DE3815158A1 - Method for reducing the pressure pulsation of a positive-displacement pump, in particular a screw pump, and a screw pump designed according to this method - Google Patents
Method for reducing the pressure pulsation of a positive-displacement pump, in particular a screw pump, and a screw pump designed according to this methodInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Druckpulsation einer Verdrängerpumpe, insbesondere einer Schraubenspindelpumpe sowie eine nach diesem Verfahren wirkende Schraubenspindelpumpe.The invention relates to a method for reducing the Pressure pulsation of a positive displacement pump, especially one Screw pump and one operating according to this method Screw pump.
Bei einer Schraubenspindelpumpe findet von der Wirkung der Verdränger her eine pulsationsfreie Förderung statt, weil das Verschieben der Förderkammern von der Saugseite zur Druckseite hin kontinuierlich erfolgt. Während dem Ablauf einer Umdrehung ergeben sich in der Praxis jedoch periodisch wiederkehrende Druckpulsationen.With a screw pump, the effect of the Instead of a pulsation-free funding instead, because that Moving the delivery chambers from the suction side to the pressure side is done continuously. During the course of one revolution In practice, however, there are periodically recurring ones Pressure pulsations.
Die Erklärung dafür ist einmal, daß während des Ablaufs einer Umdrehung die Anzahl der Dichtlinien um mindestens eine schwankt. Durch genaue Längenverhältnisse von Schraubenspin delngewinde und dem umgebenden Laufgehäuse läßt sich die Zeit spanne der Mehrdichtlinie beeinflussen. Während der Zeitspanne der Mehrdichtlinie ist der Förderstromverlust geringer, das be deutet, daß für diese Zeitspanne ein Druckanstieg zu verzeich nen ist.The explanation for this is that during the course of a Revolution the number of sealing lines by at least one fluctuates. Due to exact length ratios of screw spin time and the surrounding barrel housing influence the span of the multi-seal line. During the period the multi-sealing line the flow loss is lower, the be indicates that there has been an increase in pressure for this period is.
Andererseits gibt es während des Ablaufes einer Umdrehung auch Druckeinbrüche und zwar jedes Mal dann, wenn eine Förderkammer an der Druckseite öffnet. Die Erklärung dafür ist, daß der Druck in der Förderkammer mit dem Öffnen in kurzer Zeit auf das höhere Niveau des Endförderdruckes gebracht wird und hierbei erfolgt eine Kompression der in der Praxis nicht vorhandenen idealen Flüssigkeit, die mit einer Volumeneinbuße verbunden ist. On the other hand, there is also during the course of a revolution Pressure drops every time there is a delivery chamber opens on the print side. The explanation for this is that the Pressure in the delivery chamber upon opening in a short time higher level of the final delivery pressure is brought and this there is a compression of those that do not exist in practice ideal liquid associated with a loss of volume is.
Um die Pulsation möglichst gering zu halten, werden in der Praxis hauptsächlich folgende Wege eingeschlagen:In order to keep the pulsation as low as possible, the In practice, the following main paths have been chosen:
- a) Der gebräuchlichste Weg ist der einer möglichst genauen Fer tigung und Längenabstimmung von Spindeln und Gehäuse verbun den mit einer großen Spindellänge und kleiner Spindelstei gung. Hierbei ergibt sich eine große Anzahl von geschlosse nen Dichtlinien zwischen der Druckseite und der Saugseite der Pumpe, so daß sich das Schwanken um eine Dichtlinie nicht allzusehr auswirkt. Dieser Weg ergibt technisch gese hen gute Pumpen, er ist jedoch infolge der hohen Herstell kosten in der Regel nicht gewünscht.a) The most common way is the most accurate Fer possible connection and length adjustment of spindles and housing the one with a large spindle length and a small spindle pitch supply. This results in a large number of closed sealing lines between the pressure side and the suction side the pump so that the swaying around a sealing line does not impact too much. This way results technically hen good pumps, but it is due to the high manufacturing usually not desired.
- b) Ein weiterer Weg besteht darin, daß bewußt der Förderstrom verlust in der Pumpe vergrößert wird, z.B. durch Abfasen der Spindeln oder durch Anbringen von Bypässen zwischen dem Hoch- und Niederdruckbereich. Dieser Weg, der eine Dämpfung der Pulsation ergibt, ist infolge der Wirkungsgradeinbuße und der damit verbundenen Überdimensionierung der Pumpen in der Regel unwirtschaftlich.b) Another way is that consciously the flow loss in the pump is increased, e.g. by chamfering the Spindles or by bypassing between the High and low pressure area. This way, a damping the pulsation is due to the loss of efficiency and the associated oversizing of the pumps in usually uneconomical.
- c) Ein weiterer gängiger Weg, die Pulsation in der Anlage zu bekämpfen, besteht in der Verwendung von Pulsations- und Schalldämpfern, die in die Förderleitung eingebaut werden. Dieser Weg, der ebenfalls nicht billig ist, bringt nicht immer den gewünschten Erfolg, weil die richtige Auslegung, die für jeden Einsatzfall extra erfolgen muß, sehr schwierig ist, denn für die Auslegung des Pulsationsdämpfers ist nicht nur die Pumpe als Einflußfaktor sondern auch die nachfolgen de Anordnung der Rohrleitung und Flüssigkeitsabnehmer zu be rücksichtigen.c) Another common way to get the pulsation in the system combat, consists in the use of pulsation and Silencers that are installed in the delivery line. This way, which is also not cheap, does not work always the desired success because the right interpretation, which must be done separately for each application, very difficult is because for the design of the pulsation damper is not only the pump as an influencing factor but also the follow up de Arrangement of the pipeline and liquid consumers to be take into account.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Pulsationsverminderung an Verdränger pumpen insbesondere von Schraubenspindelpumpen zu finden und eine nach diesem Verfahren arbeitende Schraubenspindelpumpe zu entwickeln, die preisgünstig herzustellen ist und die mit gutem Wirkungsgrad arbeitet.The present invention is based on the object simple procedure for reducing pulsation on displacers pumps in particular to find screw pumps and a screw pump working according to this procedure develop that is inexpensive to manufacture and that with good Efficiency works.
Zur Lösung dieser Verbindung wird ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, bei dem die arttypische Druckpul sation mit einer erzwungenen inversen Druckpulsation überlagert wird. Die erzwungene inverse Druckpulsation erfolgt dabei vor zugsweise durch periodisches Absteuern eines Teiles des Förder stromes an der Druckseite der Schraubenspindeln.To solve this connection, a method of the beginning mentioned type proposed, in which the type-typical Druckpul overlaid with a forced inverse pressure pulsation becomes. The forced inverse pressure pulsation occurs before preferably by periodically deducting part of the funding current on the pressure side of the screw spindles.
Die Schraubenspindelpumpe bei der das erfindungsgemäße Verfah ren Anwendung findet, weist dabei druckseitig zumindest eine Blende mit einem Abfluß zur Saugseite auf, wobei die Blende periodisch abhängig von der Drehstellung der Schraubenspindeln mittels einem Verschlußorgan abgedeckt ist.The screw pump in the process according to the invention ren is used, has at least one pressure side Aperture with a drain to the suction side, the aperture periodically depending on the rotational position of the screw spindles is covered by a closure member.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unter ansprüchen.Further details of the invention emerge from the sub claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die nach diesem Verfahren wirkende Schraubenspindelpumpe wird anhand von verschiedenen Ausführungsbeispielen in der Zeichnung wiedergegeben und näher erläutert.The method according to the invention and that according to this method Acting screw pump is based on different Embodiments shown in the drawing and closer explained.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungs gemäß ausgeführte Schraubenspindelpumpe Fig. 1 shows a longitudinal section through a screw pump according to the invention
Fig. 2 zeigt die Druckpulsation dieser Schraubenspin delpumpe Fig. 2 shows the pressure pulsation of this screw pump
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen alternative Detailausführungen der Schraubenspindelpumpe gemäß Fig. 1 in der dort eingetragenen Sichtrichtung X Fig. 3 and Fig. 4 show alternative detail embodiments of the screw pump shown in Fig. 1 in the registered therein visual direction X
Fig. 5 zeigt eine Variante der Schraubenspindelpumpe gemäß Fig. 1 FIG. 5 shows a variant of the screw pump according to FIG. 1
Fig. 6 zeigt eine Teilansicht dieser Schraubenspindel pumpe in der Sichtrichtung Y Fig. 6 shows a partial view of this screw pump in the direction of view Y
Fig. 7 und Fig. 8 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe. Fig. 7 and Fig. 8 show further embodiments of the screw pump according to the invention.
Die in Fig. 1 dargestellte dreispindelige Schraubenspindelpum pe mit jeweils zweigängigen Schraubenspindeln besitzt im we sentlichen den üblichen Aufbau einer innengelagerten Pumpe mit einer Antriebsspindel 1 und zwei seitlich angeordneten Lauf spindeln 2, 3, die in den sich überschneidenden Aufnahmeboh rungen 4 des Gehäuses 5 direkt radial gelagert sind. In dem Gehäuse 5 ist ein Druckraum 6 und ein Saugraum 7 vorhanden, wobei das Gehäuse an den Endseiten mit einem saugseitigen Pumpendeckel 8 und einem druckseitigen Pumpendeckel 9 ver schlossen ist. Die durch den druckseitigen Pumpendeckel 9 ge führte Antriebsspindel 1 ist im Bereich der Durchführungsboh rung 10 in üblicher Weise mit einem Axialschubausgleichskolben 11 versehen und mit einem zusätzlichen Lager 12, das in einem Deckelaufsatz 13 untergebracht ist, zusätzlich abgestützt. In dem Deckelaufsatz 13 ist weiter die Wellenabdichtung 14 ange ordnet. Der Innenraum 15 des Deckelaufsatzes ist vom Förder druck entlastet, in dem die vom Druckraum 6 eindringende Flüs sigkeit über einen Entlastungskanal 16 abgeführt wird, der über eine Verbindungsbohrung 17 im Gehäuse 5 in den Saugraum 7 ein mündet. The three-spindle screw pump shown in FIG. 1, each with two-start screw spindles, has the usual structure of an internal pump with a drive spindle 1 and two laterally arranged running spindles 2 , 3 , which in the overlapping receiving holes 4 of the housing 5 directly radially are stored. In the housing 5 there is a pressure chamber 6 and a suction chamber 7 , the housing being closed at the end sides with a suction-side pump cover 8 and a pressure-side pump cover 9 . The ge by the pressure-side pump cover 9 led drive spindle 1 is in the area of the implementation 10 tion in the usual manner with an axial thrust compensation piston 11 and is additionally supported with an additional bearing 12 , which is accommodated in a cover attachment 13 . In the cover 13 , the shaft seal 14 is further arranged. The interior 15 of the lid attachment is relieved of the delivery pressure, in which the liquid entering from the pressure chamber 6 is discharged via a relief channel 16 , which opens into the suction chamber 7 via a connecting bore 17 in the housing 5 .
Die Darstellungsweise der Pumpe ist bewußt einfach gehalten, da allzuviel Details, z.B. für den häufig praktizierten Axial schubausgleich der Laufspindeln nur die Übersicht erschweren würden.The pump is deliberately kept simple because too many details, e.g. for the frequently practiced axial Thrust compensation of the spindles only complicate the overview would.
Eine normal ausgeführte Schraubenspindelpumpe, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, erzeugt einen Förderstrom, dessen Förder druckverhalten während des Ablaufs der Umdrehungen den in Fig. 2 dargestellten Verlauf hat. Die Darstellung ist etwas ideali siert, entspricht jedoch weitgehend der Praxis. Man sieht, daß ausgehend von einem über einen großen Teil der Umdrehungen in etwa konstanten Druck p m Druckberge mit der Höhe p max und Drucktäler mit der Tiefe p min ausgebildet sind und zwar je Umdrehung zweimal. Die doppelte Ausbildung pro Umdrehung ist auf die Zweigängigkeit der Schraubenspindeln zurückzuführen, denn es werden pro Umdrehung zwei an der Druckseite ankommende Förderkammern geöffnet. Die Größe einer Förderkammer ist in Fig. 1 durch die Punktierung dargestellt.A normal screw pump, as shown in Fig. 1, generates a flow, the delivery pressure behavior during the course of the revolutions has the course shown in Fig. 2. The presentation is somewhat idealized, but largely corresponds to practice. It can be seen that, starting from a pressure p m which is approximately constant over a large part of the revolutions, pressure peaks with the height p max and pressure valleys with the depth p min are formed, namely twice per revolution. The double design per revolution can be attributed to the two-speed movement of the screw spindles, because two conveyor chambers arriving at the pressure side are opened per revolution. The size of a delivery chamber is shown in FIG. 1 by the puncturing.
Der Druckberg p max hat seine Ursache darin, daß vor dem Öffnen der Kammer die Dichtlinienanzahl um jeweils eine erhöht ist, das Drucktal p min entsteht durch den Kompressionsstoß jeweils dann, wenn die Förderkammer an der Druckseite öffnet.The pressure peak p max is due to the fact that before opening the chamber the number of sealing lines is increased by one, the pressure valley p min arises from the compression shock each time the delivery chamber opens on the pressure side.
Erfindungsgemäß wird nun die vorhandene Pulsation, d.h. die Druckberge und die Drucktäler, beseitigt oder verringert, indem, wie in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie 18 darge stellt, eine zur vorhandenen Pulsation inverse Pulsation er zeugt wird, mit dem Zweck, daß sich die Druckberge und Druck täler gegenseitig ausgleichen.According to the present pulsation, ie the pressure peaks and the pressure valleys, is now eliminated or reduced by, as shown in Fig. 2 by the dashed line 18 Darge, an inverse to the existing pulsation pulsation is generated, with the purpose that the Balance pressure peaks and pressure valleys with each other.
Die inverse Pulsation wird in der Pumpe gemäß Fig. 1 durch eine Blende z.B. eine Bohrung 19 im druckseitigen Pumpendeckel 9 erreicht, die periodisch abhängig von der Drehstellung der Spindeln z.B. von der Antriebsspindel 1 mit einem Verschlußor gan geöffnet und verschlossen wird. Ein solches Verschlußorgan ist der Drehschieber 20. Bei geöffneter Blende wird ein Teil des Förderstromes in den druckentlasteten Innenraum 15 des Deckelaufsatzes 13 abgeführt. Um die Pulsation ganz zu besei tigen, muß über die Blende - außer in der größten Tiefe des Drucktales - immer Förderflüssigkeit abgeführt werden, wobei die abgeführte Flüssigkeitsmenge während des Ablaufes einer Umdrehung nicht konstant bleibt. Die Bedeckung der Blende bzw. Bohrung 19 durch den Drehschieber 20 muß deshalb auf den Pul sationsverlauf abgestimmt sein.The inverse pulsation is achieved in the pump according to FIG. 1 through an orifice, for example a bore 19 in the pressure-side pump cover 9 , which is periodically opened and closed depending on the rotational position of the spindles, for example by the drive spindle 1, with a closure device. Such a closure member is the rotary valve 20 . When the diaphragm is open, part of the flow is discharged into the pressure-relieved interior 15 of the cover attachment 13 . In order to completely eliminate the pulsation, liquid must always be removed via the orifice - except in the greatest depth of the pressure valley - the amount of liquid removed does not remain constant during the course of one revolution. The cover of the aperture or bore 19 by the rotary valve 20 must therefore be coordinated with the course of the pul.
Im unteren Teil des Pulsationsdiagrammes entsprechend Fig. 2 ist in Abhängigkeit von der Drehstellung auch die jeweilige Blendenstellung wiedergegeben. So ist die Bohrung 19 im Bereich c o /a ganz offen, im Bereich a/b durch den Drehschieber 20 ge schlossen und im Bereich b/c teilweise überdeckt.In the lower part of the pulsation diagram corresponding to FIG. 2, the respective aperture position is also shown depending on the rotational position. Thus, the bore 19 in the area c o / a is completely open, in the area a / b it is closed by the rotary slide valve 20 and is partially covered in the area b / c .
Die sich überlagernden Pulsationen der Pumpe und der Blende er geben bei optimaler Abstimmung einen konstanten Druckverlauf, der dem Wert p min entspricht.The overlapping pulsations of the pump and the orifice give, with optimal coordination, a constant pressure curve which corresponds to the value p min .
Für den Drehschieber 20 ergibt sich dabei die in Fig. 3 darge stellte Form einer Scheibe mit unterschiedlich hohen Nocken 21, 22 sowie Aussparungen 23, die entsprechend den in Fig. 2 mit Buchstaben a, b und c gekennzeichneten Drehstellungen und Überdeckungsgraden angeordnet sind. Die detaillierte Form des Drehschiebers sowie die Größe der Blende wird vorzugsweise durch Versuche festgestellt.For the rotary valve 20 results in Fig. 3 Darge presented shape of a disc with different height cams 21 , 22 and recesses 23 , which are arranged in accordance with the rotary positions and degrees of coverage marked with letters a , b and c in Fig. 2. The detailed shape of the rotary valve and the size of the diaphragm are preferably determined by tests.
Es ist auch möglich, den Drehschieber so auszubilden, daß nur Teile des Pulsationsablaufes angeschnitten werden. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführung des Drehschiebers ist die Blende nur geöffnet, im Bereich der Druckberge p max also in der Drehstellung von c o nach a und von c nach a′. Somit werden auch nur die Druckberghöhen p max abgeschnitten, während die Druck taltiefen p min erhalten bleiben.It is also possible to design the rotary valve so that only parts of the pulsation process are cut. In the embodiment of the rotary valve shown in FIG. 4, the diaphragm is only open, ie in the region of the pressure peaks p max in the rotary position from c o to a and from c to a ' . Thus, only the print mountain heights are cut p max, while the pressure valley depths remain p min.
In der Zeichnung sind nur zwei mögliche Varianten wiedergege ben, natürlich lassen sich durch entsprechende Ausbildung von Drehschieber und Blende unzählige weitere Varianten und Effekte erzielen.Only two possible variants are shown in the drawing ben, of course, by appropriate training of Rotary vane and panel countless other variants and effects achieve.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird ein Bypass von der Druckseite zur Saugseite hergestellt, über den ein Teil des Förderstromes der Pumpe abgeleitet wird. Die abzuleitende Flüs sigkeitsmenge wird um so größer, je höher die Druckberge und je tiefer die Drucktäler ausgebildet sind. Es kann deshalb vor teilhaft sein, wenn durch geeignete Maßnahmen die Druckberge und Drucktäler entschärft werden. So ist es z.B. möglich, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt, in den Aufnahmebohrungen 4 am druckseitigen Ende des Gehäuses 5 sich zum Saugraum 7 hin verjüngende Keilschrägen 24, 25 einzuarbeiten. Durch diese Keilschrägen erfolgt die Öffnung der Förderkammer an der Druck seite nicht schlagartig, sondern allmählich, so daß der Druck anstieg durch die kurzzeitige Erhöhung der Dichtlinienzahl gedämpft wird und der Kompressionsstoß weitgehend unterdrückt wird.The measure according to the invention creates a bypass from the pressure side to the suction side, via which a part of the delivery flow of the pump is derived. The amount of liquid to be derived increases, the higher the pressure peaks and the deeper the pressure valleys are. It can therefore be advantageous if the pressure peaks and valleys are mitigated by suitable measures. For example, as shown in FIGS . 5 and 6, it is possible to incorporate wedge bevels 24 , 25 tapering towards the suction chamber 7 in the receiving bores 4 at the pressure-side end of the housing 5 . Due to these wedge bevels, the opening of the delivery chamber on the pressure side is not sudden, but gradually, so that the pressure is dampened by the brief increase in the number of sealing lines and the compression shock is largely suppressed.
Die Anordnung der Blende und dem zugehörigen Verschlußorgan ist nicht auf die in den bisherigen Figuren dargestellte Aus führung begrenzt. Es sind hier ebenfalls verschiedene Anordnun gen möglich, auszugsweise werden davon in Fig. 7 und 8 weitere Beispiele gezeigt.The arrangement of the diaphragm and the associated closure member is not limited to the guide shown in the previous figures. Various arrangements are also possible here, extracts from which further examples are shown in FIGS. 7 and 8.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 7 ist die Blende eine in die Aufnahmebohrung 4 reichende Öffnung 26, die mit dem Profilkopf 27 der Laufspindel 3 zusammenarbeitet. In the embodiment of FIG. 7, the aperture is a reaching into the bore 4 aperture 26 which cooperates with the profile head 27 of the running spindle 3.
Wie durch den gestrichelt gezeichneten Kreis 28 dargestellt, könnte die Bohrung 26 jedoch auch auf den Profilkopf 29 der Antriebsspindel 1 ausgerichtet sein. Es ist auch möglich, beide Anordnungen in Kombination anzuwenden.As shown by the dashed circle 28 , the bore 26 could, however, also be aligned with the profile head 29 of the drive spindle 1 . It is also possible to use both arrangements in combination.
Die Anordnung in Fig. 7 ist besonders preisgünstig herzustel len, da gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die Anordnung des Drehschiebers 20 entfällt.The arrangement in Fig. 7 is particularly inexpensive to produce len, since the arrangement of the rotary valve 20 is omitted compared to the embodiment of FIG. 1.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 ist der Drehschieber als ein mit Schlitzen 30 versehener Ringbund 31 ausgebildet, wobei - wie dargestellt - der Ringbund und der Axialschubaus gleichskolben 11 einstückig ausgeführt sein können. Die Blende ist hier in Form einer radial auf den Ringbund 30 ausgerich teten Öffnung bzw. Bohrung 32 vorgesehen, die in der den Ring bund umschließenden Bohrung 33 eingearbeitet ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 8, the rotary slide valve is designed as an annular collar 31 provided with slots 30 , wherein — as shown — the annular collar and the axial thrust piston 11 can be made in one piece. The aperture is provided here in the form of a radially on the collar 30 aligned opening or bore 32 , which is incorporated in the collar 33 surrounding the ring collar.
Claims (8)
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| DE19883815158 DE3815158A1 (en) | 1988-05-04 | 1988-05-04 | Method for reducing the pressure pulsation of a positive-displacement pump, in particular a screw pump, and a screw pump designed according to this method |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition |