CN105143682A - 真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括轴承(26)和用于润滑轴承的润滑剂供应系统(60)的真空泵(10)。润滑剂供应系统包括：包括用于接收润滑剂的储存器矩阵(62)的润滑剂储存器；用于与储存器矩阵接触来将润滑剂从储存器矩阵转移至轴承的润滑剂转移装置(48)，储存器包括用于使储存器矩阵相对润滑剂转移装置定位在适当位置的储存器罩壳(30)；其中储存器包括多个接触区域(64)，在该处储存器矩阵与储存器罩壳接触来使储存器矩阵相对润滑剂转移装置定位在适当位置，以及各个接触区域之间的多个间隔区域(66)，储存器矩阵在该处与储存器罩壳间隔开以用于接收由储存器矩阵中的润滑剂中的脱气引起的气体和润滑剂泡沫。

Description

真空泵

技术领域

本发明涉及一种真空泵，并且具体涉及用于支承真空泵的叶轮的滚动轴承的润滑。

背景技术

真空泵典型地包括安装到轴上以相对包绕的定子旋转的转子形式的叶轮。轴由轴承装置支承，轴承装置包括定位在轴的各个端部处或中间的两个轴承。这些轴承中的一个或两者可呈滚动轴承的形式。通常，上轴承呈磁性轴承的形式，而下轴承呈滚动轴承的形式。

典型的滚动轴承包括相对轴固定的内座圈、及外座圈，以及位于座圈之间的多个滚动元件，其用于允许内座圈和外座圈的相对旋转。为了避免滚动元件之间的相互接触，它们通常由保持架引导和均匀间隔开。适当润滑对于确保滚动轴承的准确和可靠的操作是基本的。润滑剂的主要目的在于形成承载膜，其将分离呈滚动和滑动接触轴承部件，以便使摩擦和磨损最小化。其它目的包括防止轴承部件的氧化或腐蚀、形成对污染物的隔层，以及将热传递离轴承部件。润滑剂通常呈油或油脂的形式(油和增稠剂的混合物)。

使用油润滑轴承的真空泵需要供油系统来用于在轴承的接触区域之间供给油，其使油能够执行冷却以及润滑，且从而允许轴承以更快速度运转。涡轮分子泵已传统地使用用于将油供应至滚动轴承的芯吸系统。在此系统中，部分地浸入油储存器中的毡芯将油供给至安装在轴上的锥形"供油"螺母。在泵旋转的情况下，油沿螺母的锥形表面行进至轴承。油穿过轴承且回到储存器。

在此供油系统中，压差可穿过油储存器生成，这引起储存器中的脱气。在静态条件下，当泵未操作但最初由主泵抽空时，脱气可引起油从轴承腔漏出并污染泵。在泵的使用期间的振动激励可额外地促进有助于油损失的气泡的成核现象。除污染和油损失之外，脱气可引起多余的油待转移至供油螺母，其可对轴承施压。

本发明试图减少真空泵中的脱气效果。

发明内容

本发明提供真空泵，其包括轴承和用于润滑轴承的润滑剂供应系统；润滑剂供应系统包括：包括用于接收润滑剂的储存器矩阵的润滑剂储存器；与储存器矩阵接触来将润滑剂从储存器矩阵转移至轴承的润滑剂转移装置，储存器包括储存器罩壳，其用于将储存器矩阵相对润滑剂转移装置定位在适当位置；其中储存器包括多个接触区域，储存器矩阵在该处与储存器罩壳接触来用于将储存器矩阵相对润滑剂转移装置定位在适当位置，以及各个接触区域之间的多个间隔区域，储存器矩阵在该处与储存器罩壳间隔开，以用于接收由储存器矩阵中的润滑剂中脱气引起的气体和润滑剂泡沫。

本发明的其它优选和/或可选方面在所附权利要求中限定。

附图说明

为了可更好理解本发明，仅通过实例的方式给出的其实施例现在将参照附图来描述，在附图中：

图1示出了真空泵的区段。

图2示出了图1中所示的真空泵的润滑剂供应系统的区段。

图3示出了已知的润滑剂供应系统的截面。

图4示出了使用中的已知润滑剂供应系统。

图5示出了沿图6的线V-V截取的改进的润滑剂供应系统的径向截面。

图6示出了沿图5的线VI-VI截取的润滑剂供应系统的区段。

图7示出了使用中的图6的装置。

图8示出了沿图6的线V-V截取的润滑剂供应系统的备选实施例的区段。

图9示出了沿图6的线V-V截取的润滑剂供应系统的备选实施例的区段。

图10示出了沿图6的线V-V截取的润滑剂供应系统的备选实施例的区段。

图11示出了沿图6的线X-X截取的润滑剂供应系统的另一个附加实施例。

图12a/b示出了储存器矩阵的另一个备选实施例的侧视图和平面视图。

图中零件清单

10真空泵

12轴

14涡轮分子泵送机构

16分子拖曳泵送机构

18涡轮分子泵送机构叶片

20分子拖曳泵送机构

22纵向旋转轴线

24电机

26滚子轴承(底部轴承)

28磁性轴承(顶部轴承)

30壳体部分

32滚子轴承内固定座圈

34滚子轴承外座圈

36滚子轴承滚动元件

38滚子轴承滚动元件保持架

40润滑剂系统/润滑剂转移装置

42液体润滑剂储存器

44储存器/矩阵的中心开孔

46凸起(毡/刷)

48锥形供油螺母

50储存器矩阵42的外表面

52壳体30的内表面

54壳体部分(储存器矩阵下方)

56气泡

58润滑剂泡沫

60本发明的润滑剂供应系统

62储存器矩阵

64接触区域

66间隔区域

67切口或凹槽

70储存器罩壳(30,54)的内表面

72储存器矩阵(62)的外表面

74内开孔

78邻近轴承的矩阵的端部远侧的底部凹槽

80储存器矩阵凹槽

W凹槽宽度，用于至储存器矩阵的顶部的连续传导。

具体实施方式

参看图1，示出了真空泵10的截面，其包括由轴12驱动的泵送装置。所示的真空泵为涡轮分子真空泵，其包括涡轮分子泵送机构14和分子拖曳泵送机构16。涡轮分子泵送机构包括安装在轴12上或与轴12整体结合的多个转子叶片18。分子拖曳泵送机构16呈霍尔维克（Holweck）泵送机构的形式，且包括安装在轴12上的一个或多个缸20。分子拖曳泵送机构作为备选可包括西格巴恩（Siegbahn）机构，其包括旋转盘。可存在附加的或备选的机构，如，包括再生机构的分子拖曳泵送区段下游的空气动力泵送机构。

轴通过电机24围绕纵向轴线22旋转来驱动泵送装置。轴12由轴承装置支承，轴承装置包括两个轴承，其可定位在如图所示的轴的各个端部处，或作为备选在端部中间。在图1中，滚动轴承26支承轴12的第一部分，且磁性轴承28支承轴12的第二部分。第二滚动轴承可用作对磁性轴承28的备选方案。当使用磁性轴承时，还可期望结合备用轴承。

滚动轴承26设在轴12的第二端部与泵10的壳体部分30之间。还参看图2，滚动轴承26包括相对轴12固定的内座圈32、外座圈34，以及由保持架38支承的多个滚动元件36，以用于允许内座圈32与外座圈34的相对旋转。

如图2和3中所示，滚动轴承26由润滑剂供应系统40润滑，以形成承载膜，其分离呈滚动和滑动接触的轴承部件，以便使摩擦和磨损最小化。润滑剂供应系统40包括液体润滑剂储存器42，其包绕轴12的旋转轴线22。储存器42包括储存器矩阵，其在该实例中由包绕储存器42的中心开孔44的稳定的纤维环形基底形成，且具有空隙(例如，气孔)，油或其它液体润滑剂储存在其内。储存器42还包括至少一个且优选多个突入开孔44中的凸起46。凸起可由与储存器矩阵类似的纤维材料制成，如毡，或由形成刷的丝制成。

凸起由储存器42保持，以便它们与安装在轴12上且位于储存器的开孔44内的锥形供给螺母48接触。位于轴承26附近的锥形螺母48的端部具有外径，其大致等于轴承的保持架38的内径。在该实施例中，凸起大致定位于沿储存器42的轴向长度的中间。然而，该位置是任意的，且凸起的轴向位置可从一个真空泵至另一个处不同。在另一个实例中，凸起或指部可省略，且在此情况下，储存器矩阵的环形本体可位于与润滑剂转移装置48接触，以便内表面在储存器矩阵的轴向范围的至少一部分上接触供油螺母48。润滑剂因此可从矩阵的内表面直接地转移至润滑剂转移装置(供油螺母48)。在该后一实例的改型中，储存器矩阵可在一个轴向部分处径向向内地延伸至较大程度，例如，中间部分，以形成凸起46，以接触供油螺母48。矩阵可由层中的一个层叠在另一个上的一个以上的部件形成，且一层可比邻近其的层进一步向内突出，以便形成凸起46来接触供油螺母。

在使用所示实例中，润滑剂沿凸起46被吸收，且在其旋转时沉积在供给螺母48上。该润滑剂借助螺母上的锥形和螺母的旋转沿供给螺母轴向地转移至轴承26的保持架38。

图3为沿朝轴承26看的图2中的线III-III截取的截面，且示出了现有技术的润滑剂供应系统。在该系统中，储存器矩阵42的外表面50遍及表面的整个圆周与壳体部分30的内表面52接触。储存器材料在一定程度上是回弹性的，且其形状由其在壳体部分30内的定位至少部分地形成，壳体部分30用作容纳矩阵的储存器罩壳。在该实例中，壳体部分30的内表面具有圆形截面，其在形成圆柱形表面的轴向大小上是均匀的。外表面类似地具有与壳体30的内表面的半径相同半径的圆形截面，或略微大于壳体30的内表面的半径。矩阵42的外表面在形成缸的轴向大小上也是均匀的。

图4为类似于图2的视图，且示出了在使用中填充有润滑剂的图2和3中所示的已知润滑剂供应系统。储存器矩阵42在储存器罩壳30的开孔中径向地，以及还轴向地由泵的所示定向上的储存器下方的另一个壳体部分54约束。在泵送期间，或当存在由主泵的初始抽空产生的穿过储存器的压差时，脱气存在于储存器矩阵42中，引起捕集气体和微气泡56将润滑剂朝供油螺母48径向向内地"扫"过储存器材料进入储存器的开孔44中，且轴向地朝轴承26"扫"，如分别由水平和垂直箭头所示。从储存器损失的润滑剂生成润滑剂泡沫58，其在泵内高度机动，且可容易地例如转移到一些区域中，在该处，润滑剂的存在是非期望的，从而污染泵或进入轴承，引起其过度润滑。新成核的气泡56在它们朝开孔44和矩阵的顶部行进时在尺寸上增加。不断增加量的泡沫累积在有限可用的容积中。

图5至12示出了改善的润滑剂供应，其至少缓解了由脱气和润滑剂泡沫生成引起的问题。图5为类似于图3的视图，且示出了沿图6的线V-V截取的穿过润滑剂供应系统的截面。图6为类似于图2和4的沿图5中的线VI-VI截取的视图。沿图5中的线II-II截取的视图将示出与图2中的现有技术相同的装置，因为该区段穿过接触部分64截取，如在下文中更详细地描述。

参看图5、6和7至12，润滑剂供应系统60包括用于接收和储存润滑剂（如，油）的储存器矩阵62，以用于由润滑剂转移装置从储存器矩阵转移至轴承26。储存器矩阵由一起形成储存器罩壳的壳体部分30和轴向壳体部分54相对润滑剂转移装置定位在适当位置。

储存器包括多个接触区域64，在该处，储存器矩阵62与储存器罩壳30接触来用于相对供油螺母48将储存器矩阵定位在适当位置，以及各个接触区域之间的多个间隔区域66，储存器矩阵在该处与储存器罩壳间隔开，以用于接收由储存器矩阵中的润滑剂中的脱气引起的润滑剂泡沫。在改变的装置中，储存器罩壳30、54可包括定位器件，其从罩壳壁径向向内地突出，以接触和定位储存器矩阵。在该装置中，间隔区域可围绕矩阵的外周基本连续。

间隔区域66提供围绕矩阵的外周且在矩阵开孔44的远侧的散逸或膨胀容积，捕集的气体可膨胀或转移到该容积中。在矩阵最初充有油时，捕集在储存器矩阵中的气体可散逸到由间隔区域66产生的外周容积中，且在泵送期间生成的气泡可膨胀到容积中，这提供了矩阵的外周处的连续泵送传导，这缓和了起泡效果。由于储存器矩阵不再由壳体部分30完全约束，矩阵中的润滑剂上的力如由图6中的水平箭头所示径向地向内和向外分布。因此，当气体从矩阵散逸时，其载有较少润滑剂伴随它，且因此，润滑剂起泡减少，特别是在开孔44处。在此方面，矩阵中的气体必须沿其行进以便散逸的散逸通路的平均长度缩短，且因此沿该较短通路行进的气体累积较少润滑剂。提供附加的散逸通路的效果将呈现为与直观相反，因为其将提供通过其润滑剂可传送出矩阵的附加手段。然而，相反的是，散逸通路的平均长度的缩短减少了起泡，这在图7中所示，其示出了使用中的润滑剂供应系统60。

在储存器的半径连同散逸通路的长度一起增大时，特别是在半径与长度的纵横比增大的情况下，与现有技术的润滑剂供应系统40相关联的问题变得更坏。因此，本发明在这些类型的储存器中具有特别功用。

更详细参看图5至11，在该实例中为供油螺母的润滑剂转移装置48定位在开孔44中的储存器矩阵62径向内侧，且具有旋转轴线22。储存器罩壳30定位在储存器矩阵62的径向外侧。间隔区域66围绕矩阵的外周定位在储存器矩阵的径向外侧。间隔区域围绕圆周通过接触区域64与彼此分开，接触区域64各自定位于围绕圆周的相邻间隔区域之间。间隔区域和接触区域可围绕圆周均匀分布，或可不规则分布。然而，均匀间隔是优选的，因为其允许气体从矩阵的所有区域相对一致地散逸。

间隔区域形成在储存器罩壳的内表面70与储存器矩阵的外表面72之间。在图3中所示的已知装置中，储存器罩壳的内表面和外表面两者为圆柱形，且具有圆形截面。该装置并未提供气体可从矩阵散逸到其中的容积，因为矩阵围绕其圆周与罩壳紧密接触。在图5、10和11中特别示出的本实例中，储存器罩壳的截面保持相同，但矩阵的截面为六边形，以提供六个接触区域和接触区域之间的六个间隔区域。尽管图5、10和11中示出了六边形截面，其它多边形或无规则截面也可用于提供用于气体膨胀的所需的间隔区域。

在备选装置中，储存器罩壳的内表面可具有多边形或无规则截面，同时矩阵的外表面可具有圆柱形截面，如在图9中示出。

在另一些实例中，储存器罩壳的内表面或储存器的外表面中的一个可包括用于空气通过的通道或凸脊来限定其间的间隔区域，如在图8与图12a及12b中示出。在这些实例中，储存器罩壳30、54的内表面70或储存器矩阵62的外表面72中的至少一个包括分别用于形成至少一些间隔区域的凹槽67、80。

如图8和9中所示，在储存器罩壳30的内表面70上形成凹槽67或在所述内表面70上使用多边形或无规则截面仍提供了有利的间隔区域，但如果储存器矩阵材料很难以任何其它形式形成，则允许使用现有的储存器矩阵形成。

在图12a/b中所示的实例中(示出储存器罩壳30、54)，凹槽80形成在储存器矩阵62的外表面72中，以提供由接触区域64分离的间隔区域66，其在使用中接触储存器罩壳30的内表面70。在图12a中所示的实例中，垂直地延伸的轴向凹槽80形成在矩阵62中。在图12b中所示的实例中，形成了螺旋凹槽80，其提供了大的表面面积来用于空气散逸出矩阵62。

在图12a和12b中所示的实例中，储存器矩阵由三层形成，但可使用更多或更少的层，包括由单件材料形成矩阵62。然而，当矩阵62由至少两层形成时，凹槽80的宽度W优选为足够宽，使得如果一层旋转(例如，由于与轴承供油螺母48接触)，则连续传导在层之间沿凹槽80实现。

还有利的是提供轴向地背离轴承装置(即，朝壳体部分54)的储存器矩阵62的表面78中的凹槽78。如图11中所示，增加凹槽78允许捕集空气远离储存器矩阵62向下散逸，且当涡轮分子泵水平定向(其中泵入口面向上)时，允许了油从储存器被向外推动来捕集在储存器罩壳30、54的底座中。凹槽78还可形成在壳体部分54的面向内的表面中。

储存器矩阵62还可包括形成在其内表面44与外表面50之间的多个内开孔74，所述开孔74在矩阵62的轴向向上的轴承面对表面与其轴向向下的面对表面78之间轴向地延伸，如图10中所示。在此意义上，内开孔74认作是不同于储存器矩阵的多孔结构，且认作是表示从储存器矩阵材料42切出的有目的形成的开孔74(圆柱形、多边形或长形孔)。

内开孔74提供了用于容纳在储存器矩阵中的空气散逸的附加空间，因此减少了达到轴承的油泡沫的量。还有可能使用具有内开孔74的储存器矩阵62来替代间隔区域64和接触区域66，但开孔74和间隔区域64/接触区域66的组合由于其累积的有利效果而优选使用。

当矩阵62由至少两层形成时，各个层上的开孔74的尺寸(直径、宽度等)优选足够宽，使得如果一层旋转(例如，由于与轴承供油螺母48接触)，则连续传导在层之间沿各个层中的开孔74实现。

如图6中所示，间隔区域66在储存器矩阵62的长度上轴向地延伸。在该实例中，矩阵的截面沿轴向范围一致，尽管在其它实例中，截面可变化。间隔区域在矩阵的上方的轴向端部处打开，以允许气体传导离开间隔区域。如果间隔区域并未在至少一个轴向端部处打开，则它们将形成凹穴，凹穴捕集气体，而非将其传导离开矩阵。提供与远离矩阵的容积气体连通的间隔区域允许气体容易传导，且减少润滑剂起泡。

在真空泵10和润滑剂供应系统60的使用中，储存器矩阵62最初充有润滑剂（如，油）。除矩阵的开孔44之外，在填充矩阵期间捕集的任何气体都可容易地散逸到间隔区域66中，从而减小了泵在使用时润滑剂起泡的倾向性。在操作中，电机24引起涡轮分子泵送机构14和分子拖曳泵送机构16围绕旋转轴线22旋转。在具有这些类型的泵送机构的真空泵的实例中，可获得大约10^-3和10^-7mbar之间的压力，且取决于低至10^-10mbar的泵压力公差。

传动轴12由电机旋转引起润滑剂转移装置或供油螺母48的旋转。润滑剂从存储器矩阵62沿指状凸起46芯吸至转移装置且转移至轴承26。主要由于由主泵抽空引起泵中生成真空压力生成穿过储存器矩阵的压差，其引起气泡成核及矩阵中的脱气。气泡成核可通过由泵操作引起的振动来增强。气体的气泡在围绕成核部位的矩阵中生成，其在尺寸上增大。位于矩阵的外周处的间隔区域66允许气泡分散，以减少不利于泵和轴承操作的润滑剂起泡的发生。

Claims (13)

1.一种真空泵，包括：

轴承和用于润滑所述轴承的润滑剂供应系统；

所述润滑剂供应系统包括：

包括用于接收润滑剂的储存器矩阵的润滑剂储存器；

与所述储存器矩阵接触来将润滑剂从所述储存器矩阵转移至所述轴承的润滑剂转移装置，所述储存器包括储存器罩壳，其用于将所述储存器矩阵相对所述润滑剂转移装置定位在适当位置；

其中所述储存器包括多个接触区域，所述储存器矩阵在该处与所述储存器罩壳接触来用于将储存器矩阵相对所述润滑剂转移装置定位在适当位置，以及各个接触区域之间的多个间隔区域，所述储存器矩阵在该处与所述储存器罩壳间隔开，以用于接收由所述储存器矩阵中的润滑剂中脱气引起的气体和润滑剂泡沫。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述真空泵具有旋转轴线，且其中所述润滑剂转移装置位于所述储存器矩阵的径向内侧，且所述储存器罩壳位于所述储存器矩阵的径向外侧，且所述间隔区域位于所述储存器矩阵的径向外侧。

3.根据权利要求2所述的真空泵，其特征在于，所述间隔区域形成在所述储存器罩壳的内表面与所述储存器矩阵的外表面之间。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的真空泵，其特征在于，所述间隔区域围绕所述储存器矩阵的圆周定位，且相邻的间隔区域由各个接触区域分离。

5.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵，其特征在于，所述间隔区域在所述储存器矩阵的长度上轴向地延伸。

6.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵，其特征在于，所述储存器罩壳的内表面或所述储存器矩阵的外表面中的一个具有多边形或无规则截面。

7.根据权利要求6所述的真空泵，其特征在于，所述外表面或所述内表面中的另一个具有圆形截面。

8.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵，其特征在于，所述储存器罩壳的内表面或所述储存器矩阵的外表面中至少一个包括用于形成至少一些间隔区域的凹槽。

9.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵，其特征在于，所述储存器矩阵包括多个内开孔，其形成在其内表面与外表面之间，且在所述矩阵的轴向面向上的表面与所述矩阵的轴向面向下的表面之间轴向地延伸。

10.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵，其特征在于，储存器矩阵的轴向地背离所述轴承装置的表面包括凹槽。

11.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵，其特征在于，所述储存器矩阵由至少两层形成。

12.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的真空泵的润滑剂供应系统。

13.一种用于具有如本文所述和所示的多边形或无规则截面的涡轮分子泵的储存器矩阵。