CN100487249C - 调节螺旋真空泵温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋真空泵(1)的恒温处理方法；为了达到泵在受热负荷时不明显改变其泵特性，本发明建议，根据螺旋真空泵(1)的工作状态，优选地为保持基本上恒定的泵间隙(4)，调整冷却。

Description

调节螺旋真空泵温度的方法

技术领域

本发明涉及一种调节螺旋真空泵温度的方法。此外，本发明涉及—种适用于实施此方法的螺旋真空泵。

背景技术

由DE-A-198 20 523已知一种在这里所涉及类型的螺旋真空泵。公开了许多受热问题。在汲取腔内旋转的转子，当其螺旋有从吸入侧向压力侧渐减的螺距以及往往还伴随着螺旋条宽度增大时使冷却特别困难。这种类型的转子在工作时尤其在其压力侧区受强烈的热负荷，因为被输送气体的压缩与不可谓不严重的生热相联系。因为螺旋真空泵的质量决定性地取决于转子与汲取腔外壳之间的间隙，所以生产者力图将此间隙保持得很小。然而受大的热负荷的区域，亦即转子和外壳，它们的热膨胀与上述企图矛盾。汲取腔外壳并不或只是以很小的程度随同转子一起热膨胀。因此必须存在足够大的间隙。迄今只能采取这种措施以避免转子与外壳接触和导致停止工作危险的卡死。若转子和外壳用不同的材料制成，则所描述的问题特别严重。在外壳的膨胀系数小于转子材料的膨胀系数的情况下(例如外壳用铸铁和转子用铝制成)，则存在转子靠在外壳上的危险。若膨胀状况相反，则泵的间隙可能增大为使泵的功率下降。

发明内容

本发明的目的是，在这里所涉及类型的螺旋真空泵能以这样的方式设计和运行，即，当受到热负荷时基本上不改变其特性。

按照本发明此目的通过权利要求特征部分所述特征达到。

采用本发明可以影响冷却或调节温度的效果，其目的是允许提高汲取腔外壳的温度但不超过一个不允许的极限值。当泵的热负荷提高时，仅少量冷却的汲取腔外壳与其转子共同膨胀。不再存在彼此相靠的危险。冷却的调整恰当地以这样的方式进行，即，在汲取腔外壳内间隙的大小在不同的工作条件下基本上保持不变。作为调节参数可例如采用汲取腔外壳的外部温度。

若螺旋真空泵是空气冷却的，则冷却气流可根据泵的工作状态调整，例如通过调整风扇的转速，风扇产生冷却气流。这样做的前提条件是，风扇有一个与泵的驱动电机无关的驱动装置。若风扇与泵的驱动装置连接，则冷却气流的调整可借助可改变的遮挡板、节流器等实施。若泵是液体冷却的，则可通过调整冷却液体的量(流率)或温度进行调整。

若泵从外部气冷以及其转子配备液体冷却装置，则恰当的是，在冷却气流内设一换热器，以借此散去被液体(例如油)吸纳的热量。若此换热器就冷却空气的流动方向而言设在汲取腔外壳的前面，则可以有目的地调节汲取腔外壳的温度。作为调整参数仍可使用汲取腔外壳的外部温度；也可以采用冷却液体的温度作为调整参数。这种结构尤其允许以这样的方式冷却泵，即，使转子与外壳之间的间隙在其工作时基本上保持恒定。

此外恰当的是，泵配备有转子内部冷却(液体)和外壳冷却(从外部用液体)装置，以及两种冷却以这样的方式彼此协调地调整，即，在泵的所有工作状态下保持基本上恒定的间隙。期望的保持间隙恒定的调整按这样的方式进行，即，供给冷却装置的、例如借助换热器冷却的液体的量根据冷却要求调整。

为了能实施所期望的调整，需要使用传感器。在这方面可涉及温度传感器，它们的信号输给控制中心，控制中心本身控制冷却强度并优选地以这样的方式，即，使泵的间隙基本上保持常数。取代一个或多个温度传感器也可以使用距离传感器，它直接提供有关间隙尺寸的信息。

附图说明

本发明其他优点和详情可借助在图1至4中表示的实施例说明。其中：

图1空气冷却的螺旋真空泵；

图2和3分别为空气和液体冷却的螺旋真空泵；以及

图4配备有两个液体冷却装置的螺旋真空泵。

具体实施方式

在附图1中，要冷却的螺旋真空泵用1表示，它的汲取腔外壳用2、它的转子用3、转子3与汲取腔外壳2之间在压力侧的间隙用4、它的进口用5、以及它的与具有转子3的汲取腔外壳2连接的传动装置/电机腔外壳用6表示。示意地表示的是转子3配备有螺旋，它的螺距和螺旋条宽度以吸入侧到压力侧渐减。没有表示处于压力侧的出口。传动装置腔7、具有驱动电机9的电机腔8和另一个腔10处于外壳6内，腔10是转子3的轴承腔(图1)或转子3的冷却液体回路的组成部分(图2和3)。

转子3配备有轴11、12，它们穿过传动装置腔7和电机腔8。转子3借助在汲取腔与传动装置腔7之间的隔板(隔板13)内的轴承以及在电机腔8与轴承腔或冷却液体腔10之间的隔板(隔板14)内的轴承悬臂地支承。在传动装置腔7与电机腔8之间的隔板用15表示。促使转子3同步旋转的齿轮对16、17处于传动装置腔7内。转子轴11同时是电机9的驱动轴。电机9也可以有与轴11、12不同的驱动轴。在这种方案中它的驱动轴终止在传动装置腔7内以及在那里配备一齿轮，该齿轮与同步化齿轮对16、17之一(或与轴12上另一个没有表示的齿轮)啮合。

在图1至3所示的实施形式中，泵1的外壳2和6的冷却借助于空气流进行，气流由风扇21的叶轮20产生。围绕泵1的壳体22用于导引由风扇叶轮20产生的空气运动，壳体22在两个端侧的区域内是敞口的(开口23、24)。风扇21布置为，使壳体22在风扇/电机侧的开口24构成空气进口。

在按图1和2的实施形式中，风扇21有一台与泵1的驱动电机9无关的驱动电机25。此方案有利地用于这种螺旋真空泵，即它们的电机9设计为全密封电机并因而封装在外壳内。

在按图3和4的实施形式中，轴11穿过腔10，它从泵1的外壳6伸出，以及在其自由端上装有鼓风机或风扇21的叶轮20。

在所有的图中分别用方块26示意表示控制装置。它通过虚线表示的导线与一些传感器连接，它们提供期望的调整参数的信号。作为举例表示两个可交替或同时使用的温度传感器27和28。传感器27提供与外壳2的温度相对应的信号。它优选地在转子3压力侧的区域内固定在外壳2上。传感器28处于电机腔8内并提供与冷却液体温度或油温度相应的信号。通过另一些导线，控制装置分别与一些装置连接，借助这些装置按期望的方式调整泵1的冷却。

在按图1的实施形式中，调整由风扇21产生的气流。为此，控制装置26通过导线29与驱动电机25连接。根据由传感器27或28之一或两者提供的信号实施风扇叶轮20转速的调整。因为由传感器27提供的信号供给了有关外壳温度的信息，以及由传感器28提供的信号供给了有关转子温度的信息，所以在使用两个传感器的情况下可以实施间隙4的差值调整。

按另一种方案，取代两个温度传感器27、28可只设一个传感器29，它例如处于温度传感器27的地点，亦即在泵壳2压力侧区域内。此传感器29涉及距离传感器，它直接提供有关泵间隙4尺寸的信息。这种类型的传感器是已知的。取决于间隙尺寸产生的电容改变或优选地涡流的改变用于产生传感器信号。

仅根据此类型的一个传感器29可以控制泵1的温度调节。若例如在泵工作期间间隙尺寸由于转子3膨胀而减小，则通过降低鼓风机20的转速减少冷却气量减弱外壳2的冷却程度。由此使外壳膨胀，从而可以补偿间隙尺寸的减小。若在泵1工作期间间隙尺寸增大，则此增大可通过增强冷却效果(使外壳2收缩)补偿。

按图2的实施形式与按图1的实施形式的差别在于，泵1配备有转子的液体冷却装置。图中仅示意表示了用于冷却转子4、5的冷却流体回路。在德国专利申请197 45 616、199 63 171.9和199 63 172.7中详细介绍了这种类型的冷却系统。轴11和12用于向转子3输送冷却剂(例如油)和从转子3回送冷却剂。在图示的实施例中，离开转子3的冷却剂收集在电机腔8内。从那里出发，冷却剂经管路31供入换热器32。换热器32可气冷或水冷。特别恰当的是，如图所示，由风扇21产生的气流吸纳冷却液体在转子3内吸收的热量。离开换热器32的液体经管路33供入腔10。它从那里按未详细表示的方式通过处于轴11、12中的孔进入转子3，流过转子中的冷却通道，以及通过轴11、12回到电机腔8内。

为了能调整液体冷却，在图2中表示了控制参数的两种选择(已说明的传感器27、28)和用于在换热器32内有控制地冷却冷却液体的两种选择。或如在图1中那样，根据调整参数之一调整风扇叶轮20的转速。按另一种选择，在管路中设一调整阀35，它确定每单位时间流过换热器的冷却液体的量。

在接图2的方案中，泵1可附加地用风扇21的气流调节温度。在这种情况下恰当地将换热器32和风扇21设在开口24的区域内。这种布局的优点在于，冷却泵1的汲取腔外壳2的气流被预热。由此达到允许汲取腔外壳2以这样的程度热膨胀，即，使外壳2不与在泵1运动期间处于较高温度下的转子3接触。优选地，外壳2和转子3为了改善导热用铝制造。此外，外壳2为了改善热接触有散热片。

与由风扇21产生的气流只冷却换热器32或冷却换热器32和泵的外壳2、6无关，恰当的是将换热器32安排在风扇叶轮前并由此保证防止接触风扇叶轮。

在按图3的方案中风扇叶轮20与电机轴11连接。因为螺旋真空泵通常以恒定的转速工作，所以不再存在借助风扇21调整气流的可能性。在按图3的实施形式中为了调整气流量设置一可调整的遮挡板(例如可变光阑)、节流器等。它处于风扇叶轮20与换热器32之间，图中仅示意表示并用符号36。通过导线37将遮挡板36与控制装置26连接起来。冷却气流量和/或液体冷却装置的调整，与已针对图2说明的通过调整气流的流动截面相应地进行，而且优选地实现恒定的间隙尺寸。

除此之外，在按图3的方案中冷却液体回路还配备有一恒温器阀38。它处于管路31中以及恰当地还受控制装置26控制。它的任务是在泵1开始运行的阶段(此时冷却液体尚未达到其工作温度)截止管路31以及令冷却液体经由绕行换热器的旁通管39直接输入管路33。若冷却流体的温度达到其工作温度，管路39被截止以及管路31释放(图中表示的阀38的位置)。这种旁通方案缩短起动阶段。

在按图4的实施例中，螺旋真空泵配备有已经说明的转子内部冷却装置以及用液体工作的外壳冷却装置41。后者包括一个处于转子外壳2出口区内的冷却套42(例如充填液体)，被真正的冷却剂流过的冷却盘管43处于冷却套内。作为替换方式，冷却套42本身可由冷却液体流过。

在图示的实施例中，外壳冷却装置的出口与电机腔8连接，在电机腔内还流入离开转子内部冷却装置的冷却液体。冷却液体经管路31进入换热器32。在那里，管路44与两位三通阀45连接，它允许按量分配向管路45和46的冷却液体供给。管路45与转子内部冷却装置的进口连接，管路46与外壳外部冷却装置41的进口相连。阀45是调整阀，它受控制装置26控制。

在按图4的实施例中，鼓风机20和换热器32如在图2和3所示实施形式中那样处于壳体22开口24区域内。因为不再绝对需要气流冷却(当然指用于冷却电机-传动装置外壳6)，所以换热器32及其冷却(液体的气冷)装置也可以布置在其他位置和与驱动电机9无关。对于两个冷却回路也可以采用单独的换热器。最后，不必存在外壳28。

采用按图4的实施形式，如也在其他所有的实施例中那样，泵1的恒温处理可按这样的方式实施，即，基本上保持其泵间隙4的常数。传感器27和28提供信号，它们一方面涉及外壳2的温度。以及另一方面涉及转子3的温度。根据这些信号控制阀45或进行对两个冷却装置的冷却液体份额的分配。

总之，按本发明的特征允许进一步提高螺旋泵的功率密度。泵可以设计得更小以及以更高的表面温度运行。此外，用于导引空气的壳体22有防止接触的功能。业已证实恰当的是，冷却或恒温处理系统调整为，对于存在两个冷却系统(转子内部冷却、外壳外部冷却)的情况，由两个冷却系统的每一个带走泵产生热量的大体一半。

Claims (12)

1.一种调节螺旋真空泵(1)温度的方法，包括：

-泵壳(2，6)，包括一汲取腔外壳(2)和一传动装置/电机腔外壳(6)，所述传动装置/电机腔外壳具有一传动装置腔(7)和一电机腔(8)，

-配备有螺旋的转子(3)，安装在所述汲取腔外壳(2)内并且以悬臂地支承，

-所述转子(3)配备有穿过所述传动装置腔(7)和所述电机腔(8)的轴(11，12)，

-所述泵(1)配备有一个液体冷却装置和一个空气冷却装置，该冷却装置具有控制冷却装置的控制装置、第一温度传感器(27)和第二温度传感器(28)，第一温度传感器(27)提供相应于所述汲取腔外壳(2)的温度的信号，第二温度传感器(28)提供相应于转子(3)的温度的信号，

-所述第一温度传感器(27)和第二温度传感器(28)连接到控制装置(26)，并且所述控制装置连接到冷却装置，根据泵壳(2)和转子(3)的温度以这样的方式控制所述冷却装置，使得在转子(3)和泵壳(2)之间的间隙(4)的宽度保持基本上恒定。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：所述空气冷却装置包括一个风扇(21)，该风扇产生来自于外部的用于冷却泵(1)的气流，并且风扇(21)叶轮(20)的转速是受控制的。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征为：所述空气冷却装置包括一个风扇(21)，该风扇产生来自于外部的用于冷却泵(1)的气流，并且气流的横截面是受控制的。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征为：液体冷却装置包括用于转子(3)的转子液体冷却系统(31，32，33)，该转子液体冷却系统包括换热器(32)，并且液体冷却剂的温度是受控制的。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征为：转子液体冷却系统的冷却液体的受控制的冷却通过由风扇(21)驱使受控制的气流穿过液体冷却系统的换热器(32)实现。

6.按照权利要求4所述的方法，其特征为：还包括控制流过所述换热器(32)的冷却液体的量。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征为：还包括从外部冷却真空泵(1)的汲取腔外壳(2)，并且从内部冷却设置在汲取腔外壳中的转子。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征为：还包括用被驱使的空气冷却真空泵(1)的汲取泵外壳(2)的外部；用冷却液体冷却设置在汲取腔外壳的转子(3)；使冷却液体流过换热器(32)，并且用被驱使的空气冷却换热器，所述被驱使的空气冷却外壳(2)的外部。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征为：还包括用外壳液体冷却系统(41)冷却真空泵的外壳。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征为：还包括将从换热器(32)排出的冷却液体提供给转子液体冷却系统(31，32，33)和外壳液体冷却系统(41)，并且选择性地控制提供给转子液体冷却系统和外壳液体冷却系统的冷却液体的各部分。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征为：还包括使供给外壳液体冷却系统的冷却液体流过单独的换热器(32)。

12.按照权利要求7所述的方法，其特征为：由转子液体冷却系统(31，32，33)带走的热量和由外壳冷却系统(21和/或41)带走的热量大体相等。

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