CN102251960A - 具有现场整修构造的螺杆泵 - Google Patents

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Abstract

一种具有现场整修构造的螺杆泵(20)，具有螺杆(40)、基座(26)和用于螺杆(40)的轴(50)。螺杆(40)具有旋转期间相互啮合的螺旋斜轨，在内端(44)和外端(42)之间延伸。轴(50)在内端(68)和外端和(74)之间延伸，从其大致内端(68)从基座(26)成悬臂。每个螺杆(40)都形成有中空芯(80)，中空芯(80)用于接纳其轴(50)，使得螺杆(40)从其相应的轴(50)的外端(74)的上面滑到所述轴上。螺杆泵还包括无键锁定机构(56，58，96或98)，无键锁定机构(56，58，96或98)介于每个轴(50)和螺杆(40)之间，所述无键锁定机构(56，58，96或98)可操作以在没有键或键槽的情况下以旋转方式将所述轴(50)和螺杆(40)锁定到一起。

Description

具有现场整修构造的螺杆泵
技术领域
本发明涉及螺杆泵，更具体地，涉及一种具有现场整修构造(fieldrefurbishment provision)的螺杆泵。
背景技术
螺杆泵典型包括至少两个螺杆，所述至少两个螺杆从吸入端轴延伸到排出端，且具有在旋转期间彼此相互啮合的螺旋斜轨。螺杆典型容置在螺杆外壳内，该螺杆外壳同样从吸入端轴向延伸到排出端。
螺杆泵可以根据若干因素分类。其中的两个因素包括(1)螺杆和轴为分开件还是作为整体单元形成，(2)螺杆是仅从一端还是两端支撑。
当螺杆和轴为分开件时，螺杆典型通过穿过螺杆的中央孔滑到其轴上，传统的在先技术的将每个螺杆以旋转方法固定到其相应的轴的方法通过使用键和键槽。当螺杆与其轴形成为整体单元时，不用说整体单元结构消除了对于键或键槽的可能性，轴部分可能不是指轴而是指轴端(shaft stub)。
对于一件或两件结构，有两种不同的螺纹支撑类型。即，当螺杆只从一端支撑时，其被称之为悬臂式螺杆泵。对于悬臂螺杆，螺杆定向典型为竖直的而非水平的，吸入端高而排出端低。用于螺杆的轴(或轴端)典型随着进入轴承密封载体从排出端伸出(或悬垂)，在轴承密封载体的位置，轴承、密封组件和驱动源都联接到轴(或轴端)。由于典型在螺杆的吸入端没有轴承和密封组件，因而没必要存在超出螺杆的吸入端的任何伸出。
另一种类型的螺杆支撑被称为完全支撑(simply-supported)。与悬臂螺杆相同，完全支撑螺杆在吸入端和排出端之间延伸。与悬臂螺杆不同的是，由于螺杆在两端通过轴承支撑，用于完全支撑的螺杆的轴(或轴端)从两端伸出。完全支撑的螺杆典型还在两端也有轴承密封组件。
用于完全支撑螺杆和用于悬臂螺杆的轴典型只在一端被驱动，并且典型其是在轴伸出排出端的部分。典型地，两个平行轴的每个均有附到其上螺旋齿轮，并与另一轴的螺旋齿轮啮合。一个轴被直接驱动，另一个轴由被直接驱动的轴带动。
所有类型的螺杆泵在应用时有各种缺点。螺杆泵大多应用于泵送可压缩介质的场合，其可以输送从腐蚀性的和/或研磨材料到其他材料的任何材料，所述其他材料包括但不局限于在螺杆的斜轨上留下涂层的材料外。长期工作之后，螺杆泵需要被脱机和维护。螺杆可能需要从轴上退下并被清理或更换。为进行上述操作，典型需要频繁拆卸螺杆泵，不仅从支承密封载体移除螺杆外壳，而且还拆解(tear into)支承密封载体以使螺杆重新同步。
重新组装螺杆的每个情况都需要被称为“同步”的运行。同步包括调节螺杆相对于彼此的相对角度定向，以便在旋转期间使其相应的斜轨之间能保持合适的啮合和间距。此外，轴典型具有螺旋齿轮。螺旋齿轮典型通过从支承密封载体移移除螺杆外壳、接着拆解支承密封载体来接近。至少一个螺旋齿轮从其轴松动，关于其轴旋转，然后被重新紧固以合理地调整斜轨的相互的间隙。
之后，放置密封，放回关闭支承密封载体，重新安装螺杆外壳等等。
为了简化前述的做法并克服现有技术在现场整修螺杆泵方面的缺陷，需要进行一些改进。
发明内容
本发明的一个目的是在不使用键和键槽的情况下将螺杆泵的轴和螺杆以旋转方式锁定在一起。
本发明的一个目的是不需通过调整齿而是通过调整螺杆轴和螺杆，来完成调整这种螺杆泵。
本发明的一个目的是在螺杆泵完全安装的情况下，在螺杆泵的顶部，完成调整这种螺杆泵。
本发明的一个目的是在不拆卸螺杆泵的情况下，能够使螺杆从螺杆泵上松开并滑动退出。
本发明的一个目的是在不完全拆卸螺杆泵的情况下，能够对密封组件进行维护。
本发明的一个目的是使用具有不同热膨胀系数的材料来制造螺杆和用于上述所述螺杆的轴，使得在低温环境，螺杆和用于所述螺杆的轴之间会存在滑动配合，但在操作温度，存在过盈配合促使螺杆对中并正锁定到其轴。
根据本发明，这些和其他的方面和目的通过一种具有各种现场整修构造的螺杆泵来实现。这种泵优选包括至少两个螺杆、基座和用于螺杆的轴。螺杆具有在旋转期间彼此相互啮合的螺旋斜轨。螺杆还在内端和外端之间延伸。轴在内端和外端之间延伸，同时从大致内端从基座成悬臂。每个螺杆都形成有中空芯，所述中空芯用于接纳轴，使得螺杆从相应的用于所述螺杆的轴的外端的上面滑到所述轴上。
本发明的一个方面包括介于每个轴和螺杆之间的无键锁定机构。所述无键锁定机构可操作以在没有键或键槽的情况下以旋转方式将所述轴和螺杆锁定到一起。
优选的是，所述无键的锁定机构为可释放的(例如，可被用户解锁)，以便能够通过关于所述轴以旋转方式滑动所述螺杆来调整所述螺杆之间的同步(timing)。
还优选的是，所述无键锁定机构不仅介于相应的轴和用于所述相应的轴的螺杆之间设置，并且接近其轴和螺杆的外端设置。
螺杆泵还可包括螺杆外壳。这种螺杆外壳在内端和外端之间延伸，以使螺杆外壳在接近所述螺杆外壳的内端的位置从所述基座成悬臂。螺杆外壳形成有螺杆室，所述螺杆室用于在所述螺杆位于所述螺杆的轴上时接纳所述螺杆。本发明的另一方面是释放所述无键锁定机构允许在不从所述基座移除所述螺杆外壳的情况下将所述螺杆从所述螺杆的轴移除。
每个轴优选地在接近外端的位置形成有内台阶(instep)，所述内台阶产生肩部。其中所述螺杆轴的一部分越过所述肩部向内形成台阶，并与所述螺杆中的所述中空芯限定环形空腔。环形空腔提供用于所述无键锁定机构的引入和运行的工作空间。
本发明的另一个方面是，所述无键锁定机构能够采取比如但非限制性的下述机构中的任意一个的形式：轴向夹紧装置、无漂移型无键套管、提升型无键套管或下沉型无键套管。
本发明的又一方面是，所述螺杆由具有热膨胀特性系数的材料制成，而相比较之下，所述轴由不同的材料制成，在从环境温度到操作温度的温度范围内，所述不同的材料的热膨胀特性系数值高于所述螺杆的热膨胀特性系数值。这样在环境温度，所述螺杆与所述轴具有滑动配合，在操作温度，所述螺杆与所述轴还具有过盈配合，所述过盈配合进一步使所述螺杆正锁定到所述螺杆的轴。
所述基座具有面板，所述螺杆外壳的内端从所述面板成悬臂。所述螺杆泵可选地进一步包括密封组件，所述密封组件在接近所述轴的内端且接近所述基座的所述面板的表面的位置环绕所述轴。在本发明的另一个方面，所述密封组件以可取放的方式安装，以便在移除所述螺杆和螺杆外壳之后、但不移除所述轴或从所述基座的内部进入所述面板的后面的情况下，能够更换所述密封组件。
轴向夹紧装置包括一对连接到轴或形成在轴上的卡爪，其中至少一个被驱动的卡爪是可移动的以产生夹紧压力。可移动的卡爪可选地包括环，在接近所述螺杆的外端的位置，所述环配合在超过所述轴的所述肩部的颈缩的轴与所述螺杆中的孔之间的环形空腔的内部。这样，可移动的卡爪可选地由在所述肩部与所述轴接合的螺纹杆驱动。每个轴都构造有内座和外座，轴向夹紧装置的卡爪夹紧到所述内座和外座上。可以采用两种无键锁定技术的任意组合将螺杆锁定到轴。
螺杆泵可选地包括一系列紧固装置，所述紧固装置用于将螺杆外壳安装到基座的面板，其中在不妨碍所述基座上的所述面板或所述轴、或者不从所述基座的内部进入所述面板的后面的情况下，所述螺杆外壳能够从所述基座被更换。
在本发明的一个优选实施例中，轴包括钢合金，螺杆包含在从环境温度到操作温度的温度范围内具有大约百分之零(0％)的热膨胀的材料。通常，在操作温度，螺杆在接近内端的位置的温度高于其外端的温度，因此，在所述轴与所述螺杆的孔之间的界面压力相应地在接近内端的位置高于接近外端的位置。
本发明的一些特征和目的会在下述优选实施例的讨论中体现。
附图说明
在附图中示出当前优选的本发明的特定示例实施例。应该理解，本发明不局限于作为示例公开的实施方式，在本发明所属领域的普通技术人员看来其可以有变型。在附图中：
图1是根据本发明的具有现场整修构造的螺杆泵的透视图；
图2是相当于图1的透视图，不同之处在于示出螺杆外壳从螺杆泵上拆除；
图3是相当于图2的透视图，不同之处在于包括其分解图；
图4是沿图2中的IV-IV线看的局部放大截面图，不同之处在于盖垫片(62)和无键套管(58)被移除；
图5是图3的无键套管(58)的放大透视图；
图6是相当于图5的透视图，不同之处在于包括其分解视图；
图7是相当于图4的局部截面图，不同之处在于以放大的比例，并且图中部分剖切开，同时不同之处还在于示出盖垫片(62)和无键套管(58)；
图8是图7的VIII-VIII的具体局部放大截面图；
图9是相当于图7的局部截面图，不同之处在于示出根据本发明的螺杆至轴的无键锁定机构的一个可更换的实施例；
图10是相当于图7和9的局部截面图，不同之处在于示出根据本发明的螺杆至轴的无键锁定机构的另一个实施例；以及
图11是相当于图4局部截面图，不同之处在于从图4去除了部分，并且示出达到高运转温度后，以及过盈作用发生后，螺杆与轴之间的界面压力的压力轴向曲线。
附图标记列表(数字)
20 螺杆泵
22 螺杆外壳
24 吸入口外壳
26 支承密封载体
28 顶面板
32 排出口
34 水套盖板
36 旁路盖板
40 螺杆
42 螺杆吸入端
44 螺杆排出端
46 第一级
48 第二级
50 螺杆轴
52 排出高压间的内部开口
54 移动卡爪
56 无键(锁定/夹紧)机构
58 无键锁定机构/套管
60 释放孔
62 盖垫片
64 暗销
66 保持环
68 内部肩部
70 排出板
72 密封组件
74 外部肩部
80 螺杆中的轴孔
96 无键锁定套管(图9)
98 无键锁定套管(图10)
具体实施方式
图1示出根据本发明的具有旁路和现场整修构造的螺杆泵20。该螺杆泵20为前述的悬臂式螺杆泵。螺杆泵20具有螺杆外壳22，螺杆外壳22夹在吸入口外壳24和支承密封载体26之间，或者更准确地说，螺杆外壳22夹在吸入口外壳24和支承密封载体26的顶面板28之间。支承密封载体26形成有排出口32。螺杆外壳22包括水套盖板34和旁路盖板36。
图2示出螺杆泵20，螺杆泵20包括一对镜像相反的螺杆40，所述一对镜像相反的螺杆40以彼此相反旋转的方式转动。螺杆40在吸入端或入口端42和排出端44之间延伸。图3示出每个螺杆40，每个螺杆40包括螺旋斜轨的第一级46和螺旋斜轨的第二级48。用于第二级48的斜轨比用于第一级46的斜轨更精细，用于第一级46的斜轨相对更粗糙些。
排出口32是排出高压间(在图中被隐藏)的终端，排出高压间穿过支承密封载体26。图2和3示出排出高压间(在图中隐藏排出高压间，但口32为排出高压间的出口)的内部开口52。
图3示出螺杆40通过无键锁定机构56和58与螺杆40的螺杆轴50部分连接。本发明的一个方面是无键锁定机构56和58在螺杆40的吸入端42取放。螺杆40具有中央孔80，中央孔80的大小被设定为用于在环境温度以非常紧密的方式滑动配合在螺杆轴50上。同样，这也指螺杆轴50和轴孔80之间的在环境温度的“滑动”配合。无键锁定机构56和/或58部分地抵抗该在环境温度的滑动配合。无键锁定机构56和/或58部分地保持螺杆40之间的同步。同步涉及螺杆40彼此相关的相对角度定向，用于在旋转期间使螺杆40的相应的斜轨之间具有合适的啮合和间隙。
图3和4更好地示出无键锁定机构56包括一系列的部件和功能部件，所述一系列的部件和功能部件协同提供螺杆40上至其轴50的轴向夹紧力。无键锁定机构56包括环54，环54用作移动卡爪54。螺杆轴50形成有一对内台阶，每个内台阶形成肩部。用于螺杆轴50的第一内台阶从相对较大的直径过渡到中等直径，形成内部肩部68(对“内部”的引用指肩部比将描述的另一个肩部更接近支承密封载体26)。用于螺杆轴50的第二内台阶从中等直径过渡到相对小的直径，并形成外部肩部74。外部肩部74更接近于泵20的吸入端24。超过外部肩部74的向内形成台阶的螺杆轴50与螺杆40中的孔80限定环形空腔。该环形空腔提供了用于无键锁定机构56和58的引入和运行的工作空间。
内部肩部68用作轴向夹具(例如56)的固定卡爪。螺杆40的排出端44作为邻接内部肩部68的座。外部肩部74用作用于机械螺杆的环的锚固物，以将移动卡爪54拖动到连接到螺杆40的某部件上，从而产生轴向夹紧力。为了实现上述目的，外部肩部74攻有环形图案的螺纹套筒，用于将机械螺杆紧固到其中。环54具有对应图案的通孔，用于使得机械螺杆滑动通过。接纳螺纹紧固件。由于移动卡爪54需要螺杆40上的某部件，以被承载在上面避免下沉，螺杆40的结构按下面的结构形成。螺杆40的中央孔80形成为靠近螺杆40的吸入端42的凹进圆环槽。该环槽接纳可移除的保持环66。事实上，优选采用螺旋保持环66。
如前所述，环卡爪54通过环形图案的机械螺杆紧固件来相对于固定卡爪(内部肩部68)紧固和放松，所述机械螺杆紧固件拧入外部肩部74中的螺纹套筒。
因此，无键锁定机构56形成轴向夹紧装置，在螺杆40的保持环66和螺杆40的排出端44之间施加夹紧压缩，螺杆40的排出端44用于内部肩部68邻接的座。
如图3和4到8更好地所示，无键锁定机构58包括被称之为无键套管58的环形压缩配件。更特别地，该无键套管58包括三种形式之一的一种特殊形式的无键套管，此处这种形式被称之为提升型无键套管58。图3和7示出了带有O形环的盖垫片62，用于将灰尘密封于外部。用于保持环54和无键套管58的机械螺栓都是在移除了盖垫片62之后取放。合适的无键套管可以购买自但不限于
Figure BSA00000532377300101
旗下的特拉华州威尔明顿的Fenner U.S公司。
无键套管58包括一对内配合拼合圈(interfitting split collar)，一个包括带凸缘的内圈，另一个为环形外圈。带凸缘的内圈具有柱状内壁，用于在外部肩部74的上方夹在轴50的颈缩部分上。环形外圈具有柱状外壁，用于支承螺杆40内部的轴孔80的侧壁。上述一对圈内配合一对锥形渐缩部分。机械螺杆滑动通过带凸缘的内圈的凸缘中的环形图案的通孔，并拧入在环形外圈中的用于机械螺杆的螺纹套筒。拧紧机械螺杆使无键套管58作为一个单元楔入合适的位置，在轴50和螺杆40之间提供径向的夹紧力。
图5和6示出带凸缘的内圈的凸缘设有螺纹通孔。在无键套管56最初夹紧之后的未来的某个时间，可能会期望放松无键套管56。但是仅放松图5所示的机械螺杆不足以完成上述工作。必须将机械螺杆拧紧到螺纹孔60中以强制两个圈分开(图中未示出)。
在本发明的一个优选实施方式中，优选的对于每个螺杆40和螺杆轴50结合一对无键锁定机构56和58。无键锁定机构56用于产生轴向夹紧力。无键锁定机构58用于产生径向夹紧力。然而这种设计优选方案只是为了方便的目的。
实验表明，不仅在启动时的低温状态，也易于在运行时的温度，无键套管58能令人满意地处理整个额定力矩载荷的转化。然而，实验也表明，拧紧无键锁定机构58倾向于相对于轴50“很微小地”提升螺杆40。但是，在公差很严格的情况下，“很微小地”也是不允许的。因此，轴向的夹紧机构56平衡无键套管58的提升的趋势。
上面提到了存在不只一种的无键套管。上面提及的无键套管58作为提升型的无键套管。但是，根据其特征，存在至少两种其他形式的无键套管，分别如图9和10所示。
图9示出具有一对相反的环锥形界面的无键套管96。相应地，其为自由漂移型无键套管96。当拧紧时，该无键套管96既不会倾向于在轴50上提升螺杆40，也不会有相反的动作。
图10示出具有单个环锥形界面的无键套管98，与图3和4至8的无键套管58类似。然而，在无键套管98中，带凸缘的圈与被转换成环绕外圈且支承轴孔80的侧壁的环圈相比具有更大的接触面积。拧紧无键锁定套管98倾向于导致与无键套管58相反的效果。也就是，紧固无键套管98倾向于导致螺杆40较难下沉抵靠在轴的内部肩部68。因此，无键套管98称为下沉型无键套管。
比较图9、10与图7可知，无需使无键套管96或98与轴向夹紧装置56。相反，确实优选的是串联无用的轴向夹紧装置56与无键套管58。
回过来看图3和4，图中示出了每个螺杆40由两个件组成，包括第一级部分46和第二级部分48。这两级46和48通过暗销64互相成角度定向。第二级48在排出板70的上方旋转，其控制压缩介质排出该排出口32。排出板70下面是密封组件72。密封组件72包括垫圈和/或轴承(图中未示出)。实际上，每个轴50可以在排出板70的正下部设置一个轴承，并且每个轴在支承密封载体26的较深内部的设置一个或多个其他的轴承。
暂时讨论一下“同步调整”。也就是，在设计干式螺杆真空泵时有个因素被称为“同步调整”。简言之，“同步”是比单独的“同步调整”更宽泛的概念。同步通常包括两个构成要素。一个是螺杆40以相同的速度转动。本发明的一个方面是螺杆轴50被同步齿轮驱动，其无需进行用于同步调整的调整。另外，现有技术中公知通过螺旋齿轮来驱动轴，其中进行螺旋齿轮和轴之间的同步调整。但是再者，本发明的一个方面是螺杆轴50由定常啮合同步齿轮驱动，定常啮合同步齿轮不干扰同步调整操作。
同步调整包括调整螺杆40相互之间的相对角度定向。本发明的一个方面是，通过一个或多个位于螺杆40的自由(吸入)端42的无键锁定机构56、58、96和/或98，而不是通过在齿轮和轴50之间，来完成同步调整。
螺杆40之间的合适的角度定向能够通过多种方法判断。例如，考虑螺杆能在其周边标记有任意的点。随着螺杆转动，该任意点在整个旋转中沿轨道运动。随着另外一个螺杆也转动，在其周边上具有一个特定的对应的点在整个转动中同样沿轨道运动。当两个点同时通过螺杆轴的轴线之间的平面时，同步调整是合适的。事实上对于每次旋转，这需要其不仅同时通过平面并且要有高精度。要达到这个程度就需要调整，事实上是微调。
传统的螺杆泵螺杆40和螺杆泵螺杆轴50制造使其成为单个整体的单元(或将其锁定在一起成为单个整体的单元的等价物)。也就是说，如果螺杆40和轴50原本是两个分开件，但然后通过键和键槽键联接在一起，为了所有实际的目的，在拉伸操作之后其会被融合在一起作为整体单元的等价物。
相应地，传统的调节同步的方法为使用同步齿轮来进行。也就是说，至少一个齿轮是以可释放的方式夹在其相应的螺杆轴上，使其可以被放松以允许螺杆轴之间的角度调整。
不同于同步速度，同步调整并不是在螺杆泵的制造或使用寿命中仅仅“做一次”的工作。事实上，当需要使螺杆40重新同步时，需要多次的工作。前述的是以下时间的非排他的列表：
·最初的制造和安装，
·螺杆40的移除(例如为了机械清理)，
·更换破损的螺杆40，
·更换破损的密封组件72，
·更换破损的轴承，等等。
考虑前述的问题，容易理解同步调整确实是在螺杆泵的使用寿命中经常要发生的琐事。此外，对于该螺杆泵20，轴50由同步齿轮驱动。该螺杆泵20的同步齿轮与另一个的定位与同步调整是无关的。
如前所述，螺杆40通过环境温度滑动配合而配合在轴50上。在螺杆40和轴50之间无任何无键锁定机构的情况下，其之间的角度定向可以无限调整。然而，本发明的一个方面是在螺杆40和螺杆轴50之间合并无键锁定机构56、58、96和/或98。
螺杆40和螺杆轴50之间的组装可以通过如下所述方式进行。每个螺杆的第一级部分46和第二级部分48相互配合，通过暗销(dowel)64互相定向。接着，螺杆40在彼此之间大致正确的角度定位处彼此啮合。螺杆40接着滑动到其空螺杆轴50上直到排出端44落地，并座落到螺杆轴50的内部肩部68上。用于每个螺杆40的保持环66被插入在相应的螺杆40中央孔80的内部的用于其环槽内。环卡爪54滑下螺杆轴50，随后旋紧且拧紧机械螺杆直到卡爪54和68之间的夹紧压力压紧其之间的螺杆40。
在完成此操作的其它事情中，轻轻固定螺杆40之间的相对角度定向到一个固定的定向。同样，轻轻固定螺杆40在螺杆轴50上的相对轴向定向。然而，优选通过带有第二无键锁定机构58的轴向夹具(例如56)来提供加强机械连接。
本发明的一个可选的方面是分配双无键锁定机构56和58优于仅单个无键锁定机构96或98。
现在暂时讨论一下根据本发明对于本发明的螺杆泵20的“现场”整修构造。也就是，其包括全部用简单的工具，现场(通常在工厂，但不是原设备制造工厂)取放和/或更换螺杆40和密封组件72。
干式螺杆真空泵应用很广。有时其能泵送洁净气体。有时其泵送“脏”气体流。对于洁净气体，干式螺杆真空泵可以运行数年而不出故障。对于脏气体流，数年不出故障的工作是不可能的。脏的气体流中携带的物质会导致短时间的故障：可能几个月，也可能几个小时。
脏气体流导致的主要故障可分为两类：
(1)物质聚集在螺杆40上(或在螺杆外壳22内的螺杆室中)，其阻塞了间隙并造成接触(其中这类故障从轻微到严重)，或反过来，
(2)物质腐蚀了密封组件72，该密封组件72使脏气体流与支撑螺杆40的轴承(或轴颈)隔离(这类故障典型会采用从密封组件72的底部将纯净气体如氩气泵送入螺杆室的方法来解决，因而只会导致操作费用的增加)。
更具体地，第一种故障从轻微到严重的各种等级。轻微故障可通过简单的螺杆室的反向冲洗以排出或吹出积累的物质来解决。通常，冲洗不解决问题。在这种情况下，螺杆泵20可以停机一段时间并拆卸，以机械清理螺杆40，且然后清理螺杆外壳22内部的螺杆室。
本发明的一个方面是，能够将螺杆40从其轴50移除下来，而不将螺杆外壳22从支承密封载体26拆下。本发明的另一方面是，能够将螺杆40移除，而不将螺杆轴50从泵20的其他部分移除(即，支承密封载体26)。因此，螺杆泵20可以容易地在“现场”工作，例如在用户的工厂工作，而无需返回原设备制造厂。
如果螺杆40相互摩擦或螺杆40与螺杆外壳22摩擦大，使其卡住，则螺杆40或螺杆外壳22可能需要更换。对于市场上其他的干式螺杆真空泵来说，进行所述更换需要延长停机时间并完全拆卸。相反，根据本发明的螺杆泵20的一个方面，螺杆40和螺杆外壳22可以很容易地通过互换替代而改变。
也就是，螺杆40和螺杆外壳22是螺栓固定、自包容模式，其仅通过手动工具，从螺杆轴50拆卸(在螺杆40的情况)，或从支承密封载体26的顶面板28解除紧固(在螺杆外壳22的情况)。损坏的螺杆40或螺杆外壳22也可以全部使用普通手动工具现场更换。
螺杆泵20的设计允许操作员在泵20的顶端做同步调节，只需移除用于吸入口外壳24，否则在进行所述移除时螺杆泵20则需要全部拆卸。
如前所述，第二类的故障涉及密封组件72的腐蚀。如果密封组件72只有微小的腐蚀，密封组件72典型不需更换。也就是说，密封组件72的腐蚀通常在一段时间内是可容许的，或通过利用纯净气体对密封组件72的后面进行施压来克服。其目的是，尽可能地将脏气体流内的杂质吹离轴承。但是，当腐蚀加宽了轴50和密封组件72之间的间隙时，上述操作的有效性将减弱，密封组件72最终需要被更换。在市场上常规的干式螺杆真空泵中，密封组件的更换需要泵的完全拆卸，这是因为密封组件典型深入位于泵内。
根据本发明的泵20的一个方面是，密封组件72像螺杆40一样易于更换，这是由于操作者无需将泵20拆卸到必须将螺杆轴50移除的程度。
回到图11，本发明的另一方面是，通过螺杆40和螺杆轴50用不同材料制造，来增强任意无键锁定机构56、58、96和/或98的力矩传递能力。
干式螺杆真空泵在运行中产生热量，并保持较高的温度。接近螺杆40的排出端44常常会达到175℃(～350°F)(即在螺杆外壳22内的螺杆室内的温度从吸入端24到排出端32逐渐升高)。本发明的一个方面是利用该热量将螺杆40更紧密地联接到它们的螺杆轴50。
也就是说，本发明的一个方面是，螺杆40(即其第一级部分46和第二级部分48)采用具有一种热膨胀系数的一种材料制成，相反，轴50采用具有不同的热膨胀系数的另一种材料制成，并实现下述的目的。在环境温度，螺杆40滑动配合(例如松配合)到其轴50上。但是在操作温度，螺杆40与其螺杆轴50过盈配合。
因此，螺杆40和螺杆轴50由具有不同热膨胀系数的不同材料制成。螺杆轴50的热膨胀系数高。
顺便说一下，热膨胀系数是在温度变化时，测量材料体积的膨胀或收缩。如果加热时，材料膨胀，那么其具有“正的”热膨胀系数。相反，当冷却时，材料膨胀，则其具有“负的”热膨胀系数。
根据本发明，螺杆40和螺杆轴50可以都由具有正热膨胀系数的材料制成，也可以都由具有负热膨胀系数的材料制成。只要存在使得螺杆轴50的热膨胀系数大于螺杆40的热膨胀系数的足够的热膨胀系数差值，在操作温度螺杆40将固在螺杆轴50上。
当降温时(即环境温度下)，过盈配合会变松为滑动配合，以便于拆卸(或重新组装)。
本发明的优选设计如下。螺杆轴50由钢合金制成。相反，螺杆40由具有相对较低的热膨胀系数的材料制成，包括但不限于D-5级耐蚀镍合金。该耐蚀镍合金的热膨胀系数大约为钢的热膨胀系数的40％。在环境温度下，螺杆40的中空芯80的大小使得其在螺杆轴50上具有非常紧密的滑动配合。螺杆40和螺杆轴50之间的配合，从温度低时(即环境温度)的“滑动”配合过渡到操作温度的“过盈”配合，当再次冷却时，再次变回滑动配合。
实际上，在操作温度，螺杆40的温度不是一致的。图11为相当于图4的局部截面视图，不同之处在于在螺杆40和轴50旁边示出压力轴向曲线，以显示在过盈作用发生后的高运转温度，螺杆40与轴50之间的界面压力的。轴向的轴线示为Z轴。接触面压力用P轴示出。第二级48的平均温度要高于第一级46。因此，“过盈配合”现象倾向于在第二级48上被放大。然而，仍然能产生好的结果。第二级48是大多数压缩工作发生的位置。因此，第二级48是具有较大的破坏螺杆40和螺杆轴50之间的过盈配合的力矩的位置。第二级48与轴50之间的接触面比第一级46与轴50之间更紧的结果是一件好事。这是需要过盈配合最紧密的位置。
相应地，本发明的一个方面是，使用具有不同膨胀系数的材料，使得在操作温度下，增强螺杆40对于螺杆轴50的定心的正锁紧。
在附图及说明中，螺杆40被示出及描述为竖直连接的。然而，螺杆泵可以安装为其他的定向，那么相应地，术语“顶”、“高”、“低”、“提升”、“下沉”只是用于表达的方便，并没有限制本发明特定的朝向。
本发明已经通过上述实施例及变化形式公开，另外的变化对于本领域技术人员而言是显而易见的。本发明不限于详细提及的实施例，因此参照应加到权利要求中而不是前面讨论的优选实施例，在那里本发明的排他的权利保护范围被要求保护。

Claims (15)

1.一种螺杆泵(20)，包括：
至少两个螺杆(40)，所述至少两个螺杆(40)具有在旋转期间彼此相互啮合的螺旋斜轨，并且所述至少两个螺杆(40)在内端(44)和外端(42)之间延伸；
基座(26)；
轴(50)，所述轴(50)用于每个螺杆(40)，并在内端(68)和外端(74)之间延伸，且在接近所述内端(68)的位置从所述基座(26)成悬臂；
每个螺杆(40)形成有用于接纳所述轴(50)的中空芯(80)，使得所述螺杆(40)从用于所述螺杆(40)的相应的轴(50)的外端(74)的上方滑移到所述相应的轴(50)上；
无键锁定机构(56，58，95或98)，所述无键锁定机构(56，58，95或98)介于每个轴(50)和螺杆(40)之间，且可操作以在没有键或键槽的情况下将所述轴(50)和螺杆(40)旋转地锁定到一起。
2.如权利要求1所述的螺杆泵(20)，其中：
所述无键锁定机构(56，58，96或98)是可释放的，使得能够通过关于所述轴(50)旋转地滑移所述螺杆(40)来调整所述螺杆(40)之间的同步。
3.如权利要求1或2所述的螺杆泵(20)，其中：
所述无键锁定机构(56，58，96或98)不仅设置成介于相应的轴(50)和用于所述相应的轴(50)的螺杆(40)之间，而且设置成接近所述相应的轴(50)和用于所述相应的轴(50)的螺杆(40)的外端(74和42)。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的螺杆泵(20)，还包括：
螺杆外壳(22)，所述螺杆外壳(22)在内端和外端(24)之间延伸，并在接近所述螺杆外壳(22)的内端的位置从所述基座(26)成悬臂，且所述螺杆外壳(22)形成有螺杆室，所述螺杆室用于在所述螺杆(40)位于所述螺杆(40)的轴(50)上时接纳所述螺杆(40)；
其中释放所述无键锁定机构(56，58，96或98)允许在不从所述基座(26)移除所述螺杆外壳(22)的情况下将所述螺杆(40)从所述螺杆(40)的轴(50)移除。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的螺杆泵(20)，其中：
每个轴(50)在接近外端的位置形成有内台阶，所述内台阶产生肩部(74)；
其中所述螺杆轴(50)越过所述肩部(74)向内形成台阶，并与所述螺杆(40)中的所述中空芯(80)限定环形空腔；
由此，该环形空腔提供用于所述无键锁定机构(56，58，96或98)的引入和运行的工作空间。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的螺杆泵(20)，其中：
无键锁定机构(56，58，96或98)包括轴向夹紧装置(56)、无漂移型无键套管(96)、提升型无键套管(58)或下沉型无键套管(98)中的任何一个。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的螺杆泵(20)，其中：
所述螺杆(40)由具有热膨胀特性系数的材料制成；并且
所述轴(50)由不相似的材料制成，在从环境温度到操作温度的温度范围内，所述不相似的材料的热膨胀特性系数的值高于所述螺杆(40)的热膨胀特性系数的值；
其中在环境温度，所述螺杆(40)与所述轴(50)具有滑动配合，在操作温度，所述螺杆(40)与所述轴(50)还具有过盈配合，所述过盈配合进一步促进所述螺杆(40)正锁定到所述螺杆(40)的轴(50)。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的螺杆泵(20)，其中：
所述基座(26)具有面板(28)，所述螺杆外壳(22)的内端从所述面板(28)成悬臂；并且
所述螺杆泵(20)进一步包括密封组件(72)，所述密封组件(72)在接近所述轴(50)的内端(68)且接近所述基座(26)的所述面板(28)的表面(70)的位置环绕所述轴(50)；
其中所述密封组件(72)以可取放的方式安装，从而在移除所述螺杆(40)和螺杆外壳(22)之后但不移除所述轴(50)或从所述基座(26)的内部进入所述面板(28)的后面的情况下，能够更换所述密封组件(72)。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的螺杆泵(20)，其中：
每个轴向夹紧装置(56)包括连接到所述轴(50)或形成在所述轴(50)上的一对卡爪(54和68)，其中至少一个卡爪(54)是可移动的并被驱动以产生夹紧压力。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的螺杆泵(20)，其中：
每个可移动卡爪(54)包括环(54)，在接近所述螺杆(40)的外端(42)的位置，所述环(54)配合在超过所述轴的所述肩部(74)的颈缩的轴(50)与所述螺杆(40)中的所述芯(80)之间的所述环形空腔的内部；
其中所述可移动卡爪(54)由在所述肩部(74)处与所述轴(50)接合的螺纹杆驱动。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的螺杆泵(20)，进一步包括：
紧固装置，所述紧固装置用于将所述螺杆外壳(22)安装到所述基座(26)的面板(28)，其中在不妨碍所述基座(26)上的所述面板(28)或所述轴(50)、或者不从所述基座(26)的内部进入所述面板(28)的后面的情况下，能够从所述基座(26)更换所述螺杆外壳(22)。
12.如权利要求1至11中的任一项所述的螺杆泵(20)，其中：
每个螺杆(40)构造有内座(44)和外座(46)，轴向夹紧装置(56)的卡爪(68和54)夹紧到所述内座(44)和所述外座(46)上。
13.如权利要求1至12中的任一项所述的螺杆泵(20)，其中：
所述轴(50)包括钢合金，并且所述螺杆(40)包含在从环境温度到操作温度的温度范围中具有大约百分之零(0％)的热膨胀的材料。
14.如权利要求1至13中的任一项所述的螺杆泵(20)，其中：
所述无键锁定机构(56，58，96或98)包括轴向夹紧装置(56)与一个无键套管(58，96或98)的组合。
15.如权利要求1至14中的任一项所述的螺杆泵(20)，其中：
在操作温度，每个螺杆(40)在接近内端(44)的位置比外端(42)处热，因此，在所述轴(50)与所述螺杆(40)的芯(80)之间的界面压力相应地在接近内端(44)的位置大于外端(42)处。
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