CN104564717A - 直驱高速透平真空泵及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空泵，尤其涉及一种直驱高速透平真空泵及其操作方法。包括直联高速电机，所述的直联高速电机与润滑油站相连通，所述的直联高速电机设在台钣上，所述的直联高速电机中设有主轴；所述的直联高速电机的一侧端设有叶轮机构；或，所述的直联高速电机的左侧端设有左叶轮机构，所述的直联高速电机的右侧端设有右叶轮机构。按以下步骤进行：装配→高速运作。直驱高速透平真空泵及其操作方法，结构紧凑，提升使用性能，节能环保。

Description

直驱高速透平真空泵及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种真空泵，尤其涉及一种直驱高速透平真空泵及其操作方法。

背景技术

随着真空应用技术在生产和科学研究领域中对其抽气量与真空度范围的要求越来越宽，大多需要由真空泵和其它设备组成真空抽气系统共同抽气后才能满足生产和科学研究过程的要求，因此，选用由不同类型真空泵组成的真空抽气系统进行抽气的情况较多，目前使用的有旋片式真空泵、罗茨真空泵和水环真空泵等容积式真空泵，主要应用于电力、化工、轻工、矿山、医药、电子、航天、科研等部门。

水环真空泵是一种较常见的变容式低压真空泵，带有多叶片叶轮的转子偏心安装在泵体内，旋转时，以水作为工作液体，靠泵腔容积的变化实现吸气、压缩和排气的，所以，需要消耗水与作用于水的能耗，其效率目前为50%左右，转速一般低于3000r/min，控制范围非常有限，一定点后水环会奔溃。

另外，ZL200710071245.3“悬臂式高速透平真空泵及其抽真空方法”，ZL200810219408.2“一种多级透平真空机及应用其抽取多级真空的方法”和申请号201010167688.4“高速多级透平真空泵及其抽真空方法”，上述透平真空泵都是通过电机及联轴器带动增速箱增速实现高速，属于定速高速传动，因此存在制造复杂，增加了齿轮传动、联轴器传动、轴承的机械传动效率损耗10%左右以及冷却风扇处能耗，维修复杂、占地面积大，增加了增速箱与联轴器处机械故障点，定速传动不易实现可变的抽吸工艺需要等缺点；对于多级透平真空泵而言，一旦出现故障，会停及整条生产线，严重影响正常生产与造成很大的经济损失，且检修周期较长。

根据容积式真空泵电耗或水耗高的不足，同时针对普通定速高速透平真空泵增速传动损耗较大、存在故障点隐患多等缺点，结合透平真空泵的高效、高速紧凑、大抽气量等优点，在满足不同的抽气量、真空度工艺要求的同时，最大程度地提高生产效率，并使故障引起的生产损失降到最低，进一步考虑一种全新的直驱单级或双级高速透平真空泵是非常具有应用价值与现实意义的，以适应现代工业对真空抽取与压缩设备高效环保的最大化等方面的发展需要；这是本发明的出发点。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种结构简单，利用高速电机直联透平真空泵后直接变频变速驱动，用以提高机械传动效率与达到综合效率的最高化、实现工艺与能源的动态供需平衡，转速范围5000～36000r/min，节能30～70%；相比水环真空泵，节水100%；性价比高，结构、安装与维护简单，施工及运行费用较低，尾气可热回收；用以满足现代能源与环保等方面的管理与使用需要。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种直驱高速透平真空泵，包括直联高速电机，所述的直联高速电机与润滑油站相连通，所述的直联高速电机设在台钣上，所述的直联高速电机中设有主轴；

所述的直联高速电机的一侧端设有叶轮机构，所述的叶轮机构包括蜗壳、型环和透平叶轮，所述的主轴其中一个外端部设有透平叶轮，所述的蜗壳通过双联架与直联高速电机相定位，所述的透平叶轮设在蜗壳中，所述的主轴与蜗壳相套接，所述的蜗壳的头部设有型环，所述的透平叶轮的外端伸至型环中，所述的蜗壳与排气口相连通，所述的型环与透平叶轮间形成进气口，所述的蜗壳中的上端与型环间设有扩压器，所述的蜗壳中的下端与型环间形成排气蜗室；

或，

所述的直联高速电机的左侧端设有左叶轮机构，所述的直联高速电机的右侧端设有右叶轮机构，所述的左叶轮机构与右叶轮机构分别设在主轴的两端，所述的左叶轮机构、右叶轮机构和叶轮机构的结构相同，所述的左叶轮机构中型环的外端与导流室相连通，所述的右叶轮机构中的排气口与导流室通过级流导管相连通。

作为优选，所述的透平叶轮、主轴与蜗壳间通过气封环相密封，所述的透平叶轮与主轴间通过锁母相紧固，所述的透平叶轮的外端设有轮帽，所述的排气蜗室的底部设有排污口，所述的蜗壳通过蜗壳支撑座相支撑定位。

作为优选，所述的直联高速电机的底端设有回油管，所述的直联高速电机的上端设有润滑油接口，所述的回油管与润滑油接口相连通。

直驱高速透平真空泵的操作方法，按以下步骤进行：

（1）、装配：

透平叶轮采用符合空气动力学的全三元流半开式铣制结构，透平叶轮安装在主轴的轴头上，它们为锥度配接，用锁母锁紧透平叶轮，透平叶轮的轮毂端上装有轮帽，它们间通过螺钉固定，轮帽作用主要是使气流无旋涡地平稳吸入；

透平叶轮的前端装有型环，型环通过紧固件固定在蜗壳上；型环的过流表面涂装有1.5～3mm厚的非金属耐磨耐温涂层，用以避免高速透平叶轮与型环间可能发生的金属刮擦；型环的主要作用是收集空气或气体均匀地流入，并与蜗壳形成扩压器，扩压器为无叶扩压器或叶片扩压器，无叶扩压器或叶片扩压器的作用主要是将动能转变为压力能；

蜗壳上设有排气蜗室、排气口与排污口，蜗壳通过紧固件固接在双联架上，蜗壳的下部用蜗壳支撑座加固；排气蜗室截面为P字形，其各截面的径向主要呈空间螺蜗状分布，目的是减少气体流动损失，提高气动效率；

蜗壳上固装有气封作用的气封环，气封环上设有迷宫密封；

双联架用于连接蜗壳与直联高速电机；直联高速电机的供电电压常为380V或690V低压，高速通过变频调速矢量控制系统实现；

直联高速电机的冷却方式为风冷或水冷；直联高速电机上内置有专用高速节能轴承或主动磁悬浮轴承，其径速积值dn在1.4×10⁶以上；

专用高速节能轴承采用润滑油站供油润滑，专用高速节能轴承的润滑油从润滑油接口处进入，经专用高速节能轴承润滑后再从回油管回到兼作油箱的台钣的储油室中；

台钣与润滑油站为一体式紧凑型结构，即台钣既用作油站，同时又为安装直联高速电机的底座；

（2）、高速运作：

在直联高速电机的变频变速驱动下，直接带动主轴上的透平叶轮以5000～36000r/min的转速高速旋转，同时经过型环中的进气口从透平叶轮的入口高速吸入，空气或气体跟着透平叶轮作高速旋转，使速度能增加，在无叶扩压器或叶片扩压器中将空气或气体的速度能转变为压力能，其压力与温度快速升高，压缩后经排气蜗室流送至排气口排出，最终形成110℃的高温空气或气体，并在不同的频率下透平叶轮的入口处可形成-35～-60KPa的真空度以及相应的抽气量，排出的高温气体则可通过热交换器回收余热；

或，

先行驱动右叶轮机构：在直联高速电机的变频驱动下，直接带动主轴上右叶轮机构中的透平叶轮以5000～36000r/min的转速高速旋转，同时经过型环中的进气口从单级透平叶轮的入口高速吸入，空气或气体跟着透平叶轮作高速旋转，使速度能增加，在无叶扩压器或叶片扩压器中将空气或气体的速度能转变为压力能，其压力与温度快速升高，压缩后经排气蜗室流送至排气口；

然后经过级流导管继续压送至导流室和左叶轮机构型环中的进气口；

再驱动左叶轮机构：再从透平叶轮的入口高速流入，空气或气体跟着透平叶轮作高速旋转，使速度能继续增加，在无叶扩压器或叶片扩压器中将空气或气体的速度能进一步转变为压力能，其压力与温度不断升高，再次压缩后经排气蜗室流送至排气口排出，最终形成160℃的高温空气或气体，并在不同的频率下右叶轮机构的透平叶轮的入口处可形成-60～-80KPa的真空度以及相应的抽气量，排出的高温气体则可通过热交换器回收余热。

当直联高速电机只与叶轮机构连接时，是直驱单级形式。

当直联高速电机分别与左叶轮机构和右叶轮机构连接时，是直驱双级形式。

扩压器分为无叶扩压器或叶片扩压器。

本发明利用简便节能式结构，取消了增速齿轮箱增速机构与联轴器传动件等，真正实现了节能挖潜的目的，同时通过变频变速控制来满足不同的抽气量与真空度等工艺需要，因此，直驱高速透平真空泵的效率很高、变频变速范围大、动态供需易平衡、结构简单、维修方便、占地少，而且无需工作用水，节水明显。

本发明与现有技术相比所具有的优点及效果：

1、速度与功率可调，实现了动态供需平衡。

2、无增速齿轮箱机构与联轴器传动件等，效率很高、节能显著、施工与运行费用更低、结构简单、使用安全可靠、安装维修方便、占地少，投资回报期较短。

3、无密封水或工作液，减少了环境污染，节约了资源。

4、尾气可热回收利用。

本发明提供直驱高速透平真空泵及其操作方法，结构紧凑，提升使用性能，节能环保。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的另一结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：如图1所示，一种直驱高速透平真空泵，包括直联高速电机1，所述的直联高速电机1与润滑油站2相连通，所述的直联高速电机1设在台钣3上，所述的直联高速电机1中设有主轴4；

所述的直联高速电机1的一侧端设有叶轮机构，所述的叶轮机构包括蜗壳5、型环6和透平叶轮7，所述的主轴4其中一个外端部设有透平叶轮7，所述的蜗壳5通过双联架8与直联高速电机1相定位，所述的透平叶轮7设在蜗壳5中，所述的主轴4与蜗壳5相套接，所述的蜗壳5的头部设有型环6，所述的透平叶轮7的外端伸至型环6中，所述的蜗壳5与排气口9相连通，所述的型环6与透平叶轮7间形成进气口9，所述的蜗壳5中的上端与型环6间设有扩压器11，所述的蜗壳5中的下端与型环6间形成排气蜗室12；

所述的透平叶轮7、主轴4与蜗壳5间通过气封环17相密封，所述的透平叶轮7与主轴4间通过锁母18相紧固，所述的透平叶轮7的外端设有轮帽19，所述的排气蜗室12的底部设有排污口20，所述的蜗壳5通过蜗壳支撑座21相支撑定位。

所述的直联高速电机1的底端设有回油管22，所述的直联高速电机1的上端设有润滑油接口23，所述的回油管22与润滑油接口23相连通。

直驱高速透平真空泵的操作方法，按以下步骤进行：

（1）、装配：

透平叶轮采用符合空气动力学的全三元流半开式铣制结构，透平叶轮安装在主轴的轴头上，它们为锥度配接，用锁母锁紧透平叶轮，透平叶轮的轮毂端上装有轮帽，它们间通过螺钉固定，轮帽作用主要是使气流无旋涡地平稳吸入；

透平叶轮的前端装有型环，型环通过紧固件固定在蜗壳上；型环的过流表面涂装有1.5～3mm厚的非金属耐磨耐温涂层，用以避免高速透平叶轮与型环间可能发生的金属刮擦；型环的主要作用是收集空气或气体均匀地流入，并与蜗壳形成扩压器，扩压器为无叶扩压器或叶片扩压器，无叶扩压器或叶片扩压器的作用主要是将动能转变为压力能；

蜗壳上设有排气蜗室、排气口与排污口，蜗壳通过紧固件固接在双联架上，蜗壳的下部用蜗壳支撑座加固；排气蜗室截面为P字形，其各截面的径向主要呈空间螺蜗状分布，目的是减少气体流动损失，提高气动效率；

蜗壳上固装有气封作用的气封环，气封环上设有迷宫密封；

双联架用于连接蜗壳与直联高速电机；直联高速电机的供电电压常为380V或690V低压，高速通过变频调速矢量控制系统实现；

直联高速电机的冷却方式为风冷或水冷；直联高速电机上内置有专用高速节能轴承或主动磁悬浮轴承，其径速积值dn在1.4×10⁶以上；

专用高速节能轴承采用润滑油站供油润滑，专用高速节能轴承的润滑油从润滑油接口处进入，经专用高速节能轴承润滑后再从回油管回到兼作油箱的台钣的储油室中；

台钣与润滑油站为一体式紧凑型结构，即台钣既用作油站，同时又为安装直联高速电机的底座；

（2）、高速运作：

在直联高速电机的变频变速驱动下，直接带动主轴上的透平叶轮以5000～36000r/min的转速高速旋转，同时经过型环中的进气口从透平叶轮的入口高速吸入，空气或气体跟着透平叶轮作高速旋转，使速度能增加，在无叶扩压器或叶片扩压器中将空气或气体的速度能转变为压力能，其压力与温度快速升高，压缩后经排气蜗室流送至排气口排出，最终形成110℃的高温空气或气体，并在不同的频率下透平叶轮的入口处可形成-35～-60KPa的真空度以及相应的抽气量，排出的高温气体则可通过热交换器回收余热。

实施例2：如图2所示，一种直驱高速透平真空泵，包括直联高速电机1，所述的直联高速电机1与润滑油站2相连通，所述的直联高速电机1设在台钣3上，所述的直联高速电机1中设有主轴4；

所述的直联高速电机1的左侧端设有左叶轮机构13，所述的直联高速电机1的右侧端设有右叶轮机构14，所述的左叶轮机构13与右叶轮机构14分别设在主轴4的两端，所述的左叶轮机构13、右叶轮机构14和叶轮机构的结构相同，所述的左叶轮机构13中型环的外端与导流室15相连通，所述的右叶轮机构14中的排气口与导流室15通过级流导管16相连通。

直驱高速透平真空泵的操作方法，按以下步骤进行：

（1）、装配：

透平叶轮采用符合空气动力学的全三元流半开式铣制结构，透平叶轮安装在主轴的轴头上，它们为锥度配接，用锁母锁紧透平叶轮，透平叶轮的轮毂端上装有轮帽，它们间通过螺钉固定，轮帽作用主要是使气流无旋涡地平稳吸入；

透平叶轮的前端装有型环，型环通过紧固件固定在蜗壳上；型环的过流表面涂装有1.5～3mm厚的非金属耐磨耐温涂层，用以避免高速透平叶轮与型环间可能发生的金属刮擦；型环的主要作用是收集空气或气体均匀地流入，并与蜗壳形成扩压器，扩压器为无叶扩压器或叶片扩压器，无叶扩压器或叶片扩压器的作用主要是将动能转变为压力能；

蜗壳上设有排气蜗室、排气口与排污口，蜗壳通过紧固件固接在双联架上，蜗壳的下部用蜗壳支撑座加固；排气蜗室截面为P字形，其各截面的径向主要呈空间螺蜗状分布，目的是减少气体流动损失，提高气动效率；

蜗壳上固装有气封作用的气封环，气封环上设有迷宫密封；

双联架用于连接蜗壳与直联高速电机；直联高速电机的供电电压常为380V或690V低压，高速通过变频调速矢量控制系统实现；

直联高速电机的冷却方式为风冷或水冷；直联高速电机上内置有专用高速节能轴承或主动磁悬浮轴承，其径速积值dn在1.4×10⁶以上；

专用高速节能轴承采用润滑油站供油润滑，专用高速节能轴承的润滑油从润滑油接口处进入，经专用高速节能轴承润滑后再从回油管回到兼作油箱的台钣的储油室中；

台钣与润滑油站为一体式紧凑型结构，即台钣既用作油站，同时又为安装直联高速电机的底座；

（2）、高速运作：

先行驱动右叶轮机构：在直联高速电机的变频驱动下，直接带动主轴上右叶轮机构中的透平叶轮以5000～36000r/min的转速高速旋转，同时经过型环中的进气口从单级透平叶轮的入口高速吸入，空气或气体跟着透平叶轮作高速旋转，使速度能增加，在无叶扩压器或叶片扩压器中将空气或气体的速度能转变为压力能，其压力与温度快速升高，压缩后经排气蜗室流送至排气口；

然后经过级流导管继续压送至导流室和左叶轮机构型环中的进气口；

再驱动左叶轮机构：再从透平叶轮的入口高速流入，空气或气体跟着透平叶轮作高速旋转，使速度能继续增加，在无叶扩压器或叶片扩压器中将空气或气体的速度能进一步转变为压力能，其压力与温度不断升高，再次压缩后经排气蜗室流送至排气口排出，最终形成160℃的高温空气或气体，并在不同的频率下右叶轮机构的透平叶轮的入口处可形成-60～-80KPa的真空度以及相应的抽气量，排出的高温气体则可通过热交换器回收余热。

Claims (4)

1.一种直驱高速透平真空泵，其特征在于：包括直联高速电机（1），所述的直联高速电机（1）与润滑油站（2）相连通，所述的直联高速电机（1）设在台钣（3）上，所述的直联高速电机（1）中设有主轴（4）；

所述的直联高速电机（1）的一侧端设有叶轮机构，所述的叶轮机构包括蜗壳（5）、型环（6）和透平叶轮（7），所述的主轴（4）其中一个外端部设有透平叶轮（7），所述的蜗壳（5）通过双联架（8）与直联高速电机（1）相定位，所述的透平叶轮（7）设在蜗壳（5）中，所述的主轴（4）与蜗壳（5）相套接，所述的蜗壳（5）的头部设有型环（6），所述的透平叶轮（7）的外端伸至型环（6）中，所述的蜗壳（5）与排气口（9）相连通，所述的型环（6）与透平叶轮（7）间形成进气口（9），所述的蜗壳（5）中的上端与型环（6）间设有扩压器（11），所述的蜗壳（5）中的下端与型环（6）间形成排气蜗室（12）；

或，

所述的直联高速电机（1）的左侧端设有左叶轮机构（13），所述的直联高速电机（1）的右侧端设有右叶轮机构（14），所述的左叶轮机构（13）与右叶轮机构（14）分别设在主轴（4）的两端，所述的左叶轮机构（13）、右叶轮机构（14）和叶轮机构的结构相同，所述的左叶轮机构（13）中型环的外端与导流室（15）相连通，所述的右叶轮机构（14）中的排气口与导流室（15）通过级流导管（16）相连通。

2.根据权利要求1所述的直驱高速透平真空泵，其特征在于：所述的透平叶轮（7）、主轴（4）与蜗壳（5）间通过气封环（17）相密封，所述的透平叶轮（7）与主轴（4）间通过锁母（18）相紧固，所述的透平叶轮（7）的外端设有轮帽（19），所述的排气蜗室（12）的底部设有排污口（20），所述的蜗壳（5）通过蜗壳支撑座（21）相支撑定位。

3.根据权利要求1所述的直驱高速透平真空泵，其特征在于：所述的直联高速电机（1）的底端设有回油管（22），所述的直联高速电机（1）的上端设有润滑油接口（23），所述的回油管（22）与润滑油接口（23）相连通。

4.根据权利要求1所述的直驱高速透平真空泵的操作方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）、装配：

透平叶轮采用符合空气动力学的全三元流半开式铣制结构，透平叶轮安装在主轴的轴头上，它们为锥度配接，用锁母锁紧透平叶轮，透平叶轮的轮毂端上装有轮帽，它们间通过螺钉固定，轮帽作用主要是使气流无旋涡地平稳吸入；

透平叶轮的前端装有型环，型环通过紧固件固定在蜗壳上；型环的过流表面涂装有1.5～3mm厚的非金属耐磨耐温涂层，用以避免高速透平叶轮与型环间可能发生的金属刮擦；型环的主要作用是收集空气或气体均匀地流入，并与蜗壳形成扩压器，扩压器为无叶扩压器或叶片扩压器，无叶扩压器或叶片扩压器的作用主要是将动能转变为压力能；

蜗壳上设有排气蜗室、排气口与排污口，蜗壳通过紧固件固接在双联架上，蜗壳的下部用蜗壳支撑座加固；排气蜗室截面为P字形，其各截面的径向主要呈空间螺蜗状分布，目的是减少气体流动损失，提高气动效率；

蜗壳上固装有气封作用的气封环，气封环上设有迷宫密封；

双联架用于连接蜗壳与直联高速电机；直联高速电机的供电电压常为380V或690V低压，高速通过变频调速矢量控制系统实现；

直联高速电机的冷却方式为风冷或水冷；直联高速电机上内置有专用高速节能轴承或主动磁悬浮轴承，其径速积值dn在1.4×10⁶以上；

专用高速节能轴承采用润滑油站供油润滑，专用高速节能轴承的润滑油从润滑油接口处进入，经专用高速节能轴承润滑后再从回油管回到兼作油箱的台钣的储油室中；

台钣与润滑油站为一体式紧凑型结构，即台钣既用作油站，同时又为安装直联高速电机的底座；

（2）、高速运作：

在直联高速电机的变频变速驱动下，直接带动主轴上的透平叶轮以5000～36000r/min的转速高速旋转，同时经过型环中的进气口从透平叶轮的入口高速吸入，空气或气体跟着透平叶轮作高速旋转，使速度能增加，在无叶扩压器或叶片扩压器中将空气或气体的速度能转变为压力能，其压力与温度快速升高，压缩后经排气蜗室流送至排气口排出，最终形成110℃的高温空气或气体，并在不同的频率下透平叶轮的入口处可形成-35～-60KPa的真空度以及相应的抽气量，排出的高温气体则可通过热交换器回收余热；

或，

先行驱动右叶轮机构：在直联高速电机的变频驱动下，直接带动主轴上右叶轮机构中的透平叶轮以5000～36000r/min的转速高速旋转，同时经过型环中的进气口从单级透平叶轮的入口高速吸入，空气或气体跟着透平叶轮作高速旋转，使速度能增加，在无叶扩压器或叶片扩压器中将空气或气体的速度能转变为压力能，其压力与温度快速升高，压缩后经排气蜗室流送至排气口；

然后经过级流导管继续压送至导流室和左叶轮机构型环中的进气口；

再驱动左叶轮机构：再从透平叶轮的入口高速流入，空气或气体跟着透平叶轮作高速旋转，使速度能继续增加，在无叶扩压器或叶片扩压器中将空气或气体的速度能进一步转变为压力能，其压力与温度不断升高，再次压缩后经排气蜗室流送至排气口排出，最终形成160℃的高温空气或气体，并在不同的频率下右叶轮机构的透平叶轮的入口处可形成-60～-80KPa的真空度以及相应的抽气量，排出的高温气体则可通过热交换器回收余热。