèi)外螺旋葉片。外螺旋葉片的個數(shù)比內(nèi)螺旋葉片的個數(shù)多一個或少一個。內(nèi)外螺旋葉片分別沿徑向向外和向內(nèi)進(jìn)行延伸。所述本體中的任一個或所述兩個本體可能關(guān)于其各自軸線是可旋轉(zhuǎn)的。如果兩個本體均旋轉(zhuǎn)，那么所述本體沿同一方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
如果內(nèi)本體和外本體關(guān)于固定的內(nèi)軸線和外軸線在內(nèi)旋方向和外旋方向上分別是可旋轉(zhuǎn)的，那么內(nèi)本體和外本體按照固定的傳動比傳動嚙合在一起，所述傳動比由內(nèi)螺旋葉片個數(shù)與外螺旋葉片個數(shù)的比值確定。如果外本體被固定住，那么當(dāng)內(nèi)本體軸線圍繞外本體軸線軌道運行時，內(nèi)本體圍繞內(nèi)本體軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(自旋)。如果外螺旋葉片的個數(shù)比內(nèi)螺旋葉片的個數(shù)少一個，那么內(nèi)本體圍繞內(nèi)本體軸線沿與內(nèi)本體軸線圍繞外本體軸線軌道運行相同的方向進(jìn)行自旋。如果外螺旋葉片的個數(shù)比內(nèi)螺旋葉片的個數(shù)多一個，那么內(nèi)本體圍繞內(nèi)本體軸線沿與內(nèi)本體軸線圍繞外本體軸線軌道運行相反的方向進(jìn)行自旋。


圖1是第一示例性的連續(xù)軸流式正排量泵的內(nèi)本體和外本體的螺旋形葉片部分的部分剖切透視圖。
圖2是第二示例性的連續(xù)軸流式正排量泵的內(nèi)本體和外本體的螺旋形葉片部分的部分剖切透視圖。
圖3是如圖1所示的泵的側(cè)視圖。
圖4是如圖2所示的泵的側(cè)視圖。
圖5是如圖1和圖3所示的泵的內(nèi)本體和外本體之間的傳動嚙合(gearing)的側(cè)視圖。
圖6是如圖2和圖4所示的泵的內(nèi)本體和外本體之間的傳動嚙合的側(cè)視圖。
圖7是沿圖5中線7-7截取的內(nèi)本體和外本體構(gòu)造的橫截面圖解視圖。
圖8是沿圖6中線8-8截取的內(nèi)本體和外本體構(gòu)造的橫截面圖解視圖。
圖9是具有固定不可旋轉(zhuǎn)的外本體的如圖7所示的內(nèi)本體和外本體構(gòu)造的橫截面圖解視圖。
圖10是內(nèi)本體軌道運行(orbit)約90度的如圖9所示的內(nèi)本體和外本體構(gòu)造的橫截面圖解視圖。
圖11是外本體被可旋轉(zhuǎn)地固定住的如圖8所示的內(nèi)本體和外本體構(gòu)造的橫截面圖解視圖。
具體實施例方式
圖1和圖2中示出了也可被稱作蝸桿泵8的連續(xù)軸流式正排量泵的第一和第二示例性實施例。蝸桿泵8被設(shè)計用以泵送流體如氣體或液體。參見圖1-6，蝸桿泵8包括具有從進(jìn)口20延伸至出口22的內(nèi)本體12和外本體14的泵組件15。內(nèi)本體12被設(shè)置在外本體14的腔體19內(nèi)。內(nèi)本體12和外本體14分別具有相互隔開的平行的內(nèi)軸線16和外軸線18。泵組件15在蝸桿泵8工作期間提供通過進(jìn)口20和出口22的連續(xù)流。
各流體50充注物在從出口22被排放掉之前被捕獲在泵組件15中。任一個本體或兩個本體圍繞其各自的軸線是可旋轉(zhuǎn)的。如果兩個本體都是可旋轉(zhuǎn)的，那么所述兩個本體可在相同的周向方向上但是以由固定關(guān)系確定的不同轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。如在圖8中的內(nèi)本體和外本體的轉(zhuǎn)速74，72所示。因此，內(nèi)本體12和外本體14被傳動嚙合在一起，從而使得它們總是相對于彼此以固定速比和相位關(guān)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，如圖5和圖6中的齒輪箱82中的傳動嚙合所示。在這里示出的泵8的多個實施例中，內(nèi)本體12在外本體14內(nèi)圍繞內(nèi)軸線16是可旋轉(zhuǎn)的。外本體14圍繞外軸線18可以被可旋轉(zhuǎn)地固定住或可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
內(nèi)本體12和外本體14具有分別曲繞內(nèi)軸線16和外軸線18的相互配合的內(nèi)外螺旋葉片17，27。內(nèi)外螺旋葉片17，27分別具有內(nèi)外螺旋表面21，23。內(nèi)螺旋葉片17自內(nèi)本體12的中空內(nèi)葉轂51沿徑向向外進(jìn)行延伸，而外螺旋葉片27自外本體14的外殼53沿徑向向內(nèi)進(jìn)行延伸。當(dāng)二者相對于彼此進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，沿著內(nèi)螺旋葉片17的內(nèi)螺旋邊緣47與外螺旋葉片27的外螺旋表面23密封接合。當(dāng)二者相對于彼此進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，沿著外螺旋葉片27的外螺旋邊緣48與內(nèi)螺旋葉片17的內(nèi)螺旋表面21密封接合。
參見圖7和圖8，內(nèi)本體12和外本體14分別具有與內(nèi)外螺旋葉片17，27相對應(yīng)的內(nèi)本體瓣(lobe)60和外本體瓣64。如果內(nèi)本體12具有個數(shù)為N的內(nèi)本體瓣60或內(nèi)螺旋葉片17，在這里示出了三個內(nèi)本體瓣60或內(nèi)螺旋葉片17，那么外本體14則具有N-1或N+1個外本體瓣64或外螺旋葉片27，分別如圖7和圖8中的泵組件15的第一和第二示例性實施例所示。因此，泵組件15的第一示例性實施例具有2個(N-1個)外本體瓣64或外螺旋葉片27，而泵組件15的第二示例性實施例具有4個(N+1個)外本體瓣64或外螺旋葉片27。注意到在圖7中示出了位于內(nèi)本體12和外本體14之間的四個密封點62，然而還應(yīng)注意到沿著內(nèi)本體12和外本體14的整個長度在內(nèi)外螺旋葉片17，27之間存在有五個呈周期性重疊搭接的密封部。正是這些密封部之間的相互作用從而連續(xù)地形成和隔開裝置內(nèi)的流體室。
圖9和圖10中示出了固定的外本體14，且由此內(nèi)本體12圍繞外軸線18軌道運行。在這兩個圖中的內(nèi)本體12具有由數(shù)字N表示的三個內(nèi)螺旋葉片17。圖9和圖10中的外本體14具有兩個或通式為N-1個外螺旋葉片27且因此沿方向W軌道運行，所述方向W與內(nèi)本體12圍繞內(nèi)軸線的內(nèi)旋方向RDI相同。如圖11所示的外本體14具有四個或通式為N+1個外螺旋葉片27且因此沿方向W軌道運行，所述方向W與內(nèi)本體12圍繞內(nèi)軸線的內(nèi)旋方向RDI相反。如果外本體被可旋轉(zhuǎn)地固定住，那么內(nèi)本體自旋角位移量的大小則與內(nèi)本體軌道運行角位移量乘以內(nèi)本體瓣個數(shù)的倒數(shù)相關(guān)。因此，所述自旋和軌道運行速度也與該因子相關(guān)。如果外本體圍繞所述外本體軸線是可旋轉(zhuǎn)的，那么內(nèi)本體沿相同的方向圍繞內(nèi)本體軸線呈由外本體瓣的個數(shù)與內(nèi)本體瓣的個數(shù)的比值給出的角度關(guān)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
參見圖1，內(nèi)外螺旋葉片17，27分別具有唯一且恒定的內(nèi)外本體扭轉(zhuǎn)斜率AI和AO。扭轉(zhuǎn)斜率，例如內(nèi)本體扭轉(zhuǎn)斜率AI被定義為沿軸線例如沿如圖1所示的內(nèi)軸線16的每單位距離的螺旋元件橫截面41(例如圖7和圖8中所示出的呈三角形的內(nèi)本體橫截面68)的旋轉(zhuǎn)量。圖1中示出了內(nèi)本體橫截面41產(chǎn)生了600度的旋轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)斜率為360度或2Pi弧度除以沿螺旋元件例如圖1中示出的內(nèi)外螺旋葉片17，27的同一內(nèi)外螺旋邊緣47，48的兩個連續(xù)頂部44之間的軸向距離CD。所述軸向距離CD是螺旋線進(jìn)行一次完全轉(zhuǎn)動43所需的距離。外本體扭轉(zhuǎn)斜率AO與內(nèi)本體扭轉(zhuǎn)斜率AI的第一比值等于內(nèi)螺旋葉片17的個數(shù)與外螺旋葉片27的個數(shù)的第二比值。
螺旋葉片的轉(zhuǎn)數(shù)43足以機(jī)械捕獲流體50充注物，所述機(jī)械捕獲量由在流體充注物通過位于充注物50下游端54的出口22被排出之前從位于充注物50上游端52的進(jìn)口20封閉的流體充注物50進(jìn)行表示。泵組件15的第一和第二示例性實施例要求內(nèi)本體分別進(jìn)行600度和480度的扭轉(zhuǎn)，從而機(jī)械捕獲流體充注物50并且確保不允許所述入口和所述出口相連通。
外本體14的扭轉(zhuǎn)斜率等于內(nèi)本體12的扭轉(zhuǎn)斜率乘以內(nèi)本體瓣的個數(shù)N除以外本體瓣的個數(shù)M。對于如圖7所示的具有三個內(nèi)瓣或內(nèi)螺旋葉片17和兩個外瓣或外螺旋葉片27的構(gòu)造而言，需要外本體14進(jìn)行900度的旋轉(zhuǎn)且需要內(nèi)本體12進(jìn)行600度的旋轉(zhuǎn)，從而能夠機(jī)械捕獲流體充注物50。通過使內(nèi)本體和外本體之一或使內(nèi)本體和外本體二者進(jìn)行旋轉(zhuǎn)而實現(xiàn)流體驅(qū)替。當(dāng)所述本體或多個本體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，流體充注物在進(jìn)口處被捕獲在內(nèi)本體與外本體之間的空間中并且沿軸向從后面進(jìn)行驅(qū)替。進(jìn)行充分旋轉(zhuǎn)后，流體充注物被隔斷與所述進(jìn)口之間的連通并且被允許與所述出口連通。通過所述泵的物理流量由進(jìn)口邊界條件和所述本體的轉(zhuǎn)速所決定。如果泵下游的流動限制條件使得出口壓力高于進(jìn)口壓力，那么將會需要寄生負(fù)荷以上或之上的軸功來驅(qū)動所述泵。另一種可選方式是，如果出口壓力低于進(jìn)口壓力，那么可以從所述泵中分離出軸功。
如上面所述，內(nèi)本體和外本體中的一個可被可旋轉(zhuǎn)地固定住并且不圍繞其軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)。如果內(nèi)本體或外本體被固定住，那么活動本體的軌道運行和自旋旋轉(zhuǎn)被傳動嚙合在一起。對于外本體14被可旋轉(zhuǎn)地固定住的實施例而言，內(nèi)本體12相對于外軸線18彎曲成曲柄狀，從而使得當(dāng)內(nèi)本體圍繞內(nèi)軸線16自旋時，內(nèi)軸線16如圖9和10所示圍繞外軸線18軌道運行。圖中示出內(nèi)本體12已圍繞內(nèi)軸線16從如圖9所示的位置旋轉(zhuǎn)30度角到達(dá)如圖10所示的位置并且圖中示出內(nèi)軸線16已圍繞外軸線18軌道運行了90度角。
在本文中可被稱作蝸桿泵8的連續(xù)軸流式正排量泵可廣泛用在許多應(yīng)用中并且對于給定最大截面而言預(yù)期能夠提供較高的質(zhì)量流速并且能夠提供連續(xù)的近乎穩(wěn)定的流體流。還預(yù)期所述泵重量較輕并且比其它軸流式泵需要更少的部件，這樣進(jìn)而降低了泵的制造、安裝、整修、大修和更換等方面的成本。第一實施例提供了在此披露的泵工作的第一模式，其中內(nèi)本體12和外本體14二者分別圍繞內(nèi)軸線16和外軸線18進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。所述第一模式避免在泵支架上引入離心轉(zhuǎn)子旋渦效應(yīng)。在大方面來說，這還允許流體沿軸向流過所述裝置，而不會引入渦流分量。
在靜態(tài)外本體的實施例中，外本體14保持處于靜態(tài)或固定且內(nèi)本體12圍繞外本體的幾何中心即外軸線18軌道運行并且同時圍繞即刻的內(nèi)本體的幾何中心即內(nèi)軸線16自旋。該靜態(tài)實施例提供了所披露的泵工作的第二模式，其中僅單個轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，由此潛在地使機(jī)械設(shè)計工藝得到簡化。該種模式在流體驅(qū)替通過所述裝置時將渦流分量引入到流體中，這必須通過環(huán)繞部件進(jìn)行說明。
在本文中被稱作蝸桿泵8的連續(xù)軸流式正排量泵可廣泛用在許多應(yīng)用中并且對于給定最大截面而言預(yù)期能夠提供適當(dāng)較高的質(zhì)量流速并且能夠提供連續(xù)的近乎穩(wěn)定的流體流。由于蝸桿泵以正排量模式進(jìn)行工作，因此壓力比基本上與較寬速度范圍內(nèi)的速度無關(guān)。流量與同一速度范圍內(nèi)的速度成正比。與常規(guī)泵的壓力比或多或少與速度相關(guān)相比，所希望的是具有這種壓力比與速度之間的不相關(guān)性。與泵送速率或泵送水平與泵的壓力比間接相關(guān)的基于常規(guī)流體動力學(xué)的軸流式泵相比，蝸桿泵將提供在較寬的工作范圍內(nèi)與壓力比近乎不相關(guān)的泵送流速。穩(wěn)定流量正排量工作還預(yù)期減弱或消除液體應(yīng)用中的空化效應(yīng)，所述空化效應(yīng)使得泵為徑流設(shè)計，僅有的不利效應(yīng)在于效率略有下降。蝸桿泵預(yù)期重量較輕且比其它軸流式泵具有少得多的部件，從而降低在對泵進(jìn)行制造、安裝、整修、大修和更換等方面的成本。
雖然在此已對被視為本發(fā)明的優(yōu)選的和示例性的實施例進(jìn)行了描述，但是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，本發(fā)明的其它變型對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言應(yīng)是明顯的并且因此，所希望的是在所附權(quán)利要求書中確保所有這樣的變型都落入本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)。因此，美國專利所希望保護(hù)的是如在下面的權(quán)利要求書中所限定和進(jìn)行區(qū)分的本發(fā)明。
零件列表8 蝸桿泵12內(nèi)本體14本體15泵組件16內(nèi)軸線17內(nèi)螺旋葉片18外軸線
19腔體20進(jìn)口21內(nèi)螺旋表面22出口23外螺旋表面27外螺旋葉片41橫截面43轉(zhuǎn)數(shù)44頂部47內(nèi)螺旋邊緣48螺旋邊緣50流體充注物51內(nèi)葉轂52上游端53外殼54下游端60內(nèi)本體瓣62密封點64外本體瓣68呈三角形的內(nèi)本體橫截面72外部轉(zhuǎn)速74內(nèi)部轉(zhuǎn)速76軌道運行速度82齒輪箱AI內(nèi)本體扭轉(zhuǎn)斜率AO外本體扭轉(zhuǎn)斜率W 軌道方向CD軸向距離
RDI內(nèi)旋方向RDO外旋方向
權(quán)利要求
1.一種軸流式正排量蝸桿泵(8)，包括與出口(22)軸向隔開且位于出口(22)上游的進(jìn)口(20)，包括設(shè)置在外本體(14)內(nèi)的內(nèi)本體(12)的泵組件(15)，且內(nèi)本體和外本體從所述進(jìn)口延伸至所述出口，分別具有偏移的內(nèi)軸線和外軸線(16，18)的內(nèi)本體和外本體(12，14)，內(nèi)本體和外本體(12，14)中的至少一個圍繞內(nèi)軸線和外軸線(16，18)中的相對應(yīng)的一條軸線是可旋轉(zhuǎn)的，所述內(nèi)本體和外本體(12，14)具有分別曲繞內(nèi)軸線和外軸線(16，18)的相互配合在一起的內(nèi)外螺旋葉片(17，27)，所述內(nèi)外螺旋葉片(17，27)分別沿徑向向外和向內(nèi)進(jìn)行延伸，所述內(nèi)本體和外本體(12，14)分別具有內(nèi)外多個內(nèi)外螺旋葉片(17，27)，且所述內(nèi)外螺旋葉片(17，27)的內(nèi)外個數(shù)之一為兩個或更多個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝸桿泵(8)，進(jìn)一步包括外螺旋葉片(27)的個數(shù)比內(nèi)螺旋葉片(17)的個數(shù)多一個或少一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝸桿泵(8)，進(jìn)一步包括具有足夠多轉(zhuǎn)數(shù)(43)以在泵運行期間將流體充注物(50)截留在泵組件(15)中的螺旋葉片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蝸桿泵(8)，進(jìn)一步包括足夠多的用以機(jī)械截留住流體充注物(50)的轉(zhuǎn)數(shù)(43)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝸桿泵(8)，進(jìn)一步包括可分別沿與內(nèi)旋方向和外旋方向(RDI，RDO)相同的方向分別圍繞內(nèi)軸線和外軸線(16，18)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的內(nèi)本體和外本體(12，14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蝸桿泵(8)，進(jìn)一步包括按照固定的傳動比傳動嚙合在一起的內(nèi)本體和外本體(12，14)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蝸桿泵(8)，進(jìn)一步包括外螺旋葉片(27)的個數(shù)比內(nèi)螺旋葉片(17)的個數(shù)少一個并且內(nèi)本體(12)圍繞外軸線(18)沿與內(nèi)旋方向(RDI)相同的軌道方向(W)進(jìn)行軌道運行。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蝸桿泵(8)，進(jìn)一步包括外螺旋葉片(27)的個數(shù)比內(nèi)螺旋葉片(17)的個數(shù)多一個并且內(nèi)本體(12)圍繞外軸線(18)沿與內(nèi)旋方向(RDI)相反的軌道方向(W)進(jìn)行軌道運行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝸桿泵(8)，進(jìn)一步包括所述內(nèi)外螺旋葉片(17，27)的內(nèi)本體扭轉(zhuǎn)斜率(AI)和外本體扭轉(zhuǎn)斜率(AO)，并且外本體扭轉(zhuǎn)斜率(AO)與內(nèi)本體扭轉(zhuǎn)斜率(AI)的第一比值等于內(nèi)本體(12)上的內(nèi)螺旋葉片(17)的個數(shù)與外本體(14)上的外螺旋葉片(27)的個數(shù)的第二比值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝸桿泵(8)，進(jìn)一步包括圍繞外軸線(18)被旋轉(zhuǎn)固定住的外本體(14)和圍繞外軸線(18)軌道運行的內(nèi)本體(12)。
全文摘要
一種軸流式正排量蝸桿泵具有包括從進(jìn)口延伸至出口的內(nèi)本體和外本體的泵組件，所述內(nèi)本體和外本體分別具有偏移的內(nèi)軸線和外軸線。所述本體中的至少一個圍繞其軸線是可旋轉(zhuǎn)的。所述內(nèi)本體和外本體具有分別曲繞內(nèi)軸線和外軸線的相互配合在一起的內(nèi)外螺旋葉片。所述內(nèi)外螺旋葉片分別沿徑向向外和向內(nèi)進(jìn)行延伸。所述內(nèi)外螺旋葉片的內(nèi)外個數(shù)之一為兩個或更多個。外螺旋葉片的個數(shù)比內(nèi)螺旋葉片的個數(shù)多一個或少一個。所述內(nèi)本體和外本體分別沿與內(nèi)旋方向和外旋方向(RDI，RDO)相同的方向分別圍繞內(nèi)軸線和外軸線是可旋轉(zhuǎn)的并且按照固定的傳動比傳動嚙合在一起。
文檔編號F04C18/16GK101054972SQ20071000511
公開日2007年10月17日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月10日
發(fā)明者K·D·莫羅, R·G·格里芬, O·法昆爾 申請人:通用電氣公司