CN101238294B - 真空泵 - Google Patents

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Abstract

一种多级真空泵包括容纳多级转子组件的定子，每一个级都包括相互啮合的罗茨转子部件，其中在泵的入口级处的转子部件的顶端半径大于在泵的出口级处的转子部件的顶端半径。

Description

真空泵
技术领域
本发明涉及真空泵，并且特别地涉及多级罗茨(Roots)真空泵。
背景技术
多级罗茨泵一般包括一对轴，每一个轴都支撑壳体中的多个转子部件，该壳体提供用于泵的定子部件。定子包括气体入口、气体出口和多个增压室，其中邻近的增压室被横向壁分隔。气体流动管道从一个增压室处将室出口连接到邻近的、下游的增压室的室入口。
每一个增压室都容纳一对叶状(lobed)罗茨转子部件以提供泵的增压级。转子部件被增压室容纳，使得在转子部件之间和在每一个转子部件与增压室的内壁之间有小间隙。
由于转子不会彼此相互接触或者和泵壳体接触，所以多级罗茨泵可在高的转速下运行，该转速可高达12,000rpm或者甚至更高。随着轴的旋转，每一对的转子部件都沿着相反的方向以高速旋转，以穿过室入口汲取气体并且在没有内压缩的情况下穿过增压室将气体传送到室出口。因此，气体在从壳体的气体出口处被排出之前经过增压室中的每一个。
当气体穿过增压室被传送时，其中所需的用以穿过增压室传送气体的能量取决于增压室的容积和作用在气体上的下游压力。为了当气体经过多级泵时压缩气体，并且由此在壳体的入口处产生真空，以及减少能量消耗，公知的是从入口级到排出级渐进地减少增压室的宽度，并且由此渐进地减少增压室的容积。因此，在泵的入口级的容积和泵的出口级的容积之间的比率(通常被指代为泵的“容积比”)确定了泵的功率消耗和可在壳体的入口处产生的真空大小二者。
通过减少增压级的宽度，转子部件的厚度从泵的入口到出口必须渐进地减少。虽然在低容积比(例如高达5∶1)时这往往不是问题，但是在较高比率时排出级的转子部件可变得非常薄。例如，对于在入口级处具有30mm厚度的转子部件的泵而言，在出口级处就将需要转子厚度是1.5mm以获得20∶1的容积比。这可使得转子部件的加工和安装非常困难。此外，由于从入口级到排出级的在转子部件和定子之间的热膨胀的变化，维持在转子部件和定子之间的小间隙可是困难的，特别是在转子部件薄的排出级处，并且这可明显地减少泵的泵唧效率(pumping efficiency)。
发明内容
至少本发明优选实施例的目的是试图解决这些和其它的问题。
本发明提供了包括定子的多级真空泵，该定子容纳多级转子组件，每一个级都包括相互啮合的罗茨转子部件，其中在泵的入口级处的转子部件的顶端半径大于在泵的排出级处的转子部件的顶端半径。
通过提供其中排出级转子部件的顶端半径小于入口级转子部件的顶端半径的泵，在不必将排出级处的转子部件的厚度减少到上面所描述的程度的情况下，可获得具有至少10∶1的，更优选的至少15∶1的相对高的容积比的泵。例如，在入口级转子部件具有大约30mm厚度时，具有相对高的容积比的泵可获得具有大约5mm厚度的排出级转子部件。
泵可包括第一多个增压级和第二多个增压级，每一个第一多个增压级都包括具有第一顶端半径的转子部件，每一个第二多个增压级都包括具有小于第一顶端半径的第二顶端半径的转子部件。例如，第一多个增压级和第二多个增压级中的每一个都可包括至少两个增压级。备选地，转子部件的顶端半径可从泵的入口级到泵的排出级渐进地减少。所以，在更概括地讲，泵可包括第一数量(一个或多个)增压级和第二数量(一个或多个)增压级，每一个第一数量增压级都包括具有第一顶端半径的转子部件，每一个第二数量增压级都包括具有小于第一顶端半径的第二顶端半径的转子部件。
为了在最初期间允许泵运行在最大的额定速度下，也就是，当连到泵的入口的室从大气压力下被抽空时，减压阀可被设置在第一多个增压级和第二多个增压级之间以用于选择性地从泵中排出气体。减压阀优选地被设定为当在阀入口处的气体压力降低到大气压力以下时自动地关闭，在该点处第二多个增压级在进一步减少泵的入口处压力和提高净抽气速度上变得有效。
转子部件中的每一个都优选地包括多个叶状部，其中入口级转子部件优选地具有和排出级转子部件相同数量的叶状部。级的转子部件可具有相同的外形，或者不同的外形。例如，级的转子部件中的一个可具有用于接收该级的另一个转子部件的叶状部的窝穴。
转子组件优选地包括两套相互啮合的罗茨转子部件，每一套都被安装在各自的轴上以用于相对于定子旋转。备选地，每一套转子部件可与轴集成在一起，其中定子由两个定子“半壳”来提供，一旦轴被安装在半壳的一个中，该两个定子“半壳”就被装配在一起了。
在泵的入口级处的转子部件之间的啮合间隙优选地大于在泵的排出级处的转子部件之间的啮合间隙，最优选地大于量在10％和30％之间。在泵的入口级处的转子部件可被使用来相对连接轴的齿轮“正时”转子以便轴同步地但沿着相反的方向旋转。因此，在泵的入口级处的转子部件之间的较大啮合间隙可便于泵的装配，同时在泵的排出级处的转子部件之间的较小啮合间隙可维持最佳的功率消耗和在可接受程度上的压力。
附图说明
本发明的优选特征现在将参考附图进行描述，其中，
图1图解了包括两套相互啮合的转子部件的多级真空泵。
图2图解了图1的泵的一套转子部件；
图3图解了图1的泵的入口级的转子部件的外形；和
图4图解了图1的泵的排出级的转子部件的外形。
具体实施方式
首先参考图1，多级真空泵10包括容纳多级转子组件14的定子12。定子12包括多个横向壁16，该横向壁将定子12分成多个增压室。在这个实例中，定子12被分成五个增压级，然而定子12可被分成所需的任何数量的增压级以提供泵10所希望的抽气容量。
转子组件14包括两套相互啮合的叶状罗茨转子部件18、转子部件20、转子部件22、转子部件24、转子部件26，每一套都被安装在各自的轴28、轴30上。每一个轴28、轴30都由轴承来支撑以用于相对于定子12旋转。轴28、轴30被安装在定子12中以便每一个增压室都容纳一对相互啮合的转子部件，其一起提供了泵10的级。其中一个轴28由连接到该轴28的一个端部上的马达32来驱动。另一个轴30依靠啮合正时齿轮34被连接到该轴28上以便轴28、轴30在定子12中同步地但沿着相反方向旋转。
泵入口36直接地与入口增压级连通，其包括转子部件18、转子部件18’，并且泵出口38直接地与排出增压级连通，其包括转子部件26、转子部件26’。气体通道40、气体通道42、气体通道44、气体通道46、气体通道48被提供在泵10中以允许被抽吸的气体从入口36到出口38穿过其中通过。
为了在泵10的入口36处获得减少的压力，界定在定子12中的增压室的容积从入口增压级到排出增压级渐进地减少。在这个实例中，开头三个增压室的容积的减少可通过渐进地减少增压室的厚度来获得，而后面两个增压室的容积的减少可通过比起开头三个增压室渐进地减少增压室的厚度和减少增压室的直径二者来获得。
为了维持在增压室的壁和转子部件表面之间的小间隙，该套转子部件被设定了外形。在图2中更详细地图解了该套转子部件中的一个。转子部件的厚度t从入口级转子部件18的厚度t1渐进地减少到排出级转子部件26的厚度t2。
转子部件被分成多个数量的转子部件，每一个数量都包括一个或多个具有单独顶端半径的转子部件，也就是，在转子部件的外部外形和转子部件的中心之间的最大距离d。在图解的实例中，转子部件被分成具有顶端半径d1的第一多个转子部件50和具有顶端半径d2的第二多个转子部件52，其中d2小于d1，优选地小于d1至少15％，更优选地小于d1至少20％。对于在图1和图2中图解的实例，第一多个转子部件50包括三个接近泵10的入口36的转子部件18、转子部件20、转子部件22，而第二多个转子部件52包括两个接近泵10的出口38的转子部件24、转子部件26。
增压级的数量和大小根据所需的抽气容量可变化。例如，六级真空泵可包括三个具有顶端半径d1的转子部件和三个具有顶端半径d2的转子部件，或者三个具有顶端半径d1的转子部件、两个具有顶端半径d2的转子部件和一个具有顶端半径d3的转子部件，其中d1＞d2＞d3。
转子部件18、转子部件20、转子部件22、转子部件24、转子部件26中的每一个都可包括相同数量的叶状部(lobe)。如在图3和图4中图解的，转子部件的每一个都包括三个叶状部60，然而转子部件可具有任何数量的叶状部，例如在两个和五个叶状部之间。叶状部可具有任何所希望的曲线外形。例如，如在图3中图解的，级的转子部件18、转子部件26中的一个可包括用于接收该级的其它转子部件18’、转子部件26’的叶状部的窝穴62。
通过减少至少排出级转子部件的顶端半径，所需的为了获得相对高的容积比而对排出级增压部件的厚度的减少将小于如果排出级增压部件的顶端半径和入口级转子部件的顶端半径相同时所需的对排出级增压部件的厚度的减少。例如，如果顶端半径被保持在不变值时，排出级转子部件的厚度将需要是入口级转子部件的厚度的大约5％以获得20∶1的容积比。然而，如果排出级增压部件的顶端半径小于入口级转子部件的顶端半径在15％和20％之间，那么排出级转子部件的厚度将仅仅需要是入口级转子部件的厚度的大约10％-15％以获得相同的容积比，由此便于排出级增压部件的加工和安装。
在泵10的入口级处的转子部件18、转子部件18’之间的啮合间隙优选地大于在泵10的排出级处的转子部件26、转子部件26’之间的啮合间隙，最优选地大于量在10％和30％之间。在泵的入口级处的转子部件18、转子部件18’可被使用来对于齿轮34“正时”转子，并且这样在入口级转子部件18、转子部件18’之间的较大啮合间隙可因此便于泵10的装配。在排出级转子部件26、转子部件26’之间的较小啮合间隙可维持最佳的功率消耗和在可接受程度上的压力，在入口级转子部件18、转子部件18’之间的额外的间隙在最佳功率和压力上，以及最高的容积抽气速度上的作用可被忽略。

Claims (13)

1.一种多级真空泵，包括容纳多级转子组件的定子，每一个级都包括相互啮合的罗茨转子部件，其中，在所述泵的入口级处的所述转子部件的顶端半径大于在所述泵的排出级处的所述转子部件的顶端半径。
2.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述排出级转子部件的所述顶端半径小于所述入口级转子部件的所述顶端半径至少15％。
3.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所述排出级转子部件的所述顶端半径小于所述入口级转子部件的所述顶端半径至少20％。
4.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述泵包括第一数量增压级和第二数量增压级，每一个所述第一数量增压级都包括具有第一顶端半径的转子部件，每一个所述第二数量增压级都包括具有小于所述第一顶端半径的第二顶端半径的转子部件。
5.根据权利要求4所述的真空泵，其特征在于，所述第一数量增压级和第二数量增压级中的每一个都包括多个增压级。
6.根据权利要求5所述的真空泵，其特征在于，所述真空泵包括被设置在第一多个增压级和第二多个增压级之间的单向阀，用于在高于大气压力的压力下从所述定子排出气体。
7.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述转子部件中的每一个都包括多个叶状部，并且在所述泵的所述入口级处的所述转子部件具有与在所述泵的所述排出级处的所述转子部件相同数量的叶状部。
8.根据权利要求7所述的真空泵，其特征在于，所述转子部件中的每一个都具有在两个和五个之间的叶状部。
9.根据权利要求8所述的真空泵，其特征在于，所述转子部件中的每一个都具有三个叶状部。
10.根据权利要求7所述的真空泵，其特征在于，每一个级都包括具有不同外形的转子部件。
11.根据权利要求10所述的真空泵，其特征在于，级的所述转子部件中的每一个都包括用于接收此级的另一个转子部件的所述叶状部的窝穴。
12.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述转子组件包括两套相互啮合的罗茨转子部件，每一套都被安装在各自的轴上，用于相对于所述定子旋转。
13.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，在所述泵的所述入口级处的所述转子部件之间的啮合间隙大于在所述泵的所述排出级处的所述转子部件之间的啮合间隙。
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