CN101532492A - 调节螺旋真空泵温度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节螺旋真空泵(1)的汲取腔外壳(2)温度的方法，所述螺旋真空泵包括两个设置在外壳(2)内部的转子(3)，其中一冷却剂流用于调节外壳(2)的温度，所述冷却剂流的温度根据传感器(27、28、29)这样控制，使得在泵的不同的热载荷的情况下，在转子(3)和汲取腔外壳(2)之间的间隙(4)保持基本上恒定，其特征为：用于汲取腔外壳(2)的冷却剂流是由风扇(21)产生的气流，所述气流从外部绕流过汲取腔外壳(2)。此外，本发明涉及一种用于实施调节螺旋真空泵(1)的汲取腔外壳(2)温度的方法的螺旋真空泵。

Description

调节螺旋真空泵温度的方法
本分案申请是基于申请号为02822587.2，申请日为2002年10月30日，发明名称为“调节螺旋真空泵温度的方法”的中国专利申请提出的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种调节螺旋真空泵的汲取腔外壳温度的方法。此外，本发明涉及一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。
由JP06330875A已知一种在这里所涉及类型的螺旋真空泵。它配备有用于汲取腔外壳的加热/冷却系统。多个传感器和多个液体流过的腔室位于外壳的外侧上，所述腔室经由管道对与液体供给装置连接。液体的温度和由此汲取腔外壳的温度根据由传感器提供的信号这样地控制，使得在转子和汲取腔外壳的之间的间隙保持基本上恒定。用于在外壳外侧上的、通过液体运行的加热/冷却系统的技术上的费用相对较高。
此外，US-A-4983106属于现有技术。它公开一种带有冷却系统的螺旋真空泵。液体在回路中导引。在泵的内部，液体不仅流过转子及其轴上的孔，而且流过位于泵壳体中的冷却通道。在泵的外部，液体流过一换热器、输送泵和调节阀。流过调节阀的液体流率的控制借助于温度传感器而且这样地进行，使得转子和外壳始终具有大致相同的温度。由此可以实现，即使在泵的不同的热负载的情况下在转子和外壳之间的间隙的大小也保持基本上相同。在提高泵的基本上首先只有转子遭受的热负载的情况下，流过转子的液体份额也具有较高的温度，亦即转子的冷却的效能不是有效的。
发明内容
本发明的目的是，减少用于调节在这里所涉及类型的螺旋真空泵的汲取腔外壳温度的技术费用，所述螺旋真空泵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。
采用本发明可以借助于传感器控制的气流来影响调节汲取泵外壳温度的效果，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。温度调节的控制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。
实现调节泵的汲取腔外壳温度的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，则气流的调整可借助可改变的遮挡板、节流器等实施。
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。
在按图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，调节泵1的温度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，冷却或调节温度系统调整为，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 (28)

1.用于调节螺旋真空泵(1)的汲取腔外壳(2)温度的方法，所述螺旋真空泵包括两个设置在外壳(2)内部的转子(3)，其中一冷却剂流用于调节外壳(2)的温度，所述冷却剂流的温度根据传感器(27、28、29)这样地控制，使得在泵(1)的不同的热载荷的情况下，在转子(3)和汲取腔外壳(2)之间的间隙(4)保持基本上恒定，其特征为：用于汲取腔外壳(2)的冷却剂流是由风扇(21)产生的气流，所述气流从外部绕流过汲取腔外壳(2)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：调整风扇的转速或气流的量。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为：温度调节的控制根据汲取腔外壳(2)的外部温度或根据转子(3)的温度进行。
4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征为：从外部调节泵的温度；并且，从内部冷却转子。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征为：借助一个液体冷却装置冷却螺旋真空泵(1)的转子。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征为：由强制气流冷却一个用于冷却液体的外部换热器(32)。
7.按照权利要求4、5或6所述的方法，其特征为：螺旋真空泵(1)配备有一个用于其转子(3)的液体冷却装置；并且，根据冷却剂的温度实施汲取腔外壳(2)的温度调节。
8.按照权利要求4至7之一所述的方法，其特征为：除转子内部冷却装置和汲取腔外壳(2)的气流温度调节之外，还采用一个用于汲取腔外壳(2)的液体冷却装置(41)。
9.按照权利要求4至7之一所述的方法，其特征为：采用一个外部的、被转子内部冷却装置的冷却液体流过的换热器(32)，该换热器具有可调的热交换，用于控制汲取腔外壳(2)的温度调节。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征为：调整流过换热器(32)的液体量。
11.按照权利要求8和权利要求9或10所述的方法，其特征为：将离开换热器(32)的液体供给转子内部冷却装置和外壳冷却装置(41)；并且，可以调整液体份额。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征为：为每个冷却回路配设一个单独的换热器。
13.按照权利要求4至11之一所述的方法，其特征为：由转子冷却装置带走的热量和由外壳冷却装置带走的热量大体同样大小。
14.适用于实施调节螺旋真空泵(1)的汲取腔外壳(2)温度的方法的螺旋真空泵，所述螺旋真空泵包括两个设置在外壳(2)内部的转子(3)，其中一冷却剂流用于调节外壳(2)的温度，所述冷却剂流的温度根据传感器(27、28、29)这样控制，使得在泵的不同的热载荷的情况下，在转子(3)和汲取腔外壳(2)之间的间隙(4)保持基本上恒定，用于汲取腔外壳(2)的冷却剂流是一气流，其特征为：在汲取腔外壳(2)的外部设置一产生气流的风扇。
15.按照权利要求14所述的泵，其特征为：所述风扇(21)配备有一个转速调整装置或一个空气量调整装置。
16.按照权利要求15所述的泵，其特征为：所述风扇(21)、用于泵(1)的驱动电机(9)和汲取腔外壳(2)沿流动方向前后排列。
17.按照权利要求14、15或16所述的泵，其特征为：至少所述汲取腔外壳(2)配备有外部散热片。
18.按照权利要求14至17之一所述的泵，其特征为：汲取腔外壳(2)和转子(3、4)用铝制成。
19.按照权利要求14至18之一所述的泵，其特征为：设有一个用于导引冷却空气的外部的壳体(22)；并且风扇(21)处于空气进口侧(24)。
20.按照权利要求14至19之一所述的泵，其特征为：泵配备有一个液体-转子内部冷却装置。
21.按照权利要求14至20之一所述的泵，其特征为：设一个或两个换热器(32)，用于冷却冷却液体。
22.按照权利要求20或21所述的泵，其特征为：冷却液体回路配备有一个调整阀(35)。
23.按照权利要求22所述的泵，其特征为：液体回路配备有一个恒温器阀(38)，它或者使输入管(31)与换热器(32)进口连接，或者使输入管(31)与一条绕行换热器(32)的旁通管(39)连接。
24.按照权利要求20至23之一所述的泵，其特征为：它配备有一个液体冷却装置和一个空气冷却装置；并且，用于空气冷却装置的风扇(21)也对用于液体冷却装置的换热器(32)进行冷却。
25.按照权利要求24所述的泵，其特征为：换热器(32)沿冷却空气流动方向处于风扇(21)之前。
26.按照权利要求20至25之一所述的泵，其特征为：一额外的液体-外壳冷却装置(41)处于泵壳(2)的压力侧端部的区域内。
27.按照权利要求19和权利要求24或25所述的泵，其特征为：转子内部冷却装置与外壳冷却装置(41)的进口通过一个调整阀(47)与换热器出口连接。
28.按照权利要求27所述的泵，其特征为：转子内部冷却装置与外壳冷却装置(41)的出口通入电机腔(8)内。
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