CN104081004B - 液环真空泵以及用于液环真空泵的叶轮 - Google Patents
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Abstract
一种液环真空泵，包括泵壳(20)和叶轮(14)，叶轮(14)偏心地安装在泵壳(20)中。根据本发明，叶轮(14)由弹性模量小于4000N/mm2的材料制成。本发明进一步涉及用于这种泵的叶轮(14)。
Description
技术领域
本发明涉及液环真空泵，其具有泵壳和偏心地安装在泵壳中的叶轮。此外，本发明还涉及用于这种类型的泵的叶轮。这种类型的泵可用于抽空容器或其它的封闭空间。泵的入口连接到被抽空的空间，容纳在该空间中的气体通过该入口被吸入，在泵中被压缩并再通过出口输出。
背景技术
在液环真空泵中，液环通过叶轮保持运动，结果叶轮的叶片之间的腔室被液环封闭。由于叶轮偏心地安装在泵壳中，液环根据叶轮的角位置不同程度地渗入到腔室中，结果，充当改变腔室的体积的活塞。由于此目的需要的全部力都由叶轮传递，所以叶轮是大载荷部件。
特别地，由于根据液环是否移动进入腔室或从腔室移出，力在不同方向上作用在叶片上，所以叶轮遭受到明显的交变载荷。可以假定到目前为止，仅在叶轮被设计成具有高硬度时，泵的可靠以及低振动的操作才是可能的。高硬度实现了避免交变载荷下的叶轮变形的情形。叶轮的变形是不希望有的，因为如果叶轮变形，则叶轮和泵壳之间的更大的耐受性将是必要的。然而，由于更大的耐受性导致泄漏流增加，与此同时意味着泵的效率等级的减少。
叶轮经受多个载荷。除了离心和加速力以外，特别地，叶片的压力负荷变得突出。在压力侧和吸入侧之间的过渡处，能够确定压力的明显变化，压力的明显变化由于弯曲而造成交变载荷。高的交变弯曲应力发生在叶片根部处的过程中。在冷凝物也被输送的情况下，所述高交变弯曲应力会增加。出于原理的原因，不能避免液环真空泵中的空穴作用。空穴作用不仅导致表面的破坏，而且进一步地，除了上述载荷外，还存在交变弯曲应力。必须选择能够经受所述载荷的材料来制造叶轮。
在以前的液环真空泵中，叶轮主要由金属材料构成。例如，发现有焊接钢结构、灰铸铁轮和不锈钢或铜制造的轮。所述材料的弹性模量通常大于100000N/mm2。也已知由纤维增强塑料制造的叶轮(CN201650734)。其弹性模量的量级为20000N/mm2。到目前为止，对本领域技术人员来说，仅利用纤维增强塑料而不用非增强塑料来制造高机械荷载部件是显而易见的，这甚至不值得明白地一提，例如，Faragallah W H:“Liquid ring vacuum pumpsand compressors”，1985年1月1日，Beltz Offsetdruck，187页。
特别地，在材料的选择方面，材料强度、耐化学性、抗气蚀性以及价格起一定作用。
具有高强度的叶轮的一个缺点在于：在泵的操作期间，叶轮经历的摇晃的载荷以大体上未滤过的方式传递到泵的其它部件。泵的摇晃的载荷是可预期的，特别是如果在液环中存在空穴作用。如果叶轮具有高强度，绝对必须避免存在空穴作用的风险的操作状态。液环真空泵因此通常以这样的一个方式操作，总是保持距空穴作用极限的净距离。然而，由此牺牲了可能的效率等级的一部分。
发明内容
本发明以介绍液环真空泵的目的为基础，其中空穴作用导致的破坏风险降低。出于起先引用的现有技术，通过本发明的特征来实现该目的。根据本发明，叶轮由一种材料构成，其弹性模量小于4000N/mm2。
本发明因此提出一种叶轮，其与传统材料制成的对应的叶轮相比，在力的影响下实质上更大程度地变形。由于它的可塑性，结果，材料适合于耐受交变载荷以及出现并用于消散应力的空穴力。本发明已经认识到，相关缺点被泵对空穴作用的提高的耐受性平衡。空穴作用期间发生的摇晃的载荷被叶轮缓冲并不会以未滤过的方式传递到泵的其他部件。结果，因而能够在不大幅降低使用寿命的情况下，靠近空穴作用极限地操作泵。由于靠近空穴作用极限地操作，所以泵的效率等级增加。
空穴作用导致的破坏还存在于叶轮本身上。首先，由于高的局部载荷，表面被侵蚀。随后，破坏能够进一步继续进入到叶轮的结构。这尤其是在由纤维增强材料构成叶轮时发生。表面也就是容易遭受第一破坏，其中纤维到达叶轮的表面。在空穴作用发生期间小的空穴气泡能够积聚在所述打开的纤维上并且当内破裂时能够导致更大的表面破坏。叶轮因此优选由非纤维增强材料构成。这然后导致均质的表面，其具有较少的破坏作用点。
如果用塑料制造叶轮，则制造成本是低的。而且，非增强塑料具有如下好处：在空穴作用操作期间，噪声辐射低，这是因为非增强塑料具有满意的衰减特性。例如，聚甲醛(POM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)或聚苯硫醚(PPS)可以是合适的。所述材料的弹性模量在2000N/mm2和4000N/mm2之间。
叶轮优选配备有轮毂，借助于轮毂能够产生与泵的轴的紧密连接。轴偏心地安装在泵壳中，因此轮毂置于叶轮中心。多个叶片从轮毂沿径向向外延伸。叶片的数目可以是例如10和20之间。
与液环一起，在每种情况下被封闭在两个叶片之间的腔室形成泵的工作腔室。腔室朝向一个端侧打开，以便能够供给和排出被输送的气体。通过所述的端侧，叶轮邻接泵的控制盘，在控制盘中，在合适位置设置入口和出口。叶片和控制盘之间的间隙被保持为尽可能小，以便最小化泄漏流。叶片能够相对于轴向方向倾斜，结果流体力在控制盘的方向上挤压叶轮。
腔室优选在叶轮的相对的端侧上封闭。为此，叶轮能够包括盘状的突起，该盘状的突起从轮毂沿径向向外延伸到这样一个程度，即使得在泵的操作期间，盘状的突起在其整个周边上突出到液环中。为了向液环有效地传递力，叶片优选比盘状的突起进一步突出到液环中。
此外，本发明还涉及用于这种类型的液环真空泵的叶轮。叶轮包括轮毂，轮毂，该轮毂用于与偏心地安装的泵的轴紧密连接。多个叶片从轮毂沿径向向外延伸。在一个端侧上，叶片在其至少一半的径向范围上被盘状的突起覆盖。根据本发明，叶轮由一种材料构成，该材料的弹性模量小于4000N/mm2。
叶轮优选由塑料整体制造，塑料进一步优选为非增强的。根据本发明，叶轮能够被开发成具有上面描述的与泵相关的其他特征。
总之，本发明提供了一种液环真空泵，所述液环真空泵具有泵壳和叶轮，所述叶轮偏心地安装在所述泵壳中，其特征在于，所述叶轮由弹性模量小于4000N/mm2的材料构成，并且所述叶轮的材料具有至少2000N/mm2的弹性模量。
优选地，所述叶轮由非纤维增强材料构成。
优选地，所述叶轮具有均质表面。
优选地，所述叶轮由塑料构成。
优选地，所述叶轮由聚甲醛(POM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)或聚苯硫醚(PPS)构成。
优选地，所述叶轮的叶片的数目在10和20之间。
优选地，所述叶轮具有盘状突起，所述盘状突起从轮毂沿径向向外延伸并且在所述泵的操作期间突出到所述液环中。
优选地，所述叶轮的叶片比所述盘状突起进一步突出到所述液环中。
本发明还提供了一种用于如上所述的液环真空泵的叶轮，所述叶轮具有轮毂，所述轮毂用于紧连接到所述泵的偏心安装的轴(18)，所述叶轮具有多个叶片，所述叶片从所述轮毂沿径向向外延伸，所述叶片在一个端侧上在它们的至少一半的径向范围上被盘状突起覆盖，其特征在于，所述叶轮由弹性模量小于4000N/mm2的材料构成，并且所述叶轮的材料具有至少2000N/mm2的弹性模量。
附图说明
在下文中，将结合附图借助于采用有利实施例的实例来描述本发明，其中：
图1示出根据本发明的液环真空泵的示意性截面图，
图2示出图1的泵的侧视图，并且
图3示出根据本发明的叶轮的透视图。
具体实施方式
在图1所示的液环真空泵中，叶轮14偏心地安装在泵壳20中。泵内部的液体被旋转的叶轮14驱动，并且形成从泵壳20的外壁沿径向向内延伸的液环。由于偏心地安装，根据角位置，叶轮14的叶片突出进入液环不同的深度。被封闭在两个叶片之间的腔室22的体积由此改变。液环由此充当活塞，该活塞在叶轮14回转期间在腔室中上下运动。
管从入口16引入泵的内部，叶轮14在该泵中旋转。管在叶轮14的叶片从液环显露出来的区域中开口，在该区域中，被封闭在两个叶片之间的腔室由此扩大。由于扩大的腔室，气体通过入口16被吸入腔室中。在腔室已经达到它的最大体积后，在叶轮14进一步旋转期间，液环再渗入腔室。当由于液环进一步渗入而导致气体被充分压缩时，气体又通过出口17被以大气压输出。该类型的液环真空泵用于将连接到入口16的空间抽空到压力为例如50毫巴。
根据图2，叶轮14经由轴18连接到驱动电机19。泵是模块设计，并且驱动其和叶轮14因此被共同容纳在泵壳20中。借助于布置在泵壳20上的控制单元21，电能被供应到驱动器19并且设定泵的转速。
根据图3，叶轮14具有十五个叶片23，其从中心轮毂24沿径向向外延伸。借助于轮毂24，叶轮14被连接到泵的轴18。叶片23具有三维形状，其包括相对于径向方向的弯曲。在安装的状态下，在图3中可见的叶轮14的端侧指向泵的控制盘的方向。在每种情况下布置在两个叶片23之间的腔室22因此朝着控制盘开口，结果，待输送的气体能够通过控制盘中的开口被供给和排出。
在叶轮14的相对的端侧上，叶轮14具有盘状的突起25，该盘状的突起25从轮毂24沿径向向外延伸。盘状突起25的径向范围是这样的，当泵操作时，盘状的突起25在其整个周边上都浸在液环中。叶片23在径向上略微突出超过盘状的突起25，结果，叶片23和液环之间的力的有效传输得以实现。
叶轮14由非纤维增强塑料整体制成。材料的弹性模量为2000N/mm2-4000N/mm2之间。该材料因此具有较大的柔性，结果，该材料能够部分吸收叶轮上的摇晃的载荷。
鉴于材料是非纤维增强的，叶轮具有均质的表面。即使由于在工作的液体中的空穴作用而导致局部存在大的压力和速度尖峰，表面也经得起载荷并且对叶轮的破坏也不会发生。由于根据本发明的叶轮，为此液环真空泵能被靠近空穴极限地操作，结果，增加了泵的效率等级。
Claims (9)
1.一种液环真空泵，所述液环真空泵具有泵壳(20)和叶轮(14)，所述叶轮(14)偏心地安装在所述泵壳(20)中，其特征在于，所述叶轮(14)由弹性模量小于4000N/mm2的材料构成，并且所述叶轮(14)的材料具有至少2000N/mm2的弹性模量。
2.根据权利要求1所述的液环真空泵，其特征在于，所述叶轮(14)由非纤维增强材料构成。
3.根据权利要求1或2所述的液环真空泵，其特征在于，所述叶轮(14)具有均质表面。
4.根据权利要求1或2所述的液环真空泵，其特征在于，所述叶轮(14)由塑料构成。
5.根据权利要求4所述的液环真空泵，其特征在于，所述叶轮(14)由聚甲醛(POM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)或聚苯硫醚(PPS)构成。
6.根据权利要求1或2所述的液环真空泵，其特征在于，所述叶轮(14)的叶片(23)的数目在10和20之间。
7.根据权利要求1或2所述的液环真空泵，其特征在于，所述叶轮(14)具有盘状突起(25)，所述盘状突起(25)从轮毂(24)沿径向向外延伸并且在所述泵的操作期间突出到所述液环中。
8.根据权利要求7所述的液环真空泵，其特征在于，所述叶轮(14)的叶片(23)比所述盘状突起(25)进一步突出到所述液环中。
9.一种用于根据权利要求1至8中的任一项所述的液环真空泵的叶轮，所述叶轮具有轮毂(24)，所述轮毂(24)用于紧连接到所述泵的偏心安装的轴(18)，所述叶轮具有多个叶片(23)，所述叶片(23)从所述轮毂(24)沿径向向外延伸，所述叶片(23)在一个端侧上在它们的至少一半的径向范围上被盘状突起(25)覆盖，其特征在于，所述叶轮由弹性模量小于4000N/mm2的材料构成，并且所述叶轮(14)的材料具有至少2000N/mm2的弹性模量。
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