CN102465879A - 多级干燥真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级干燥真空泵，通过同时冷却泵的缸体和转子，使得泵的缸体和转子之间热膨胀状态相同，由此能够防止因为缸体和转子之间热膨胀不同而发生的泵粘住，通过分别在转子和缸体内获得优化的间隙设计，可获得高的真空度，由此使得泵的尺寸变小并显著地降低泵设备的维护成本。用来传输被各缸压缩的气体的气体通道设置在各个缸体处，其形状围绕各个缸的外侧，用于循环冷却水的冷却水套设置在气体通道的外侧附近，以及连通通道形成在与冷却水套接触的气体通道处，并做成与缸的排气空间连通。

Description

多级干燥真空泵

技术领域

本发明涉及多级干燥真空泵，且具体来说，涉及这样的多级干燥真空泵，其中，气体通道形成为与泵体的缸外壁接触，而冷却水被强制围绕气体通道外壁循环，气体通道与缸的排气空间连通，使得气体通道内冷却的气体与缸体和转子一起冷却，由此，使缸体和转子在同样的温度环境和热膨胀下操作。

背景技术

传统的真空泵冷却技术在结构中是这样实现：通过在泵体缸体外壁上形成冷却水通道，直接地冷却缸体，于是，在转子吸气和排气到缸体内部的压缩过程中产生的高温热直接传输到转子，使转子被加热和热膨胀，而借助于循环通过外壁内形成的冷却水通道来冷却缸体，于是热膨胀不发生。因此，在各个转子和缸体之间存在间隙，并在一对转子之间存在间隙，由于缸体和转子之间的热膨胀不同，为了防止泵的粘住，这两个间隙有必要做得大一些。在此情形中，由于间隙较大或由于排气速度降低，高真空度就不能容易获得，要花较长时间来达到所要求的真空度，或达到要求的真空度变得不可能。由于不可能控制转子的过热，所以泵在运行过程中由于转子比缸体的过度热膨胀而可能粘住。

如果传统泵结构中需要有真空度约为10^-3托(Torr)的高真空泵，则需要两个三级泵。将两个泵连接起来，在多级泵结构中无需考虑连接更多个泵，其原因在于，当泵结构至少由三个泵结构组成时，由于压缩比增加和各个构件热膨胀差异引起的过热问题不能被克服。于是，当通过串联连接两个三级泵而形成一个六级缸体结构时，就可达到高真空度。在此情形中，连接两个三级泵，导致工作气体的通道很长，且泵价格和维护成本显著增加(与一个泵相比，当安装两个泵时，维护成本约为两倍)。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种多级干燥真空泵，其中，通过同时冷却泵的缸体和转子，使泵的缸体和转子之间的热膨胀状态相类似，就可防止泵被粘住的问题，该问题是因为缸体和转子之间热膨胀不同而发生的，并通过分别在转子和缸体内获得优化的间隙设计，可获得高的真空度，由此使得泵的尺寸变小并显著地降低泵设备的维护成本。

为了达到上述目的，提供一种多级干燥真空泵，其包括多个形成为多级结构的多级缸体，于是，沿着从气体抽吸部分到排放部分的方向，气体压缩比越来越增高；形成在各个缸体内的缸；一对转子，它们安装在各个缸内并彼此接合和转动；转动转子对的主轴和从动轴；转动主轴的电动机；入口端口，当转子对转动而导向气体流入1级缸内时，该入口端口连接到外部设备；以及将气体从最后缸排到外面的排气端口，其中，气体通道形成在各个缸体处，用来传递各个缸内的压缩气体，使所述气体通道围绕各个缸的外侧，用于循环冷却水的冷却水套形成在气体通道的外侧附近，该冷却水套的形状像围绕着该气体通道，以及连通通道设置在与冷却水套接触的各个气体通道处，并做成与缸的排气空间连通。

由于以上的结构，在一对转子在缸内转动时气体被抽吸和排出的压缩过程中，所产生的压缩热量使抽吸气体过热，借助于靠近气体通道循环的冷却水，使该过热的抽吸气体冷却，同时，抽吸气体通过气体通道被传送到下一级缸，而冷却的气体进入下一级缸内，并冷却转子和缸体，通过气体通道冷却的气体传送到下一级，在此过程中，部分气体通过连通通道输入到缸的排气空间内，由此提高排气压力，这导致气体提高其循环，同时冷却转子和缸。

在本发明中，其中有冷却水循环的冷却水套，有选择地靠近排气端口那侧形成在缸体处，由此执行冷却操作，于是，对于压缩比低的入口侧的缸体，获得了热平衡。

在本发明中，前盖和后盖在各级缸体的两侧接合，而冷却水套设置在轴承的外侧，轴承支承主轴和从动轴，以便循环冷却水。齿轮箱容纳一对与主轴和从动轴可转动地啮合的齿轮，该齿轮箱在前盖处与冷却水套接合，该冷却水套装备有冷却系统，该冷却系统与缸体的冷却水套连通。

由于以上的结构，支承诸轴的轴承处产生的热，以及齿轮处产生的热可得到冷却，齿轮箱内的润滑油也可被冷却。

在本发明中，电动机安装在齿轮箱处，且轴密封构件连同支承轴承一起设置在主轴上，以便防止润滑油通过主轴泄漏。包围轴密封构件和支承轴承的密封外壳接合到齿轮箱，其中有冷却水循环的冷却水套形成在密封外壳的外壁处。

在本发明中，电动机的转子一体地延伸到转子的主轴，或直接接合到分开形成的电动机轴上，电动机的定子固定在齿轮箱上，其中有冷却水循环的冷却水套形成在电动机的定子的外壁处。

根据本发明的一优选实施例，与后盖接触的最后级缸体装备有形成在两侧的两个缸。

效果

根据本发明的多级干燥真空泵具有如下的优点。

1)本发明涉及同时对泵装置的多级缸体和缸体转子的冷却，其中，气体通道形成在缸体内，形状呈包围各个缸的外侧，而冷却水套形成为包围气体通道的外侧，冷却水在各个冷却水套内循环，由此，根据热交换的方法，冷却通过气体通道的气体，冷却的气体同时冷却缸体和转子，由此使得缸体和转子具有相同的温度，以使元件之间的热膨胀差异减到最小，于是，能够使转子和缸内直径之间以及一对转子之间的间隙做得更小。例如，通过安装五级的缸结构，就可10-3托的真空度，而传统泵结构要串联地连接两个三级缸结构的泵装置才可获得10-3托的真空度。本发明可使用一个泵装置获得传统技术中由两个泵装置获得的特性，于是，泵装置的尺寸可做得更小，同时，大大地节约了制造成本。

2)通过连接缸体的气体通道和缸的排气空间的连通通道冷却的气体部分反馈回到缸，由此，提高了排气压力，同时促进气体的排放，这导致所达到的真空度和排气速度的提高，同时地冷却了缸体和转子。于是，借助于元件之间同样的热膨胀条件，能够做到稳定的泵环境。

3)冷却水套分别形成在前盖、后盖、密封外壳和驱动电动机处，于是，在泵装置运行过程中，各个水套内循环的冷却水可冷却来自轴承、齿轮、润滑油、轴密封油和电动机的热量，由此，延长零件的寿命。

4)通过直接将驱动电动机连接到泵可减小泵的尺寸，由此大大地减小了安装空间并通过减少零件数量节约了制造成本。

5)根据泵装置所要达到的真空度，诸缸可做成三级结构、四级结构或五级结构。通过同样的制造过程制成的零件可适用于各种型号的产品，这导致制造成本的节约，并根据需要的真空度，能够选择理想的泵装置。

6)与后盖接触的最后级缸体装备有两个缸，由此通过减少零件数量节约了制造成本。

附图说明

参照附图，将使本发明变得更加可理解，给出这些附图仅是为了说明之目的，因此并不限制本发明，附图中：

图1是示出根据本发明的多级干燥真空泵外观的立体图；

图2是示出根据本发明的多级干燥真空泵的前视剖视图；

图3是沿根据本发明的多级干燥真空泵的线A-A截取的剖视图；

图4是沿根据本发明的多级干燥真空泵的线B-B截取的剖视图；

图5是根据本发明的多级干燥真空泵的侧视剖视图，其中，沿图2中的线C-C、D-D和E-E截取的侧视剖视图都相同；以及

图6是沿根据本发明的气体通道切割图5中的第三缸体，沿线F-F截取的剖视图。

具体实施方式

本发明可用以下实施例详细地实施。提供如此的实施例仅是为了说明以在一定程度上让本技术领域内技术人员可实施的目的，并不限制本发明权利要求书的范围。于是，本发明不局限于所述的实施例，显然，根据本发明获得的任何零件或修改都将属于本发明。本发明优选实施例将参照附图进行描述。下面将详细地描述多级干燥真空泵。

如图1至3所示，根据本发明的真空泵装置100包括由2级至6级形成的多级缸体，较佳地为3级至5级。在本发明的优选实施例中，提供四个串联布置的缸体1、2、3和4(缸块)。如图4所示，各个缸体1、2、3和4包括1级至5级缸51、52、53、54和55，其中，中心部分的空的空间如果看其横截面的话则像花生。各个缸设计成具有一个压缩比，该压缩比从1级缸51至5级缸55(对应于下端侧或下游)不断地增大，5级缸是气体的排出端口，于是，各个缸51至55的长度从1级至5级逐渐地减小。缸体的数量(四个)和缸的数量(5)彼此不一致，因为4级缸54和5级缸55一起形成在4级缸体4的两侧。

如图3所示，在真空泵装置100中，两个轴34和34a水平地顺序通过缸51、52、53、54和55，转子11、12、13、14和15顺序地安装在泵的主轴34上。转子11a、12a、13a、14a和15a顺序地安装在泵的从动轴34a上，于是，成对的像齿轮那样啮合的转子在各个缸内转动(为便于更容易理解，已经表达了缸和缸体彼此分离，但缸意味着花生形状的空间，该空间用来容纳一对转子，该对转子彼此啮合并在缸体内转动)。

成对的转子11、11a，12、12a，13、13a，14、14a和15、15a顺序地容纳在相应各个缸51、52、53、54和55内。形成壁表面的后盖5接合在4级缸体4内的5级缸54内，而前盖6接合在1级缸体1处，齿轮箱7接合到前盖6，且电动机8接合到齿轮箱7。

当电动机8启动时，通过齿轮箱7的泵轴34和齿轮35转动，同时，泵的从动轴34a通过与齿轮35啮合的齿轮35a而反向转动。安装在各个缸51～55内的一对转子11、11a～15、15a反向地转动，同时彼此啮合，于是，通过连接到气体设备(未示出)的抽吸端口65抽吸气体，并通过排放端口16排出。

下面将参照图4和5来描述泵装置100内的抽吸和排出气体的方式。当泵轴34和34a转动时，如图4所示，转子对11和11a如箭头所示地转动，气体通过气体设备(未示出)并通过与1级缸51连通的抽吸端口65强制地被抽吸到1级缸51内，抽吸出的气体集中在靠近缸51形成的上侧的空间66内，并随着转子11和11a的转动而改变其位置，气体被传送到下侧的排放空间45，并通过如图4所示的下侧通道67被推向气体通道19的下侧，输入到气体通道19内的气体，借助于转子11和11a的连续推压力和邻近缸的转子12和12a的抽吸力，移动到气体通道19的上侧，并通过与气体通道19的上侧连通的邻近2级缸体2的上侧抽吸端口20，输入到2级缸52内。连续输入的气体集中在借助于转子12和12a和缸52形成的空间66和45内，并被压缩且同时被移走，压缩气体通过气体通道21的下侧并通过通道68传送到上侧。如图5所示，气体输入到3级缸体3处形成的抽吸端口22内。

通过上侧的抽吸端口22抽吸到3级缸53内的气体，借助于转子13和13a的转动，通过通道69而被推向气体通道23，并输入到4级缸体4的抽吸端口24内。通过抽吸端口24抽吸到4级缸54内的气体，借助于转子14和14a的转动，通过通道70沿着气体通道25输入到下一步的5级缸55的抽吸端口26。通过抽吸端口26抽吸到5级缸55内的气体最后借助于转子15和15a而被压缩并排出。压缩过的气体通过排出端口16排出到装置100的外面，所述排出端口16通过通道71与排出通道27连通。

泵装置100各级的缸51至55的长度逐步减小，于是，当气体被1级缸51内的转子11和11a抽吸并顺序地通过各级缸52至54传送到5级缸55时，气体压缩比由于缸体积的减小而逐渐地增加。于是，缸体1至4和转子11、11a至15、15a的温度逐渐地提高。气体在缸51至55内被压缩时产生的热量被传送到缸体和转子。传送到缸体和转子的高温热量会使元件寿命变差，这导致泵特性的降低。

为了克服上述问题，传统泵的缸体(块)的冷却结构设计成使冷却水可通过外壁流动，由此直接地冷却缸。在此情形中，缸体可通过冷却水得到冷却，并保持变凉，但转子随着其继续接触压缩过的高温热量而提高其温度。于是，缸体和转子之间热膨胀由于上述环境缘故而有很大的差异，这可导致泵的热粘住。

为了克服上述由于热膨胀差异而发生的问题，本发明采纳一种结构，其中，泵装置的缸体和缸的内部空间可同时地得到冷却。气体通道19、21、23、25和27形成在缸体1、2、3和4处并围绕各个缸51至55。冷却水套29和30包围靠近下游侧的气体通道，其中，在诸多气体通道中循环着高温的气体，即，在围绕3、4和5级缸53、54和55形成的气体通道23、25和27中，于是，冷的冷却水在通过冷却水套29和30时与气体进行热交换(这里，是缸体1和2，由于压缩比低，它们产生热量小，不执行冷却操作)，气体通道23、25和27靠近其中有冷却水实际循环的冷却水套29和30，这些气体通道23、25和27通过连通通道44和44a与缸53、54和55的排出空间45连通。当气体通过气体通道23、25和27传送到下一级时，在气体通道23、25和27内借助于在冷却水套29和30内循环的冷却水冷却的气体，冷却缸体3和4，而冷却的气体分别输入缸53、54和55内，由此，同时冷却转子13、13a，14、14a和15、15a。同时，借助于与冷却水的热交换而冷却且同时通过气体通道23、25和27传输的气体部分，通过连接缸53、54和55的内部的连通通道44和44a(它们形成在其中有冷却水循环的缸体3和4的三个缸53、54和55处)，输入到缸53、54和55的排放空间45内，由此，提高排气压力，这导致促进气体顺利地排出并提高真空度。通过连通路径44和44a输入同时有助于使缸体3和4及转子13、13a，14、14a和15、15a在同样的环境下操作的冷却气体，执行着各个转子的冷却操作。使相关的元件具有相同水平的热膨胀，就可克服传统热膨胀的不平衡。如图5所示，附图标记7代表连通冷却水套29和冷却水套30的孔。

本发明主要特征之一在于，通过缸体循环的冷却水不冷却所有的缸体，而循环通过一个4级缸体4或4级和3级缸体4和3，其中，因为压缩比很高产生大量热。即，冷却水不在压缩比相对低的1级和2级缸体1和2内循环。于是，在本发明中，通过使缸体1至4和转子11、11a至15、15a的温度达到平衡，由此防止装置变形，就可能使由于温度不平衡引起的热膨胀内的差异减到最小。尤其是，能够使形成在各个转子外直径和各个缸内直径之间的图5的间隙48以及形成在一对接合的转子和转子之间的图5的间隙49为最小，由此，改进了气体沿反方向移动通过上述间隙48和49时使泵真空度变坏的结构问题。

如前所述，4级缸体4设计成通过使用一个缸体来具有两个缸54和55的功能，由此，减少了零件数量并简化了结构。在附图中，已经构造了使冷却水套形成在1级和2级缸体1和2处，但也可设计成使本发明可适应于具有不同缸级的产品。在本发明中，冷却水不在缸体1和2内形成的冷却水套内循环。

冷却水套28形成在后盖5的轴承17的外侧周围以便循环冷却水，由此冷却轴承17的热量和4级缸54的热量，通过排气通道47排出到外面的气体被冷却和排出。

冷却水套31形成在前盖6的轴承18的外侧周围以便循环冷却水，由此冷却轴承18的热量和齿轮35和35a的热量，施加润滑油46用于齿轮和轴承的润滑操作，通过冷却润滑油46可延长轴承和齿轮的寿命。

轴密封构件37设置在组装到齿轮箱7的密封外壳38内，由此获得密封操作，以便在大气压状态下密封地隔绝真空齿轮箱7的内部和电动机6的内部。此时，使冷却水套32围绕密封外壳38的外侧，由此冷却轴密封构件37转动时产生的摩擦热以及电动机转子单元39处出现的热量，于是，延长轴密封构件37的寿命。

此外，在传统泵装置中，泵体和电动机需要柔性连接，来连接电动机轴和泵主轴，且电动机法兰需要固定电动机和泵体，于是，泵装置尺寸增大，且结构变得复杂。然而，在本发明中，当将电动机8连接到泵体时，电动机8组装到齿轮箱7，由此减小了泵的尺寸，同时减少了零件数量，使得结构简化。电动机8的转子单元39固定地接合到泵主轴34(泵主轴对应于带有电动机轴56的单一体)，而电动机8的定子40配装在转子单元39的外侧上，电动机8外壳的前端部分插入密封外壳38的外直径内并通过使用螺栓固定到齿轮箱7，使其后端固定到后盖41，于是，电动机可直接接合到泵体。电动机8的转子单元39由轴承42和43支承，由此，在转动过程中防止产生任何的移动，使冷却水套33围绕电动机8的定子40，由此，借助于冷却水来冷却电动机的热量，因此与使用冷却风扇的传统空气冷却系统相比，能够减小噪音，因而泵装置可静静地进行操作。

按照后盖5、缸体4和3、前盖6、密封外壳38和电动机8的顺序，进行冷却水在泵装置内的循环。当冷却水通过来自外部水箱的连接管道供应到后盖5的冷却水套28时，冷却水顺序地通过缸体4和3的冷却水套29和30，由此，通过热交换方法冷却通过气体通道23、25和27的气体，冷却水通过跳过1级和2级缸体1和2的单独管子(未示出)输入到前盖6的冷却水套31内，且冷却水输入到密封外壳38的冷却水套32内，并通过单独的管道输入到电动机8的冷却水套33内，由此，冷却电动机，然后，冷却水通过连接到冷却水套33的单独管道返回到外部水箱。此时，按照后盖5、缸体3和4、前盖6、密封外壳38和电动机8的顺序循环的冷却水沿上侧方向进入，并从下侧流出，从上侧流出的冷却水连接到下一构件的下侧，这能使冷却更加有效。

如上所述，仅为了说明的目的，已经公开了根据本发明的多级干燥真空泵的实施例。

由于本发明可以多种形式实施而不脱离本发明的精神或主要特征，所以，还应该理解到，上述实例不受以上描述的任何细节的限制，除非另有具体规定，相反应该看作广义地纳入在如附后权利要求书定义的精神和范围内，因此，落入权利要求书的要求和范围内或如此要求和范围的等价物内的所有的改变和修改，都意欲被附后权利要求书所包括。

Claims (6)

1.一种多级干燥真空泵，包括：

多个形成为多级结构的多级缸体，于是，沿着从气体抽吸部分到排放部分的方向，气体压缩比越来越增高；

形成在各个缸体处的缸；

一对转子，它们安装在各个缸内并彼此接合和转动；

转动转子对的主轴和从动轴；

转动主轴的电动机；

入口端口，当转子对转动而导向气体流入1级缸内时，该入口端口连接到外部设备；以及

将气体从最后缸排到外面的排气端口，其中，气体通道形成在各个缸体处，用来传递各个缸内压缩的气体，使所述气体通道围绕各个缸的外侧，用于循环冷却水的冷却水套形成在气体通道的外侧附近，该冷却水套的形状像围绕着该气体通道，以及连通通道设置在与冷却水套接触的各个气体通道处，并做成与缸的排气空间连通。

2.如权利要求1所述的泵，其特征在于，用于循环冷却水的所述冷却水套，有选择地靠近具有高压缩比的排气端口形成在一个或多个缸体处，由此，执行冷却操作，于是，在压缩比低的入口端口那侧，可能获得与一个或多个缸体的热平衡。

3.如权利要求1或2所述的泵，其特征在于，前盖和后盖在多级缸体的两侧接合，而用于循环冷却水的冷却水套设置成靠近轴承的外侧，所述轴承支承分别通过所述前盖和所述后盖的主轴和从动轴，齿轮箱容纳一对与所述主轴和所述从动轴可转动地啮合的齿轮，该齿轮箱接合在所述前盖处，所述冷却水套具有与缸体的冷却水套连通的冷却系统。

4.如权利要求3所述的泵，其特征在于，电动机接合在所述齿轮箱处，且轴密封构件连同支承轴承一起设置在所述主轴上，以便防止润滑油通过所述主轴泄漏，包围所述轴密封构件和所述支承轴承的密封外壳接合到所述齿轮箱，用于循环冷却水的冷却水套设置在所述密封外壳的外壁处。

5.如权利要求4所述的泵，其特征在于，所述电动机的转子单元直接地接合到与所述转子主轴连接的电动机轴，所述电动机的定子固定在所述齿轮箱侧上，用于循环冷却水的冷却水套设置在所述电动机的定子的外壁处。

6.如权利要求3所述的泵，其特征在于，与所述后盖接触的最后缸体装备有形成在两侧的两个缸。

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