[發明專利]用于螺旋真空泵的螺旋轉子

無效

• 申請號: 201310010228.4
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103256224A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: J.迪爾舍爾;F.吉特曼斯;G.呂斯特;M.普拉澤
• 申請（專利權）人: 維科普蘭德有限兩合公司
• 主分類號: F04C25/02
• 分類號: F04C25/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周志明;楊國治

技術領域

本發明涉及一種具有權利要求1的前序部分的特征的用于螺旋真空泵的螺旋轉子以及一種具有權利要求13的前序部分的特征的帶有相應螺旋轉子的螺旋真空泵。

背景技術

眾多科研和工業過程需要10²Pa-10^-2Pa范圍內的真空（高真空范圍），往往還必須要輸送冷凝的和/或腐蝕性的蒸汽或氣體。為了產生該范圍內的負壓，常常使用液體密封的或液體潤滑的真空泵，比如油密封的旋轉氣閥泵。這種泵的泵吸介質與油或其它液體接觸，使用這種泵有很多缺點。因而泵吸介質會污染潤滑物質或者與其反應，這降低了潤滑和密封效果。那里的過程會敏感地干擾潤滑物質的氣態組分或分解產物回流到處理設備中。

出于這個原因，長久以來的工作研發出了所謂的“干式”真空泵，即這種泵的泵吸介質并不與液體接觸。

在高壓下，也就是在10⁵Pa-10²Pa范圍內的壓力下，最好采用膜片真空泵，這是因為汲取腔與驅動區域被氣密地張緊的膜片密封地隔開。但利用有限的壓縮比例和通常僅通過氣體流操縱的閥很難達到50Pa以下的壓力。

除了高真空泵比如活塞泵、渦旋泵、爪式泵和羅茨泵外，還已知有螺旋真空泵。

螺旋真空泵（簡寫為螺旋泵）的兩個螺桿形轉子在形狀合適的螺旋泵定子中無接觸地相互嚙合，從而通過它們的反向轉動把氣體從入口輸送至出口。這里的全部設計及下述設計均涉及無接觸地壓縮的、無油的螺旋泵。

螺旋泵的優點是，能實現高壓縮度，這是因為螺旋泵自身可以為四級結構，其中每個螺距都用作一級。螺旋泵由此能僅用一對轉子即可實現小于1Pa范圍內的良好的極限真空度。

螺旋泵的這對轉子可以所謂懸置地支撐。在懸置支撐情況下，僅從轉子對的一側進行支撐。而在轉子對的另一側沒有支撐。由此可以把螺旋泵定子設計成無支撐單元。這允許例如為了維護和清潔目的而簡便地拆下螺旋泵定子。

螺旋泵的一個普遍問題是，恰恰在大氣側的壓縮區域中釋放出大量熱量。若抽吸壓力低，就會有很少的氣體從抽吸側被輸送至大氣側。因而在泵內部只進行少量氣體交換。另外，直到最后一個大氣側的螺距中才在由嚙合的螺距形成的汲取腔內產生負壓。

若在轉子旋轉過程中在最后一個大氣側的螺距處打開汲取腔，就會有氣體從出口流回到該汲取腔中。流入的氣體與從抽吸接管輸送的氣體一起在轉子旋轉過程中又被擠壓出去。氣體在出口處的這種脈動引起驅動功率需求大，并在相對狹小的空間中釋放出大量熱量。

可以利用緊貼在螺旋轉子上的端板來減少氣體回流，這些端板在合適的位置帶有開口。但由于這些端板同時妨礙氣體噴出，所以采用這種設置方案幾乎不會實現改善。

減少回流的另一方案是這種端板上的止回閥。但這些止回閥必須以轉子的旋轉頻率打開和關閉。然而，通常6000-25000min^-1的頻率對此來說往往太高，也就是說，足夠大的止回閥反應太遲緩。

為了減小溫度問題和功率問題，帶有朝向出口減小的汲取腔容積的螺旋定子廣為采用。例如可以朝向出口側減小螺距或者減小螺桿半徑，由此來實現此點。這引起通常2-10的內部壓縮率。通過這種方式能減小泵的功率需求，以及使得在螺桿的大氣側的端部處釋放的熱量相對于泵的抽吸能力而言幾乎減少該壓縮倍率。

這種方法的缺點是，由于螺桿型面連續地變化，或者也可能突然變化，明顯增大了轉子的制造難度。另一缺點是，在抽吸壓力高的情況下，內部壓縮會導致內部過壓。這會使得驅動電機超載，對泵造成損壞。因此，在汲取腔定子中在內部壓縮區域內往往需要昂貴的過壓閥。在輸送不可壓縮的液體―其可能被抽入或者由于內部冷凝而產生―時，會產生流體靜力的堵塞，結果是，泵由于超載而突然停機。這會對機組和驅動件造成昂貴的后續損壞。

另一解決方案是，串聯地使用兩個分開的螺旋泵，它們有不同的抽吸能力，它們中的任何一個本身都沒有內部壓縮性（參見EP?0?811?766?B1），其中可以在這些泵之間接有過壓閥（參見WO?2007/088989?A1）。但這些方案也引起大的構造成本（兩個泵機組）。

為了控制熱流，已知的較大的螺旋泵往往利用對泵殼體的液體冷卻。較大的泵還利用對轉子的液體內部冷卻，但較昂貴。

并不少見的是，還在最后的大氣側的螺距區域內把氣體從外面引入到汲取腔中。吹洗氣體將該區域冷卻，并把變熱的氣體輸送離開最后的螺距區域。不利的是，成本高昂以及泵的極限真空度不可避免地惡化。