САМОЗАКРЕПЛЯЮЩИЙСЯ КОРПУС СТАТОРА
SELF-ATTACHING STATOR CASING

Изобретение относится к кожуху статора одновинтового насоса, имеющего эластомерную внутреннюю часть статора, также называемую обоймой. Кроме того, изобретение относится к сегменту кожуха для такого кожуха статора, к одновинтовому насосу с таким кожухом статора и к способу изготовления статора.
Одновинтовой насос состоит по существу из расположенного с возможностью вращения в статоре спирального ротора, который вращается вокруг его продольной оси, расположенной эксцентрически относительно оси статора. Обращенная к ротору сторона статора имеет, по меньшей мере, двухзаходную, соответствующую форме ротора винтообразную форму с удвоенным шагом резьбы. При этом свободное пространство статора в поперечном сечении образует прямоугольную поверхность с двумя примыкающими к ее лежащим напротив друг друга сторонам полукруглыми поверхностями, диаметр которых соответствует диаметру формы ротора. Между ротором и статором, таким образом, образуются несколько равновеликих камер, в которых перекачиваемый продукт перемещается за счет различных шагов резьбы ротора и статора в аксиальном направлении через статор. Как правило, ротор состоит из износостойкого материала, такого, например, как сталь, а статор - из упругого материала, такого как, например, резина.
При этом эластомерная внутренняя часть статора на практике зачастую снабжена стальным кожухом, например, в результате завулканизировывания резиноподобного материала в кожух. Статор подлежит обусловленному его материалом сравнительно интенсивному износу, из-за чего периодически требуется замена статора и, соответственно, кожуха статора. В прошлом предпринимались неоднократные попытки поиска решения, позволяющего свести необходимые для замены работы по обслуживанию к возможному минимуму.
Например, в DE 102008021920 А1 предложен одновинтовой насос, выполненный, по меньшей мере, со статором из упругого материала и с расположенным в статоре ротором, в котором статор снабжен перекрывающими друг друга сегментными планками, которые полностью закрывают статор.
Одновинтовой насос с кожухом статора, выполненным из соединенных друг с другом с геометрическим замыканием сегментов, раскрыт в DE 3312197 А1. При этом соединение с геометрическим замыканием производится посредством разновидности пазогребневого соединения.
Является, однако, желательным предоставление такого состоящего из сегментов кожуха статора, в котором можно прикреплять и удалять сегменты особо просто и с незначительными затратами времени. При этом сегменты должны сами по себе, прежде всего без использования иных стабилизирующих вспомогательных элементов, придавать статору необходимую жесткость. Однако известные решения вышеуказанной разновидности подходят для этого в недостаточной мере.
Поэтому в основе изобретения лежит цель предоставления кожуха статора ранее упомянутой разновидности и способа изготовления такого кожуха статора, который позволяет уменьшить издержки на работы по обслуживанию.
Эта цель достигнута признаками пунктов 1, 8, 15 и 16 формулы изобретения.
Предлагаемый в изобретении кожух статора одновинтового насоса, имеющего эластомерную внутреннюю часть статора, образован несколькими чашевидными сегментами и отличается тем, что соседние в продольном направлении кожуха статора сегменты кожуха расположены со смещением по отношению друг к другу вокруг продольной оси кожуха статора, причем каждый сегмент кожуха имеет соединительные средства, и по меньшей мере четыре сегмента кожуха разъемно сцеплены друг с другом, сегменты кожуха зажаты в одновинтовом насосе и образуют составной кожух. Для этого, в частности, позиционирующие средства с торцевой стороны выполнены согласно изобретению в форме зуба.
При этом изобретение исходит из соображения, что благодаря использованию состоящего не только из одной части кожуха статора замена статора является сравнительно простой и требует меньше времени. При этом сегменты кожуха должны быть освобождаемы и вновь прикрепляемы без использования дополнительного рабочего органа. С другой стороны, однако, простота сборки-разборки кожуха по возможности не должна идти в ущерб существенным функциям кожуха статора, в частности функции кожуха как силовой конструкции, придающей статору необходимую жесткость.
Это достигнуто, прежде всего, за счет того, что отдельные сегменты кожуха совместно окружают статор, причем сегменты кожуха разъемно соединены друг с другом, и по меньшей мере четыре сегмента кожуха образуют устойчивую составную конструкцию кожуха. Для этого каждый сегмент кожуха оснащен соединительными средствами, которые, предпочтительно, служат одновременно также как позиционирующие средства и делают возможным заданное расположение сегментов кожуха по отношению друг к другу. Предпочтительно, соединительные средства с этой целью имеют сопряженные друг с другом формы таким образом, что оснащенный позиционирующим средством сегмент зацепляет соседний сегмент, и таким образом образуется соединение с геометрическим или с геометрическим и силовым замыканием. Для этого смежные друг другу в продольном направлении статора сегменты кожуха расположены со смещением по отношению друг к другу вокруг продольной оси статора.
Фиксация сегментов кожуха путем их зажатия в одновинтовом насосе технически выгодна тем, что при зажатии сегментов кожуха на них воздействует осевой силовой компонент, т.е. осевая составляющая силы, которая порождает радиальный силовой компонент, с получением составного кожуха. В частности, радиальный силовой компонент прижимает соединительные средства соседних сегментов кожуха друг к другу, в результате чего сегменты кожуха самостоятельно удерживаются в разъемном соединении друг с другом. Полученный таким образом кожух статора может быть просто и быстро демонтирован.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается, в частности, в снижении трудозатрат и затрат времени при обслуживании одновинтового насоса в эксплуатации, в частности при замене статора, благодаря тому, что сегменты кожуха могут быть разъемно соединены путем зажатия, что позволяет собрать из сегментов вокруг эластомерной внутренней части статора прочный и устойчивый кожух, который легко демонтируется с внутренней части статора, например, для замены последней вследствие ее износа.
Для дополнительного противодействия сползанию или полному отделению сегментов кожуха они снабжены в области соединения элементами, за счет которых возможно запирание, посредством того, что по меньшей мере два соответствующих элемента двух соседних сегментов кожуха образуют запорное средство. В таком случае, в аксиальном направлении сегменты кожуха могут быть закреплены посредством стяжного устройства, вследствие чего, в конце концов, может быть достигнута собственная жесткость кожуха статора и, таким образом, также необходимая жесткость статора.
Предпочтительно, соседние в продольном направлении кожуха статора сегменты кожуха расположены по отношению друг к другу со смещением 90° вокруг продольной оси кожуха статора. За счет этого достигнуто особо эффективное взаимное соединение сегментов кожуха за счет того, что сегменты кожуха окружают статор подобно петлям. При таком расположении на периметре статора распределены, предпочтительно, два сегмента кожуха, к которым присоединена соседняя в продольном направлении статора пара сегментов, расположенная со смещением на 90° вокруг продольной оси статора. В области соединения пар статор окружен за счет входящих в зацепление позиционирующих средств, не только двумя сегментами кожуха, а в целом, четырьмя сегментными участками.
Для эффективного выполнения статора кожух статора содержит по меньшей мере четыре сегмента кожуха. За счет этого достигнуто, что взаимная связь сегментов кожуха друг с другом улучшена за счет образования петельчатого соединения с четырьмя местами соединения.
Предпочтительно, по всему периметру статора распределены по меньшей мере шесть сегментов кожуха. В качестве выгоды при этом может рассматриваться то, что при относительно большом статоре не требуются также неизбежно соответственно большие сегменты кожуха. Дальнейшее преимущество получается из того, что свободнонесущая длина сегмента кожуха укорачивается. Под «свободнонесущей длиной» следует понимать свободную длину сегмента кожуха. Чем больше свободнонесущая длина сегментов кожуха, тем больше опасность деформации сегментов кожуха в процессе функционирования одновинтового насоса. Вследствие перемещения ротора возникают действующие радиально наружу силы, которые могут привести к нагрузке на изгиб сегментов кожуха.
Величина сегментов кожуха относительно покрытой сегментом поверхности статора может отличаться от сегмента к сегменту. Прежде всего, сегменты кожуха могут иметь различные длины. Например, в состоящем в целом из шести сегментов кожуха кожухе статора два относительно больших сегмента кожуха распределены по периметру статора центрально, и в каждом случае два относительно малых сегмента кожуха расположены на торцевых сторонах.
Предусмотренное в качестве возможного дополнительного стопорящего средства запорное средство, предпочтительно, образовано посредством входящих в зацепление соединительных средств сегментов кожуха. Выгодным в этом варианте осуществления является то, что соединительные средства, наряду с их функцией по образованию устойчивой составной конструкции кожуха и выравнивания при необходимости сегментов кожуха по отношению друг к другу, образуют также стопорное устройство.
Кроме того, может быть выгодным снабжать кожух статора радиально простирающимися на его внешней стороне структурными элементами. Возможна экономия материала и веса без причинения статору существенного ущерба в его жесткости за счет того, что структурные элементы образуют полости. В структурных элементах могут быть предусмотрены выемки для приема зажимного элемента. С помощью простирающегося в продольном направлении статора зажимного элемента сегменты кожуха зажимаются между крепежным фланцем и корпусом насоса.
Для закрепления кожуха статора на эластомерной внутренней части статора в продольном направлении этот компонент статора может быть снабжен также удерживающими элементами. Например, удерживающие элементы выполнены в виде концевых выступов. Прежде всего, для этого торцевые концы эластомерной внутренней части статора снабжены буртиком. Кроме того, расположенные с торцевой стороны статора сегменты кожуха могут иметь принимающую буртик форму. Такой вариант осуществления статора выгодным образом допускает, вопреки закреплению со стороны буртика, некоторую осевую подвижность эластомерной внутренней части статора.
Для воспрепятствования вращению эластомерного компонента статора в кожухе статора в процессе функционирования насоса вследствие перемещения ротора, статору может быть придана форма многоугольника, который в таком случае окружен кожухом статора также в форме многоугольника.
Сегменты кожуха для кожуха статора согласно изобретению снабжены с торцевой стороны выполненными, предпочтительно, в форме зуба соединительными средствами, причем по меньшей мере одна боковая стенка зуба простирается винтообразно. За счет этого отдельные сегменты кожуха могут быть закреплены на статоре и позиционированы друг относительно друга особо простым образом. Для этого позиционирующие средства имеют сопряженный друг с другом формы таким образом, что в каждом случае между двумя соединительными средствами одного сегмента может быть принято с геометрическим замыканием соединительное средство соседнего сегмента. Соединительные средства, таким образом, служат одновременно также в качестве позиционирующих средств.
За счет равным образом сопряженной винтообразной формы двух противостоящих боковых стенок зуба, тем самым посредством разновидности поднутрения, образуется запорное средство.
Дополнительное запорное средство, как оно уже описано выше, может быть создано посредством того, что два соседних сегмента кожуха имеют, с одной стороны, один или несколько выступов, которые, с другой стороны, противостоят размещенным на соседнем сегменте приемным устройствам, которые служат в качестве запорных элементов.
Согласно предпочтительному варианту осуществления боковые стенки зубьев соединительных средств простираются винтообразно в области выемки. Прежде всего, в варианте осуществления с более чем четырьмя расположенными на периметре статора сегментами кожуха монтаж и демонтаж сегментов кожуха вследствие этого упрощен. Например, соединительные средства соседних на периметре статора сегментов кожуха не имеют каких-либо винтообразных боковых стенок зубьев, напротив, боковые стенки зубьев соседних в продольном направлении статора соединительных средств сегментов кожуха простираются винтообразно.
Предпочтительно, соединительные средства образованы посредством выходящей в продольном направлении кожуха статора в оконечность сегмента статора V-образной или U-образной выемки. За счет этого сегменты кожуха имеют с торцевой стороны в каждом случае два выполненных в форме зуба соединительных средства. При этом в каждом случае входящие в зацепление друг с другом соединительные средства выполнены таким образом, что соединительные средства имеют сопряженную выемке форму, прежде всего выемкам соседних сегментов кожуха, которые являются либо V-образными, либо U-образными.
Наиболее предпочтительной является, когда выемка в сегменте кожуха размещена вдоль части простирающейся радиально от его внешней стороны структуры. Вследствие этого получена расширенная по сравнению с толщиной стенки кожуха статора контактная поверхность противостоящих соединительных средств и, соответственно, противостоящих сегментов кожуха. Жесткость кожуха статора может быть, таким образом, еще более увеличена.
Для изготовления предлагаемого в изобретении статора, зажимаемого в одновинтовом насосе и имеющего эластомерную внутреннюю часть, окруженную несколькими чашевидными сегментами кожуха, соседние в продольном направлении кожуха статора сегменты кожуха располагают со смещением по отношению друг к другу вокруг продольной оси кожуха статора и по меньшей мере четыре сегмента кожуха посредством зажатия подвергают воздействию осевым силовым компонентом, причем сегменты кожуха располагаются в зацеплении друг с другом, вследствие чего формируется радиальный силовой компонент и образуется составной кожух.
Радиальный силовой компонент возникает за счет особой соответствующей изобретению формы соединительных средств. Благодаря винтообразной форме торцовых поверхностей контактные поверхности соединительных элементов прижимаются друг к другу таким образом, что, как и в случае наклонных плоскостей, возникающий под действием осевой силы радиальный силовой компонент прижимает соединительные средства соседних сегментов кожуха, и сегменты кожуха образуют жесткую составную конструкцию.
Достигнутые изобретением преимущества состоят, прежде всего, в том, что чашевидные сегменты кожуха могут быть самоудерживающимся образом особо просто закреплены на статоре с образованием после закрепления надежного кожуха статора. При необходимости статор, который, как уже описано, подвержен сравнительно интенсивному износу, может быть заменен с незначительными издержками. Вследствие того, что при объединении сегментов кожуха между соседними сегментами кожуха образуются действенные перекрестные связи, создается устойчивая и прочная составная конструкция для построения кожуха статора.
Варианты осуществления данного изобретения описаны иллюстративным образом со ссылками на приложенные чертежи.
На них схематически показано:
Фиг. 1 - статор с кожухом статора, содержащим четыре чашевидных сегмента кожуха,
Фиг. 2 - сегмент кожуха статора согласно фиг. 1,
Фиг. 3 - два соседних в продольном направлении кожуха статора сегмента кожуха, которые расположены со смещением на 90° вокруг продольной оси кожуха статора,
Фиг. 4 - разобранное представление одновинтового насоса со статором, содержащим шесть чашевидных сегментов кожуха, причем два относительно больших сегмента кожуха распределены по периметру статора центрально, и в каждом случае два относительно малых сегмента кожуха расположены на торцевых сторонах, и
Фиг. 5 - одновинтовой насос, как показан на фиг. 4, с зажатыми сегментами кожуха.
Одинаковые компоненты снабжены на всех чертежах одинаковыми ссылочными обозначениями.
Фиг. 1 показывает статор 2 одновинтового насоса 4, который по его периметру окружен равновеликими чашевидными сегментами 6 кожуха, которые образуют кожух 8 статора. Вследствие формы выполнения сегментов 6 кожуха согласно изобретению, они расположены на внешней стороне эластомерной внутренней части 9 статора. Она состоит из резиноподобного материала с упругими свойствами, тогда как кожух 8 статора изготовлен из металлического материала. Эластомерная внутренняя часть 9 статора снабжена на ее торцовых концах выполненными в виде буртика 10 выступами, к которым на торцевых сторонах присоединяется кожух 8 статора, причем кожух статора 8 удержан в продольном направлении между буртиками 10 и зажат за счет упругих свойств внутренней части 9 статора.
Кроме того, кожух 8 статора снабжен радиально простирающимися от его внешней стороны структурными элементами 12, которые окружают кожух 8 статора подобно ребрам или подобно перемычкам. При этом простирающиеся продольно структурные элементы 12 служат, прежде всего, для обеспечения достаточной жесткости кожуха 8 статора, а простирающиеся по периметру структурные элементы 12 - по существу для восприятия действующих в статоре сил давления. В области мест 14 соединения сегментов 6 кожуха, структурные элементы 12 сегмента 6 образованы в каждом случае совместно с соседним сегментом 6.
Поскольку сегменты 6 кожуха зажимаются по длине кожуха 8 статора, для приема зажимного элемента 28 в структурных элементах 12 предусмотрены выемки 30.
Отдельный сегмент 6 кожуха статора согласно фиг. 1 с простирающимся в продольном направлении на конце кожуха 8 статора V-образной выемкой 16 и со свободнонесущей длиной L представлен на фиг. 2. Образованные таким способом два подобных зубьям соединительных средства 18 имеют простирающуюся винтообразно боковую стенку 20 зуба с поверхностью прилегания, закрученной вокруг ее продольной оси. Начало 22 выемки представляет собой одновременно начало боковых стенок 20 зуба. Оттуда выступает в выемку продлевающий внутреннюю поверхность сегмента 6 кожуха и выполненный в виде запорного элемента 24 выступ. В концевой области соединительного средства 18 на подобной зубу вершине для этого размещена сопряженная запорному элементу 24 выемка 26. Концы соединительных средств 18 притуплены, главным образом, для противодействия их зажиманию в соседнем сегменте 6 кожуха.
Запорный элемент 24 и выемка 26 образуют, с одной стороны, дополнительное запорное средство, однако, с другой стороны, служат для компенсации производственных допусков при изготовлении сегментов 6 кожуха.
Как представлено на фиг. 3, соседние в продольном направлении сегменты 6 кожуха в кожухе 8 статора, как он показан на фиг. 1, расположены со смещением 90° по отношению друг к другу относительно продольной оси. Внутренняя сторона сегментов 6 кожуха, также как и внешняя сторона не представленной здесь эластомерной внутренней части 9 статора, выполнена в форме многоугольника. Оба сегмента 6 кожуха образуют со стороны соединения посредством простирающихся винтообразно поверхностей 20 соединительных средств 18 и, дополнительно, посредством образующих запорное средство запорного элемента 24 и выемки 30, составной кожух статора. Благодаря соединительным средствам 18 сегменты 6 кожуха могут быть соединены особо просто и надежно без помощи вспомогательных средств. При этом величина поверхности боковой стенки 20 зуба также играет важную роль. Поскольку толщина стенки кожуха 8 статора для экономии веса и материала является, по сравнению с величиной сегментов 6 кожуха, скорее незначительной, поверхность 20 должна быть по возможности больше, чем толщина стенки. Это достигнуто посредством того, что выемка 16 на сегментах 6 кожуха размещена вдоль структурного элемента 12. За счет увеличения поверхности 20, кроме прочего, усилено запирающее действие соединительных средств 18.
Одновинтовой насос 4, выполненный, в общей сложности, с шестью чашеобразными сегментами 6 кожуха, показан на фиг. 4. В этом варианте осуществления в каждом случае два укороченных сегмента 6а, 6b кожуха расположены на конце кожуха 8 статора, причем расположены, с одной стороны, на крепежном фланце 32 и, с другой стороны, на корпусе 34 насоса. Центрально, между укороченными сегментами 6а, 6b кожуха, два относительно больших сегмента 6 кожуха окружают внутреннюю часть 9 статора.
Фиг. 5 показывает смонтированный к состоянию готовности одновинтовой насос 4, который уже представлен на фиг. 4, с зажатым между корпусом 34 насоса и фланцем 32 посредством зажимных элементов 28 статором 2. Зажимные элементы 28 простираются при этом в продольном направлении кожуха 8 статора, вследствие чего все структурные элементы 12 снабжены вдоль зажимных элементов 28 выемками 30. В этом варианте осуществления в качестве зажимных элементов служат металлические штанги 28, концы которых снабжены метрической винтовой резьбой. За счет навинчивания и зажатия крепежных гаек 36 отдельные сегменты 6 кожуха закрепляются, и образуют вокруг эластомерной внутренней части 9 статора стабильный кожух 8.
Одновинтовой насос 4 специально приспособлен к простому и экономящему время монтажу и демонтажу кожуха 8 статора для поддержания издержек на замену эластомерной внутренней части 9 статора по возможности малыми. Особо выгодным является то, что благодаря соответствующему изобретению - построению кожуха 8 статора посредством того, что кожух статора 8 образован из нескольких самоудерживающихся и самоцентрирующихся сегментов 6 кожуха, - сегменты 6 кожуха могут быть закреплены, без помощи дополнительных вспомогательных средств и без специальных знаний, на эластомерной внутренней части 9 статора, а также могут быть вновь сняты при необходимости. Также изготовление и ремонт такого кожуха 8 статора относительно малозатратны, поскольку сегменты 6 кожуха в кожухе 8 статора, выполненном, например, как показано на фиг. 1, с четырьмя равновеликими расположенными на периметре внутренней части 9 статора сегментами 6 кожуха, являются идентичными в их форме.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
2 - статор
4 - одновинтовой насос
6 - сегмент кожуха
8 - кожух статора
9 - внутренняя часть статора
10 - буртик
12 - структурный элемент
14 - место соединения
16 - V-образная выемка
18 - соединительное средство/позиционирующее средство
20 - боковая стенка зуба (винтообразная)
22 - начало боковой стенки зуба
24 - запорный элемент
26 - выемка для запорного элемента
28 - зажимной элемент
30 - выемка для зажимного элемента
32 - крепежный фланец
34 - корпус насоса
36 - крепежная гайка
L - свободнонесущая длина