DE69911013T2

DE69911013T2 - Impellerpumpe mit flexiblen flügeln

Info

Publication number: DE69911013T2
Application number: DE69911013T
Authority: DE
Inventors: Photosynthesis, (Jersey) Limited
Original assignee: Photosynthesis Jersey Ltd
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2019-06-22
Also published as: AU752157B2; US6398522B2; EP1088167A1; WO1999066208A1; US20010002976A1; ATE248992T1; AU4382199A; DE69911013D1; EP1088167B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe für den Einsatz in einem Bereich industrieller Anwendungen. Die Pumpe ist besonders wertvoll zum Pumpen von Nährstoffflüssigkeiten für das Versorgen einer Kultur von Mikroorganismen und wird somit in Bezug auf diese Verwendung beschrieben, jedoch nur zur Erläuterung. Die Pumpe kann aber auch für andere Anwendungen, z. B. in einer medizinischen Vorrichtung, eingesetzt werden.
Eine Pumpe kann einen im Allgemeinen zylindrischen Stator aufweisen, der einen länglichen Rotor enthält. Beispielsweise beschreiben die GB 1061278, GB 672522 und GB 649814 jeweils eine Pumpe, bei der flexible Flügel im lichten Raum zwischen dem Rotor und dem Stator vorliegen. Jedoch beschreiben diese Druckschriften Pumpen, bei denen die gepumpte Flüssigkeit quer durch die im Allgemeinen zylindrische Bohrung gedrückt wird. Es besteht ein Bedürfnis danach, die Gleichmäßigkeit des Fluidstroms durch solche Pumpen zu verbessern.
Die hier beschriebene und offenbarte Erfindung verhindert oder vermindert zumindest wesentlich die mit den bekannten Pumpen verbundenen Schwierigkeiten.
Entsprechend der Erfindung werden gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Pumpe und ein Pumpverfahren in Übereinstimmung mit den Ansprüchen bereitgestellt.
Bei der Erfindung ist es möglich, den Ort der zusammenwirkenden Flügel und Oberflächen innerhalb der Pumpe umzukehren.
Auch die Anzahl der Abschnitte, die Oberflächen zur Verfügung stellen, kann verändert werden. Wenn die Anzahl solcher Oberflächen im wesentlichen gleichmäßig um die Hauptachse des Stators herum verteilt ist, ist der Rotor zentriert.
Die Flügel können aus irgendeinem geeigneten natürlichen synthetischen Material, normalerweise einem Kunststoff, einschließlich eines Biopolymers, wo dieses angebracht ist, hergestellt sein. Sie können irgendeine geeignete Gestalt aufweisen und haben vorzugsweise eine dünne vertikale Fläche mit einem vergrößerten Kopf. Die Gestalt der Flügel richtet sich nach der Verformungsoberfläche oder den Verformungsoberflächen, die als Nocken wirkt bzw. wirken, um die Flügel durchzubiegen, wenn sie über die Verformungsfläche hinweggehen.
Die Pumpe kann mit einem Primärantrieb, z. B. einem elektromagnetischen Antriebssystem, verbunden oder darin integriert sein. Die Pumpe kann auch für Flüssigkeiten oder Gase benutzt und beispielsweise in Verbindung mit einem Gaskompressor eingesetzt werden.
Der Rotor kann verstellbar sein, um die Pumpe abzudichten, und ist bezüglich des Stators vorzugsweise selbstzentrierend.
Eine erfindungsgemäße Pumpe kann zum Transport von Flüssigkeiten, wie Blut oder steifen Aufschlämmungen, z. B. Aufschlämmungen auf Zementbasis, oder in einer Mehrstufenbohrpumpe in beispielsweise Ölbohrlöchern benutzt werden. wenn irgendwelche Feststoffteilchen zwischen die Flügel und die Innenoberfläche des Stators eingeschleppt werden, verbiegen sich die Flügel und ermöglichen es so der Pumpe, weiter zu arbeiten, insbesondere wenn eine Anzahl von Nockenoberflächen vorliegt.
Um die Erfindung gut verständlich zu machen, wird sie beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben. Darin ist
1 eine Endansicht einer Pumpe der Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht eines Endes des Rotors;
3 eine Vorderansicht, welche die Strömung eines Fluids zeigt;
4 eine Seitenansicht einer zweiten Pumpe der Erfindung;
5 eine Schnittsansicht in Richtung der Linien V-V in 4; und
6 eine Schnittsansicht einer dritten Pumpe der Erfindung.
Wo es zweckmäßig ist, werden die gleichen Bezugsnummern verwendet, um die verschiedenen Ausführungsformen zu beschreiben.
Die Pumpe weist einen länglichen Stator 1 auf, der aus einem im Allgemeinen steifen Material, wie einem Metall, einem Kunststoff oder einer Keramik oder dergleichen hergestellt ist. Der Stator ist mit einer im Allgemeinen kreisförmigen Bohrung 2 versehen, die eine Sehnendeformation aufweist, die als Nockenoberfläche 3 wirkt. Diese Deformation kann eine Auffüllung oder ein an der Stelle durch maschinelle Bearbeitung gebildetes Element sein. Der Stator 1 enthält einen Rotor 4 mit einer länglichen Welle 5 aus beispielsweise Edelstahl. Die Welle ist mit einem nicht dargestellten Primärantrieb verbunden. Eine Hülse 6 ist an dem Schaft befestigt und besteht beispielsweise aus Kunststoff oder Gummi. Flügel 7 befinden sich an der Hülse, wobei jeder Flügel eine sich radial erstreckende Fläche 8 aufweist und in einem kugelartigen Kopf 9 endet. Die Flügel 7 sind parallel befestigt und erstrecken sich entlang eines schraubenförmigen Wegs, der entlang der Hülsenlänge verläuft. Wenn eine Nockenoberfläche 3 vorliegt, wie dargestellt ist, verläuft der Weg über 360°. Wenn es aber mehr als eine Nockenoberfläche gibt, ist der Weg kürzer, beispielsweise 90° bei vier Nocken. Die Flügel 7 sind derart dimensioniert, dass dann, wenn sie in der Ruhestellung von dem Nocken 3 entfernt sind, die Welle selbstzentrierend ist. Es ist zu bemerken, dass die Pumpe selbstzentrierend ist, ob- wohl sie frei von Lagern oder Dichtungen ist.
Beim Gebrauch wird der Rotor 4 in dem Stator 1 in einen Flüssigkeitsströmungsweg eingesetzt, und die Pumpe wird mittels einer nicht dargestellten Einrichtung mit Energie versorgt. Wenn die welle rotiert, erreichen die Flügel 7 die Nockenfläche 3, wo sie zusammengedrückt werden (siehe 1) und geben dem Flüssigkeitsstrom einen Extraschlag. Da sich die Flügel 7 auf einem schraubenförmigen Weg befinden, strömt die Flüssigkeit schraubenförmig, was von Vorteil ist.
Bei der Ausführungsform der 4 und 5 weist die Pumpe einen Mantel 10 auf (der als Stator wirkt) und ist mit einem Einlaß 11 und einem Inline-Aushaß 12 versehen. Der Rotor 12 ist ein geschlossener Körper mit konusförmigen Enden 13, 14, die derart gestaltet sind, dass sie den Vorderoberflächen der Einlaß- und der Auslasswand 15 bzw. 16 entsprechen. Auf dem Rotorkörper sind Flügel 7 auf der Hül- se 6 angebracht oder damit einstückig ausgebildet. Das Innere des Stators weist drei Verformungs- oder Nockenoberflächen 3A, 3B, 3C auf, die im wesentlichen über die Innenoberfläche des Stators gleichmäßig verteilt sind. An der Außenseite des Stators ist eine elektromagnetische Spule 20 befestigt, und ein Satz von Magneten 22 ist an der Innenseite des Rotorkörpers 12 angebracht. Die Magneten 20, 21 wirken in bekannter Weise zusammen, wenn sie von einer Energiequelle mit Energie versorgt werden, um die Pumpe anzutreiben. Diese arbeitet so, wie es bezüglich der Ausführungsform gemäß den 1 bis 3 beschrieben ist. Bei der Benutzung führen die Nocken 3A, 3B, 3C durch das Ver biegen der Flügel 7 zu jeder zeit dazu, daß der Rotor zentriert wird. Wenn die Pumpe in irgendeiner Weise ausfällt, zwingt das unter hohem Druck stehende Fluid den Rotor zu einer Bewegung zum Abdichten des Einlasses oder Auslasses durch einen Eingriff der Oberflächen 13, 15 oder 14, 16.
Bei der Ausführungsform der 6 sind die Flügel 7 an der Innenoberfläche der Bohrung 2 des Stators 1 angebracht, und es liegen drei Nocken 3 im Abstand am Umfang des Rotors 4 vor. Es sind Elektromagneten 20, 21 vorhanden, wie bei der Ausführungsform der 4 und 5. Der Durchmesser der Bohrung bei dieser Ausführungsform kann relativ größer sein als bei den früheren Ausführungsformen. Die Vorrichtung arbeitet in der gleichen Weise wie die früheren Ausführungsformen, und das gepumpte Fluid wird veranlasst, bezüglich des Rotors 4 sowohl in Umfangsrichtung als auch schraubenförmig zu strömen.
Die Erfindung ist auf die gezeigte Ausführungsform nicht beschränkt. Die Anzahl der Flügel kann verändert werden, normalerweise sind aber zwei oder mehr erforderlich, um einen Rückstrom zu verhindern. Der Stator kann aus einem steifen oder halbsteifen Material hergestellt sein. Es können mehr als eine Nockenoberfläche vorliegen. In einem System können mehr als eine erfindungsgemäße Pumpe vorgesehen sein, entweder in paralleler Anordnung oder in Reihenanordnung. Das gepumpte Fluid kann eine Flüssigkeit oder eine gashaltige Flüssigkeit sein. Die Pumpe kann aus leichtgewichtigen Materialien hergestellt sein. Die Längen des Stators und des Rotors hängen von der Verwendung ab, welcher die Pumpe zugeführt werden soll.

Claims

Pumpe mit einem Stator mit einer im allgemeinen zylindrischen Bohrung und einem in der Bohrung angeordneten Rotor, wobei der Stator oder der Rotor voneinander beabstandete flexible Flügel aufweist, die sich vom jeweiligen inneren oder äußeren Umfang des Stators bzw. des Rotors aus erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Flügel (7) im allgemeinen schraubenförmig von einem Ende des Stators (1) oder des Rotors (4) zum anderen Ende hin erstrecken, wobei jeweils der andere Teil in Form des Stators oder des Rotors mindestens einen Abschnitt (3, 3A, 3B, 3C) einer Oberfläche in einer derartigen Anordnung aufweist, daß sie die Flügel (7) durchbiegen, wenn die Flügel und die genannte Oberfläche während der Drehung des Rotors innerhalb des Stators aufeinandertreffen.
Pumpe nach Anspruch 1, mit einem länglichen Stator, dessen Innenumfang eine im allgemeinen zylindrische Gestalt aufweist, und mit einem länglichen Rotor, der voneinander beabstandete flexible Flügel trägt, die an der Außenoberfläche des Rotors befestigt sind und sich im allgemeinen schraubenförmig von einem Ende des Rotors zum anderen Ende hin erstrecken, wobei die Flügel in Kontakt mit der Wand des Stators stehen, der mit mindestens einem Abschnitt mit einer Oberfläche versehen ist, die derart angeordnet ist, daß sie die Flügel durchbiegt, wenn während der Drehung des Rotors innerhalb des Stators die Flügel und die Oberfläche aufeinandertreffen.
Pumpe nach Anspruch 1, mit einem länglichen Stator, dessen Innenumfang eine im allgemeinen zylindrische Gestalt aufweist, und mit einem länglichen Rotor, wobei der Stator voneinander beabstandete flexible Flügel trägt, die an der Wand des Stators befestigt sind und sich im allgemeinen schraubenförmig von einem Ende des Stators zum anderen Ende hin erstrecken, und die Flügel mit dem Außenumfang des Rotors in Kontakt stehen, der mit mindestens einem Abschnitt mit einer Oberfläche versehen ist, die derart angeordnet ist, daß sie die Flügel durchbiegt, wenn während der Drehung des Rotors innerhalb des Stators die Flügel und die Oberfläche aufeinandertreffen.
Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Flügel einen Weg von mindestens 360° um die Statorinnenoberfläche oder um den Stator durchlaufen, wenn eine Oberfläche vorliegt, welche zu einem Durchbiegen der Flügel führt.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Mehrzahl von Oberflächen, die zu einem Durchbiegen der Flügel führen, welche im wesentlichen um die Achse des Stators oder Rotors herum gleichmäßig beabstandet sind.
Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Pumpe frei von Lagern oder Dichtungen ist.
Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Rotor bezüglich des Stators selbstzentrierend ist.
Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit Antriebselektromagneten, um eine Drehung des Rotors innerhalb des Stators zu bewirken.
Verfahren zum Pumpen eines Fluids durch Drehung eines Rotors in einer im allgemeinen zylindrischen Bohrung eines Stators, wobei der Stator oder der Rotor voneinander beabstandete, flexible Flügel aufweist, die sich vom jeweiligen Innen- oder Außenumfang des Stators bzw. des Rotors aus erstrecken und sich im allgemeinen schraubenförmig von einem Ende des Stators oder des Rotors zum anderen Ende hin erstrecken sowie der jeweils andere in Form des Stators oder des Rotors mindestens einen Abschnitt mit einer Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rotor in dem Stator dreht und die Flügel durchbiegt, wenn sie sich an der Oberfläche oder jeder der Oberflächen vorbeibewegen, wodurch Fluid zwischen benachbarten Flügeln veranlaßt wird, sich entlang des Rotors zusätzlich zur Umfangsrichtung schraubenförmig zu bewegen.
Verfahren zum Pumpen eines Fluids nach Anspruch 9, wobei der Rotor an seinem Außenumfang voneinander beabstandete flexible Flügel aufweist, die sich im allgemeinen schraubenförmig entlang des Rotors erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor innerhalb des Stators gedreht wird und die Flügel durchgebogen werden, wenn sie sich an der oder an jeder Oberfläche vorbeibewegen, die am Innenumfang des Stators vorliegt bzw. vorliegen, wodurch ein zwischen benachbarten Flügeln vorhandenes Fluid veranlaßt wird, sich entlang des Rotors zusätzlich zur Umfangsrichtung schraubenförmig zu bewegen.
Verfahren zum Pumpen eines Fluids nach Anspruch 9, wobei der Innenumfang des Stators voneinander beabstandete flexible Flügel aufweist, die sich im allgemeinen schraubenförmig vom einen Ende des Stators zum anderen hin erstrecken und im Kontakt mit dem Außenumfang des Rotors stehen, an dem die genannte mindestens eine Oberfläche vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor innerhalb des Stators gedreht wird und die Flügel durchgebogen werden, wenn sie sich an der Oberfläche oder an jeder der Oberflächen vorbeibewegen, wodurch ein zwischen benachbarten Flügeln vorliegendes Fluid veranlaßt wird, sich entlang des Rotors zusätzlich zur Umfangsrichtung schraubenförmig zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, worin das Fluid eine Flüssigkeit, z. B. Blut, ist.
Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, worin das Fluid eine Auf schlämmung ist.