НАСОС, ОБЪЕДИНЕННЫЙ С ДВУМЯ ПЕРВИЧНЫМИ ПРИВОДАМИ, ПРИВОДИМЫМИ В ДЕЙСТВИЕ НЕЗАВИСИМО ДРУГ ОТ ДРУГА (ВАРИАНТЫ), И СПОСОБ РАБОТЫ НАСОСА (ВАРИАНТЫ)
PUMP COMBINED WITH TWO PRIMARY DRIVES DRIVEN INDEPENDENTLY FROM EACH OTHER (EMBODIMENTS), AND METHOD OF PUMP OPERATION (EMBODIMENTS)

Область техники
Изобретение относится, в общем, к насосам и способам перекачивания с помощью этих насосов и, в частности, к насосам, в которых используют два устройства для перемещения текучей среды, каждое из которых объединено с первичным приводом, который приводится в действие независимо.
Предшествующий уровень техники
Насосы, которые перекачивают текучую среду, могут иметь различные конструкции. Например, шестеренчатые насосы являются объемными насосами (или насосами с постоянным рабочим объемом), т.е. они перекачивают постоянное количество текучей среды за один оборот, и они особенно пригодны для перекачивания текучих сред с высокой вязкостью, таких как сырая нефть. Шестеренчатые насосы обычно содержат корпус (или кожух), имеющий полость, в которой расположена пара шестерен, одна из которых известна как ведущая шестерня и приводится в движение ведущим валом, прикрепленным к внешнему приводу, такому как двигатель или электродвигатель, и другая шестерня известна как ведомая шестерня (или паразитная шестерня), которая входит в зацепление с ведущей шестерен. Шестеренчатые насосы, в которых одна шестерня является шестерней внешнего зацепления, и другая шестерня является шестерней внутреннего зацепления, именуются как шестеренчатые насосы с внутренним зацеплением. Шестерня внутреннего зацепления или шестерня наружного зацепления является ведущей или ведомой шестерен. Обычно оси вращения шестерен в шестеренчатом насосе с внутренним зацеплением смещены, и шестерня с наружным зацеплением имеет меньший диаметр, чем шестерня с наружным зацеплением. Как вариант, шестеренчатые насосы, в которых обе шестерни являются шестернями с наружным зацеплением, именуются как шестеренчатые насосы с наружным зацеплением. В шестеренчатых насосах с наружным зацеплением обычно используют прямозубые, косозубые или шевронные шестерни, в зависимости от заданного применения. Шестеренчатые насосы с наружным зацеплением по существующему уровню техники содержат одну ведущую шестерню и одну ведомую шестерню. Когда ведущая шестерня, прикрепленная к ротору, приводится во вращение двигателем или электродвигателем, ведущая шестерня входит в зацепление и поворачивает ведомую шестерню. Это вращательное движение ведущей и ведомой шестерен перемещает текучую среду от впуска насоса к выпуску насоса. В вышеупомянутых насосах по существующему уровню техники устройство для перемещения текучей среды состоит из двигателя или электродвигателя и пары шестерен.
Однако когда зубья шестерен устройств для перемещения текучей среды входят в зацепление друг с другом, так чтобы ведущая шестерня поворачивала ведомую шестерню, зубья шестерен истираются друг о друга, в результате чего могут возникнуть проблемы загрязнения системы, вне зависимости от того, является система с текучей средой открытой или закрытой, срезаемыми материалами от истирающихся шестерен и/или загрязнения от других источников. Известно, что эти срезаемые материалы оказывают отрицательное воздействие на функциональность системы, например, на гидравлическую систему, в которой эксплуатируется шестеренчатый насос. Срезаемые материалы могут распространяться в текучей среде, перемещаться по системе и повреждать важные рабочие компоненты, такие как уплотнительные кольца и подшипники. Считается, что большинство насосов выходят из строя из-за проблем с загрязнением, например, в гидравлических системах. Если ведущая шестерня или ведущий вал выходят из строя из-за проблемы загрязнения, может выйти из строя вся система, например, вся гидравлическая система. Таким образом, конструкции шестеренчатых насосов «ведущая шестерня – ведомая шестерня», которые предназначены для перекачивания текучей среды, как указано выше, имеют недостатки из-за проблем загрязнения.
В патентном документе GB2123089 описан насос с двумя шестернями, установленными в корпусе, причем каждая из шестерен приводится в действие своим собственным приводом.
Патентный документ DE102009027282 раскрывает насос, имеющий электромоторный привод с одним статором и двумя роторами.
Из патентного документа EP 1249608 известен шестеренчатый насос с взаимосвязанными шестернями, причем каждая шестерня приводится в движение собственным приводом.
Однако ни один из указанных документов не раскрывает насос с коэффициентом проскальзывания, который находится в диапазоне 5% или менее.
Другие ограничения и недостатки обычных и предлагаемых подходов станут понятными специалистам в этой области в результате сравнения таких подходов с вариантами осуществления изобретения, описанными далее со ссылками на чертежи.
Раскрытие изобретения
Варианты осуществления изобретения относятся к насосу, содержащему по меньшей мере два устройства для перемещения текучей среды, и способу подачи текучей среды от впуска насоса к выпуску насоса, используя по меньшей мере два устройства для перемещения текучей среды. Каждое из устройств для перемещения текучей среды содержит первичный привод и элемент для вытеснения текучей среды. Первичный привод приводит в движение элемент для вытеснения текучей среды и может быть, например, электродвигателем, гидравлическим двигателем или другим двигателем с гидравлическим приводом, двигателем внутреннего сгорания, газовым двигателем или двигателем другого типа или другим похожим устройством, которое может приводить в движение элемент для вытеснения текучей среды. Элементы для вытеснения текучей среды транспортируют среду, когда они приводятся в движение первичными приводами. Элементы для вытеснения текучей среды приводятся в движение независимо друг от друга и, таким образом, имеют конфигурацию привод – привод. Конфигурация привод – привод устраняет или уменьшает проблемы загрязнения известных конфигураций привод – ведомый элемент.
Во время транспортирования текучей среды элемент для вытеснения текучей среды может работать совместно с неподвижным элементом, например, стенкой насоса, серповидным разделительным элементом или другим сходным элементом, и/или подвижным элементом, таким как, например, другой элемент для вытеснения текучей среды. Элемент для вытеснения текучей среды может быть, например, шестерней внутреннего или наружного зацепления с зубьями шестерни, втулочным элементом (например, диском, цилиндром или другим подобным компонентом) с выступами (например, выпуклостями, удлинительными элементами, выгнутостями, возвышениями, другими схожими элементами или их комбинациями), втулочным элементом (например, диском, цилиндром или другим подобным компонентом) с углублениями (например, полостями, углублениями, выемками или другими схожими элементами), телом шестерни с выступами или другим схожими элементами, которые могут вытеснять среду, когда они приводятся в движение. Конструкция устройств для перемещения текучей среды в насосе необязательно должна быть идентичной. Например, одно устройство для перемещения текучей среды может быть выполнено в виде устройства для перемещения текучей среды с шестерней наружного зацепления, и другое устройство для перемещения текучей среды может быть выполнено в виде устройства для перемещения текучей среды с шестерней внутреннего зацепления. Устройства для перемещения текучей среды действуют независимо друг от друга, например, электродвигатель, гидравлический двигатель или другой двигатель с гидравлическим приводом, двигатель внутреннего сгорания, газовый двигатель или двигатель другого типа или другое похожее устройство, которые могут независимо приводить в действие элемент для вытеснения текучей среды. Однако устройства для перемещения текучей среды действуют таким образом, что контакт устройств для перемещения текучей среды является синхронизированным, например, для перекачивания текучей среды или уплотнения траектории обратного потока. Другими словами, работа устройств для перемещения текучей среды синхронизирована таким образом, что элемент для вытеснения текучей среды в каждом устройстве для перемещения текучей среды контактирует с другим элементом для вытеснения текучей среды. Контакт может включать в себя, по меньшей мере, одну точку контакта, линию контакта или участок контакта.
В некоторых вариантах осуществления устройство для перемещения текучей среды может содержать двигатель со статором и ротором. Статор может быть неподвижно прикреплен к опорному валу, а ротор может окружать статор. Устройство для перемещения текучей среды также может содержать шестерню, имеющую множество зубьев шестерни, выступающих радиально наружу от ротора и поддерживаемых ротором. В некоторых вариантах осуществления между ротором и шестерней может быть расположен опорный элемент для поддержки шестерни.
В вариантах осуществления насосы и способы перекачивания обеспечивают компактную конструкцию насоса. В варианте осуществления насос содержит пару устройств для перемещения текучей среды. В каждом из пары устройств для перемещения текучей среды элемент для вытеснения текучей среды объединен с первичным приводом. Каждое из пары устройств для перемещения текучей среды приводится во вращение независимо друг от друга. В некоторых вариантах осуществления, например, в шестеренчатых насосах с наружным зацеплением, элементы для вытеснения текучей среды устройств для перемещения текучей среды вращаются в противоположных направлениях. В других вариантах осуществления, например, в насосах шестеренчатого типа, элементы для вытеснения текучей среды устройств для перемещения текучей среды вращаются в одном и том же направлении. В любой из указанных схем вращения эти вращения синхронизированы для обеспечения контакта между устройствами для перемещения текучей среды. В некоторых вариантах осуществления контакт с синхронизацией включает в себя приведение во вращение одного из пары устройств для перемещения текучей среды с большей скоростью, чем другого из пары устройств для перемещения текучей среды, так чтобы поверхность одного устройства для перемещения текучей среды контактировала с поверхностью другого устройства для перемещения текучей среды.
В другом варианте осуществления насос содержит корпус, ограничивающий внутренний объем. Корпус содержит первое отверстие, сообщающееся с внутренним объемом, и второе отверстие, сообщающееся с внутренним объемом. Первый элемент для вытеснения текучей среды первого устройства для перемещения текучей среды расположен во внутреннем объеме. Второй элемент для вытеснения текучей среды второго устройства для перемещения текучей среды также расположен во внутреннем объеме. Второй элемент для вытеснения текучей среды расположен таким образом, что второй элемент для вытеснения текучей среды контактирует с первым элементом для вытеснения текучей среды. Первый двигатель вращает первый элемент для вытеснения текучей среды в первом направлении для транспортирования текучей среды от первого отверстия ко второму отверстию по траектории первого потока. Второй двигатель вращает второй элемент для вытеснения текучей среды независимо от первого двигателя во втором направлении для транспортирования текучей среды от первого отверстия ко второму отверстия по траектории второго потока. Контакт между первым элементом для вытеснения текучей среды и вторым элементом для вытеснения текучей среды синхронизирован посредством синхронизации вращения первого и второго двигателей. В некоторых вариантах осуществления первый двигатель и второй двигатель вращаются с различным числом оборотов в минуту (об/мин). В некоторых вариантах осуществления синхронизированный контакт уплотняет траекторию обратного течения (или траекторию встречного течения) между выпуском и впуском насоса. В некоторых вариантах осуществления синхронизированный контакт может иметь место между поверхностью по меньшей мере одного выступа (например, выпуклости, удлинительного элемента, выгнутости, возвышения, другого схожего элемента или их комбинациями) на первом элементе для вытеснения текучей среды и поверхностью по меньшей мере одного выступа (например, выпуклости, удлинительного элемента, выгнутости, возвышения, другого схожего элемента или их комбинациями) или углубления (например, полости, углубления, выемки или другого схожего элемента) на втором элементе для вытеснения текучей среды. В некоторых вариантах осуществления синхронизированный контакт способствует перекачиванию текучей среды от впуска к выпуску насоса. В некоторых вариантах осуществления синхронизированный контакт уплотняет траекторию обратного течения (или траекторию встречного течения) и способствует перекачиванию текучей среды. В некоторых вариантах осуществления первое направление и второе направление являются одинаковыми. В некоторых вариантах осуществления первое направление противоположно второму направлению. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, часть первой траектории потока и часть второй траектории потока являются одинаковыми. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, часть первой траектории потока и часть второй траектории потока отличаются друг от друга.
В другом варианте осуществления насос содержит корпус, ограничивающий внутренний объем, при этом корпус содержит первое отверстие, сообщающееся по текучей среде с внутренним объемом, и второе отверстие, сообщающееся по текучей среде с внутренним объемом. Насос также содержит первое устройство для перемещения текучей среды, при этом первое устройство для перемещения текучей среды содержит первый элемент для вытеснения текучей среды, расположенный во внутреннем объеме и имеющий множество первых выступов (или по меньшей мере один первый выступ), и первый первичный привод для вращения первого элемента для вытеснения текучей среды вокруг первой осевой центральной линии первого элемента для вытеснения текучей среды в первом направлении для транспортирования текучей среды от первого отверстия ко второму отверстию вдоль траектории первого потока. В некоторых вариантах осуществления первый элемент для вытеснения текучей среды содержит множество первых углублений (или по меньшей мере одно первое углубление). Насос также содержит второе устройство для перемещения текучей среды, при этом второе устройство для перемещения текучей среды содержит второй элемент для вытеснения текучей среды, расположенный во внутреннем объеме. Второй элемент для вытеснения текучей среды содержит множество вторых выступов (или по меньшей мере один второй выступ) и/или множество вторых углублений (или по меньшей мере одно второе углубление), при этом вторая шестерня расположена таким образом, что первая поверхность по меньшей мере одного из множества первых выступов (или по меньшей мере одного первого выступа) выравнивается со второй поверхностью по меньшей мере одного из множества вторых выступов (или по меньшей мере одного второго выступа) или третьей поверхностью по меньшей мере одного из множества вторых углублений (или по меньшей мере одного второго углубления). Насос также содержит второй первичный привод для вращения второго элемента для вытеснения текучей среды независимо от первого первичного привода вокруг второй осевой центральной линии второй шестерни во втором направлении для контакта первой поверхности с соответствующей второй поверхностью или третьей поверхностью и транспортирования текучей среды от первого отверстия ко второму отверстию вдоль траектории второго потока.
В другом варианте осуществления насос содержит корпус, ограничивающий внутренний объем. Корпус содержит первое отверстие, сообщающееся по текучей среде с внутренним объемом, и второе отверстие, сообщающееся по текучей среде с внутренним объемом. Первая шестерня расположена во внутреннем объеме, при этом первая шестерня содержит множество зубьев первой шестерни. Вторая шестерня расположена во внутреннем объеме, при этом вторая шестерня содержит множество зубьев второй шестерни. Вторая шестерня расположена таким образом, что поверхность по меньшей мере одного зуба из множества зубьев второй шестерни контактирует с поверхностью по меньшей мере одного зуба из множества зубьев первой шестерни. Первый двигатель вращает первую шестерню вокруг первой осевой центральной линии первой шестерни. Первая шестерня вращается в первом направлении для транспортирования текучей среды от первого отверстия ко второму отверстию вдоль траектории первого потока. Второй двигатель вращает вторую шестерню независимо от первого двигателя вокруг второй осевой центральной линии второй шестерни во втором направлении для транспортирования текучей среды от первого отверстия ко второму отверстию вдоль траектории второго потока. Контакт между поверхностью по меньшей мере одного зуба из множества зубьев первой шестерни и поверхностью по меньшей мере одного зуба из множества зубьев второй шестерни синхронизирован посредством синхронизации вращения первого и второго двигателей. В некоторых вариантах осуществления первый двигатель и второй двигатель вращаются с различными частотами вращения в об/мин. В некоторых вариантах осуществления второе направление противоположно первому направлению, и синхронизированный контакт уплотняет траекторию обратного потока между впуском и выпуском насоса. В некоторых вариантах осуществления второе направление является таким же, как и первое направление, и синхронизированный контакт или уплотняет траекторию обратного потока между впуском и выпуском насоса или способствует перекачиванию текучей среды.
Другой вариант осуществления относится к способу транспортирования текучей среды от впуска к выпуску насоса, включающего в себя корпус для ограничения внутреннего объема, первое устройство для перемещения текучей среды и второе устройство для перемещения текучей среды. Способ включает в себя этап, на котором приводят во вращение первое устройство для перемещения текучей среды в первом направлении и одновременно приводят во вращение второе устройство для перемещения текучей среды независимо от первого устройства для перемещения текучей среды во втором направлении. В некоторых вариантах осуществления способ также содержит этап, на котором синхронизируют контакт между первым устройством для перемещения текучей среды и вторым устройством для перемещения текучей среды.
Другой вариант осуществления относится к способу транспортирования текучей среды от впуска к впуску насоса, включающего в себя корпус для ограничения внутреннего объема, первый элемент для вытеснения текучей среды и второй элемент для вытеснения текучей среды. Способ включает в себя этап, на котором вращают первый элемент для вытеснения текучей среды и вращают второй элемент для вытеснения текучей среды. Способ также содержит этап, на котором синхронизируют контакт между первым элементом для вытеснения текучей среды и вторым элементом для вытеснения текучей среды. В некоторых вариантах осуществления первый и второй элементы для вытеснения текучей среды вращаются в одном и том же направлении, и в других вариантах осуществления первый и второй элементы для вытеснения текучей среды вращаются в противоположных направлениях.
Другой вариант осуществления относится к способу транспортирования текучей среды от первого отверстия ко второму отверстию насоса, включающего в себя корпус насоса, который ограничивает внутренний объем, при этом насос также содержит первый первичный привод, второй первичный привод, первый элемент для вытеснения текучей среды, содержащий множество первых выступов (или по меньшей мере один первый выступ), и второй элемент для вытеснения текучей среды, содержащий множество вторых выступов (или по меньшей мере один второй выступ) и/или множество вторых углублений (или по меньшей мере одно второе углубление). В некоторых вариантах осуществления первый элемент для вытеснения текучей среды может содержать множество первых углублений (или по меньшей мере одно первое углубление). Способ включает в себя этап, на котором вращают первый первичный привод для вращения первого элемента для вытеснения текучей среды в первом направлении для транспортирования текучей среды от первого отверстия ко второму отверстию вдоль траектории первого потока и вращают второй первичный привод независимо от первого источника энергии для вращения второго элемента для вытеснения текучей среды во втором направлении для транспортирования текучей среды от первого отверстия ко второму отверстию вдоль траектории второго потока. Способ также содержит этап, на котором синхронизируют частоту вращения второго элемента для вытеснения текучей среды, которая должна составлять 99 – 100 процентов от частоты вращения первого элемента для вытеснения текучей среды, и синхронизируют контакт между первым элементом для вытеснения текучей среды и вторым элементом для вытеснения текучей среды, так чтобы поверхность по меньшей мере одного из множества первых выступов (или по меньшей мере одного первого выступа) контактировала с поверхностью по меньшей мере одного из множества вторых выступов (или по меньшей мере одного второго выступа) или поверхностью по меньшей мере одного из множества углублений (или по меньшей мере одного второго углубления). В некоторых вариантах осуществления второе направление противоположно первому направлению, и синхронизированный контакт уплотняет траекторию обратного потока между впуском и выпуском насоса. В некоторых вариантах осуществления второе направление является таким же, как и первое направление, и синхронизированный контакт или уплотняет траекторию обратного течения между впуском и выпуском насоса или способствует перекачиванию текучей среды.
Другой вариант осуществления относится к способу транспортирования текучей среды от первого отверстия ко второму отверстию насоса, который включает в себя корпус насоса, ограничивающий внутренний объем. Насос также содержит первый двигатель, второй двигатель, первую шестерню, содержащую множество зубьев первой шестерни, и вторую шестерню, содержащую множество зубьев второй шестерни. Способ включает в себя этап, на котором вращают первый двигатель для вращения первой шестерни вокруг первой осевой центральной линии первой шестерни в первом направлении. Вращение первой шестерни транспортирует среду от первого отверстия ко второму отверстию вдоль траектории первого потока. Способ также включает в себя этап, на котором вращают второй двигатель независимо от первого двигателя для вращения второго двигателя вокруг второй осевой центральной линии второй шестерни во втором направлении Вращение второй шестерни транспортирует среду от первого отверстия ко второму отверстию вдоль траектории второго потока. В некоторых вариантах осуществления способ также включает в себя этап, на котором синхронизируют контакт между поверхностью по меньшей мере одного зуба из множества зубьев второй шестерни и поверхностью по меньшей мере одного зуба из множества зубьев первой шестерни. В некоторых вариантах осуществления этап синхронизации контакта содержит вращение первого и второго двигателей с различными частотами вращения в об/мин. В некоторых вариантах осуществления второе направление противоположно первому направлению, и синхронизированный контакт уплотняет траекторию обратного течения между впуском и выпуском насоса. В некоторых вариантах выполнения второе направление является таким же, как и первое направление, и синхронизированный контакт или уплотняет траекторию обратного течения между впуском и выпуском насоса или способствует перекачиванию текучей среды.
Сущность изобретения заключается в общем представлении некоторых вариантов осуществления изобретения и не ограничивается до какой-либо конкретной конфигурации привод – привод или системы типа привод – привод. Следует принять во внимание, что различные особенности и конфигурации особенностей, описанных в разделе «Раскрытие изобретения», могут быть скомбинированы любым пригодным образом для образования любого числа вариантов осуществления изобретения. Раскрыты некоторые дополнительные варианты осуществления, включающие в себя разновидности вариантов осуществления и альтернативные конфигурации.
Краткое описание чертежей
Чертежи поясняют примеры вариантов осуществления изобретения и совместно с вышеприведенным общим описанием и нижеприведенным подробным описанием предназначены для пояснения особенностей изобретения.
На фиг. 1 показан шестеренчатый насос с наружным зацеплением в разобранном виде согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 2 – шестеренчатый насос с наружным зацеплением на фиг. 1 в разрезе, вид сверху;
на фиг. 2A – шестеренчатый насос с наружным зацеплением в разрезе по линии A-A на фиг. 2, вид сбоку;
на фиг. 2B – шестеренчатый насос с наружным зацеплением в разрезе по линии В-В на фиг. 2, вид сбоку;
на фиг. 3 поясняются траектории потоков текучей среды, перекачиваемой шестеренчатым насосом с наружным зацеплением на фиг. 1;
на фиг. 3A поясняется на виде в разрезе односторонний контакт между двумя шестернями в зоне контакта в насосе с наружным зацеплением на фиг. 3;
на фиг. 4 – 8 – насосы с наружным зацеплением в разрезе согласно различным вариантам осуществления изобретения, виды сбоку.
Варианты осуществления изобретения
Варианты осуществления относятся к насосу с устройствами для перемещения текучей среды, которые приводятся в действие независимо друг от друга. Как подробно описано далее, различные варианты включают в себя конструкции насоса, в которых, по меньшей мере, один первичный привод расположен внутри элемента для вытеснения текучей среды. В других вариантах осуществления по меньшей мере один первичный привод расположен снаружи элемента для вытеснения текучей среды, но внутри корпуса насоса, и в еще одних вариантах осуществления по меньшей мере один первичный привод расположен снаружи корпуса насоса. Эти варианты осуществления будут раскрыты на примере вариантов, в которых насос является шестеренчатым насосом с наружным зацеплением с двумя первичными приводами, при этом первичные приводы являются двигателями, и элементы для вытеснения текучей среды являются прямозубыми шестернями. Однако специалистам в этой области должно быть понятно, что идеи, функции и особенности, описанные далее, легко могут быть приспособлены к шестеренчатым насосам с наружным зацеплением, имеющим другие конструкции шестерен (косозубые шестерни, шевронные шестерни или другие конструкции зубьев шестерен, которые могут быть приспособлены для перемещения текучей среды), шестеренчатым насосам с внутренним зацеплением с различными конструкциями шестерен, насосам, содержащим более двух устройств для перемещения текучей среды, первичным приводам, которые не относятся к электродвигателям, например, гидравлическим двигателям или другим двигателям с гидравлическим приводом, двигателям внутреннего сгорания, газовым двигателям или двигателям другого типа или другим похожим устройствам, которые могут приводить в движение элемент для вытеснения текучей среды, и к элементам для вытеснения текучей среды, которые не относятся к шестерне наружного зацепления с зубьями, например, шестерне внутреннего зацепления с зубьями, втулочному элементу (например, диску, цилиндру, другому подобному компоненту) с выступами (например, выпуклостями, удлинительными элементами, выгнутостями, возвышениями, другими схожими элементами или их комбинациями), втулочному элементу (например, диску, цилиндру, другому подобному компоненту) с углублениями (например, полостями, углублениями, выемками или другими схожими элементами), корпусу шестерни с выступом или другим похожим элементам, которые могут вытеснять среду, когда они приводятся в движение.
На фиг. 1 показан насос 10 в разобранном виде согласно варианту осуществления изобретения. Насос 10 содержит два устройства 40, 60 для перемещения текучей среды, которые соответственно содержат двигатели 41, 61 (первичные приводы) и шестерни 50, 70 (элементы для вытеснения текучей среды). В этом варианте осуществления оба двигателя 41, 61 насоса расположены внутри шестерен 50, 70 насоса. Как показано на фиг. 1, насос 10 является объемным шестеренчатым насосом (или шестеренчатым насосом постоянного рабочего объема). Насос 10 имеет корпус 20, который включает в себя торцевые пластины 80, 82 и корпусную часть 83 насоса. Эти две торцевые пластины 80, 82 и корпусная часть 83 насоса могут быть соединены посредством множества стяжных болтов 113 и гаек 115, и внутренняя поверхность 26 ограничивает внутренний объем 98. Во избежание утечки между торцевыми пластинами 80, 82 и корпусной частью 83 насоса могут быть установлены уплотнительные кольца или другие аналогичные устройства. Корпус 20 имеет отверстие 22 и отверстие 24 (см. также фиг. 2), которые сообщаются с внутренним объемом 98. Во время эксплуатации и на основании направления потока одно из отверстий 22, 24 является впускным отверстием насоса, а другое отверстие – выпускным отверстием насоса. В варианте осуществления отверстия 22, 24 корпуса 20 являются круглыми сквозными отверстиями на противоположных боковых стенках корпуса 20. Однако эта форма не является ограничивающей, и сквозные отверстия могут иметь другие формы. Кроме того, одно или оба отверстия 22, 24 могут быть расположены или в верхней части или в нижней части корпуса. Разумеется, отверстия 22, 24 должны быть расположены таким образом, чтобы одно отверстие находилось на впускной стороне насоса, и одно отверстие находилось на выпускной стороне насоса.
Как показано на фиг. 1, пара шестерен 50, 70 расположена во внутреннем объеме 98. Каждая из шестерен 50, 70 имеет множество зубьев 52, 72 шестерен, проходящих радиально наружу от соответствующих тел шестерен. Зубья 52, 72 шестерен во время вращения, например, посредством электродвигателей 41, 61, транспортируют текучую среду от впуска к выпуску. В некоторых вариантах осуществления насос 10 является реверсивным. Таким образом, любое из отверстий 22, 24 может быть впускным отверстием, в зависимости от направления вращения шестерен 50, 70, и другое отверстие будет выпускным отверстием. Шестерни 50, 70 имеют цилиндрические отверстия 51, 71 вдоль осевой центральной линии соответствующих тел шестерен. Цилиндрические отверстия 51, 71 могут проходить или частично или по всей длине тел шестерен. Цилиндрические отверстия имеют размеры, позволяющие размещать в них пару двигателей 41, 61. Каждый двигатель 41, 61 соответственно, содержит вал 42, 62, статор 44, 64 и ротор 46, 66.
На фиг. 2 в разрезе показан шестеренчатый насос 10 на фиг. 1 с наружным зацеплением, вид сверху. На фиг. 2A показан шестеренчатый насос с наружным зацеплением в разрезе по линии A-A на фиг. 2, вид сбоку, и на фиг. 2B показан шестеренчатый насос с наружным зацеплением в разрезе по линии В-В на фиг. 2, вид сбоку. Как видно на фиг. 2 – 2B, устройства 40, 60 для перемещения текучей среды расположены в корпусе 20. Опорные валы 42, 62 устройств 40, 60 для перемещения текучей среды расположены между отверстием 22 и отверстием 24 корпуса 20 и поддерживаются верхней пластиной 80 с одного конца 84 и нижней пластиной 82 с другого конца 86. Однако средства для поддерживания валов 42, 62 и, тем самым, устройств 40, 60 для перемещения текучей среды не ограничиваются до этой конструкции, и для поддерживания вала могут быть использованы другие конструкции. Например, валы 42, 62 могут поддерживаться блоками, которые прикрепляют к корпусу 20, а не самим корпусом 20 непосредственно. Опорный вал 42 устройства 40 для перемещения текучей среды расположен параллельно опорному валу 62 устройства 60 для перемещения текучей среды, и два вала расположены на соответствующем расстоянии друг от друга, так что зубья 52, 72 соответствующих шестерен 50, 70 контактируют друг с другом во время вращения.
Статоры 44, 64 двигателей 41, 61 расположены радиально между соответствующими опорными валами 42, 62 и роторами 46, 66. Статоры 44, 64 неподвижно соединены с соответствующими опорными валами, 42, 62, которые неподвижно соединены с корпусом 20. Роторы 46, 66 расположены радиально снаружи статоров 44, 64 и окружают соответствующие статоры 44, 64. Таким образом, в этом варианте осуществления двигатели 41, 61 имеют конструкцию двигателя с наружным ротором (или конструкцию двигателя с внешним ротором), т.е. наружная часть двигателя вращается, и центральная часть двигателя остается неподвижной. В отличие от этого в конструкции двигателя с внутренним ротором ротор прикрепляют к центральному валу, который вращается. В показанном варианте электродвигатели 41, 61 являются многонаправленными двигателями. Другими словами, любой двигатель может работать и создавать вращательное движение или по часовой стрелке или против часовой стрелки в зависимости от производственной необходимости. Кроме того, в показанном варианте двигатели 41, 61 являются двигателями с регулируемой частотой вращения, в которых частота вращения ротора и, тем самым, прикрепленной шестерни может изменяться для создания различных объемных расходов и давлений насоса.
Как описано выше, тела шестерен могут включать в себя цилиндрические отверстия 51, 71, в которых размещают двигатели 41, 61. В варианте осуществления устройства 40, 60 для перемещения текучей среды могут соответственно включать в себя наружные опорные элементы 48, 68 (см. фиг. 2), которые способствуют соединению двигателей 41, 61 с шестернями 50, 70 и поддержанию шестерен 50, 70 на двигателях 41, 61. Каждый из опорных элементов 48, 68 может быть, например, втулкой, которую первоначально прикрепляют или к наружному корпусу двигателей 41, 61 или к внутренней поверхности цилиндрических отверстий 51, 71. Эти втулки могут быть прикреплены с помощью посадки с натягом, прессовой посадки, клеящего вещества, винтового соединения, болтового соединения, сварки и пайки легкоплавким припоем или других средств, которые способны закреплять опорные элементы в цилиндрических отверстиях. Аналогично, окончательное соединение между двигателями 41, 61 и шестернями 50, 70 с использованием опорных элементов 48, 68 может быть выполнено посредством посадки с натягом, прессовой посадки, клеящего вещества, винтового соединения, болтового соединения, сварки и пайки легкоплавким припоем или других средств для прикрепления двигателей к опорным элементам. Эти втулки могут иметь различные толщины, например, для облегчения прикрепления двигателей 41, 61 с различными физическими размерами к шестерням 50, 70 или наоборот. Кроме того, если корпусы двигателей и шестерен выполнены из материалов, которые несовместимы, например, химически или иным образом, втулки могут быть выполнены из материалов, которые совместимы как с композиционным материалом, из которого выполнены шестерни, так и с композиционным материалом, из которого выполнены корпусы двигателей. В некоторых вариантах опорные элементы 48, 68 могут быть выполнены в качестве защитных элементов. Другими словами, обеспечивают, чтобы опорные элементы 48, 68 первыми выходили из строя, например, из-за воздействия чрезмерных механических напряжений, температур или по другим причинам, по сравнению с шестернями 50, 70 и двигателями 41, 61. Это делает более экономичным ремонт насоса 10 в случае его выхода из строя. В некоторых вариантах осуществления наружные опорные элементы 48, 68 являются не отдельным компонентом, а частью, составляющей одно целое с корпусом двигателей 41, 61 или частью внутренней поверхности цилиндрических отверстий 51, 71 шестерен 50, 70. В других вариантах осуществления двигатели 41, 61 могут поддерживать шестерни 50, 70 (и множество зубьев 52, 72 шестерен) на их наружных поверхностях без необходимости использования наружных опорных элементов 48, 68. Например, корпусы двигателей могут быть непосредственно соединены с внутренней поверхностью цилиндрического отверстия 51, 71 шестерен 50, 70 посредством посадки с натягом, прессовой посадки, клеящего вещества, винтового соединения, болтового соединения, сварки или пайки легкоплавким припоем или других средств для закрепления корпуса двигателя в цилиндрическом отверстии. В некоторых вариантах осуществления наружные корпусы двигателей 41, 61 могут быть, например, изготовлены посредством механической обработки, литья или другого способа для придания формы наружному корпусу и образования профиля зубьев 52, 72 шестерен. В других вариантах осуществления множество зубьев 52, 72 шестерен может быть объединено с соответствующими роторами 46, 66 так, чтобы каждая комбинация шестерня/ротор образовывала одно тело вращения.
В вышеописанных вариантах выполнения оба устройства 40, 60 для перемещения текучей среды, содержащие электродвигатели 41, 61 и шестерни 50, 70, объединены в одном корпусе 20 насоса. Эта новая конструкция шестеренчатого насоса 10 с наружным зацеплением согласно изобретению позволяет получить компактное выполнение, которое обеспечивает ряд преимуществ. Прежде всего, по сравнению с обычными шестеренчатыми насосами объединение необходимых компонентов в одном корпусе насоса значительно уменьшает пространство или общую площадь, занимаемую шестеренчатым насосом согласно вышеописанным вариантам осуществления. Кроме того, общая масса системы насоса согласно вышеописанным вариантам осуществления также уменьшается посредством исключения ненужных частей, таких как вал, который соединяет двигатель с насосом, и отдельные опоры для устройства двигатель/шестерня для перемещения текучей среды. Кроме того, поскольку насос 10 согласно изобретению имеет компактную и модульную конструкцию, он может быть легко установлен даже в тех местах, где не могут быть установлены обычные шестеренчатые насосы, и может быть легко демонтирован. Далее приведено подробное описание работы насоса.
На фиг. 3 поясняется траектория потока текучей среды шестеренчатого насоса 10 с наружным зацеплением согласно варианту осуществления изобретения. Отверстия 22, 24 и зона 78 контакта множества зубьев 52 первой шестерни и множества зубьев 72 второй шестерни, по существу, выровнены вдоль одной прямолинейной траектории. Однако выравнивание отверстий не ограничивается до этого варианта выполнения, и допускаются другие варианты выравнивания. Для пояснения шестерня 50 приводится во вращение по часовой стрелке 74 двигателем 41, и шестерня 70 приводится во вращение по против часовой стрелки 76 двигателем 61. При такой конфигурации вращения отверстие 22 является стороной впуска шестеренчатого насоса 10, и отверстие 24 является стороной выпуска шестеренчатого насоса 10. В некоторых вариантах выполнения обе шестерни 50, 70 соответственно независимо приводятся в движение отдельно установленными двигателями 41, 61.
Как видно на фиг. 3, текучая среда, подлежащая перекачиванию, всасывается в корпус 20 у отверстия 22, как показано стрелкой 92, и выходит из насоса 10 через отверстие 24, как показано стрелкой 96. Перекачивание текучей среды осуществляется зубьями 52, 72 шестерен. Во время вращения зубьев 52, 72 шестерен зубья шестерен, вращающиеся вне зоны 78 контакта, образуют расширяющиеся межзубные объемы между соседними зубьями каждой шестерни. Во время расширения этих межзубных объемов пространства между соседними зубьями каждой шестерни заполняются текучей средой из впускного отверстия, которое является отверстием 22 в этом варианте выполнения. Затем текучая среда принудительно перемещается каждой шестерней вдоль внутренней стенки 90 корпуса 20, как показано стрелками 94 и 94'. Другими словами, зубья 52 шестерни 50 вынуждают текучую среду течь по траектории 94, и зубья 72 шестерни 70 вынуждают текучую среду течь по траектории 94'. Очень небольшие зазоры между вершинами зубьев 52, 72 шестерен на каждой шестерне и соответствующей внутренней стенкой 90 корпуса 20 позволяют удерживать среду в межзубных объемах, что препятствует утечке текучей среды обратно во впускное отверстие. Когда зубья 52, 72 вращаются и входят в зону 128 контакта, между соседними зубьями каждой шестерни образуются суживающиеся межзубные объемы, поскольку соответствующий зуб другой шестерни входит в пространство между соседними зубьями. Суживающиеся межзубные объемы вынуждают текучую среду выходить из пространства между соседними зубьями и вытекать из насоса 10 через отверстие 24, как показано стрелкой 96. В некоторых вариантах осуществления двигатели 41, 61 являются реверсивными, и вращение двигателей 41, 61 может реверсироваться для изменения направления течения текучей среды через насос на обратное направление, т.е. так, чтобы текучая среда двигалась от отверстия 24 к отверстию 22.
Во избежание обратного течения, т.е. утечки текучей среды со стороны выпуска на сторону впуска через зону 78 контакта, контакт между зубом первой шестерни 50 и зубом второй шестерни 70 в зоне 78 контакта обеспечивает уплотнение против обратного течения. Усилие контакта является достаточно большим для обеспечения значительного уплотнения, но в отличие от существующих систем усилие контакта не является таким большим, чтобы приводить в движение другую шестерню. В существующих системах ведущая шестерня – ведомая шестерня усилие, прикладываемое ведущей шестерней, поворачивает ведомую шестерню. Другими словами, ведущая шестерня входит в зацепление (или соединяется) с ведомой шестерней и механически приводит в движение ведомую шестерню. Несмотря на то, что сила, прикладываемая ведущей шестерней, создает уплотнение на границе контакта двух зубьев, эта сила намного превышает силу, необходимую для создания уплотнения, поскольку эта сила должна быть достаточной для механического приведения в движение ведомой шестерни для транспортирования текучей среды при требуемых расходе и давлении. Такое большое усилие ведет к срезанию материала с зубьев в существующих насосах. Срезанный материал может распространяться в текучей среде, перемещаться по гидравлической системе и повреждать важные рабочие компоненты, такие как уплотнительные кольца и подшипники. В результате вся система насоса может выходить из строя, вызывая остановку работы насоса. Такая поломка и остановка работы насоса могут приводить к значительному простою для ремонта насоса.
В насосе 10 согласно вариантам осуществления шестерни 50, 70 насоса 10 не приводят механически в движение другую шестерню до значительной степени, когда зубья 52, 72 образуют уплотнение в зоне 78 контакта. Вместо этого шестерни 50, 70 приводятся во вращательное движение независимо, так что зубья 52, 72 шестерен не истираются друг о друга. Другими словами, шестерни 50, 70 синхронно приводятся в движение для обеспечения контакта, но не истираются друг о друга. В частности, шестерни 50, 70 вращаются синхронно при соответствующих частотах вращения, так что зуб шестерни 50 контактирует с зубом второй шестерни 70 в зоне 128 контакта с усилием, достаточным для создания значительного уплотнения, т.е. утечка текучей среды со стороны выпускного отверстия на сторону впускного отверстия через зону 128 контакта, по существу, исключается. Однако в отличие от конфигураций ведущая шестерня – ведомая шестерня сила контакта между двумя шестернями является недостаточной для того, чтобы одна шестерня механически приводила в движение другую шестерню до значительной степени. Прецизионное управление двигателями 41, 61 будет обеспечивать, что во время эксплуатации положения шестерен будут оставаться синхронизированными по отношению друг к другу. Таким образом, вышеуказанные проблемы, вызываемые срезаемым материалом в существующих шестеренчатых насосах, эффективно устраняются.
В некоторых вариантах осуществления вращение шестерен 50, 70, по меньшей мере, на 99% является синхронизированным, при этом 100% синхронизация означает, что обе шестерни 50, 70 вращаются с одинаковым числом оборотов в минуту. Однако процентная синхронизация может варьироваться при условии обеспечения достаточного уплотнения посредством контакта зубьев двух шестерен 50, 70. В вариантах осуществления степень синхронизации может составлять 95,0 – 100% на основе соотношения зазоров между зубьями 52 шестерни и зубьями 72 шестерни. В других вариантах осуществления степень синхронизации составляет 99,0 – 100% на основе соотношения зазоров между зубьями 52 шестерни и зубьями 72 шестерни, и в иных вариантах осуществления степень синхронизации составляет 99,5 – 100% на основе соотношения зазоров между зубьями 52 шестерни и зубьями 72 шестерни. Как и в предыдущем случае, прецизионное управление двигателями 41, 61 будет обеспечивать, что во время эксплуатации положения шестерен будут оставаться синхронизированными по отношению друг к другу. Благодаря надлежащей синхронизации шестерен 50, 70 зубья 52, 72 шестерен могут обеспечивать значительное уплотнение, например, степень обратного течения или утечки с коэффициентом проскальзывания в диапазоне 5% и менее. Например, для стандартной гидравлической текучей среды при температуре приблизительно 120 градусов F коэффициент проскальзывания может составлять 5% и менее для давлений насоса в диапазоне 3000 – 5000 фунт-сила/дюйм², 3% и менее для давлений на насосе в диапазоне 2000 – 3000 фунт-сила/дюйм², 2% и менее для давлений на насосе в диапазоне 1000 – 2000 фунт-сила/дюйм² и 1% и менее для давлений на насосе в диапазоне до 1000 фунт-сила/дюйм². Разумеется, в зависимости от типа насоса синхронизированный контакт может способствовать перекачиванию текучей среды. Например, в некоторых конструкциях героторных насосов с внутренним зацеплением синхронизированный контакт двух устройств для перемещения текучей среды способствует перекачиванию текучей среды, которая захватывается между противолежащими шестернями. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления шестерни 50, 70 синхронизируются посредством надлежащей синхронизации двигателей 41, 61. Синхронизация многоступенчатых двигателей по существующему уровню техники известна, поэтому подробное описание опущено.
В варианте осуществления синхронизация шестерен 50, 70 обеспечивает односторонний контакт между зубом шестерни 50 и зубом шестерни 70. На фиг. 3A на виде в разрезе поясняется односторонний контакт между двумя шестернями 50, 70 в зоне 78 контакта. В пояснительных целях шестерня 50 приводится во вращение по часовой стрелке 74, а шестерня 70 – против часовой стрелки 76 независимо от шестерни 50. Кроме того, шестерня 70 вращается быстрее, чем шестерня 50 на долю секунды, например, 0,01 с/об. Это различие в частотах вращения шестерни 50 и шестерни 70 обеспечивает односторонний контакт между двумя шестернями 50, 70, который образует значительное уплотнение между зубьями двух шестерен 50, 70 для создания уплотнения между впускным отверстием и выпускным отверстием, как описано выше. Таким образом, как показано на фиг. 3A, зуб 142 шестерни 70 контактирует с зубом 144 шестерни 50 в точке 152 контакта. Если сторона зуба шестерни, которая обращена вперед в направлении вращения 74, 76 определяется как передняя сторона (F), то передняя сторона (F) зуба 142 контактирует с задней стороной (R) зуба 144 в точке 152 контакта. Однако зубья шестерен имеют такие размеры, что передняя сторона (F) зуба 144 не находится в контакте с (т.е. расположена на некотором расстоянии) задней стороной (R) зуба 146, который является зубом, расположенным рядом с зубом 142 на шестерне 70. Таким образом, зубья 52, 72 шестерен выполнены так, что в зоне 78 контакта существует односторонний контакт, когда шестерни 50, 70 находятся в движении. Когда зуб 142 и зуб 144 выходят из зоны 78 контакта во время вращения шестерен 50, 70, односторонний контакт между зубьями 142 и 144 постепенно прекращается. При условии существования различия в частотах вращения двух шестерен 50, 70 этот односторонний контакт периодически образуется между зубом шестерни 50 и зубом шестерни 70. Однако во время вращения шестерен 50, 70 следующие два зуба соответствующих шестерен образуют следующий односторонний контакт, поэтому контакт существует постоянно, и траектория обратного потока в зоне 78 контакта, по существу, остается уплотненной. Другими словами, односторонний контакт обеспечивает уплотнение между отверстиями 22 и 24, поэтому исключается (или, по существу, исключается) обратное течение текучей среды, транспортируемой от впуска насоса к выпуску насоса, к вышеуказанному впуску насоса через зону 78 контакта.
На фиг. 3A односторонний контакт между зубом 142 и зубом 144 показан в конкретной точке, т.е. в точке 152 контакта. Однако односторонний контакт между зубьями шестерен в вариантах осуществления не ограничивается до контакта в конкретной точке. Например, односторонний контакт может иметь место во множестве точек или вдоль линии контакта между зубом 142 и зубом 144. В качестве другого примера односторонний контакт может иметь место между участками поверхности двух зубьев шестерен. Таким образом, участок уплотнения может быть образован в случае, когда участок поверхности зуба 142 находится в контакте с участком поверхности зуба 144 во время одностороннего контакта. Зубья 52, 72 каждой шестерни 50, 70 могут быть выполнены таким образом, чтобы профиль зубьев (или кривизна) обеспечивал односторонний контакт между двумя зубьями шестерен. Таким образом, односторонний контакт согласно изобретению может иметь место в точке или точках, вдоль линии или на участках поверхности. Соответственно, вышеописанная точка 152 контакта может быть обеспечена как часть места (или мест) контакта и не ограничивается до одной точки контакта.
В некоторых вариантах осуществления зубья соответствующих шестерен 50, 70 выполнены так, чтобы они не захватывали излишнее давление текучей среды между зубьями в зоне 128 контакта. Как показано на фиг. 3A, текучая среда 160 может захватываться между зубьями 142, 144, 146. Несмотря на то, что захватываемая текучая среда 160 обеспечивает эффект уплотнения между впуском насоса и выпуском насоса, во время вращения шестерен 50, 70 может накапливаться чрезмерное давление. В предпочтительном варианте осуществления профиль зубьев шестерен способствует образованию небольшого зазора 154 между зубьями 144, 146 шестерен для выпуска текучей среды под давлением. Такая конструкция поддерживает эффект уплотнения, в то же время препятствуя повышению чрезмерного давления. Разумеется, точка, линия или участок контакта не ограничиваются до стороны зуба, контактирующей со стороной другого зуба. В зависимости от типа элемента для вытеснения текучей среды синхронизированный контакт может иметь место между какой-либо поверхностью, по меньшей мере, одного выступа (например, выпуклости, удлинительного элемента, выгнутости, возвышения, другого схожего элемента или их комбинаций) на первом элементе для вытеснения текучей среды и какой-либо поверхностью, по меньшей мере, одного выступа (например, выпуклости, удлинительного элемента, выгнутости, возвышения, другого схожего элемента или их комбинаций) или углубления (например, полости, углубления, выемки или схожего элемента) на втором элементе для вытеснения текучей среды. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один из элементов для вытеснения текучей среды может быть выполнен из упругого материала или содержать такой материал, например, резину, эластомерный материал или другой упругий материал, так чтобы сила контакта обеспечивала более надежный участок уплотнения.
В некоторых вышеописанных вариантах осуществления первичные приводы расположены внутри элементов для вытеснения текучей среды, т.е. оба двигателя 41, 61 расположены внутри цилиндрических отверстий 51, 71. Однако преимущественные особенности конструкции насоса согласно изобретению не ограничиваются до конфигурации, в которой оба первичных привода расположены внутри тел элементов для вытеснения текучей среды. Другие конфигурации привод – привод также соответствуют объему изобретения. Например, на фиг. 4 показан шестеренчатый насос 1010 с наружным зацеплением согласно другому варианту осуществления, вид в разрезе. Вариант выполнения насоса 1010, показанный на фиг. 4, отличается от насоса 10 (фиг. 1) тем, что один из двух двигателей в этом варианте выполнения расположен снаружи соответствующего тела шестерни, но в корпусе насоса. Насос 1010 содержит корпус 1020, устройство 1040 для перемещения текучей среды и устройство 1060 для перемещения текучей среды. Внутренняя поверхность корпуса 1020 ограничивает внутренний объем, который включает в себя полость 1084 для двигателя и полость 1086 для шестерни. Корпус 1020 может включать в себя торцевые пластины 1080, 1082. Эти две пластины могут быть присоединены посредством множества болтов (не показаны).
Устройство 1040 для перемещения текучей среды содержит двигатель 1041 и шестерню 1050. Двигатель 1041 имеет конструкцию двигателя с наружным ротором и расположен в теле шестерни 1050, которая расположена в полости 1086 для шестерни. Двигатель 1041 содержит ротор 1044 и статор 1046. Шестерня 1050 содержит множество зубьев 1052 шестерни, отходящих радиально наружу от тела шестерни. Следует принять во внимание, что специалистам в этой области должно быть понятно, что устройство 1040 для перемещения текучей среды аналогично устройству 40 для перемещения текучей среды и что конфигурации и функции вышеописанного устройства 40 для перемещения текучей среды могут быть включены в состав устройства 1040 для перемещения текучей среды. Соответственно, для краткости изложения устройство 1040 для перемещения текучей среды не будет описано подробно за исключением необходимого описания применительно к этому варианту выполнения.
Устройство 1060 для перемещения текучей среды содержит двигатель 1061 и шестерню 1070. Устройство 1060 для перемещения текучей среды расположено рядом с устройством 1040 для перемещения текучей среды, так что соответствующие зубья 1072, 1052 шестерен контактируют друг с другом подобно тому, как контактируют зубья 52, 72 шестерен в зоне 78 контакта согласно вышеприведенному описанию применительно к насосу 10. В этом варианте осуществления двигатель 1061 имеет конструкцию двигателя с внутренним ротором и расположен в полости 1084 для двигателя. В этом варианте осуществления двигатель 1061 и шестерня 1070 имеют общий вал 1062. Ротор 1064 двигателя 1061 расположен радиально между валом 1062 и статором 1066. Статор 1066 расположен радиально снаружи ротора 1064 и окружает ротор 1064. Конструкция с внутренним ротором означает, что вал 1062, который соединен с ротором 1064, вращается, в то время как статор 1066 неподвижно соединен с корпусом 1020. Кроме того, шестерня 1070 также соединена с валом 1062. Вал 1062 поддерживается, например, подшипником в пластине 1080 на одном конце 1088 и подшипником в пластине 1082 на другом конце 1090. В других вариантах осуществления вал 1062 может поддерживаться подшипниковыми узлами, которые неподвижно соединены с корпусом 1020, а не подшипниками непосредственно в корпусе 1020. Кроме того, в отличие общего вала 1062 двигатель 1061 и шестерня 1070 могут содержать собственные валы, соединенные между собой известными средствами.
Как показано на фиг. 4, шестерня 1070 расположена рядом с двигателем 1061 в корпусе 1020. Другими словами, в отличие от двигателя 1041 двигатель 1061 не расположен в теле шестерни 1070. Шестерня 1070 расположена на расстоянии от двигателя 1061 в осевом направлении по валу 1062. Ротор 1064 неподвижно соединен с валом 1062 на одной стороне 1088 вала 1062, и шестерня 1070 неподвижно соединена с валом 1062 на другой стороне 1090 вала 1062, так что крутящий момент, создаваемый двигателем 1061, передается шестерне 1070 через вал 1062.
Двигатель 1061 выполнен таким образом, что он помещен в полость для двигателя с соответствующим допуском между корпусом двигателя и корпусом 1020 насоса, так чтобы исключить (или, по существу, исключить) попадание текучей среды в полость во время эксплуатации. Кроме того, существует достаточный зазор между корпусом двигателя и шестерней 1070 для свободного вращения шестерни 1070, но вышеуказанный зазор позволяет эффективно перекачивать текучую среду. Таким образом, что касается текучей среды, в этом варианте осуществления корпус двигателя спроектирован с возможностью выполнения функции соответствующего участка стенок корпуса насоса по варианту на фиг. 1. В некоторых вариантах осуществления наружный диаметр двигателя 1061 меньше диаметра окружности впадин для зубьев 1072 шестерни. Таким образом, в этих вариантах осуществления во время вращения даже сторона двигателя зубьев 1072 шестерни будет расположена рядом со стенкой корпуса 20 насоса. В некоторых вариантах осуществления между шестерней 1070 и двигателем 1061 может быть вставлена опора 1095. Опора 1095, которая может быть опорой типа шайбы, уменьшает трение между шестерней 1070 и двигателем 1061 во время вращения шестерни 1070. В зависимости от перекачиваемой текучей среды и типа применения опора может быть металлической, неметаллической или может быть выполнена из композитного материала. Металлический материал может включать в себя без ограничения сталь, нержавеющую сталь, анодированный алюминий, алюминий, титан, магний, латунь, и их соответствующие сплавы. Неметаллический материал может включать в себя без ограничения керамику, пластмассу, композиционный материал, углеродное волокно и нанокомпозиционный материал. Кроме того, опора 1095 может иметь размеры, позволяющие устанавливать ее в отверстие полости 1084 для двигателя с целью способствования уплотнения полости 1084 для двигателя по отношению к полости 1086 для шестерни, при этом шестерни 1050 и 1070 смогут более эффективно перекачивать текучую среду. Следует принять во внимание, что специалистам в этой области должно быть понятно, что во время эксплуатации устройство 1040 для перемещения текучей среды и устройство 1060 для перемещения текучей среды будут функционировать подобно тому, как описано выше в отношении насоса 10. Соответственно, для краткости изложения работа насоса 1010 не описывается подробно.
Согласно вышеописанному варианту осуществления шестерня 1070 показана как расположенная на расстоянии от двигателя 1061 в осевом направлении вала 1062. Однако другие конфигурации также соответствуют объему изобретения. Например, шестерня 1070 и двигатель 1061 могут быть полностью отделены друг от друга (например, посредством исключения общего вала), частично перекрывать друг друга, размещены бок о бок или поверх друг друга или могут быть смещены друг от друга. Таким образом, изобретение относится ко всем вышеописанным взаимным положениям и любым другим разновидностям относительно схожих взаимных положений шестерни и двигателя внутри корпуса 1020. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления двигатель 1061 может иметь конструкцию двигателя с наружным ротором, которая выполнена для вращения шестерни 1070.
Кроме того, в вышеописанном варианте крутящий момент двигателя 1061 передается шестерне 1070 через вал 1062. Однако средства для передачи крутящего момента (или энергии) от двигателя к шестерне не ограничиваются до вала, например, вала 1062, в вышеописанном варианте осуществления. Вместо этого может быть использована любая комбинация устройств для передачи энергии, например, валы, промежуточные валы, ремни, цепи, муфты, шестерни, соединительные штанги, кулачки или другие устройства для передачи энергии без отклонения от сущности изобретения.
На фиг. 5 показан шестеренчатый насос 1110 с наружным зацеплением в разрезе согласно другому варианту осуществления, вид сбоку. Вариант выполнения насоса 1110, показанный на фиг. 5, отличается от насоса 10 тем, что каждый из двух двигателей в этом варианте выполнения расположен снаружи тела шестерни, но в корпусе насоса. Насос 1110 содержит корпус 1120, устройство 1140 для перемещения текучей среды и устройство 1160 для перемещения текучей среды. Внутренняя поверхность корпуса 1120 ограничивает внутренний объем, который включает в себя полости 1184 и 1184' для двигателей и полость 1186 для шестерни. Корпус 1120 может включать в себя торцевые пластины 1180, 1182. Эти две пластины 1180, 1182 могут быть присоединены с помощью множества болтов (не показаны).
Устройства 1140, 1160 для перемещения текучей среды соответственно содержат двигатели 1141, 1161 и шестерни 1150, 1170. Двигатели 1141, 1161 имеют конструкцию с внутренним ротором и соответственно расположены в полостях 1184 и 1184' для двигателей. Двигатель 1141 и шестерня 1150 устройства 1140 для перемещения текучей среды имеют общий вал 1142, и двигатель 1161 и шестерня 1170 устройства 1160 для перемещения текучей среды имеют общий вал 1162. Двигатели 1141, 1161 соответственно содержат роторы 1144, 1164 и статоры 1146, 1166, и шестерни 1150, 1170 соответственно содержат множество зубьев 1151, 1172 шестерен, продолжающихся радиально наружу от соответствующих тел шестерен. Устройство 1140 для перемещения текучей среды расположено рядом с устройством 1160 для перемещения текучей среды, так что соответствующие зубья 1152, 1172 шестерен контактируют друг с другом подобно тому, как контактируют зубья 52, 72 шестерен в зоне 78 контакта согласно вышеприведенному описанию применительно к насосу 10. Опоры 1195 и 1195' могут быть соответственно расположены между двигателями 1141, 1161 и шестернями 1150, 1170. Опоры 1195 и 1195' сходны по конструкции и назначению с вышеописанной опорой 1095. Следует принять во внимание, что специалистам в этой области должно быть понятно, что устройства 1140, 1160 для перемещения текучей среды схожи с устройством 1060 для перемещения текучей среды и что вышеописанные конфигурации и функции устройства 1060 для перемещения текучей среды могут быть включены в состав устройств 1140, 1160 для перемещения текучей среды в насосе 1110. Таким образом, для краткости изложения устройства 1140, 1160 для перемещения текучей среды не описываются подробно. Аналогично, работа насоса 1110 схожа с работой насоса 10 и, таким образом, для краткости изложения не описывается подробно. Кроме того, подобно устройству 1060 для перемещения текучей среды средства для передачи крутящего момента (или энергии) от двигателя к шестерне не ограничиваются до вала. Вместо этого может быть использована любая комбинация устройств для передачи энергии, например, валы, промежуточные валы, ремни, цепи, муфты, шестерни, соединительные штанги, кулачки или другие устройства для передачи энергии без отклонения от сущности изобретения. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления двигатели 1141, 1161 могут иметь конструкции двигателей с наружными роторами, сконфигурированные должным образом для вращения шестерен 1150, 1170 соответственно.
На фиг. 6 показан шестеренчатый насос 1210 с наружным зацеплением в разрезе согласно другому варианту осуществления, вид сбоку. Вариант выполнения насоса 1210, показанный на фиг. 6, отличается от насоса 10 тем, что один из двух двигателей расположен снаружи корпуса насоса. Насос 1210 содержит корпус 1220, устройство 1240 для перемещения текучей среды и устройство 1260 для перемещения текучей среды. Внутренняя поверхность корпуса 1220 ограничивает внутренний объем. Корпус 1220 может включать в себя торцевые пластины 1280, 1282. Эти две пластины 1280, 1282 могут быть присоединены с помощью множества болтов.
Устройство 1240 для перемещения текучей среды содержит двигатель 1241 и шестерню 1250. Двигатель 1241 имеет конструкцию двигателя с наружным ротором и расположен в теле шестерни 1250, которая расположена во внутреннем объеме. Двигатель 1241 содержит ротор 1244 и статор 1246. Шестерня 1250 содержит множество зубьев 1252 шестерни, продолжающихся радиально наружу от тела шестерни. Следует принять во внимание, что специалистам в этой области должно быть понятно, что устройство 1240 для перемещения текучей среды схоже с устройством 40 для перемещения текучей среды и что вышеописанные конфигурации и функции устройства 40 для перемещения текучей среды могут быть включены в состав устройств 1240 для перемещения текучей среды. Таким образом, для краткости изложения устройство 1240 для перемещения текучей среды не описывается подробно за исключением необходимого описания применительно к данному варианту выполнения.
Устройство 1260 для перемещения текучей среды содержит двигатель 1261 и шестерню 1270. Устройство 1260 для перемещения текучей среды расположено рядом с устройством 1240 для перемещения текучей среды, так что соответствующие зубья 1272, 1252 шестерен контактируют друг с другом подобно тому, как контактируют зубья 52, 72 шестерен в зоне 78 контакта согласно вышеприведенному описанию применительно к насосу 10. В этом варианте выполнения двигатель 1261 имеет конструкцию двигателя с внутренним ротором и, как показано на фиг. 6, двигатель 1261 расположен снаружи корпуса 1220. Ротор 1264 двигателя 1261 расположен радиально между валом 1262' двигателя и статором 1266. Статор 1266 расположен радиально снаружи ротора 1264 и окружает ротор 1264. Конструкция с внутренним ротором означает, что вал 1262', который соединен с ротором 1264, вращается, в то время как статор 1266 неподвижно соединен с корпусом 1220 насоса или непосредственно или косвенно, например, с помощью корпуса 1287 двигателя. Шестерня 1270 содержит вал 1262, который может поддерживаться пластиной 1282 на одном конце 1290 и пластиной 1280 на другом конце 1291. Вал 1262 шестерни, который продолжается снаружи корпуса 1220, может быть соединен с валом 1262' двигателя, например, с помощью муфты 1285, такой как фланец вала, для образования вала, продолжающегося от точки 1290 до точки 1288. Для обеспечения необходимого уплотнения текучей среды могут быть установлены одно или несколько уплотнений 1293. Конструкция валов 1262, 1262' и средств для соединения двигателя 1261 с шестерней 1270 может варьироваться без отклонения от сущности изобретения.
Как показано на фиг. 6, шестерня 1270 расположена рядом с двигателем 1261. Другими словами, в отличие от двигателя 1241 двигатель 1261 не расположен в теле шестерни 1270. Вместо этого шестерня 1270 расположена в корпусе 1220, в то время как двигатель 1261 расположен рядом с шестерней 1270, но снаружи корпуса 1220. В варианте выполнения на фиг. 6 шестерня 1270 расположена на расстоянии от двигателя 1261 в осевом направлении вдоль валов 1262 и 1262'. Ротор 1266 неподвижно соединен с валом 1262', который соединен с валом 1262, так что крутящий момент, создаваемый двигателем 1261, передается шестерне 1270 через вал 1262. Валы 1262 и 1262' могут поддерживаться опорами в одном или нескольких местах. Следует принять во внимание, что специалистам в этой области должно быть понятно, что работа насоса 1210, содержащего устройства 1240, 1260 для перемещения текучей среды, схожа с работой насоса 10 и, таким образом, для краткости изложения не описывается.
В вышеописанном варианте выполнения шестерня 1270 расположена на расстоянии от двигателя 1261 в осевом направлении валов 1262 и 1262' (т.е. расположена на расстоянии, но выровнена с ним). Однако другие конфигурации также могут соответствовать объему изобретения. Например, шестерня 1270 и двигатель 1261 могут быть расположены бок о бок, поверх друг друга или могут быть смещены друг от друга. Таким образом, изобретение относится ко всем вышеописанным взаимным положениям и любым другим разновидностям относительно схожих взаимных положений шестерни и двигателя внутри корпуса 1220. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения двигатель 1261 может иметь конструкцию двигателя с наружным ротором, которая выполнена надлежащим образом для вращения шестерни 1270.
Кроме того, в вышеописанном варианте выполнения крутящий момент двигателя 1261 передается шестерне 1270 через валы 1262, 1262'. Однако средства для передачи крутящего момента (или энергии) от двигателя к шестерне не ограничиваются до валов. Вместо этого может быть использована любая комбинация устройств для передачи энергии, например, валы, промежуточные валы, ремни, цепи, муфты, шестерни, соединительные штанги, кулачки или другие устройства для передачи энергии без отклонения от сущности изобретения. Кроме того, корпус 1287 двигателя может включать в себя виброизолятор (не показан) между корпусом 1220 и корпусом 1287 двигателя. Кроме того, установка корпуса 1287 двигателя не ограничивается до установки, показанной на фиг. 6, и корпус двигателя может быть установлен в любом пригодном месте на корпусе 1220 или даже может быть расположен отдельно от корпуса 1220.
На фиг. 7 показан шестеренчатый насос 1310 с наружным зацеплением в разрезе согласно другому варианту осуществления, вид сбоку. Вариант выполнения насоса 1310, показанный на фиг. 7, отличается от насоса 10 тем, что два двигателя расположены снаружи тела шестерен, при этом один двигатель расположен внутри корпуса насоса, в то время как другой двигатель расположен снаружи корпуса насоса. Насос 1310 включает в себя корпус 1320, устройство 1340 для перемещения текучей среды и устройство 1360 для перемещения текучей среды. Внутренняя поверхность корпуса 1320 ограничивается внутренним объемом, который содержит полость 1384 для двигателя и полость 1386 для шестерни. Корпус 1320 может содержать торцевые пластины 1380, 1382. Эти две пластины 1380, 1382 могут быть соединены с корпусом 1320 множеством болтов.
Устройство 1340 для перемещения текучей среды содержит двигатель 1341 и шестерню 1350. В этом варианте выполнения двигатель 1341 имеет конструкцию двигателя с внутренним ротором и, как видно на фиг. 7, двигатель 1341 расположен снаружи корпуса 1320. Ротор 1344 двигателя 1341 расположен радиально между валом 1342' двигателя и статором 1346. Статор 1346 расположен радиально снаружи ротора 1344 и окружает ротор 1344. Конструкция с внутренним ротором означает, что вал 1342', который соединен с ротором 1344, вращается, в то время как статор 1346 неподвижно прикреплен к корпусу 1320 насоса или непосредственно или косвенно, например, с помощью корпуса 1387 двигателя. Шестерня 1350 содержит вал 1342, который может поддерживаться нижней крышкой 1382 на одном конце 1390 и верхней крышкой 1380 на другом конце 1391. Вал 1342 шестерни, который продолжается снаружи корпуса 1320, может быть соединен с валом 1342' двигателя, например, с помощью муфты 1385, такой как фланец вала, для образования вала, продолжающегося от точки 1384 до точки 1386. Для обеспечения необходимого уплотнения текучей среды могут быть установлены одно или более уплотнений 1393. Конструкция валов 1342, 1342' и средств для соединения двигателя 1341 с шестерней 1350 может варьироваться без отклонения сущности изобретения. Следует принять во внимание, что специалистам в этой области должно быть понятно, что устройство 1340 для перемещения текучей среды сходно с устройством 1260 для перемещения текучей среды и что конфигурации и функции вышеописанного устройства 1260 для перемещения текучей среды могут быть включены в состав устройства 1340 для перемещения текучей среды. Соответственно, для краткости изложения устройство 1340 для перемещения текучей среды не будет описано подробно за исключением необходимого описания применительно к данному варианту выполнения.
Кроме того, шестерня 1350 и двигатель 1341 могут быть расположены бок о бок, поверх друг друга или могут быть смещены друг от друга. Таким образом, изобретение относится ко всем вышеописанным взаимным положениям и любым другим разновидностям относительно схожих взаимных положений шестерни и двигателя снаружи корпуса 1320. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления двигатель 1341 может иметь конструкцию двигателя с наружным ротором, которая сконфигурирована надлежащим образом для вращения шестерни 1350. Кроме того, средства для передачи крутящего момента (или энергии) от двигателя к шестерне не ограничиваются до валов. Вместо этого может быть использована любая комбинация устройств для передачи энергии, например, валы, промежуточные валы, ремни, цепи, муфты, шестерни, соединительные штанги, кулачки или другие устройства для передачи энергии без отклонения от сущности изобретения. Кроме того, корпус 1387 двигателя может включать в себя виброизолятор (не показан) между корпусом 1320 и корпусом 1387 двигателя. Кроме того, установка корпуса 1387 двигателя не ограничивается до установки, показанной на фиг. 7, и корпус двигателя может быть установлен в любом пригодном месте на корпусе 1320 или даже может быть расположен отдельно от корпуса 1320.
Устройство 1360 для перемещения текучей среды содержит двигатель 1361 и шестерню 1370. Устройство 1360 для перемещения текучей среды расположено рядом с устройством 1340 для перемещения текучей среды, так что соответствующие зубья 1372, 1352 шестерен контактируют друг с другом подобно тому, как контактируют зубья 52, 72 шестерен в зоне 128 контакта согласно вышеприведенному описанию применительно к насосу 10. В этом варианте выполнения двигатель 1361 имеет конструкцию двигателя с внутренним ротором и расположен в полости 1384 для двигателя. В этом варианте выполнения двигатель 1361 и шестерня 1370 имеют общий вал 1362. Ротор 1364 двигателя 1361 расположен радиально между валом 1362 и статором 1366. Статор 1366 расположен радиально снаружи ротора 1364 и окружает ротор 1364. Опора 1395 может быть расположена между двигателем 1361 и шестерней 1370. Опора 1395 схожа по конструкции и назначению с вышеописанной опорой 1095. Конструкция с внутренним ротором означает, что вал 1362, который соединен с ротором 1364, вращается, в то время как статор 1366 неподвижно соединен с корпусом 1320. Кроме того, шестерня 1370 также соединена с валом 1362. Следует принять во внимание, что специалистам в этой области должно быть понятно, что устройство 1360 для перемещения текучей среды сходно с устройством 1060 для перемещения текучей среды и что конфигурации и функции вышеописанного устройства 1060 для перемещения текучей среды могут быть включены в состав устройства 1360 для перемещения текучей среды. Соответственно, для краткости изложения устройство 1360 для перемещения текучей среды не будет описано подробно за исключением необходимого описания применительно к данному варианту выполнения. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления двигатель 1361 может иметь конструкцию двигателя с наружным ротором, которая сконфигурирована надлежащим образом для вращения шестерни 1370. Кроме того, следует принять во внимание, что специалистам в этой области должно быть понятно, что работа насоса 1310, содержащего устройства 1340, 1360 для перемещения текучей среды, схожа с работой насоса 10 и, таким образом, для краткости изложения не описывается. Кроме того, средства для передачи крутящего момента (или энергии) от двигателя к шестерне не ограничиваются до вала. Вместо этого может быть использована любая комбинация устройств для передачи энергии, например, валы, промежуточные валы, ремни, цепи, муфты, шестерни, соединительные штанги, кулачки или другие устройства для передачи энергии без отклонения от сущности изобретения.
На фиг. 8 показан шестеренчатый насос 1510 с наружным зацеплением в разрезе согласно другому варианту осуществления, вид сбоку. Вариант выполнения насоса 1510, показанный на фиг. 8, отличается от насоса 10 тем, что два двигателя расположены снаружи корпуса насоса. Насос 1510 включает в себя корпус 1520, устройство 1540 для перемещения текучей среды и устройство 1560 для перемещения текучей среды. Внутренняя поверхность корпуса 1520 ограничивает внутренний объем. Корпус 1520 может содержать торцевые пластины 1580, 1582. Эти две пластины 1580, 1582 могут быть соединены с корпусом 1520 множеством болтов.
Устройства 1540, 1560 для перемещения текучей среды соответственно содержат двигатели 1541, 1561 и шестерни 1550, 1570. Устройство 1540 для перемещения текучей среды расположено рядом с устройством 1560 для перемещения текучей среды, так что соответствующие зубья 1552, 1572 шестерен контактируют друг с другом подобно тому, как контактируют зубья 52, 72 шестерен в зоне 78 контакта согласно вышеприведенному описанию применительно к насосу 10. В этом варианте выполнения двигатели 1541, 1561 имеют конструкцию двигателя с внутренним ротором, как показано на фиг. 8, и двигатели 1541, 1561 расположены снаружи корпуса 1520. Каждый из роторов 1544, 1564 двигателей 1541, 1561 расположен радиально между соответствующими валами 1542', 1562' и статорами 1546, 1566. Статоры 1546, 1566 расположены радиально снаружи соответствующих роторов 1544, 1564 и окружают роторы 1544, 1564. Конструкция с внутренним ротором означает, что валы 1542', 1562', которые соответственно соединены с роторами 1544, 1564, вращаются, в то время как статоры 1546, 1566 неподвижно соединены с корпусом 1220 насоса непосредственно или косвенно, например, с помощью корпуса 1587 двигателя. Шестерни 1550, 1570 соответственно содержат валы 1542, 1562, которые могут поддерживаться пластиной 1582 на концах 1586, 1590 и пластиной 1580 на концах 1591, 1597. Валы 1542, 1562 шестерен, которые продолжаются наружу корпуса 1520, соответственно могут быть соединены с валами 1542', 1562', например, с помощью муфт 1585, 1595, таких как фланцы валов, для образования валов, соответственно продолжающихся от точек 1591, 1590 до точек 1584, 1588. Для обеспечения необходимого уплотнения текучей среды могут быть установлены одно или более уплотнений 1593. Конструкция валов 1542, 1542', 1562, 1562' и средств для соединения двигателей 1541, 1561 с соответствующими шестернями 1550, 1570 может варьироваться без отклонения сущности изобретения. Следует принять во внимание, что специалистам в этой области должно быть понятно, что устройства 1540, 1560 для перемещения текучей среды сходны с устройством 1260 для перемещения текучей среды и что конфигурации и функции вышеописанного устройства 1260 для перемещения текучей среды могут быть включены в состав устройств 1540, 1560 для перемещения текучей среды. Соответственно, для краткости изложения устройства 1540, 1560 для перемещения текучей среды не будут описаны подробно за исключением необходимого описания применительно к данному варианту выполнения. Кроме того, следует принять во внимание, что специалистам в этой области должно быть понятно, что работа насоса 1510, содержащего устройства 1540, 1560 для перемещения текучей среды, схожа с работой насоса 10 и, таким образом, для краткости изложения не описывается. Кроме того, средства для передачи крутящего момента (или энергии) от двигателя к шестерне не ограничивается до вала. Вместо этого может быть использована любая комбинация устройств для передачи энергии, например, валы, промежуточные валы, ремни, цепи, муфты, шестерни, соединительные штанги, кулачки или другие устройства для передачи энергии без отклонения от сущности изобретения. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления двигатели 1541, 1561 могут иметь конструкцию двигателя с наружным ротором, сконфигурированные надлежащим образом для вращения соответственно шестерен 1550, 1570.
В варианте осуществления корпус 1587 двигателя может содержать виброизолятор (не показан) между пластиной 1580 и корпусом 1587 двигателя. В вышеприведенном варианте выполнения двигатель 1541 и двигатель 1561 расположены в одном и том же корпусе 1587 двигателя. Однако в других вариантах осуществления двигатель 1541 и двигатель 1561 могут быть расположены в отдельных корпусах. Кроме того, установка корпуса 1587 двигателя и местоположения двигателей не ограничиваются до того, что показано на фиг. 8, и двигатели и корпус или корпусы двигателей могут быть установлены в любом пригодном месте на корпусе 1520 или даже могут быть установлены отдельно от корпуса 1520.
Несмотря на то, что вышеприведенные варианты выполнения были описаны применительно к конструкции шестеренчатого насоса с наружным зацеплением с прямозубыми цилиндрическими шестернями, имеющими зубья, специалистам в этой области должно быть понятно, что идеи, функции и особенности, описанные выше, легко могут быть применены к шестеренчатым насосам с наружным зацеплением, имеющим другие конструкции шестерен (косозубые шестерни, шевронные шестерни или другие конструкции зубьев шестерен, которые могут быть приспособлены для перемещения текучей среды), шестеренчатым насосам с внутренним зацеплением с различными конструкциями шестерен, насосам, содержащим более двух первичных приводов, первичным приводам, которые не относятся к электродвигателям, например, гидравлическим двигателям или другим двигателям с гидравлическим приводом, двигателям внутреннего сгорания, газовым двигателям или двигателям другого типа или другим похожим устройствам, которые могут приводить в движение элемент для вытеснения текучей среды, и к элементам для вытеснения текучей среды, которые не относятся к шестерне наружного зацепления с зубьями, например, шестерне внутреннего зацепления с зубьями, втулочному элементу (например, диску, цилиндру, другому подобному компоненту) с выступами (например, выпуклостями, удлинительными элементами, выгнутостями, возвышениями, другими схожими элементами или их комбинациями), втулочному элементу (например, диску, цилиндру, другому подобному компоненту) с углублениями (например, полостями, углублениями, выемками или другими схожими элементами), телу шестерни с выступом или другим схожим элементам, которые могут вытеснять среду, когда они приводятся в движение. Соответственно, для краткости изложения подробное описание ряда конструкций насоса опущено. Кроме того, специалистам в этой области должно быть понятно, что в зависимости от типа насоса синхронизация контакта может способствовать перекачиванию текучей среды вместо или в добавление к уплотнению траектории обратного потока. Например, в некоторых конструкциях героторных насосов с внутренним зацеплением синхронизированный контакт между двумя устройствами для перемещения текучей среды также способствует перекачиванию текучей среды, захватываемой между зубьями противолежащих шестерен. Кроме того, несмотря на то, что вышеописанные варианты выполнения содержат элементы для вытеснения текучей среды с конструкцией шестерен с наружным зацеплением, специалистам в этой области должно быть понятно, что в зависимости от типа элемента для вытеснения текучей среды синхронизированный контакт не ограничивается до контакта боковой поверхности с боковой поверхностью и может осуществляться между любой поверхностью, по меньшей мере, одного выступа (например, выпуклости, удлинительного элемента, выгнутости, возвышения, другого схожего элемента или их комбинациями) на одном элементе для вытеснения текучей среды и любой поверхностью, по меньшей мере, одного выступа (например, выпуклости, удлинительного элемента, выгнутости, возвышения, другого схожего элемента или их комбинациями) или углубления (например, полости, углубления, выемки или другого схожего элемента) на другом элементе для вытеснения текучей среды. Кроме того, несмотря на то, что в вышеописанных вариантах выполнения для независимого приведения в движение двух элементов для вытеснения текучей среды используются два первичных привода, следует принять во внимание, что специалистам в этой области должно быть понятно, что некоторые преимущества (например, меньшее загрязнение по сравнению с конфигурацией ведущая шестерня – ведомая шестерня) вышеописанных вариантов выполнения могут быть достигнуты посредством использования одного первичного привода для независимого приведения в движение двух элементов для вытеснения текучей среды. В некоторых вариантах выполнения один первичный привод может независимо приводить в движение два элемента для вытеснения текучей среды посредством использования, например, распределительных шестерен, распределительных цепей или какого-либо другого устройства или комбинации устройств для независимого приведения в движение двух элементов для вытеснения текучей среды, поддерживая при этом их синхронизацию относительно друг друга во время эксплуатации.
Элементы для вытеснения текучей среды, например, шестерни в вышеуказанных вариантах выполнения, могут быть выполнены полностью из какого-либо одного металлического материала или неметаллического материала. Металлический материал может включать в себя без ограничения сталь, нержавеющую сталь, анодированный алюминий, алюминий, титан, магний, латунь, и их соответствующие сплавы. Неметаллический материал может включать в себя без ограничения керамику, пластмассу, композиционный материал, углеродное волокно и нанокомпозиционный материал. Металлический материал может использоваться для изготовления насоса, который должен иметь прочность, достаточную, например, для выдерживания высокого давления. Однако для изготовления насоса, который должен использоваться при низком давлении, можно использовать неметаллический материал. В некоторых вариантах выполнения элементы для вытеснения текучей среды могут быть выполнены из упругого материала, например, из резины, эластомерного материала и т.д., например, для обеспечения более надежного участка уплотнения.
Как вариант, элемент для вытеснения текучей среды, например, шестерни в вышеописанных вариантах выполнения, может быть выполнен из комбинации различных материалов. Например, тело шестерни может быть выполнено из алюминия, и участок, который находится в контакте с другим элементом для вытеснения текучей среды, например, зубья шестерни в вышеописанных вариантах выполнения, может быть выполнен из стали для насоса, который должен иметь прочность, достаточную, например, для выдерживания высокого давления, пластмассы для насоса, который должен использоваться при низком давлении, эластомерного материала или другого пригодного материала в зависимости от типа применения.
Насосы, соответствующие вышеописанным вариантам выполнения, могут перекачивать различные текучей среды. Например, насосы могут быть предназначены для перекачивания рабочей жидкости, моторного масла, сырой нефти, крови, микстуры (сиропа), красок, чернил, смолы, склеивающих веществ, расплавленных термопластиков, битума, пека, мелассы, расплавленного шоколада, воды, ацетона, бензола, метанола или другой текучей среды. Как можно определить по типу текучей среды, которая может перекачиваться, варианты выполнения насоса могут использоваться в ряде применений, таких как крупногабаритное и промышленное оборудование, химическая промышленность, пищевая промышленность, медицинская промышленность, коммерческое применение, применение в быту или другое применение, где используются насосы. Конструкция насоса зависит от таких факторов, как вязкость текучей среды, требуемые давления и расход для применения, конструкция элемента для вытеснения текучей среды, размер и мощность двигателей, ограничения физического пространства, масса насоса или других факторов, которые влияют на конструкцию насоса. Предусматривается, что в зависимости от типа применения насосы, соответствующие вышеописанным вариантам выполнения, могут иметь рабочий диапазон, например, 1 – 5000 об/мин. Разумеется, этот диапазон не ограничивается, и возможны другие диапазоны.
Рабочая частота вращения может быть определена с учетом таких факторов, как вязкость текучей среды, мощность первичного привода (например, мощность электродвигателя, гидравлического двигателя или другого двигателя с гидравлическим приводом, двигателя внутреннего сгорания, газового двигателя или двигателя другого типа или другого похожего устройства, которые могут приводить в движение элемент для вытеснения текучей среды), размеров элементов для вытеснения текучей среды (например, размеров шестерни, втулочного элемента с выступами, втулочного элемента с углублениями или других подобных элементов, которые могут вытеснять среду после приведения в движение), требуемого расхода, требуемого рабочего давления и нагрузки на подшипники насоса. В вариантах выполнения, например, применениях, относящихся к стандартным промышленным гидравлическим системам, рабочая частота вращения насоса может составлять 300 – 900 об/мин. Кроме того, рабочий диапазон также может выбираться в зависимости от назначения насоса. Например, в вышеуказанном примере гидравлического насоса насос, предназначенный для эксплуатации в диапазоне 1 – 300 об/мин, может быть выбран в качестве резервного насоса, который обеспечивает дополнительную подачу в гидравлической системе. Насос, предназначенный для эксплуатации в диапазоне 300 – 600 об/мин, может быть выбран для непрерывной эксплуатации в гидравлической системе, в то время как насос, предназначенный для эксплуатации в диапазоне 600 – 900 об/мин, может быть выбран для эксплуатации с максимальным расходом. Разумеется, для осуществления всех трех типов эксплуатации может быть выбран один общий насос.
Кроме того, размеры элементов для вытеснения текучей среды могут варьироваться в зависимости от применения насоса. Например, когда в качестве элементов для вытеснения текучей среды используются шестерни, окружной шаг зацепления шестерен может составлять от менее чем 1 мм (например, применительно к нанокомпозитному материалу из нейлона) до нескольких метров в промышленных применениях. Толщина шестерен зависит от требуемых давлений и расходов в конкретном применении.
В некоторых вариантах выполнения частота вращения первичного привода, например, двигателя, который вращает элементы для вытеснения текучей среды, например, пару шестерен, может варьироваться для управления расходом насоса. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения крутящий момент первичного привода, например двигателя, может варьироваться для управления давлением на выходе насоса.
Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на конкретные варианты выполнения, могут быть выполнены многочисленные модификации, поправки и изменения описанных вариантов выполнения без отклонения от области и объема изобретения, как определено в формуле изобретения. Соответственно, предусматривается, что изобретение не ограничивается до описанных вариантов выполнения, при этом оно содержит полный объем, определяемый формулой изобретения и ее эквивалентами.