CN104350281A - 改进的螺旋型容积式机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋型容积式机器(1)，包括：一个壳体(2)，该壳体(2)带有第一转子(3’)和第二转子(3”)，该第一转子和该第二转子被安装为在该壳体(2)中旋转且该第一转子和该第二转子在彼此相反的方向上被驱动，该容积式机器(1)包括第一马达(4’)和第二马达(4”)，该第一马达和该第二马达被布置在驱动外壳(5)中且该第一马达和该第二马达通过该第一转子(3’)由该第一马达(4’)驱动而该第二转子(3”)由该第二马达(4”)驱动的方式连接到该壳体(2)。通常，该第一马达(4’)和/或该第二马达(4”)是异步马达。

Description

改进的螺旋型容积式机器

技术领域

本发明涉及改进的螺旋型容积式机器。更具体地，本发明涉及包括一个具有壳体的容积式机器，其中所述壳体带有被安装为在该壳体中旋转且在彼此相反的方向上被驱动的第一转子和第二转子。

背景技术

在真空技术领域，旋转的容积式机器(machine rotativevolumétrique)可以被用作泵送可压缩气体的机器，已被使用许多年。在这些机器中，尤其使用被称为“螺旋型”的泵。它们通常包括一个壳体和两个双转子，所述两个双转子被安装为在此壳体中旋转且在彼此相反的方向上被驱动。此类型的泵的转子由螺旋形状的零件(即，包括具有一个或多个螺纹的一个核心的零件，螺纹的齿距可能是恒定的或沿着转子的纵向尺度可变的)组成。

此类型的泵的结构和功能是真空技术领域的技术人员公知的，因此在此不再给出这些泵的详细描述。

常规螺旋泵中的转子通常由异步电动马达驱动。异步马达通常包括两个主要的零件，即，一个定子，其由铁磁体材料制成，该定子用于支撑且包括连接到网络的或连接到可变速度驱动器的绕组；以及一个圆筒形式的转子，同样是由铁磁体材料制成，该转子通过轴承固定到定子。转子包括由短路导体组成的绕组。转子的导体被由定子电流创建的磁场感应的电流通过。

同样对于螺旋泵，异步马达的结构和运行是真空技术领域的技术人员公知的。因此将忽略这些马达的更多详细描述。

通常，泵的两个螺杆之一以由马达自动驱动这样的方式直接连接到异步马达的转子。当然，还有可能在马达的转子和转子的轴之间添加一个连接件，但是值得重点注意的是，马达的转子的旋转以直接方式传输到泵的转子之一。由于连接该泵的两个螺杆的传动装置之故，直接由马达驱动的第一螺杆的旋转被直接传输到另一个螺杆。

此常规结构的优点尤其在于以下事实——泵的两个螺杆由单个马达驱动。此外，通过事实——第一螺杆的旋转通过连接两个螺杆的传动装置传输到另一个螺杆，自动确保了泵中的两个转子的运动的同步。

然而，此常规结构还具有大的缺点，特别是由对传动装置的润滑的需要所导致的缺点。事实上，关于传输大力矩的传动装置，已知的是传动装置中的轮经受若干kNm量级上的力矩，这使得用矿物油或油脂进行良好润滑是完全必需的。然而，润滑的传动装置意味着更复杂的维护。另一方面，油或油脂的出现可能消极地影响泵的性能，尤其在要求严格水平的卫生的应用中(例如，在食物工业或制药工业中)。

为了克服这些问题，已提出通过用具有两个同步马达的驱动器替代如上所述的具有单个异步马达的驱动器，从而改造螺旋型泵。

正如同步马达一样，异步马达由旋转部分(或转子)和固定部分(或定子)组成。与异步马达相反的是，同步马达中的转子通过磁场作用旋转，其中磁场是通过永磁体或在直流电流中由线圈所提供的。作为一般规则，低功率马达中的转子使用永磁体，而电磁体被用在具有较高功率的马达中。

另外，本领域技术人员完全知道同步马达的结构的操作，从而似乎没有必要给出更详细的描述。

在具有两个同步马达的配置中，泵的两个转子(或螺杆)中的每一个由两个马达中的一个驱动。两个转子运动的同步直接通过所述两个马达实现。事实上，由于同步马达的旋转速度默认对应于旋转场的旋转速度，所以使用相应的控制模块可以容易地控制两个螺杆的旋转速度。由于用于两个马达的这种组合控制模块，泵的两个转子的旋转速度能够被同步。

然而，同步马达一般比异步马达更昂贵。同样，用于两个同步马达的控制模块的实现还会导致泵的价格的相当大的增加。同时，这些控制电子设备必须被集成在泵的壳体中，这相当大地增加了泵的体积。

发明内容

因此，本发明目的是克服上述缺点且提供一种螺旋型容积式机器，该螺旋型容积式机器比已知类型的所述机器更简单、体积更小而且更便宜。

本发明的另一个目的是提出一种完全没有可能污染泵送的流体的任何润滑剂的螺旋型容积式机器。

本发明的这些目的通过一种螺旋型容积式机器实现，该容积式机器包括：一个壳体，该壳体带有第一转子和第二转子，该第一转子和该第二转子被安装为在该壳体中旋转且该第一转子和该第二转子在彼此相反的方向上被驱动，该容积式机器包括第一马达和第二马达，该第一马达和该第二马达被布置在驱动外壳中且该第一马达和该第二马达通过该第一转子由该第一马达驱动而该第二转子由该第二马达驱动的方式连接到该壳体。

本发明的优点之一为特别地单独驱动所提出的容积式机器的转子。由于这样的单独驱动，可更精确地且以更适于特定用途的具体要求的方式驱动所述两个转子。

在本发明的一个特定实施方案中，第一马达和/或第二马达是异步马达。本发明的此实施方案具有的优点特别是使用异步马达生产容积式机器比使用同步马达(诸如，现有技术中提出的)便宜很多。此外，通常维护和控制异步马达可以以比维护和控制具有相当水平的性能的同步马达更容易。

在本发明的另一个特别的实施方案中，第一马达的旋转部分被连接到第一转子和/或第二马达的旋转部分被连接到第二转子。特别地，可以在该容积式机器的简单结构中发现本发明的此实施方案的优点。事实上，马达的转子(所述旋转部分)可被直接连接到该机器的转子，而且还有可能将一个或多个连接元件插入在马达的旋转部分和泵的转子之间。

值得注意的是，提供了彼此啮合的第一同步轮和第二同步轮，该第一同步轮和第二同步轮被分别连接到第一转子和第二转子。由于这些同步轮，甚至在两个马达中的一个停止的情况下，容积式机器的两个转子的同步运动也是可能的。事实上，因为两个同步轮被连接到两个转子且在运动中它们一直啮合，所以所述两个转子的非同步旋转是不可能的。因此对螺杆的损害也不再是可能的。

在本发明的另一个优选实施方案中，第一同步轮和第二同步轮之间的接触表面未被润滑。本发明的此实施方案的优点特别是它允许实现完全没有任何润滑剂的容积式机器。由于此事实，这样的机器还可被用在必须重视提高的卫生标准的敏感应用中。同样，这些机器维护更简单，因为它们不需要对润滑装置进行排空或其他处理。

本发明的另一个实施方案是第一同步轮和/或第二同步轮的齿的表面覆盖有一层具有低摩擦系数的材料。此实施方案的优点特别是因为其产生能够支持它们之间的提高的力矩的传输的同步轮，这是由于消除了所述两个轮的接触表面处的摩擦。用作覆盖物的合适的材料是不同类型的金属和/或合金(例如，铁合金、铜合金、锡合金、铅合金等)以及陶瓷或不同的合成物质(诸如，例如，等)。

值得注意的是，该机器包括一个起动器以同步第一马达和第二马达的启动。本发明的此实施方案的优点特别在于，所述马达的协同运行。由于这样的协同启动，所述两个马达的运行参数(例如，旋转速度以及其他参数)可被最大限度地同步。

附图说明

通过在参照示意性表示的附图以例示而非限制的方式给出的示例实施方案之后的说明书的上下文中的更多的细节，本发明的具体特征和优点将显示。

-图1：根据本发明的一个实施方案的容积式机器的实现的一个示例的局部截面视图；

-图2根据本发明的一个实施方案的容积式机器的转子的端部的透视视图，所述两个转子之一以截面示出；以及

-图3：根据本发明的一个实施方案的容积式机器的外部主体的一部分的视图。

具体实施方式

如已提及的，图1是根据本发明的容积式机器的一个示例实施方案的示意性和截面例示。在此第一图中，仅示出了最重要的元件。即便如此，本领域技术人员还是能够理解，根据本发明的容积式机器必然具有其他元件使得它能够被操作。

图1中的容积式机器1基本上包括壳体2，该壳体包封两个转子3’和3”。机器1的壳体2可以被制作为一个单独零件，或如图1中所表示的，可以由不同的零件组成。通常壳体2朝向一侧打开，而盖21被用来封闭壳体2以创建封闭的腔室。

转子3’、3”每个均包括轴31’、31”，两个具有特定轮廓的螺杆(未示出)被安装在轴31’、31”上。一般地，转子3’、3”的两个螺杆关于机器1的中轴线A对称。在机器1的运行中，转子3’、3”在彼此相反的方向上被驱动而旋转。下面将解释容积式机器1中的转子3’、3”的驱动原理。

与机器1的壳体2联结的是驱动外壳5，该驱动外壳包括两个马达4’和4”。当然，还可想到具有两个不同的驱动外壳，每个马达4’、4”有一个驱动外壳，或完全不同的解决方案。

马达4’、4”是异步电动马达。这两个异步马达4’、4”由转子41’、41”和定子42’、42”组成。当定子42’、42”关于驱动外壳5固定(或者通常为联结)时，由于由定子42’、42”中的电流创建的磁场，转子41’、41”被设定成旋转(且以马达4’、4”的旋转部分的方式表示)，所述磁场感应在转子41’、41”的绕组中的电流。异步马达的这些公知的元件未在图1中示出，这是因为本领域技术人员完全能够理解它们的位置和它们在实际马达中的运行方式。

转子3’、3”的轴31’、31”朝向锥形区域32’、32”中的马达4’、4”逐渐变细。转子3’、3”的这些区域32’、32”被连接到马达4’、4”的转子(到旋转部分)41’、41”并且因此可以直接与它们一起旋转。自然地，还有可能有带有位于转子3’、3”和马达4’、4”之间的中间传动件的实施方案。以此方式，两个转子3’、3”中的每个由不同的异步马达驱动。

转子3’、3”通常由轴承7’、7”支撑而旋转，轴承7’、7”被容纳在驱动外壳与由壳体2包封的腔室之间。当然，包括轴承定位的另外的变体的解决方式也是可能的。

考虑到机器1的转子3’的旋转和转子3”的旋转必须被同步化以确保机器1的正确地起作用，提供了分别与转子3’和3”联结的同步轮6’、6”。在正常情况下，同步轮6’、6”的齿不应该在两个转子3’、3”之间传输力矩。然而，由于与部件的摩擦和转子电荷的变化，待被抵消的小力矩可能出现。这尤其是可能的，因为虽然在相反的方向上，但机器1的左部分(具有转子3’和马达4’)和右部分(具有转子3”和马达4”)是对称的。

事实上，在马达4’、4”的启动过程中，转子41’、41”被设置成旋转且驱动机器1的转子3’、3”。先验的，转子3’的旋转完全地独立于转子3”的旋转，因为马达4’、4”是完全独立的两个异步马达。在此意义上，由于机器1的两侧的对称性且还由于电荷的同样相等的分布，因此获得两个转子3’、3”的几乎同步旋转，甚至没有外部影响。当然，优选地是，使用具有所有运行参数(例如，额定速度等)相同的同一类型的马达4’、4”——优选地来自相同生产商的马达——以使所述参数能够对同步的影响尽可能一致。为了更进一步提高马达4’、4”之间的同步性，此外可以提供起动器(未示出)，以能够执行马达4’、4”的同步启动。当然，其他解决方案同样是可能的。

在此情况下以及在两个马达之一失效的情况下，同步轮6’、6”代替用于确保运动的同步。为了确保在故障马达的启动之前两个马达3’、3”的旋转将保持相同，轮6’、6”起“常规”传动装置的作用且将一个转子的力矩传输到另一个转子。由于此结构，机器1能够在逐渐停止的时间内继续运行并且不存在整体安装的风险。

本发明的目的是使为每个转子配备有异步马达的泵可运行。然后，这些马达以非同步电子的方式随着干燥的或未用油润滑的同步齿轮系一起旋转。

本发明的此目的借助于容积式机器的结构(诸如，上文所描述的)实现。

然而，总之在同步轮6’、6”的齿进入接触的情况下，为了减少同步轮6’、6”的齿之间的摩擦以及因此产生的磨损和热量，可设想具有精细技术选择的若干步骤。这些不同步骤和技术选择则随后导致一定数量的本发明的优选实施方案。

尤其有可能通过计算优化某些特定参数(参数中最重要的尤其是传动装置的滑动速度和机械效率)来限定同步轮6’、6”的齿。同样地，可以使用不同的合适的材料以提高轮6’、6”的期望的性能，即，不同类型的钢(例如，泡钢、氮化钢、碳氮化钢、工具钢等)以及不同的合成材料或塑料材料。

同样地，合适的热处理可被施加到轮6’、6”的材料以获得增加的表面硬度，而且还获得齿的中间处的深度的增加的硬度。此外，特别地提高摩擦系数，可想到的是以齿的良好精度为目的的合适的机械加工和精整加工，以及使能获得可能的最平滑的表面状态的精细加工。不言而喻，合适的机械加工和精整加工还可以被用来将表面置于必要状态中，以执行薄层涂层的应用。

包括PVD式涂层和CVD式涂层的一个或多个连续涂层不会不利地影响已处理过的具有增加的硬度的钢，这会带来更大的硬度，还可被施加以提高摩擦系数且减少磨损。

同样地，还可设想以合适的剂量和周期内施用油脂最低的润滑油，以改善根据本发明的容积式机器的性能。

在使用合成材料或塑料材料制造两个传动装置之一的情况下，所述材料的选择要求考虑变速器的滑动速度和机械效率的同时优化机械阻力的计算。在此情况下，在不同的实施方案中(精整、涂覆等)，将有可能具有一个塑料材料的传动装置和另一个钢制传动装置，同时还为了减少摩擦，由此产生的热量减少对合成材料或塑料材料是关键的。

还在图2和图3中可见关于将采取的这些不同测量的一些补充信息。

如已提及的，图2示出容积式机器的转子的端部，所述两个转子之一以截面表示。此图2中表示的是塑料制成的轮齿63，该轮齿被固定在钢毂61上且由金属盖64保持。此结构由螺钉62锁定。为了将热量从塑料轮齿63去除，这些螺钉在数量上尤其可大于机械固定实际必需的。事实上，这些螺钉62穿过塑料轮齿63且以用作收集热量且将它们传导到毂61和盖64的外部面的散热器的方式与其接触。同样地如图2中所示，盖64的外部表面和/或毂61的面可具有凹槽641，通过旋转，该凹槽用于促进与空气的热量交换。

另外，如图3中所示，在根据本发明的容积式机器的主体中，可提供一个或多个合适形状和定位的开口22，以允许该机器内部的空气的循环，因此以改善热量去除。

当然，关于本发明的实施方式可进行多种变化。尽管已描述了多种不同实施方案，但是应理解的是不可想到以详尽的方式识别所有可能的实施方案。当然，在不脱离本发明的范围的前提下，可想到通过另一个等同装置来替代所描述的一个装置。所有这些改型构成真空技术领域中的本领域技术人员常识的一部分。

Claims (11)

1.螺旋型容积式机器(1)，包括：一个壳体(2)，该壳体(2)带有第一转子(3’)和第二转子(3”)，该第一转子和该第二转子被安装为在该壳体(2)中旋转且该第一转子和该第二转子在彼此相反的方向上被驱动，

其特征在于，该容积式机器(1)包括第一马达(4’)和第二马达(4”)，该第一马达和该第二马达被布置在驱动外壳(5)中且该第一马达和该第二马达通过该第一转子(3’)由该第一马达(4’)驱动而该第二转子(3”)由该第二马达(4”)驱动的方式连接到该壳体(2)。

2.根据前述权利要求所述的容积式机器，其特征在于，该第一马达(4’)和/或该第二马达(4”)是异步马达。

3.根据前述权利要求之一所述的容积式机器，其特征在于，该第一马达(4’)的旋转部分(41’)被连接到该第一转子(3’)和/或该第二马达(4”)的旋转部分(41”)被连接到该第二转子(3”)。

4.根据前述权利要求之一所述的容积式机器，其特征在于，提供彼此啮合的第一同步轮(6’)和第二同步轮(6”)，该第一同步轮(6’)和该第二同步轮(6”)被分别连接到该第一转子(3’)和该第二转子(3”)。

5.根据前一项权利要求所述的容积式机器，其特征在于，该第一同步轮(6’)和该第二同步轮(6”)之间的接触表面未被润滑。

6.根据权利要求4或5之一所述的容积式机器，其特征在于，该第一同步轮(6’)和/或该第二同步轮(6”)的齿的表面由一层具有低摩擦系数的材料覆盖。

7.根据前述权利要求之一所述的容积式机器，其特征在于，该机器包括一个起动机，以同步该第一马达(4’)和该第二马达(4”)的启动。

8.根据前述权利要求之一所述的容积式机器，其特征在于，该第一同步轮(6’)和/或该第二同步轮(6”)具有复合结构。

9.根据权利要求8所述的容积式机器，其特征在于，该第一同步轮(6’)的复合结构和该第二同步轮(6”)的复合结构包括一个第一材料尤其是塑料材料制成的轮齿(63)和一个第二材料尤其是钢制成的毂(61)。

10.根据权利要求8或9所述的容积式机器，其特征在于，该第一同步轮(6’)的复合结构和该第二同步轮(6”)的复合结构包括允许从该轮齿(63)提取热量的至少一个螺钉(62)。

11.根据权利要求8到10中的任一项权利要求所述的容积式机器，其特征在于，该第一同步轮(6’)的复合结构和/或该第二同步轮(6”)的复合结构包括允许与空气进行热量交换的至少一个凹槽(641)。