CN103582761B - 具有包括第一部分和第二部分的定子布置的泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泵(62)，其包括转子布置(64)和定子布置(66)。定子布置包括由耐腐材料制成的第一部分(68)，第一部分限定了在使用中被转子布置扫掠过的容积(70)以用于将流体从定子布置的入口(72)泵送到定子布置的出口(74)。定子布置的第二部分(76)由导热材料制成，第二部分包围第一部分(68)从而使得在第一部分中产生的热量在介于这两部分之间的界面表面(78)处能够被传递给第二部分。第二部分(76)内已形成至少一个管道(80)用于穿过该第二部分输送液体冷却剂，从而使得热量能够从第二部分被传递到液体冷却剂以用于冷却定子布置。

Description

具有包括第一部分和第二部分的定子布置的泵

技术领域

本发明涉及一种真空泵及一种用于真空泵的定子结构。

背景技术

真空泵可以由正排量泵/容积式泵形成，诸如罗茨泵、爪形泵或螺杆泵。这些泵包括一种限定了容积的定子布置，由转子布置扫掠过所述容积以用于将气体从定子布置的入口泵送到定子布置的出口。当在使用中，由被泵送气体的压缩以及机械与电气部件中的无效率或低效率而产生了热量。

在真空泵中的热量产生可能降低可靠性与性能。例如，由于金属基半导体前体的沉积则真空泵可能卡住，所述半导体前体在较高温度下会增加并导致介于定子部件与转子部件之间的间隙缩小。在较高温度下，由于气体，诸如氟，与泵部件表面的反应所造成的腐蚀同样导致间隙缩小。还已发现泵润滑剂可能被降解或被蒸发。

典型地，泵由冷却板组件或冷却水套进行冷却。在前者的情况下，铝冷却板被牢固固定到泵定子的表面。管道被压入所述板的表面内以用于输送一种液体冷却剂，通常是水。热量跨越过三个热界面而被传给水。第一个界面是从泵定子到铝板。第二个界面是从板到管道，且最后一个界面是从管道到水。然后水中的热量被载离所述系统。虽然这种冷却方法已经一直被优化，但是它仍然不是一种特别有效率的冷却方式。能应用冷却板组件的表面面积的数量限制了能够被带走的热量的量值。也可以将冷却板仅牢固固定到定子的表面之一或者至少不是所有的定子表面，因为其它部件可能要求被附接到泵并会堵塞用于冷却的通路。

在冷却水套中，泵定子是中空的，水通过定子而被输送从而将热量从系统移除。这种方法比冷却板组件的方案更具有热效率，但是存在着实践缺点。水套冷却法通常以二选一的方式被实施；直接或间接。直接冷却是将水直接穿过泵定子的核心，且因而腐蚀就成为一种问题，因为许多泵是由铁而构造成的。间接冷却意味着冷却水由一种闭合系统所提供，该闭合系统利用含有腐蚀抑制剂的水而运行。这样一种系统是复杂且昂贵的，因为需要泵来循环这些水，且还需要换热器来冷却所述的冷却水。

发明内容

本发明提供一种改进的真空泵，其具有一种被配置为用于允许实现高效冷却的定子布置。

在第一方面中，本发明提供一种真空泵，其包括转子布置和定子布置，所述定子布置包括由耐腐材料制成的第一部分和由导热材料制成的第二部分，第一部分限定了在使用中被转子布置扫掠过的容积，用于将流体从定子布置的入口泵送到定子布置的出口，且第二部分包围着所述第一部分从而使得在第一部分中所产生的热量在介于这两部分之间的交界面/界面表面处能够被传递给第二部分，所述第二部分内形成至少一个管道用于输送液体冷却剂穿过该第二部分，从而使得热量能够从第二部分被传递到液体冷却剂，用于冷却定子布置。或者，提供一种真空泵定子，包括由耐腐材料制成的第一部分和由导热材料制成的第二部分，第一部分限定了在使用中被转子布置扫掠过的容积，用于将流体从定子的入口泵送到定子的出口，第二部分包围着所述第一部分从而使得在第一部分中所产生的热量在介于这两部分之间的交界面/界面表面处能够被传递给第二部分，所述第二部分内已形成至少一个管道用于输送液体冷却剂穿过该第二部分，从而使得热量从第二部分能够被传递到液体冷却剂，用于冷却所述定子。所述定子的第二部分能够通过围绕所述定子的第一部分进行铸造而形成。

在第二方面中，本发明提供一种定子片（stator slice），包括由耐腐材料制成的第一部分和由导热材料制成的第二部分，第一部分限定了在使用中被转子布置扫掠过的容积，用于将流体从定子片的入口泵送到定子片的出口，第二部分包围着所述第一部分从而使得在使用中在第一部分中所产生的热量在介于这两部分之间的交界面/界面表面处被传递给第二部分，所述第二部分内已形成至少一个管道用于在使用中输送液体冷却剂穿过该第二部分，从而使得热量能从第二部分被传递到液体冷却剂，用于冷却定子片。

在第三方面中，本发明还提供一种定子布置，包括形成层压泵结构的多个定子片，至少一个所述定子片包括由耐腐材料制成的第一部分和由导热材料制成的第二部分，第一部分限定了在使用中被转子布置所扫掠过的容积，用于将流体从定子布置的入口泵送到定子布置的出口，且第二部分包围着所述第一部分从而使得在第一部分中所产生的热量在介于这两部分之间的交界面/界面表面处能够被传递给第二部分，所述第二部分内已形成至少一个管道用于输送液体冷却剂穿过该第二部分，从而使得热量能够从第二部分被传递到液体冷却剂，用于冷却定子布置。

在第四方面中，本发明提供一种制造用于层压泵结构的定子布置的定子片的方法，包括以下步骤：形成由耐腐材料制成的第一部分，第一部分包括入口和出口并且限定了在使用中被转子布置所扫掠过的容积，用于将流体从定子片的入口泵送到定子片的出口；围绕所述第一部分铸造由导热材料制成的第二部分，以包围所述第一部分并在第一和第二部分之间形成一种密切交界面/界面表面，从而使得在使用中在第一部分中所产生的热量在这两部分之间的交界面/界面表面处能够被传递给第二部分；在所述第二部分内形成至少一个管道用于输送一种液体冷却剂穿过该第二部分，从而使得在使用中热量能从第二定子被传递到液体冷却剂，用于冷却定子片。

附图说明

为了使本发明可被很好理解，仅以示例的方式给出的本发明的一些实施例现在将参考附图而被描述，其中：

图1是罗茨泵的截面；

图2是螺杆泵的截面；

图3是实施本发明的罗茨泵的截面；

图4是实施本发明的螺杆泵的截面；以及

图5是实施本发明的层压泵的示意图。

具体实施方式

图1示出了现有技术中已知的并在WO2007/088103中所描述的罗茨泵10的截面。所述泵包括由定子本体14所限定的一种泵送容积或扫掠容积12。包含一对逆向旋转相互啮合的多瓣转子16，18的转子布置被设置成用以围绕各自的水平轴线20和22旋转。图1中的泵具有在每个转子上的两个瓣，且所述瓣的顶部24和26被布置成用以与定子的弧形内表面24协同工作，由此在转子与定子14之间捕集了一种气体容积28。气体通过转子的逆向旋转运动从入口30被泵送到出口32。

参见图2，螺杆泵34被示出，其包括一种具有顶板38和底板40的定子36。一种流体入口42被形成在顶板38中，且一种流体出口44被形成在底板40中。泵32还包括第一轴杆46，以及与第一轴杆间隔开且平行于第一轴杆的第二轴杆48，第二轴杆的纵轴线与顶板38和底板40基本正交。所述轴杆46，48适合于在定子内绕它们的纵轴线沿相反旋转方向而旋转。

第一转子50安装在第一轴杆46上以用于在定子36内的旋转运动，且第二转子52类似地安装在第二轴杆48上。两个转子中每个转子的根部都具有从流体出口44朝流体入口42渐缩的锥形，并且每个转子都具有分别形成在其外表面上的螺旋叶片或螺纹54，56，从而使得所述螺纹如图所示那样相互啮合。

定子36限定了一种朝着出口44渐缩的泵送容积或扫掠容积58，并且与转子50，52和所述螺纹54，56一起形成了围困/捕集的容积60，在使用中该容积60的容积朝着出口而逐渐减小，由此压缩介于入口与出口之间的气体。

实施本发明的罗茨泵62在图3中示出。泵62包括一种转子布置64和一种定子布置66，定子布置包括由耐腐材料制成的第一部分68。定子布置的第一部分限定了在使用中被转子布置扫掠过的容积70，用于将流体从定子布置的入口72泵送到定子布置的出口74。定子布置的第二部分76由导热材料制成，第二部分包围着所述第一部分68并与第一部分形成了密切的接触表面78，从而使得在第一部分中所产生的热量在介于这两部分之间的交界面/界面表面78处能够被传递给第二部分。如图3中所示，所述第二部分至少在图3中所示的截面内围绕第一部分并与其大致共同延伸，以在交界面处提供热量能够传递跨越过的大表面积。第一部分和第二部分形成通往扫掠容积的入口和出口。第二部分还优选地围绕第一部分的轴向端并与其大致上共同延伸，从而使得第一部分被第二部分彻底地包围。第二部分围绕第一部分的铸造提供一种允许实现高效热传递的密切接触表面78。所述第二部分76内形成至少一个管道80用于输送一种液体冷却剂穿过该第二部分，从而使得热量从第二部分能够被传递到液体冷却剂，用于冷却所述定子布置。

实施了本发明的一种螺杆泵82在图4中示出。泵82包括转子布置84和定子布置构86，所述定子布置包括由耐腐材料制成的第一部分88。定子布置的第一部分限定了在使用中被转子布置扫掠过的容积90，用于将流体从定子布置的入口92泵送到定子布置的出口94。定子布置的第二部分96由导热材料制成，第二部分包围着所述第一部分88并与第一部分形成了密切的接触表面98，从而使得在第一部分中所产生的热量在介于这两部分之间的交界面/界面表面98处能够被传递给第二部分。如图3中所示，所述第二部分至少在图3所示的截面内围绕第一部分并与第一部分大致共同延伸，以在交界面处提供热量能够传递跨过的大表面积。第一部分和第二部分形成通往扫掠容积的入口和出口。第二部分还优选地围绕第一部分的轴向端并与其大致上共同延伸，从而使得第一部分被第二部分彻底地包围。所述第二部分96内已形成至少一个管道100用于输送液体冷却剂穿过该第二部分，从而使得热量能够从第二部分被传递到液体冷却剂，用于冷却所述定子布置。

在图3和4所示的两个实施例中，第二部分76，96是一种围绕第一部分68，88形成的铸造件，以在第一和第二部分之间或定子元件部分之间提供密切接触，以改善热量从第一部分到第二部分的传递或传导。所述管道80，100由从导热材料所制成的一个或多个管而形成在第二部分中，其抵抗由待从中穿过的冷却液所造成的腐蚀。第二部分是围绕所述管的铸造件，以在它们之间提供密切接触，来改善在第二部分与管之间的热量传递或传导。

所述泵62，82可以形成开放式真空泵送系统的部分，该系统包括冷却液体的源102，以及一种用于收集或处理已流过所述管道的受热液体冷却剂的废液单元或处理单元104。优选地，所述液体冷却剂是水，因为水充足又便宜。不需要液体的循环，且因此与已知的闭式系统不同，不需要用于冷却所述液体的换热器。

在图3和4中示出了延伸穿过定子布置的第二部分并围绕第一部分的一根管道80，100。该管道可以完全或不完全地围绕第一部分延伸，但是优选的是该管道多次围绕第一部分延伸，形成多个缠绕或圈。可以提供多于一个的管道，且每个管道可以在方便的位置形成分支。优选地，该管道或该多个管道被定位在第一部分和第二部分之间的交界面附近，从而使得在由与管道内的冷却剂相互作用而冷却之前，跨越该交界面所传递的热量不必在太长的距离上被传导。更优选地，所述管道基本上包围所述交界面/界面表面，从而使得第一部分也可以被基本均匀地冷却。

所述管道可以优选地被配置为用以提供对于定子的均匀冷却，由此防止导致不同热膨胀或热收缩的热斑和冷斑的出现。将会注意到，冷却板，特别是当被固定到定子的仅一个表面的情况下所提供的有区别的冷却。可更优选的是，在泵的使用期间容易产生更大的温度升高的定子区域内设置大量更多的管道或者至少更多的表面用于冷却。

第一部分优选地由球墨（SG）铸铁，奥氏回火延展铸铁或耐蚀高镍铸铁而制成，它们都能抵抗由气体（诸如氟和其它被用于对半导体部件的真空处理的典型气体）造成的腐蚀。第一部分66，88的宽度或厚度，在图3和4中分别被示为A，优选地大于1cm以确保第一部分或定子元件部分能承受使用中在泵内所产生的压力。

第二部分优选地由具有相对较高热导率的铝制成。形成管道的管优选地由不锈钢制成，其被选择用以抵抗由液体冷却剂（通常是水）的腐蚀。

参见图5，泵110被示出，其包括多个泵级112，114，116，118。每个泵级包括用于将流体从每级的入口泵送到每级的出口的一种转子布置（未示出）和一种定子布置120，122，124，126。一个泵级的出口与相邻下游泵级的入口成流体连通，从而使得由泵所实现的压缩是每级的累加。级间布置128，130，132插入在相邻泵级之间。级间布置将相邻泵级的泵室间隔开，并将流体从上游泵级的出口输送到下游泵级的入口。两块顶板134，136被设置在泵组的每端处。顶板将最上游和最下游的泵级的泵室分别与泵的其它部件隔开，诸如齿轮和马达，并将流体输送到第一泵级的入口内以及从最后泵级的出口输送离开。因此，所述泵由多个离散的层制成，每个层被层压在一起形成所述泵。由穿过每层中的孔的、并利用紧固件诸如螺栓而紧固固定的一个或多个锚定杆，可以合适地实现层叠/层压。

虽然在图5中未示出，但是每个泵级的定子布置，通常被称为定子片，可以利用如前面所述的铸件冷却系统而被形成。也就是，每个定子片包括由耐腐材料形成的第一部分和由导热材料形成的第二部分。所述第二部分中已形成至少一个管道用于将液体冷却剂输送穿过该第二部分，从而使得热量能够从第二部分传递到液体冷却剂，用于冷却所述定子片。

所述泵中的每个定子片可以包括本发明的冷却布置，或替换地一个或多个但不是所有的定子片可以包含所述冷却布置。例如，在泵的更高压力的级产生了更多的热量，且因此可以仅在一个或多个高压级内提供该冷却布置，例如仅在图5的泵级118中。所述层叠/层压布置还允许具有本发明冷却系统的一个或多个定子片被改造为一种已有的层叠/层压泵。

Claims (9)

1.一种真空泵，包括转子布置（16，18，50，52）和定子布置（14，36），所述定子布置包括由球墨铸铁，奥氏回火延展铸铁或耐蚀高镍铸铁制成的第一部分（68，88）和由铝制成的第二部分（76，96），第一部分具有大于1cm的厚度且限定了在使用中由转子布置所扫掠过的容积以用于将流体从定子布置的入口泵送到定子布置的出口，第二部分包围着所述第一部分从而使得在第一部分中所产生的热量在介于这两部分之间的界面表面处能够传递给第二部分，所述第二部分内已形成至少一个管道用于穿过该第二部分输送液体冷却剂，从而使得热量能够从第二部分传递到液体冷却剂，用于冷却定子布置，其中所述第二部分是围绕所述第一部分形成的铝铸件，以在所述第一和第二部分之间提供密切接触从而改善从所述第一部分到所述第二部分的热量传递/传导。

2.如权利要求1所述的泵，其中所述至少一个管道由从导热材料所制成的一个或多个管在第二部分中形成，所述导热材料能抵抗由液体造成的腐蚀，第二部分是围绕所述管的铸件以在第一和第二部分之间提供密切接触，来改善第二部分和管之间的热量传递。

3.如权利要求1所述的泵，其中所述至少一个管道围绕第一部分延伸多圈。

4.如权利要求1-3中任一项所述的泵，其中管由不锈钢制成。

5.一种真空泵送系统，包括如权利要求1-4中任一项所述的泵、连接以用于将液体冷却剂输送到定子布置用于冷却的液体冷却剂源、以及连接用于处理已输送经过定子布置的液体冷却剂的液体废物单元。

6.一种真空泵定子布置（14，36），包括由球墨铸铁，奥氏回火延展铸铁或耐蚀高镍铸铁制成的第一部分和由铝制成的第二部分，第一部分具有大于1cm的厚度且限定了在使用中由转子布置扫掠过的容积以用于将流体从定子布置的入口泵送到定子布置的出口，第二部分包围所述第一部分从而使得在第一部分中所产生的热量在介于这两部分之间的界面表面处能够传递给第二部分，所述第二部分内已形成至少一个管道用于穿过该第二部分输送液体冷却剂，从而使得热量能够从第二部分传递到液体冷却剂以用于冷却所述定子，其中所述第二部分是围绕所述第一部分形成的铝铸件，以在所述第一和第二部分之间提供密切接触从而改善从所述第一部分到所述第二部分的热量传递/传导。

7.如权利要求6所述的真空泵定子布置（14，36），包括形成层叠泵结构的多个定子片，至少一个所述定子片包括所述第一部分（68，88）和所述第二部分（76，96）。

8.一种如权利要求7所述的定子布置（14，36）的定子片。

9.一种制造根据权利要求8的定子布置（14，36）的定子片的方法，包括以下步骤：

形成由球墨铸铁，奥氏回火延展铸铁或耐蚀高镍铸铁制成的第一部分（68，88），第一部分具有大于1cm的厚度且包括入口和出口，并限定了在使用中由转子布置扫掠过的容积，用于将流体从定子元件的入口泵送到定子元件的出口；

围绕所述第一部分铸造由铝制成的第二部分（76，96），以包围所述第一部分并在第一和第二部分之间形成密切界面表面，从而使得在使用中在第一部分中所产生的热量在介于这两部分之间的界面表面处能够传递给第二部分；

在所述第二部分内形成至少一个管道以用于输送液体冷却剂穿过该第二部分，从而在使用中使得热量从第二部分能够传递到液体冷却剂以用于冷却所述定子布置。