CN102099583A - 螺杆泵的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于输送和压缩气体的螺杆泵的冷却装置，其中，主轴转子(1)具有已知的内部冷却装置(7)。为了提高运行安全和改良应用特定的适配以及降低噪音，按照本发明建议，冷却剂、优选为油通过冷却剂泵(10)不仅持续地被引入到用于转子内部冷却装置(7)的两个冷却剂输入管道(21)，而且冷却剂还借助于冷却剂泵(10)不断地输送通过在泵外壳(2)中的流动腔(11)，并且导散它的热量，去掉冷空气流绕流螺杆泵，并且整个机器优选通过防噪材料(15)包围，并且为冷却剂的散热通过特有的换热器(16)进行，优选作为单独的标准工业油冷却器，或者水冷、或者作为充分已知的油/空气冷却器实现，其中，为了继续降低噪音，为所述油/空气换热器(16)的必要的冷却风扇(14)以减少的转速运行，在驱动电动机(17)和泵传动轴(6)之间的皮带传送装置(18)通过冠形或锥形齿轮传动装置这样构造，即驱动电动机(17)以比泵传动轴(6)的转速更小的转速转动，其中，借助于更简单的特有的换热器(16)的尺寸度量可目的明确地调节螺杆泵的温度水平，并且，通过换热器(16)的可自由定位性和在该特有的换热器和螺杆泵之间为冷却剂的相应的连接管道(13和19)，此外，使用者得到为散热的目的明确的预定方向的可能性。

Description

螺杆泵的冷却装置
背景技术
干式压缩的泵特别是在真空技术中获得重要意义，因为通过在环境保护规定中增加的义务和不断增长的经营成本和废物处理费用以及在输送介质的清洁上提高的要求，已知的抽湿的真空系统、如液环机和叶片泵越来越多地通过干式压缩的泵代替。属于这种干式压缩的机器有螺杆泵、爪泵、隔膜泵、活塞泵、滚动机以及摇杆式活塞泵。但是，这种机器的共同点是，在低价格水平的同时，它们仍然没有达到目前的关于可靠性和牢固性以及结构尺寸和重量的要求。
在此，在真空技术中越来越多地使用干式压缩的螺杆泵，因为它作为典型的双轴压缩机简单地实现真空特定所需要的较高的压缩能力如下，即它通过每个螺杆转子的围绕次数极其不复杂地达到多个封闭的工作腔的串联所必要的多级性。此外，通过螺杆转子的无接触的滚动可实现一个增高的转子转速，以至于相对于结构尺寸，额定吸入能力以及容积效率同时升高。
在PCT文献WO 00/12899中说明了用于干式压缩的螺杆泵的一个简单的转子冷却装置，在一个圆锥形的转子孔中引入一种冷却剂，优选为油。此外，在保护文献102006030966.9中说明了用于已加热的油的冷却的一个实用解决方案。在此，在散热的同时，通过原本的螺杆泵导入一股冷空气流。这不只因为噪音的增长是不利的，而且也缺乏对在部分中断或效率降低(例如通过污染)时的故障情况的令人满意的保护，在为主轴转子对和泵外壳的完整的冷却系统中，因为例如排除了故障，如通过清洗，相对昂贵。在所述泵外壳和螺杆转子对之间必需对所有工作状态一致，并且总是不断地保障同步，即，为无接触的转动的间隙距离既在两个转子之间，也在围绕其的泵外壳之间，不小于一个重要的最小值，否则它作为所谓的“起动”导致接触，这导致整个螺杆泵的直接中断，简称为“崩溃”。在通过相应的较高的间隙距离作为所谓的“安全储备”尚可简单地满足这个最小要求时，此外还存在重要的要求，即间隙距离对所有工作状态保持近似不变，以便达到螺杆泵尽可能不变的压缩状态。否则，如泵的状态区别很大，这可理解地对于使用者非常不利。这个要求适用于从较冷的到较热的机器的所有工作状态，以及也适用于所有状态改变。在现有技术中至今不能令人满意地解决这个在主轴转子对和泵外壳之间安全和可靠的热耦合。同时使用者经常希望在螺杆泵中保持一个确定的温度水平，这至今只能适度地被解决。对于所述的螺杆泵，驱动的实现优选相应于保护文献WO 01/57401 A1以及PCT/EP2007/056585。
发明内容
本发明的目的在于，在一个干式压缩的螺杆泵中，包括用于螺杆泵的冷却装置，通过一种冷却剂，该冷却剂从螺杆转子对中吸收压缩热量，该冷却剂抽走热量，使得在转子对和围绕它的泵外壳之间的间隙距离对所有工作状态以及它们的改变都几乎保持不变，其中，既可简单和有效的使整个螺杆泵的噪音最小化，也可在冷却系统中减轻通过污染造成的重要后果，或者使在冷却效率中更容易清除这样的故障，并且螺杆泵的整个温度水平尽可能简单和有用的为各使用情况，不只目标明确的设定，而是能够沿由使用者各所希望的方向舒适并且简单地导散。
按照本发明，该目的解决如下，即冷却剂、优选为油，不仅被持续地引入两个主轴转子的冷却孔中，而是还借助于冷却剂输送泵不断地环流泵外壳，并且将它的热量导散，取消冷空气流绕流螺杆泵，整个机器优选通过防噪材料包围，并且对既吸收主轴转子对的热量、也吸收泵外壳的热量的冷却剂的散热通过一个特有的散热器进行，优选作为单独的标准工业油冷却器，或者水冷、或者也作为充分已知的油/空气冷却器实现，其中，为了继续降低噪音，为所述油/空气换热器必要的冷却风扇以降低的转速运行，在驱动电动机和泵传动轴之间的皮带传动装置通过冠形或锥形齿轮传动装置这样构造，即驱动电动机以比泵传动轮的转速更小的转速运行，其中，借助于特有的冷却剂换热器的更简单的尺寸度量，可目标明确地调节螺杆泵的温度水平，并且通过油/空气换热器的可自由定位性，该换热器包括一个特有的冷却风扇，和在该特有的冷却剂换热器和螺杆泵之间为冷却剂的输入管道和输出管道，此外，使用者得到为散热的目标明确的预定方向的可能性。
作为冷却剂，优选直接用已有的泵的油，它对在螺杆泵的侧腔中的转子轴承和同步轮齿的润滑反正是必须的。但是，在此应选择一种油，它既具有为轴承和齿轮的足够的润滑特性，也具有令人满意的热传输特征。这种类型的油是充分已知的，并且可使用。
为泵外壳的油冷却装置的构造按照充分已知的实施形式进行，例如浇注在泵外壳的铸件中(钢)螺旋管或者用于冷却剂/油穿流的包围它的铸件空腔，其中，该实施优选设置在最大的压缩热量的发生区域中，即在越来越窄的主轴转子螺距到螺杆泵的出气口的区域中。
为传动装置外壳的散热同样有效地通过油在所述传动装置外壳中进行。并且按照本发明，现在不再由冷空气环流的泵外壳以及因此整个螺杆泵，除商业通用的气冷的驱动电动机以外，为了高效的降低噪音级别，优选通过不同的防噪的外壳罩包围，例如通过包括多种多样的材料的一层一层的结构在螺杆泵的更高的工作转速时令人满意得减弱和压制不同的噪音(关于传动装置、轴承、气体输送装置等等)。这种用于防噪的简单类型是充分已知的，并且足够有效。
为冷却剂的为了散热需要的特有的换热器，所述换热器从现在起吸收主轴转子对和泵外壳中的热量，这样配置，即通过热交换表面的度量以及冷空气流(或水冷中的冷却液)的量目标明确地维持整个螺杆泵的所希望的温度水平。通过实现一个单独的且可移动的换热器，散热的方向也可以有目标明确地相应于客户愿望而确定。
所述冷却剂油优选这样引导，即冷却剂输送泵(例如作为内齿轮泵，又被称为“摆线转子”泵)将从传动腔中吸入的油首先通过泵外壳的冷却区域输送。从那里通过一条连接管道到达特有的换热器，并且在那里被冷却，并且，然后从该换热器直接到达在两个主轴转子中用于导入冷却剂的两个注入孔，在那里通过内管道和圆锥形内孔在吸收主轴转子的热量之后再流出到转动腔，以便然后再次被冷却剂输送泵吸入，以至于所述循环永久重复。当然还可设想和允许为冷却剂的其它的引导可能性。
现在，在为泵外壳的流体冷却装置的区域中这样度量为冷却剂的热交换表面，即在两个主轴转子和围绕它的泵外壳之间的间隙对所有工作状态几乎保持不变。从现在起，这个重要的目标可有利地实现如下，因为按照本发明，冷却剂既导散主轴转子的热量，也导散泵外壳的热量，并且因此在基准水平中生成一个完全相等的平面。在此，现在这样简单地实现实用的度量，即通过测量和简单的模型计算调节在几乎相同的水平上主轴转子对和泵外壳的温度。不能给出一个通用公式，因为散热基本上与各热传递的单独条件个别相关：材料和表面特性以及油种类等等。
取消至今为止经常拐弯的气流，冷空气流优选与驱动电动机的冷却风扇完全相等地实现，其中，为驱动电动机的大多数较小的冷却风扇甚至能够通过为换热器的更大的冷却风扇完全替代，以至于为驱动电动机的冷却装置感谢更强化的冷空气流得以明显改进。
具体实施方式
图1示出本发明的一个示例的实施形式，其具有通过整个螺杆泵的剖面：反向旋转的螺杆转子对(1)在泵外壳(2)中转动，所述泵外壳包括入气口(3)以及出气口(4)。转子对由在泵传动轴(6)上的冠形/锥形齿齿轮传动装置(5)驱动。商业通用的气冷的驱动电动机(17)利用皮带传动装置(18)通过较大的电动机侧的皮带盘(18.a)驱动较小的皮带盘(18.b)，并且因此驱动具有抗扭的冠形/锥形齿轮传动装置(5)的泵传动轴(6)。在所述螺杆转子中，以剖切的方式示例地示出转子内部冷却装置(7)，其中，冷却剂油通过内部输入管道(8)从冷却剂输入装置(21)被引导直到孔底，在那里油通过孔流出所述内部管道(8)，以便然后在圆锥形主轴转子孔上依靠离心力总是回流到传动装置-转子侧，并且再次流出到冠形/锥形齿轮传动装置腔中，在那里油与在作为通常的油存储腔的传动装置外壳(9)中的油混合。在传动装置外壳(9)中，油现在由输送泵(10)吸入。冷却剂输送泵(10)例如是内齿轮油泵，但是，当然所有其它常见的油泵也是适宜且可行的。在工作中，所述油泵现在从传动腔中吸入油，并且将油通过冷却剂流出口(20)和输入连接管道(12)输送到泵外壳(2)的冷却剂流动腔(11)中。所述冷却剂流动腔(11)例如能够设计为浇注在泵外壳的铸件中的(钢)螺旋管(11.a)，如在上方截面示出的，或者实施为在泵外壳(2)中环绕工作腔的铸件空腔(11.b)以便冷却剂/油流动，其中，该实施形式特别是设置在最大的压缩热量的产生区域中，即在主轴转子螺距朝向螺杆泵的出气口(4)的越来越窄的区域中。通过输出的连接管道(13)，将冷却剂从泵外壳流动腔(11)输送到特有的冷却剂换热器(16)，该换热器在这里例如是气冷的。
冷却剂从入口E到出口A流过所述换热器(16)，并且在此由通过冷却风扇(14)生成的冷空气流冷却，并且然后在流出口A离开换热器(16)，以便随后还可通过油泵(10)输送，通过回输的连接管道(19)到达两个冷却剂输入管道(21)。从那里，如上所述，油通过在主轴中的内部输入管道(8)到达各主轴转子以便在那里散热。
为了降低噪音，皮带传送装置(18)的皮带盘(18a和18b)的大小配置为，使得驱动电动机(17)以比泵传动轴(6)的转速更小的转速运行。此外，整个螺杆泵，除大多气冷的驱动电动机(17)外，为了继续降低噪音水平，通过防噪的外壳罩(15)包围，其中，所述外壳罩以有利的方式一层一层的通过不同的降低噪音的材料构造，这在附图1中示例地示出作为外层的防噪外壳罩(15.a)和内层的外壳罩(15.b)。
当然，在任何时间可实现其它实施形式的细节。
这涉及特别是换热器(16)的实施和定位，该换热器当然也可通过特有的冷却风扇构造，其同样也可以在工业中作为目录产品甚至作为完全制成的装置提供，以便然后为了螺杆泵可实用地任意地相应于客户愿望定位——当然通过相应的延长的连接管道作为输出管道(13)和回输管道(19)，以便因此能够简单地实现按照客户愿望的散热方向。
可选的例如也可通过气流量更强的冷却风扇(18)替代通常的自带电机的标准冷却风扇，其中，然后换热器(16)也能相应的有利地在另一个电机侧上。
通过用于冷却剂的散热的换热器(16)的尺寸，决定性地确定螺杆泵的温度水平，并且实现相应的客户愿望，这至今不能实现，因为按照本发明，为主轴转子对(1)和泵外壳(2)中的工作腔元件的热平衡的安全的耦合至今不能运行安全地存在。
此外，通过本发明，显著改进整个螺杆泵的运行安全，通过简单的油温度监控，这按照现有技术充分已知并且证明，整个螺杆泵的状态被安全地监控。
清洁也同样被简化，因为不再必需管理到至今为止的气冷的螺杆泵的冷却表面的大多数高成本的入口，而是简单地且仅仅清洁换热器。

Claims (23)

1.一种用于输送和压缩气体的螺杆泵，包括在泵外壳(2)中的反向转动的螺杆转子对(1)，并且包括冷却剂输送泵(10)，其用于输送所述冷却剂，
其特征在于，所述冷却剂由冷却剂泵(10)输送通过在泵外壳(2)中的一个或多个冷却剂流动腔(11)，并且借助于冷却剂泵(10)，冷却剂被带到用于转子内部冷却装置(7)的每个主轴转子，并且冷却剂由冷却剂泵(10)移动通过冷却剂换热器(16)。
2.如权利要求1所述的螺杆泵，其特征在于，所述冷却剂是油，该油被使用在螺杆泵的侧腔中以便润滑轴承和轮齿。
3.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，所述冷却剂泵(10)首先输送冷却剂通过在泵外壳(2)中的一个或多个冷却剂流动腔(11)，然后抽吸通过换热器(16)，并且随后将冷却剂移动到用于转子内部冷却装置(7)的每个主轴转子中的冷却剂输入装置(21)。
4.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，所述冷却剂泵(10)通过输入的连接管道(12)与在泵外壳(2)中的流动腔(11)，从在泵外壳(2)中的流动腔(11)通向换热器(16)的输出的连接管道(13)以及从换热器(16)通向用于每个主轴转子的冷却剂输入装置(21)的连接管道连接。
5.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，在泵外壳(2)中的冷却剂流动腔(11)设计作为插入泵外壳(2)的铸件中的(钢)螺旋管(11.a)。
6.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，在泵外壳(2)中的冷却剂流动腔(11)设计作为被设置在泵外壳(2)的铸件中的空腔(11)。
7.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，在泵外壳(2)中的冷却剂流动腔(11)位于主轴转子对(1)的较小和逐渐减少的螺距值的区域中。
8.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，所述换热器(16)通过冷却风扇(14)驱动，该冷却风扇以比泵传动轴(6)的转速更小的转速运行。
9.如前项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，用于换热器(16)的冷却风扇(14)固定在驱动电动机(17)的轴上，它通过皮带传送装置(18)驱动泵传动轴(6)，使得该泵传动轴(6)的转速超过驱动电动机(17)的转速。
10.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，所述冷却风扇(14)代替所述驱动电动机(17)的特有的风扇。
11.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，使用标准化的工业油冷却器作为换热器(16)。
12.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，用于导散冷却剂热量的换热器(16)，或者水冷地运行，或者气冷地运行。
13.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，外壳罩(15)包围除驱动电动机(17)之外的螺杆泵。
14.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，多个外壳罩(15.a和15.b)包围除驱动电动机(17)之外的螺杆泵。
15.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，多个外壳罩(15.a和15.b)一层一层地包围除驱动电动机(17)之外的螺杆泵。
16.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，泵外壳(2)不再被冷空气环流。
17.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，通过在换热器(16)中散热的度量大小控制螺杆泵的温度水平。
18.如前项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，在换热器(16)中散热的度量大小通过热交换的表面的大小来确定，和/或通过导出的冷却液的流量规定。
19.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，所述换热器(16)定位为，使得散热方向适应于各种使用情况。
20.如前项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，所述换热器(16)包含特有的冷却风扇(14)。
21.如上述权利要求之一所述的螺杆泵，其特征在于，冷却剂的温度被监控和检查。
22.如前项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，当不同于用于冷却剂的额定温度时，进行警告。
23.如前项权利要求所述的螺杆泵，其特征在于，警告以听觉报警和/或视觉报警和/或关闭螺杆泵的方式进行。
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