CN108194425B - 一种脂润滑分子泵的冷却结构 - Google Patents

一种脂润滑分子泵的冷却结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种脂润滑分子泵的冷却结构，包括基座、电机壳组件和轴承座，所述轴承座设在基座和电机壳组件下方，电机壳组件设置在基座内；所述电机壳组件包括电机壳，电机壳的侧壁内部设置有第一冷却水腔和导水方管，所述导水方管与第一冷却水腔连通；所述轴承座的侧壁内部设置有第二冷却水腔，轴承座的侧壁上还设置有与第二冷却水腔分别连通的进水口和出水口；所述进水口的一端分别与导水方管和第二冷却水腔连接；所述出水口的一端分别与第一冷却水腔和第二冷却水腔连接。本发明结构用于新型分子泵冷却，水路密封性能好，冷却效率高，结构材料和加工方法保证其残余应力小，结构稳定性高，保证轴承处精度稳定性，可靠性高。

Description

一种脂润滑分子泵的冷却结构
技术领域
本发明涉及真空设备领域，特别涉及一种脂润滑分子泵的冷却结构。
背景技术
分子泵作为真空获得设备，转子工作转速一般高达每分钟几万转。转子的高转速运转均由高速电机提供。高速电机工作时产生大量的热量，同时主轴两端的轴承在高速运转的情况下也会因为摩擦产生巨大的热量，这些热量若不及时散出，会造成急剧的温升，超过高速电机或轴承正常使用温度范围后，导致其故障，或长期在偏高温度下工作，导致其寿命降低。
脂润滑分子泵因其内部洁净、同磁悬浮分子泵相比的高性价比和360°全方位安装得到用户的青睐。
脂润滑分子泵的结构为保证其抽气性能，高速电机和轴承均固定在内部，属于真空环境，利用气体内部换热几乎不可能，对于电机和轴承的冷却，流行的方法是采用铜管盘在外部结构表面，铜管内通循环冷却水。这种方法冷却能力较弱，也不能有效的冷却轴承,而若脂润滑轴承过早的失效，其维护或维修难度大，费用高，因此设计研发人员往往采用性能极高的轴承和润滑脂来保证可靠性和寿命，这无疑又增加了成本。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明目的是提供一种脂润滑分子泵的冷却结构，用于脂润滑分子泵内部高速电机和轴承的冷却，冷却效率高，水路密封性能好，结构材料和加工方法保证其残余应力小，结构稳定性高，保证轴承处精度稳定性，可靠性高，寿命长。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种分子泵的冷却结构，包括基座、电机壳组件和轴承座，所述轴承座设在基座和电机壳组件下方，电机壳组件设置在基座内；
所述电机壳组件包括电机壳，电机壳的侧壁内部设置有第一冷却水腔和导水方管，所述导水方管与第一冷却水腔连通；
所述轴承座的侧壁内部设置有第二冷却水腔，轴承座的侧壁上还设置有与第二冷却水腔分别连通的进水口和出水口；
所述进水口的一端分别与导水方管和第二冷却水腔连接；所述出水口的一端分别与第一冷却水腔和第二冷却水腔连接。
优选地，所述进水口通过第一连接腔与导水方管连接，通过第二连接腔与第二冷却水腔连接；所述出水口通过第三连接腔与第一冷却水腔连接，通过第四连接腔与第二冷却水腔连接。
优选地，所述导水方管延电机壳侧壁的竖直方向设置，导水方管的上端部与第一冷却水腔连接，下端部与第一连接腔连接，所述导水方管的下端部与第一连接腔的连接处设置有密封水管，所述密封水管设置在导水方管和第一连接腔的内侧，密封水管一端延伸至导水方管内，另一端延伸至第一连接腔内。所述密封水管将电机壳组件和轴承座内的水路连接，起到导流和部分密封的作用。
优选地，所述密封水管外侧与导水方管和第一连接腔的连接处设置有的密封水管密封圈。在密封水管外圈再套上密封圈保证电机壳和轴承座水路接缝处进一步密封，同时对密封水管处密封圈起到定位作用，此处密封水管是采用创新型的接缝插入式密封，该密封方式的优点是：密封水管插入轴承座和电机壳的水路中，起到导流和部分密封的作用，在轴承座该位置处设计有密封槽，套入密封水管密封圈进一步密封，密封水管自身有一定的密封能力，同时对密封水管密封圈起到定位的作用，保证装配人员装配压紧过程中处于视觉盲区时，密封水管密封圈位置稳定，正常压紧。密封水管和密封水管密封圈配合的密封性能优越，已通过长时间运行寿命试验的验证。
优选地，所述导水方管的上方设置有水路挡块，第一冷却水腔内延竖直方向设置有多个平行的隔板，所述隔板延第一冷却水腔的周长方向一端封闭，另一端开口；所述相邻隔板的开口端分别设置在导水方管的两侧，使第一冷却水腔内形成一从上往下的S形水路。
优选地，所述电机壳的外侧壁上设置有密封钢套，电机壳的中间设置有主轴、上轴承、下轴承、高速电机定子和高速电机转子；
所述上轴承和下轴承分别设置在主轴的上端部和下端部，与主轴同轴连接，所述高速电机转子、高速电子定子从内到外依次设置在主轴外侧，所述高速电机转子和高速电子定子设置在上轴承和下轴承之间。
优选地，所述第一冷却水腔设置在上轴承和高速电机定子的外侧，第二冷却水腔设置在下轴承外侧。
优选地，所述轴承座的上端部与密封钢套的外侧壁连接处设置有基座密封圈。
优选地，所述上轴承与电机壳之间设置有上轴承防振环，下轴承与轴承座之间设置有下轴承防振环。
优选地，所述轴承座下端部设置有轴承座挡块，轴承座挡块设置在轴承座中央，所述轴承座挡块与轴承座内侧壁连接处设置有轴承座挡块密封圈，轴承座挡块与第二冷却水腔的下方通过轴承座挡水条密封连接。
优选地，所述第二冷却水腔内设置有挡板，所述挡板将第二冷却水腔的进水端和出水端隔离。由此使冷却水的水流方向保持一致。
优选地，所述基座与电机壳组件的连接处设置有电机壳密封圈。
优选地，在上轴承与电机壳的接触面(导热胶位置1)、下轴承与轴承座的接触面(导热胶位置2)上涂导热胶。可进一步提高冷却结构的冷却效率。
优选地，所述的基座材料采用高强度7系航空铝合金，采用多道加工工序，并进行时效处理，保证其残余应力小，结构精度稳定性高，与电机壳和基座的安装面精度均超过0.01mm。
优选地，所述的电机壳、密封钢套、水路挡块和导水方管之间通过焊接而成。材料均采用2Cr13马氏体不锈钢，同时兼顾高强度和防锈功能。其主要水路通过在外圆表面底部通水孔先加工成螺纹孔，便于焊接后检漏。焊接后外圆整体加工，并留1mm余量，调质处理增加机械性能。精磨内孔配电机定子，精磨外圆0.005mm。所述密封钢套与电机壳焊接工艺要求高，焊接结束后清根处理，保证其余基座的配合面精度。
所述电机壳组件和基座、基座与轴承座、轴承座挡块与轴承座均采用螺钉紧固，并且两两之间加装密封圈保证泵体内部与大气隔绝。
优选地，所述的轴承座材料采用2Cr13马氏体不锈钢，兼顾高强度和防锈功能，其内圆面与轴承配合，三次精车而成，其上部安装面在精密铣床上加工而成。轴承座外圆侧面开孔用于出水进水接头安装，内部加工一圈水路与侧面开孔连接；轴承座上面开孔同样与侧面开孔连接。
优选地，所述的轴承座挡水条采用弹性和密封性均优良的丁晴橡胶，用于轴承座一圈水路密封，通过轴承座挡块压紧。
优选地，所述的密封水管根据其受力状况小并且长期与水接触的特点，采用防锈性能更好的304不锈钢，外圆剖面属于阶梯结构，采用多次装夹车削到位的方法加工，起到定位密封水管密封圈和导流的作用。
优选地，所述的轴承座挡块采用304不锈钢，并设有密封槽，该处配合面精车而成。轴承座挡块主要起到压紧轴承座挡水条和隔绝泵内与大气的作用。
优选地，所述的各类密封圈均采用密封性能更好氟橡胶，其中密封水管密封圈用于轴承座与电机壳组件之间水路接缝的密封，其余如轴承座挡块密封圈、电机壳密封圈和基座密封圈均保证泵内环境与大气的隔绝。
本发明所述冷却结构进出水口均在轴承座上，并行有2条水路。工作时，进水口入水，一条水路沿向上的出口通过进水密封水管、导水方管进入电机壳上部，再通过电机壳上第一连接腔内的S形水路一圈又一圈流至底部出水端，最终从轴承座出水口流出，形成循环水路，用于电机壳内壁的高速电机定子和上部的上轴承冷却；另一条水路在轴承座内，沿着轴承座内第二连接腔一圈，从轴承座出水口流出，用于轴承座内壁安装的下轴承冷却。这种冷却结构中，冷却水大面积与发热零部件接触，冷却量大，同时在主要的三个冷却面(冷却面1、冷却面2和冷却面3)处均设置为薄壁结构(壁厚均为4mm)，冷却目标明确，冷却效率高，保证上轴承、下轴承和高速电机定子均匀散热，延长其寿命。
本发明的冷却结构可高效实现脂润滑分子泵中需冷却部件上轴承、下轴承和高速电机定子的均匀散热，达到快速冷却的效果，延长其使用寿命。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1)冷却能力强，大面积的接触式导热决定了这一点；
2)冷却效率高，与需冷却的各部件距离均匀；
3)密封水管采用创新型的接缝插入式密封性能优越，已通过长时间寿命试验验证；
4)结构材料和加工方法保证其残余应力小，结构稳定性高，保证轴承处精度稳定性，可靠性高。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明所提供的新型脂润滑分子泵冷却结构整体示意图；
图2是电机壳组件水循环示意图；
图3是轴承座水循环示意图；
图4是整体水路循环和冷却位置示意图；
图5是电机壳与轴承座水路接缝处A处结构详细示意图；
图6是电机壳与密封钢套焊接处B处详细示意图；
图7是电机、轴承与冷却结构接触示意图。
图中，1-基座，21-电机壳，22-导水方管，23-密封钢套，24-水路挡块，31-主轴，32-上轴承，33-上轴承防振环，34-下轴承防振环，35-下轴承，36-高速电机定子，37-高速电机转子，4-轴承座，5-轴承座挡块，6-密封水管，7-轴承座挡水条，8-轴承座挡块密封圈，9-密封水管密封圈，10-基座密封圈，11-电机壳密封圈。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种分子泵的冷却结构，如图1-图7所示，包括基座1、电机壳组件和轴承座4，所述轴承座4设在基座1和电机壳组件下方，电机壳组件设置在基座1内；
所述电机壳组件包括电机壳21，电机壳21的侧壁内部设置有第一冷却水腔和导水方管22，所述导水方管22与第一冷却水腔连通；
所述轴承座4的侧壁内部设置有第二冷却水腔，轴承座4的侧壁上还设置有与第二冷却水腔分别连通的进水口和出水口；
所述进水口的一端分别与导水方管22和第二冷却水腔连接；所述出水口的一端分别与第一冷却水腔和第二冷却水腔连接。
优选地，所述进水口通过第一连接腔与导水方管22连接，通过第二连接腔与第二冷却水腔连接；所述出水口通过第三连接腔与第一冷却水腔连接，通过第四连接腔与第二冷却水腔连接。
所述导水方管22延电机壳21侧壁的竖直方向设置，导水方管22的上端部与第一冷却水腔连接，下端部与第一连接腔连接，所述导水方管22的下端部与第一连接腔的连接处设置有密封水管6，所述密封水管6设置在导水方管22和第一连接腔的内侧，密封水管6一端延伸至导水方管22内，另一端延伸至第一连接腔内。所述密封水管6将电机壳组件和轴承座4内的水路连接，起到导流和部分密封的作用。
所述密封水管6外侧与导水方管22和第一连接腔的连接处设置有的密封水管密封圈9。在密封水管外圈再套上密封圈保证电机壳和轴承座水路接缝处进一步密封，同时对密封水管处密封圈起到定位作用，此处密封水管是采用创新型的接缝插入式密封，该密封方式的优点是：密封水管6插入轴承座4和电机壳21的水路中，起到导流和部分密封的作用，在轴承座4该位置处设计有密封槽，套入密封水管密封圈9进一步密封，密封水管6自身有一定的密封能力，同时对密封水管密封圈9起到定位的作用，保证装配人员装配压紧过程中处于视觉盲区时，密封水管密封圈9位置稳定，正常压紧。密封水管6和密封水管密封圈9配合的密封性能优越，已通过长时间运行寿命试验的验证。
所述导水方管22的上方设置有水路挡块24，第一冷却水腔内延竖直方向设置有多个平行的隔板，所述隔板延第一冷却水腔的周长方向一端封闭，另一端开口；所述相邻隔板的开口端分别设置在导水方管22的两侧，使第一冷却水腔内形成一从上往下的S形水路。
所述电机壳21的外侧壁上设置有密封钢套23，电机壳21的中间设置有主轴31、上轴承32、下轴承35、高速电机定子36和高速电机转子37；
所述上轴承32和下轴承35分别设置在主轴31的上端部和下端部，与主轴31同轴连接，所述高速电机转子37、高速电子定子36从内到外依次设置在主轴31外侧，所述高速电机转子37和高速电子定子36设置在上轴承32和下轴承35之间。
所述第一冷却水腔设置在上轴承32和高速电机定子36的外侧，第二冷却水腔设置在下轴承35外侧。
所述轴承座4的上端部与密封钢套23的外侧壁连接处设置有基座密封圈10。
所述上轴承32与电机壳21之间设置有上轴承防振环33，下轴承35与轴承座4之间设置有下轴承防振环34。
所述轴承座4下端部设置有轴承座挡块5，轴承座挡块5设置在轴承座4中央，所述轴承座挡块5与轴承座4内侧壁连接处设置有轴承座挡块密封圈8，轴承座挡块5与第二冷却水腔的下方通过轴承座挡水条7密封连接。
所述第二冷却水腔内设置有挡板，所述挡板将第二冷却水腔的进水端和出水端隔离。由此使冷却水的水流方向保持一致。
所述基座1与电机壳组件的连接处设置有电机壳密封圈11。
在上轴承32与电机壳21的接触面(导热胶位置1)、下轴承35与轴承座4的接触面(导热胶位置2)上涂导热胶。可进一步提高冷却结构的冷却效率。
所述的基座材料采用高强度7系航空铝合金，采用多道加工工序，并进行时效处理，保证其残余应力小，结构精度稳定性高，与电机壳和基座的安装面精度均超过0.01mm。
所述的电机壳21、密封钢套23、水路挡块24和导水方管22之间通过焊接而成。材料均采用2Cr13马氏体不锈钢，同时兼顾高强度和防锈功能。其主要水路通过在外圆表面底部通水孔先加工成螺纹孔，便于焊接后检漏。焊接后外圆整体加工，并留1mm余量，调质处理增加机械性能。精磨内孔配电机定子，精磨外圆0.005mm。所述密封钢套与电机壳焊接工艺要求高，焊接结束后清根处理，保证其余基座的配合面精度。
所述电机壳组件和基座1、基座1与轴承座4、轴承座挡块5与轴承座4均采用螺钉紧固，并且两两之间加装密封圈保证泵体内部与大气隔绝。
所述的轴承座材料采用2Cr13马氏体不锈钢，兼顾高强度和防锈功能，其内圆面与轴承配合，三次精车而成，其上部安装面在精密铣床上加工而成。轴承座外圆侧面开孔用于出水进水接头安装，内部加工一圈水路与侧面开孔连接；轴承座4上面开孔同样与侧面开孔连接。
所述的轴承座挡水条7采用弹性和密封性均优良的丁晴橡胶，用于轴承座一圈水路密封，通过轴承座挡块压紧。
所述的密封水管6根据其受力状况小并且长期与水接触的特点，采用防锈性能更好的304不锈钢，外圆剖面属于阶梯结构，采用多次装夹车削到位的方法加工，起到定位密封水管密封圈9和导流的作用。
所述的轴承座挡块5采用304不锈钢，并设有密封槽，该处配合面精车而成。轴承座挡块5主要起到压紧轴承座挡水条7和隔绝泵内与大气的作用。
所述的各类密封圈均采用密封性能更好氟橡胶，其中密封水管密封圈9用于轴承座4与电机壳组件之间水路接缝的密封，其余如轴承座挡块密封圈8、电机壳密封圈11和基座密封圈10均保证泵内环境与大气的隔绝。
本发明所述冷却结构进出水口均在轴承座4上，并行有2条水路。工作时，进水口入水，一条水路沿向上的出口通过进水密封水管6、导水方管22进入电机壳21上部，再通过电机壳21上第一连接腔内的S形水路一圈又一圈流至底部出水端，最终从轴承座4出水口流出，形成循环水路，用于电机壳21内壁的高速电机定子36和上部的上轴承32冷却；另一条水路在轴承座4内，沿着轴承座4内第二连接腔一圈，从轴承座4出水口流出，用于轴承座4内壁安装的下轴承35冷却。这种冷却结构中，冷却水大面积与发热零部件接触，冷却量大，同时在主要的三个冷却面(冷却面1、冷却面2和冷却面3)处均设置为薄壁结构(壁厚均为4mm)，冷却目标明确，冷却效率高，保证上轴承32、下轴承35和高速电机定子36均匀散热，延长其寿命。
综上所述，本发明的冷却结构可高效实现脂润滑分子泵中需冷却部件上轴承、下轴承和高速电机定子的均匀散热，达到快速冷却的效果，延长其使用寿命。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种分子泵的冷却结构，其特征在于，包括基座、电机壳组件和轴承座，所述轴承座设在基座和电机壳组件下方，电机壳组件设置在基座内；
所述电机壳组件包括电机壳，电机壳的侧壁内部设置有第一冷却水腔和导水方管，所述导水方管与第一冷却水腔连通；
所述轴承座的侧壁内部设置有第二冷却水腔，轴承座的侧壁上还设置有与第二冷却水腔分别连通的进水口和出水口；
所述进水口的一端分别与导水方管和第二冷却水腔连接；所述出水口的一端分别与第一冷却水腔和第二冷却水腔连接；
所述导水方管沿电机壳侧壁的竖直方向设置，导水方管的上端部与第一冷却水腔连接，下端部与第一连接腔连接，所述导水方管的下端部与第一连接腔的连接处设置有密封水管，所述密封水管设置在导水方管和第一连接腔的内侧，密封水管一端延伸至导水方管内，另一端延伸至第一连接腔内；
所述密封水管外侧与导水方管和第一连接腔的连接处设置有密封水管密封圈，所述密封水管外圈再套上密封圈，此处密封水管采用接缝插入式密封；所述轴承座还设计有密封槽，用于套入密封水管密封圈；
所述的密封水管的外圆剖面属于阶梯结构，采用多次装夹车削到位的方法加工；
所述的基座材料采用高强度7系航空铝合金，采用多道加工工序，并进行时效处理。
2.根据权利要求1所述的分子泵的冷却结构，其特征在于，所述导水方管的上方设置有水路挡块，第一冷却水腔内沿竖直方向设置有多个平行的隔板，所述隔板沿第一冷却水腔的周长方向一端封闭，另一端开口；所述相邻隔板的开口端分别设置在导水方管的两侧，使第一冷却水腔内形成一从上往下的S形水路。
3.根据权利要求1所述的分子泵的冷却结构，其特征在于，所述电机壳的外侧壁上设置有密封钢套，电机壳的中间设置有主轴、上轴承、下轴承、高速电机定子和高速电机转子；
所述上轴承和下轴承分别设置在主轴的上端部和下端部，与主轴同轴连接，所述高速电机转子、高速电子定子从内到外依次设置在主轴外侧，所述高速电机转子和高速电子定子设置在上轴承和下轴承之间。
4.根据权利要求3所述的分子泵的冷却结构，其特征在于，所述第一冷却水腔设置在上轴承和高速电机定子的外侧，第二冷却水腔设置在下轴承外侧。
5.根据权利要求3所述的分子泵的冷却结构，其特征在于，所述轴承座的上端部与密封钢套的外侧壁连接处设置有基座密封圈。
6.根据权利要求3所述的分子泵的冷却结构，其特征在于，所述上轴承与电机壳之间设置有上轴承防振环，下轴承与轴承座之间设置有下轴承防振环。
7.根据权利要求1所述的分子泵的冷却结构，其特征在于，所述轴承座下端部设置有轴承座挡块，轴承座挡块设置在轴承座中央，所述轴承座挡块与轴承座内侧壁连接处设置有轴承座挡块密封圈，轴承座挡块与第二冷却水腔的下方通过轴承座挡水条密封连接。
8.根据权利要求1所述的分子泵的冷却结构，其特征在于，所述基座与电机壳组件的连接处设置有电机壳密封圈。
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