葉片單元機的製作方法

2023-05-29 20:39:46

專利名稱：葉片單元機的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有定子和轉子的葉片單元機，轉子具有設置在導向體中的可替換的葉片，所述葉片支承在定子的內部並且和轉子、定子和側壁一起在轉子的每個軸向端部建立工作腔邊界。
背景技術：
這樣的葉片單元機例如是用作反滲透系統迴路中的壓力變換器之前或之後的放大泵。在反滲透系統中，水例如海水通過薄膜泵出，然後在薄膜的出口側得到靜化的或淡化的水。在這樣的機器中，轉子相對於定子旋轉，在每次旋轉過程中高壓在工作腔中至少佔到一次支配地位，因此必須保證葉片單元機對於內部和外部是密封的。內部洩漏將降低效率。無論如何也不希望出現外部洩漏。因此，轉子和側壁必須以一定的力對彼此施壓，以將內部洩漏保持得儘可能地小。然而，這個力也不允許太大，因為在側壁和轉子之間的摩擦由此將導致太大的磨損。

發明內容
本發明基於這樣的任務，即提供一種具有良好的內部密封性和低磨損的葉片單元機。利用在前序部分提及的葉片單元機，該任務這樣解決，在徑向內部區域，側壁包括插入物，該插入物可在側壁中軸向地活動，並且具有軸向內部和軸向外部的壓力施加表面。利用該實施例，側壁被分成兩個元件，即插入物和圍繞該插入物的元件。然後插入物在側板中形成某種活塞，所述活塞可在轉子的方向或者在相反的方向移動。在這一點上，位移力遵循沿軸向內部和軸向外部作用在兩個壓力施加表面上的壓力。當壓力施加表面和作用在它們之上的壓力因此彼此適應時，可以獲得液壓平衡，因此插入物和轉子利用選擇的力彼此施壓，因此在一方面可以獲得令人滿意的密封，在另一方面可以保持低磨損。優選的是，側壁作為板製造。板是相對容易地製造的。當插入物插入到板中時，組裝的板可以作為一個單獨的元件與定子組裝。在功能方面，則具有插入物的板形成定子的一部分。可替換地，側壁可以形成在葉片單元機的殼體中。在這種情況下，除了插入物之外不需要其他的元件，這在安裝過程中對於精度也具有積極效果。需要安裝部件的數量越少，因為公差的緣故，則可能產生的誤差也越少優選的是，在定子和插入物之間設置密封環。該密封環，例如O型環，朝向外部地密封插入物。該密封環可以設置在凹槽中，以明確地限定它的位置。密封環設置在一位置，其中鄰接的部件不會相對於彼此移動。這樣，密封環提供了一種簡單的方式，防止大量的流體從定子洩漏到外部。優選的是，密封環設置在轉子的徑向位置，在此由密封環徑向外部的流體的壓力導致的力與由面向轉子的插入物一側上的流體的壓力導致的力一樣大。這些力不必完全地平衡。徑向向內作用的力可以比徑向向外作用的力稍微大一些。密封環徑向向內地密封。在密封環的徑向外部，流體可存在於定子和插入物之間。在插入物的相對側，流體可以通過在轉子和插入物之間的間隙徑向向內地進一步滲入。然而，在這些間隙，流體的壓力從外部向內部徑向地減弱。現在，密封環的位置可以確定，因此位於插入物上的壓力施加表面在徑向外部比徑向內部更小。在這一點上，壓力施加表面在徑向延伸，並且遭受沿軸向作用的壓力。那麼，在壓力施加表面的尺寸之間的關係可以選擇，因此沿徑向減弱的壓力作用在軸向的插入物內部的相對較大的壓力施加表面上。簡單地表述，當考慮軸向截面時，穿過插入物軸向外部表面的壓力的整體近似地與穿過插入物軸向內部的壓力施加表面的壓力的整體一樣大。優選的是，插入物包括軸向延伸部分，其形成軸承，該軸承用於與轉子連接的軸。這樣，可以形成插入物，因此同時它形成用於轉子的軸的軸承。因此軸封可以設置在轉子的軸和插入物之間。在這種情況下，壓力可以軸向地作用在插入物的完全的軸向延伸部分的內部。優選的是，延伸部分包括臺階，其形成用於密封環的支承面。同時，臺階則限定密封環的徑向位置。優選的是，插入物設置在側壁的中心凹座中，並且包括一偏心孔，轉子引導通過該孔。當轉子具有軸時，該軸當然地引導通過插入物的偏心孔。在葉片單元機中，轉子的每次旋轉帶有葉片的一個工作行程，安置葉片的定子內部可以具有空心圓柱體的形狀。仍然是為了實現葉片徑向的延伸和收縮運動，轉子被偏心地支撐，即在每次旋轉的過程中，轉子的圓周上的一個點接近定子的內部並且又遠離定子的內部。該偏心結構容易地通過插入物實現。這樣的實施例具有更多的優點，它容易地保證葉片可以始終用它們的前部安置在圍繞插入物的元件上。因此，葉片和該元件可以在材料方面彼此適應，以這樣的方式保持磨損儘可能的小。


在下面，將結合附圖根據優選的實施方式描述本發明，其中顯示的是:圖1是示意性的穿過葉片單元機的縱向截面，圖2是根據圖1的I1-1I截面，圖3是穿過葉片單元機的改進的實施方式的部分剖面，圖4(a_c)是根據圖3的插入物的放大視圖，圖5是解釋了在插入物上的壓力分布的示意圖，圖6是根據圖5的用於不同的實施方式的簡化的視圖，和圖7是根據圖1的改進的實施方式。
具體實施例方式葉片單元機I包括定子2，其中轉子3被可旋轉地支撐。轉子連接到軸4，S卩，當葉片單元機I製造為泵時，連接到未詳細顯示的驅動電機。當葉片單元機I作為電機工作時，輸出可以在軸4獲取。
轉子3由第一材料製造，優選的是鋼。在轉子3中，幾個葉片5在圓周方向分布，每個葉片包括由不同於第一材料的第二材料製造的外殼7圍繞的鋼核6，第二材料優選的是塑料，其與轉子3的鋼材料無摩擦地相互作用。定子2也由第一材料製造，優選的是鋼。當葉片單元機I也利用水操作時，外殼7也與定子2的材料無摩擦地相互作用。在下面的描述中，鋼用作第一材料，而塑料用作與鋼無摩擦地相互作用的第二材料。用於外殼7的材料可以從高抗性熱塑性塑料材料的組中，所述的組以下述材料為基礎聚芳醚酮，尤其是聚醚醚酮、聚醯胺、聚縮醛類、聚芳醚、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚碸、聚醚碸、聚醚醯亞胺、聚醯胺系列、聚丙烯酸酯、石炭酸樹脂例如酚醛清漆樹脂、和玻璃、石墨、聚四氟乙烯或碳，尤其是如纖維，可以被用作填料。對於每個葉片，轉子3具有導向體8。每個導向體8具有兩個大體上徑向擴展和軸向延伸的壁9、10，其間葉片5在徑向引導(相對於轉子的旋轉軸)。在葉片5的徑向內部，腔11設置在導向體中，流體通過在葉片5和壁9、10之間的間隙進入所述腔。如圖2所示，轉子3具有偶數數量的葉片5。在任意兩個直徑相對的葉片5之間，放置杆12。杆12也是由摩擦降低塑料製造的。杆12的尺寸這樣設置，因此直徑相對的葉片5支承在轉子3的內部13。可以允許小的公差以避免堵塞。在圓周方向任意兩個彼此靠近的葉片5界限出腔14。如圖2所示，腔14的容積在轉子的旋轉過程中在定子2的內部變化，如從葉片單元機已知的。腔14必須在它們的軸向前部固緊。為此，側壁15形成在葉片5的每個前部。在當前的例子中，側壁15在一板16形成。板16由鋼製造，因此葉片5及其外殼7可沿著板16摩擦。因為外殼7的塑料材質，在此產生相對低摩擦的運動。插入物17插入到板16中。至少在其表面上，插入物由第三材料製造，其可以與第二材料相同。這樣，在此插入物17的表面也由摩擦降低塑料製造。插入物17支承在轉子3的前部區域18上。插入物17插入到板16的中心孔19中。插入物17包括偏心孔20，轉子3引導通過該孔。因此，可以設置板16與插入物17的尺寸，因此完整的旋轉過程中，葉片5及其外殼7僅僅支承在板16上，即在鋼上，而轉子3及其前部側區域18僅僅支承在插入物17上，即在塑料上。僅僅在葉片5的徑向內端區域中，在葉片5和插入物17之間可能產生輕微的重疊，然而，這是不關鍵的，因為這是很小的。利用該實施方式，它可以保證摩擦始終僅僅在這樣的部件之間產生，其中一個具有鋼的表面，而另一個具有摩擦降低塑料的表面，例如PEEK。可能的是，壓力下的流體可以軸向地滲入到板16和插入物17之間的外部。因此，O型環22 (或類型的密封)可以設置在插入物17和前部殼體部件21之間。這樣O型環22可以具有軸向和/或徑向的預加拉應力，因此它在小壓力中已經固緊，例如避免在啟動過程中的洩漏。O型環的位置將在下文中解釋。轉子3具有幾個軸向地延伸貫穿的通道25，其保證在軸向轉子端部之間的壓力平衡。插入物17可相對於板16沿軸向活動，即形成某種"活塞"。分開為插入物17和板16也簡化了製造方式。這樣，板16和插入物17可以由平坦的平行表面製造。插入物17可以比板16稍微厚一些。圖3顯示了稍微改進的實施例，其中相同的元件具有相同的附圖標記。圖4單獨顯示了插入物17，即在圖4a的正視圖、圖4b的根據圖4a的截面A-A和圖4c的側視圖中。插入物17現在在軸向延伸並且形成用於轉子3的軸承23。因此，在轉子3(鋼)和在其圓周表面上的軸承23 (PEEK)之間的兩種材料這樣製造，因此在此處產生無摩擦的狀態。O型環的位置根據圖5解釋。相同的和功能相等的元件具有與圖1-4中相同的附圖標記。在此，轉子3和軸4整體地製造。然而，軸4也可以作為一個單獨的部件製造。在插入物17和殼體部分21之間形成間隙25。進一步地，間隙26設置在轉子3和插入物17之間。間隙25可以比間隙26稍微大一些。在間隙25中設置了 O型環22，因此它保證在壓力較小狀態下間隙25可以始終保持開啟。在間隙25中，插入物17具有第一壓力施加表面27。在間隙26中，插入物17具有第二壓力施加表面28。第一壓力施加表面27通過O型環22界定徑向內部。基本上，第二壓力施加表面28通過軸4或者密封軸4的軸封29界定。由此可見，第二壓力施加表面28比第一壓力施加表面27更大。在壓力施加表面27、28之間的關係可以通過O型環22的位
置確定。在殼體部分21和插入物17之間的間隙25中，高壓佔統治地位，如箭頭30表示。該壓力在徑向是常量，這通過所有箭頭30都具有相同長度這一事實表示。在間隙26中，高壓也佔主導地位，這通過箭頭31表示。由於在轉子和插入物17之間允許小流量，壓力從徑向外部朝向徑向內部減弱。這通過徑向向內的箭頭具有減少的長度的事實表示。現在兩個壓力施加表面27、28的尺寸這樣設置，因此第一壓力施加表面27和恆定的壓力(箭頭30)的積近似地等於第二壓力施加表面28和在間隙26中的下降的壓力的積。利用這個尺寸，它可以獲得跨過插入物17產生的液壓平衡。由於插入物在板16中是可以軸向活動的，插入物17相對於轉子的位置可以調整，因此獲得最大的緊密度(tightness)，而同時也保持低磨損。然而，插入物17相對於側板16的活動是非常小的。插入物17和板16作為兩個單獨的部件製造，因此由板16和插入物17製造的側板可以利用平坦的平行表面製造。圖6顯示了具有臺階24的插入物17的對應的實施方式。此外，在此間隙25也存在於殼體部件21和插入物17之間，並且間隙26存在於插入物17和轉子3之間。第一壓力施加表面17小於第二壓力施加表面18,而第一壓力施加表面27徑向地朝向內部通過O型環22界限。臺階24限定O型環22的位置。在根據圖5的實施方式中，凹槽32用來定位。另外，箭頭30、31表不了在間隙25中作用於第一壓力施加表面27的壓力在徑向是常量、以及在間隙26中作用於壓力施加表面28的壓力從徑向外部朝向徑向內部減弱。圖7顯示了根據圖1改進的實施方式的示意圖。相同的和功能相等的部件具有相同的附圖標記。
在該實施方式中，插入物17直接設置在前部殼體部件21中，即在插入物17的徑向外部，前部側殼體部件21也起到板16的作用。在該實施方式中，在插入物17和前部側殼體部分之間的O型環21不是絕對必需的。因此，為了清楚起見，在圖7中沒有顯示O型環。當然，它可以仍然在那裡。則該O型環可以充當"彈簧"，用於在啟動過程中產生在插入物17上的初始壓力，因此在啟動過程中插入物17已經壓靠在轉子3的相應的表面上。然而，這樣的力也可以以不同的方式產生，例如依靠在插入物17和前部殼體部件21之間的彈簧。
權利要求
1.葉片單元機(I)，具有定子(2)和轉子(3)，轉子帶有設置在導向體(8)中的徑向可移動的葉片(5)，所述葉片(5)支承在定子(2)的內部，並且和轉子、定子(2)和側壁(15)一起在轉子(3)的每個軸向端部建立工作腔(14)邊界，其特徵在於，在徑向內部區域，側壁(15)包括插入物(17)，該插入物可在側壁(15)中軸向地活動，並且具有軸向內部和軸向外部的壓力施加表面(27，28)。
2.根據權利要求1所述的葉片單元機，其特徵在於，側壁(15)製造為板(16)。
3.根據權利要 求1所述的葉片單元機，其特徵在於，側壁(15)形成在葉片單元機(I)的殼體(21)中。
4.根據權利要求1-3任一項所述的葉片單元機，其特徵在於，密封環(22)設置在定子(2)和插入物(17)之間。
5.根據權利要求4所述的葉片單元機，其特徵在於，密封環(22)設置在轉子(3)的徑向位置，在此由密封環(22)徑向外部的流體的壓力導致的力與由朝向轉子(17)的插入物一側的流體的壓力導致的力一樣大。
6.根據權利要求1-5任一項所述的葉片單元機，其特徵在於，插入物包括軸向延伸部分，其形成軸承(23)，該軸承用於與轉子(3)連接的軸(4)。
7.根據權利要求6的葉片單元機，其特徵在於，延伸部分包括臺階(24)，該臺階形成用於密封環(22)的支承面。
8.根據權利要求1-7任一項所述的葉片單元機，其特徵在於，插入物(17)設置在側壁(15)的中心凹座(19)中，並且包括一偏心孔(20)，轉子(3)引導通過該偏心孔。
全文摘要
本發明涉及葉片單元機(1)，該葉片單元機具有定子(2)和轉子(3)，轉子帶有設置在導向體(8)中的徑向可替換的葉片(5)，所述葉片(5)支承在定子(2)的內部，並且和轉子、定子(2)和側壁(15)一起在轉子(3)的每個軸向端部建立工作腔(14)邊界。它致力於提供一種葉片單元機，其具有良好的內部密封，其中依然保持低磨損。為了這個目的，在徑向內部區域側壁(15)包括插入物(17)，該插入物可在側壁(15)中軸向地活動，並且具有軸向內部和軸向外部的壓力施加表面(27，28)。
文檔編號F04C2/344GK103075338SQ201210597600
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月25日 優先權日2011年10月25日
發明者H·C·彼得森, O·T·漢森, L·馬藤森, P·奧爾森, E·豪加德 申請人:丹佛斯公司