CN109944797A - 涡旋泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涡旋泵(60)，其包括：具有动涡盘(64)和静涡盘(66)的涡旋机构(62)；具有同心轴部分(68)和连接到动涡盘的偏心轴部分(70)的驱动轴。轴被布设成由马达(72)进行驱动，以致该轴的旋转把相对于静涡盘的公转运动传递给动涡盘，用以沿从涡旋机构的入口(74)到出口(76)的流动路径泵送流体。轴向唇形密封件(88)位于动涡盘和静涡盘之间，用以阻止流体从涡旋机构的外部泄漏进入流动路径。

Description

涡旋泵

技术领域

本发明涉及经常被称之为涡旋压缩机的涡旋泵。

背景技术

已知的涡旋压缩机或者涡旋泵10在图3中示出并且在本申请人的较早申请WO2011/135324中更为详细地得以描述。图3中所示出的泵具有反向涡旋结构。泵10包括泵壳体12和具有偏心轴部分16的驱动轴14。轴14由马达18进行驱动，并且偏心轴部分被连接到动涡盘20，从而在使用过程中，该轴的旋转把相对于静涡盘22的公转运动(orbitingmotion)传递给动涡盘，用于沿在压缩机的泵入口24和泵出口26之间的流体流动路径泵送流体。静涡盘通常在左侧示出而动涡盘通常在右侧示出。静涡盘包括开口28，轴14穿过该开口而延伸并且在静涡盘与马达18相反一侧被连接到动涡盘20。高真空区域30位于入口24处，而低真空或者大气区域32位于出口26处。

配重44平衡该泵的公转部件的重量，该公转部件包括动涡盘20、第二轴承36以及驱动轴的偏心部分16。动涡盘20构成该公转部件重量的主要部分并且其质心位于相对靠近动涡盘的涡板(scroll plate)的地方。罩盖46固定到动涡盘的凸起承座48上，并且从高真空区域30密封包含配重和轴承34、36在内的低真空区域。

防自转装置50位于泵的高真空区域30中并且被连接到动涡盘20和壳体12上。该防自转装置阻止动涡盘的自转，但却允许动涡盘的公转运动。该防自转装置不用润滑并且在这个示例中由塑料材料制成，而且可以为在较早申请中更加详细地描述过的单体式聚合物部件。

第一轴承34支承驱动轴14的同心部分用以旋转。该轴承34相对壳体或者所示出的静涡盘22而言是固定的。第二轴承36将驱动轴的偏心部分16连接到动涡盘20，允许动涡盘相对于偏心部分的角运动(angular movement)。第一轴密封件38位于静涡盘22和该轴的同心部分14之间并且阻止润滑剂从第一轴承34以及气体从泵的大气侧朝向泵的低压侧或者进入到入口和出口之间的流动路径的通路。第二轴密封件42位于动涡盘20和该轴的偏心部分16之间并且阻止润滑剂从第二轴承36进入到入口和出口之间的流动路径的通路。

一般而言人们期望生产较小的泵。与非反向式涡旋泵相比较，反向式涡旋泵提供更加紧凑的解决方案。在反向式解决方案中，上述轴密封件被用来在轴和动涡盘以及轴和静涡盘之间进行密封。典型地使涡旋泵以大约1500 rpm进行旋转，但是随着泵变小则要求例如以1800 rpm的速度使驱动轴更快地进行旋转，以维持相似的泵送性能。通常，轴密封件磨损得非常快并且需要定期更换，而且这个问题在更高速度下加重恶化。虽然可以采用较硬的密封件并且可能会维持更久一些，但却会密封得不太有效。

发明内容

本发明提供了一种改进的涡旋泵。

本发明提供了一种涡旋泵，其包括：具有动涡盘和静涡盘的涡旋机构；具有同心轴部分和连接到动涡盘的偏心轴部分的驱动轴，该轴被布设成由马达进行驱动，以致轴的旋转把相对于静涡盘的公转运动传递给动涡盘，用以沿从涡旋机构的入口到出口的流动路径泵送流体，其中，轴向唇形密封件(lip seal)位于动涡盘和静涡盘之间，用以阻止流体从涡旋机构的外部泄漏进入流动路径。

在附随的权利要求书中限定了本发明的其它优选和/或可选方面。

附图说明

为了使本发明可以更好地得以理解，现在参照附图并仅通过举例的方式对其实施例进行描述，其中：

图1示出了涡旋泵；

图2示出了涡旋泵的密封布置的放大图；

图3示出了第一现有技术的涡旋泵。

具体实施方式

参考图1，所示出的涡旋泵60在结构上类似于涉及图3所描述的公知的反向式涡旋泵(inverted scroll pump)。仅仅详细地描述涡旋泵60不同于公知的反向式涡旋泵的那些特征。

类似于公知的涡旋泵，涡旋泵60包括具有动涡盘64和静涡盘66的涡旋机构62。驱动轴具有同心轴部分68和连接到动涡盘的偏心轴部分70。该轴被布设成由马达72进行驱动，以使得该轴的旋转把相对于静涡盘的公转运动传递给动涡盘。

涡盘的相对公转运动沿从涡旋机构的入口74到出口76的流动路径(flow path)泵送流体。入口位于该机构的径向外部处，而出口位于该机构的径向内部处。

第一轴承78位于静涡盘和该轴的同心部分68之间并且支承该轴用以通过马达72而旋转。第一轴承可以为润滑滚动轴承。第二轴承80位于动涡盘和该轴的偏心部分70之间并且支承动涡盘用以公转转动。防自转装置82防止动涡盘的自转但却允许在两个正交维数中横向平移(lateral translation)，以使得该轴的旋转导致所需要的公转运动。

在涡盘的相对公转运动期间，流体沿流动路径从涡旋机构的入口74泵送到出口76，该流动路径在遵循通常为渐开线路径的涡盘壁之间延伸。在涡旋泵的情况下，沿流动路径的每个完整圆周被称之为一圈(wrap)并且流动路径从紧邻入口的外圈延伸到紧邻出口的内圈。由于当流体沿渐开线路径在凹处(pocket)行进时其被压缩，所以必须在相邻圈之间进行密封以阻止从高压凹处到低压凹处的泄露，密封典型地利用顶端密封件(tip seal)而实现。顶端密封件是本领域公知的，安置在动涡盘和静涡盘两者的涡盘壁的轴向端部处，在图1中由标记84指出。该顶端密封件是动态密封件，并且被设计成当泵处于运转时，在涡盘的相对公转运动期间在相邻圈之间进行密封。除了穿越相邻圈之间的涡盘壁的泄漏以外，还可能发生由图1中箭头86所示的从大气进入流动路径的泄漏。当泵处于运转时，涡盘机构的内圈中的压力很高，例如可能为大约800 mbar。因此，从1000 mbar下的气流86到内圈中的800 mbar的压差相对较小，并且可以通过顶端密封件以公知的布置方式来加以阻止。但是，当泵停止运转时，压力就立即降低到大约50 mbar，从而导致1000 mbar到50 mbar的压差。发生这样的压力降低是因为在涡旋泵中所捕集的气体膨胀进入高真空区域的缘故。存在防止大气气体回流到泵中并且提高压力的排气阀。顶端密封件易于在这些压差处发生泄露。在已知的机构中，由箭头86指出的气体的泄露通过位于轴承78内侧的轴密封件38来阻止。这样的径向轴密封件在本领域中是已知的，但是如上述所指出那样，这些径向密封件因该轴的高旋转速度而很快地磨损并需要定期更换。

在图1的布置中，使用轴向唇形密封件88并且使其位于动涡盘的部分90和静涡盘的部分92之间。涡盘的部分90、92彼此面对并且限定其间的轴向间隙，该轴向间隙通过唇形密封件88进行密封。在这个示例中，唇形密封件88位于动涡盘上并抵靠静涡盘的对置表面或者平面进行密封，但是该唇形密封件也可以安装在每一方涡盘上。由于部分90、92相对于彼此进行公转(orbit)，而不是相对于彼此进行自转(rotate)，因此，密封件和另一个涡盘的对置表面之间的相对运动量就比较小。在这一点上，密封件相对于另一个涡盘的对置表面的运动量与该轴的偏心部分和同心部分之间的偏移量大致成比例。另一方面，在现有技术中，密封件相对于轴的运动量与该轴的半径大致成比例。轴的半径远远大于偏心部分的偏移量，由此图1中的唇形密封件与图3中已知的轴密封件相比承受到更少磨损。因此，即使是在高旋转速度的条件下，尤其是在较小泵中轴向唇形密封件以还算不错地较低的间隔需要更换。

轴向唇形密封件88以简化的形式在图2中示出，这是在图1中示出的区域II的放大图。如上述所指出那样，唇形密封件可以安装在每一方涡盘上，但是，在图2中唇形密封件被安装到动涡盘的部分90上。部分90具有肩部94并且唇形密封件通过诸如过盈配合或者粘合剂的合适方式围绕肩部而进行固定。唇形密封件包括用于将唇形密封件安装到动涡盘的安装部分96以及唇部98，该唇部抵靠静涡盘的部分92进行密封并且阻止沿箭头方向从大气穿过空隙G的泄漏。沿箭头方向的气体泄漏来自于由动涡盘和静涡盘中的开口所限定的区域，并且沿所有径向方向流动(即，不仅仅是图2中所示的方向)。在这一点上，在这个反向涡盘结构中，轴穿过静涡盘中的开口96和动涡盘中的开口99(此数字已经被用于唇形密封件)而延伸，并且如所示那样在静涡盘与马达相反一侧被固定到动涡盘。在泵运转期间，因气体来自泵的高压侧并且在图1中的箭头86的方向上围绕轴承78发生泄漏，故使得开口96、99处于大气压下或者接近于大气压。轴向唇形密封件阻止了气体从这些开口沿图2中示出的箭头的方向进入流动路径的泄漏。如上所指出那样，当泵停止运转时，跨越唇形密封件的压差可以大约为1000 mbar到50 mbar。在唇形密封件的大气侧相对高的压力致使唇形密封件抵靠对置涡盘进行挤压，由此增加了密封力。因此，本布置即使是在高压差下也可进行密封以防泄漏。

此外，由于轴承78、80通常被润滑，所以轴向唇形密封件被构造成除气体之外还阻止润滑剂从轴承进入流动路径的泄漏。

参考图1和图2，唇形密封件88位于从顶端密封件84向内的地方，并且除该顶端密封件所提供的密封力之外还提供密封力。图1以截面方式示出泵60和唇形密封件88，人们将会意识到唇形密封件为围绕该轴的轴线而延伸的环形。唇形密封件优选地具有一般的圆形结构，并且使其位置遍布其相对于对置涡盘的公转运动，从而保持于涡盘机构的出口76径向内侧，以阻止气体泄漏而进入流动路径。

Claims (7)

1.一种涡旋泵，包括：具有动涡盘和静涡盘的涡旋机构；具有同心轴部分和连接到所述动涡盘的偏心轴部分的驱动轴；所述轴被布设成由马达进行驱动，以致所述轴的旋转把相对于所述静涡盘的公转运动传递给所述动涡盘，用以沿从所述涡旋机构的入口到出口的流动路径泵送流体；其中，轴向唇形密封件位于所述动涡盘和所述静涡盘之间以利用密封力压靠其中一个涡盘，用以阻止流体从所述涡旋机构的外部泄漏进入所述流动路径，所述密封力当横跨所述密封件的压差增加时增加；

其中，所述轴向唇形密封件相对于所述动涡盘或所述静涡盘中的一个进行固定，并且相靠所述动涡盘或所述静涡盘中的另一个进行密封，以使得相对于所述另一个涡盘的公转运动被传递到所述唇形密封件。

2.根据权利要求1所述的涡旋泵，其特征在于，所述轴向唇形密封件跨越所述动涡盘和所述静涡盘之间的轴向间隙而延伸。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的涡旋泵，其特征在于，所述涡旋机构的所述入口位于所述机构的径向外部处，所述出口位于所述机构的径向内部处，并且所述轴向唇形密封件从所述出口径向向内地布置。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的涡旋泵，其特征在于，所述轴向唇形密封件为围绕所述轴的轴线而延伸的环形。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的涡旋泵，其特征在于，所述轴穿过所述静涡盘和所述动涡盘上的开口而延伸，并且在所述静涡盘与所述马达相反一侧被固定到所述动涡盘，其中，在使用期间所述开口处于大气压下或者接近于大气压，并且所述轴向唇形密封件阻止气体从所述开口泄漏进入所述流动路径。

6.根据权利要求5所述的涡旋泵，其特征在于，润滑式轴承布置位于所述静涡盘与所述同心轴部分之间和/或所述动涡盘与所述偏心轴部分之间，并且所述轴向唇形密封件阻止润滑剂从所述轴承布置泄漏进入所述流动路径。

7.根据权利要求5或6所述的涡旋泵，其特征在于，所述开口中作用于所述轴向唇形密封件的气压导致由所述唇形密封件所产生的密封力增加。