CN110770444A

CN110770444A - 多级旋转活塞泵

Info

Publication number: CN110770444A
Application number: CN201880032421.9A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·德赖费特; 罗兰德·穆勒
Original assignee: Laibao Co Ltd
Current assignee: Laibao Co Ltd; Leybold GmbH
Priority date: 2017-06-17
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2038-05-23
Also published as: CN110770444B; DE202017003212U1; KR20200019620A; TW201907091A; TWI770196B; US20210140430A1; JP2020524236A; EP3638906A1; KR102581752B1; WO2018228784A1

Abstract

本发明涉及一种多级旋转活塞泵，包括：在壳体中的两个轴，该两个轴支撑多个旋转活塞。对应的旋转活塞形成相应的旋转活塞对，其中提供形成相应泵级的多个旋转活塞对。相邻的泵级通过连接通道彼此连接。所述多级旋转活塞泵还包括连接至第一泵级的泵入口以及连接至最后泵级的泵出口。根据本发明，内置体积比为至少15，因此可以获得至少1500m³/h的高泵送能力。

Description

多级旋转活塞泵

【技术领域】

本发明涉及一种多级旋转活塞泵。

【背景技术】

旋转活塞泵通常包括布置在泵室中的两齿旋转活塞。此外，例如已知具有三个或四个齿的多齿旋转活塞。两个旋转活塞在相反的方向上被驱动，这样，通过形成的各个腔室，气体通过入口吸入，并通过出口排出。在多级旋转活塞泵中，多个这样的旋转活塞对串联布置。泵级的出口连接到后续泵级的入口。

为了排空大的锁止室或其他大室，必须泵送大量的气体。这必须经常在短时间内进行。为此，已知的是，将旋转活塞泵与下游的串联的预真空泵组合在一起。当必须连续泵送大量气流时，也使用这种系统，其中特别是在小于20mbar(绝对压力)的低进气压力下进行。

通常，如今，具有相应高的泵送能力的旋转活塞泵和预真空泵的组合被用于泵送大量的气体。

已知的市售多级旋转活塞泵的泵送能力约为600m³/h。例如，型号为SD600C的

山(Kashiyama)泵具有这种泵送能力。通常，在这些泵系统中，大螺杆或多级旋转活塞泵用作预真空泵。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种多级旋转活塞泵，其中旋转活塞和预真空泵的组合可以由具有相当泵送能力的一个旋转活塞泵代替。

根据本发明，该目的通过权利要求1的特征来实现。

通常，存在以下问题：在具有相应大的泵送能力的大型真空泵的情况下，内表面与输送量或吞吐量的比率是不利的。结果，在这种泵中发生高温。高温导致大的热膨胀。在多级旋转活塞泵的情况下，由高温引起的热膨胀特别地在轴向方向上发生，使得旋转活塞轴向地(即，在支撑旋转活塞的轴线的纵向方向上)移动。结果，布置有旋转活塞的泵室将具有相应大的轴向间隙。但是，这反过来会对泵输出产生负面影响，并因此对温度产生负面影响。

根据本发明的多级旋转活塞泵包括布置在壳体中的两个轴，所述轴支撑多个旋转活塞。在此，旋转活塞也可以与相应的轴一体地形成。相应的旋转活塞分别构成旋转活塞对，其中提供分别构成泵级的多个旋转活塞对。相邻的泵级通过连接通道彼此连接。在此，泵级的出口通过连接通道分别连接到后续泵级的入口。此外，流动方向上的第一泵级连接到泵入口。泵入口那里连接有待排空的锁止室等。流动方向上的最后一个泵级连接至泵出口。

根据本发明，多级旋转活塞泵具有大的内置体积比(built-in volume ratio)。内置体积比定义入口级的输送量与出口级的输送量。根据本发明，内置体积比为至少15，优选至少20，特别优选至少25。由于提供了高内置体积比并且由于提供了多级旋转活塞泵，所以可以实现特别是至少1500m³/h，特别是超过2500m³/h的高泵送能力。内置体积比可以通过泵级的长度的变化，旋转活塞的外径的变化、齿数的变化以及这些变化的组合来实现。

为了获得特别高的泵送能力，特别优选的是，多级旋转活塞泵包括至少三级，特别是至少五级。

优选地，下式适用于泵级的数量：

其中：

n是泵级的数量，并且

VR是内置体积比。

此外，优选地，将泵级中的至少一个连接至泄压通道，以避免过压缩，其中，在泄压通道中或在泵级与泄压通道之间布置泄压阀。过压缩是指将气体压缩到高于泵的出口压力的中间压力的压缩，即通常将高于2bar的压力都视为过压缩。通过减少过压缩，可以减少所需的最大马达输出。

特别优选的是，至少前两个泵级，尤其是前三个泵级，连接至泄压通道，在泄压通道中又布置了相应的泄压阀。这些泵级是流动方向的在前泵级。

通过提供这种泄压通道，可以在各个连续的泵级中实现不同的泵送能力。如果第二泵级的泵送能力小于第一泵级的泵送能力，则特别是在泵出阶段开始时，一部分泵送气体可以通过泄压通道直接排出。因此，取决于泵出阶段，在下游泵级之间可能存在不同泵送能力。

因此，根据本发明的多级旋转活塞泵尤其可以这样运行，从而例如在初始的1000mbar的高压下，第一泵级特别是通过泄压通道完全排出泵送气体。在泵出过程开始时，特别地，第一级的阀是打开的。在该泵送阶段，其余的泵级处于空转状态，即，它们输送少量的气体。即使是这样的“空转”阶段也可以输送气体，但是由于泄压阀，没有建立压力。稍后，当压力适当降低时，例如为500mbar，关闭与第一泵级相连的排气阀，并通过与第二泵级相连的泄压通道将被泵送气体特别完全排出。另两个泵级和所有其他泵级的阀都打开。其余的泵级处于空转状态。稍后，例如再次在250mbar的低压下，关闭连接到第二个泵级的泄压阀，并且或者经由其余的泵级或者经由第三个泵级通过连接到第三泵级的泄压通道进行泵送。第一泵级和第二泵级的阀关闭，第三泵级和可能的其他泵级的阀打开。取决于真空泵的级数以及取决于连接到各个泵级的泄压通道的数量，这可以继续进行。

泄压通道优选地连接到环境和/或泵出口。例如，当由于泵送气体是有毒的或必须被清洁而不能被直接导入环境时，与泵出口的连接是特别有利的。

根据另一优选实施例，压力级或布置有相应的旋转活塞对以选择泵级的泵室的尺寸被配置为使得相邻的泵级之间的压力差小于500mbar。由此，可以实现最高温度的降低，使得特别是由于为整个多级旋转活塞泵提供了多个泵级，所以可以获得非常高的泵送能力。

另外，为了获得特别高的泵送能力，有利的是提供有效的冷却。因此，根据优选实施例，壳体在其外部包括散热片和/或在壳体壁中包括冷却通道。冷却介质，特别是冷却液体，流过冷却通道。此外，优选的是，布置在壳体中并且与泵级连接的连接通道布置在冷却通道附近。例如，连接通道可以被冷却通道部分地包围，以实现特别有效的冷却。

关于冷却，另外特别优选的是，布置有旋转活塞的泵室的内表面尽可能大。特别地，适用于下式：

A>400mm²/(m³/h)*S/VR，其中：

A是泵室内表面的一部分，在最终压力运行期间，它的时间平均压力优选大于200mbar，

S是在1-50mbar的泵入口处的入口压力之间的真空泵的最高测量的泵送能力，并且

VR是体积比。为了在给定的输送量下实现相应大的表面，中等转速的转子是有利的。特别地，转速<6000¹/分钟，优选地<4500¹/分钟，特别优选地<3000¹/分钟。

另外，优选的是，连接通道具有例如通过有效冷却气体的散热片扩大的表面。

根据本发明的特别优选的实施例，当多级旋转活塞泵在最终压力下运行时，直接在最后一级后面的气体温度小于300℃，优选小于250℃，特别优选小于200℃。这些温度是在大约20℃的环境温度和大约20℃的冷却剂入口温度以及额定冷却水流(即，从入口到出口冷却水的温度增加小于20℃)和空气运行的情况下测量的。

另外，优选地，旋转活塞以及优选地还有支撑旋转活塞的轴由钢合金或钢制成。特别地，钢轴和铝壳体的组合是有利的，因为热膨胀系数彼此明显不同。

壳体优选地包括铝或铝合金。

特别优选的是上述特征的组合，因为它们有助于获得特别有效的抽吸能力。

根据本发明的多级旋转活塞泵的另一个重要优点在于可以大大减少所需的安装空间。不再需要提供预真空泵，或者至少可以使用更小的预真空泵。

根据另一个优选实施例，第一泵级的出口连接到旁路管线。在旁路管线中，布置有阀。旁路管线特别地连接到第一泵级。通过提供这样的旁路管线，可对第一级泄压。此外，由此确保第一泵级中的压力增加受到限制。

根据本发明，另外可以在短时间内以比额定输出更高的输出来运行驱动马达。由此，可以进一步提高泵的效率。在此，驱动马达尤其可以以比额定功率更高的功率运行5到30秒的时间段。特别地，与额定输出相比，可以将输出增加50％，优选地增加100％。

【附图说明】

在下文中，将基于优选实施例并参照附图来详细说明本发明，其中：

图1示出了根据本发明的多级旋转活塞泵的示意性剖视图；以及

图2示出了包括两个齿的旋转活塞级的示意性横截面。

【具体实施方式】

根据本发明的多级旋转活塞泵包括在泵壳体10中的多个泵级12、14、16、18。每个泵级提供两个旋转活塞。在图2的横截面图中示意性地示出了构造成两齿形旋转活塞的对应的旋转活塞20。两个旋转活塞20沿相反的方向旋转，使得气体通过气体入口24沿箭头22所示的方向被吸入并通过相对的出口26沿箭头28所示的方向排出。

每个旋转活塞对中的每一个旋转活塞都布置在公共轴30(图1)上。因此，多级旋转活塞泵包括在图1中串联布置的两个轴30，所述轴支撑在壳体10中。例如，这些轴由齿轮32驱动。待输送的气体通过泵入口34吸入，并通过泵出口36排出。各个泵级12、14、16、18分别通过连接通道38彼此连接。每个泵级12、14、16、18包括出口40，待输送的气体通过出口40输送到连接通道38中。最后一个泵级18的出口42连接到泵出口36。此外，泵级14、16、18各自包括分别连接到相应的连接通道38的入口44。在每个入口44处，提供了可以是例如重载球阀的阀46、48、50。经由阀，可以在入口44和泄压通道52之间建立连接。第一泵级12可以进一步连接到未示出的旁路管线。这样的旁路管线连接到第一泵级12的出口40并且包括旁路管线阀。旁路管线通常连接到第一泵级的入口34。泄压通道52连接到泵出口36。

优选地，各个泵级的泵送能力在输送方向上减小。特别地，后继泵级的泵送能力等于前一泵级的泵送能力的一半。

在泵出口36处，压力通常约为1000mbar。

当不考虑阀门和管线中的压力损失时，可以根据下表以理想的方式运行旋转活塞泵。

P<sub>in</sub>	P<sub>1</sub>	P<sub>2</sub>	P<sub>3</sub>	V<sub>1</sub>	V<sub>2</sub>	V<sub>3</sub>
							1000	1000	1000	1000	0	0	0
500	1000	1000	1000	g	0	0
							250	500	1000	1000	g	g	0
125	250	500	1000	g	g	g

该表适用于每个泵级的2：1的等级比率，即后续泵级的泵送能力是前一级泵的一半。

这里，P_in是在泵入口34处占主导的压力。压力P₁是在第二泵级14的入口处占主导的压力，P₂是在第三泵级16的入口处占主导的压力，P₃是在第四泵级18的入口处占主导的压力。

所述的压力以毫巴为单位。

阀V₁是阀46，阀V₂是阀48，阀V₃是阀50。“0”表示阀打开，而“g”表示阀关闭。

表中所述的前述值仅是示例性的。重要的是，根据打开的阀的不同，压力从一个泵级到下一泵级减半。因此，当泵级中相应的阀关闭时，压力总是减半，因为泵级仅在阀关闭时才工作。

Claims

1.一种多级旋转活塞泵，包括：

布置在壳体(10)中并支撑多个旋转活塞(20)的两个轴，

其中，对应的旋转活塞(20)构成旋转活塞对，并且提供各自构成一泵级(12、14、16、18)的多个旋转活塞对；

多个连接通道(38)，每个连接通道将相邻的泵级彼此连接；

连接到第一泵级的泵入口(34)；以及

连接到最后泵级的泵出口(36)；

其特征在于：

内置体积比(VR)为至少15，优选至少20，特别优选至少25。

2.根据权利要求1所述的多级旋转活塞泵，其特征在于，泵级的数量(n)为至少三个，特别是至少五个。

3.根据权利要求2所述的多级旋转活塞泵，其特征在于，下式适用于泵级的数量(n)：

4.根据权利要求1至3中任一项所述的多级旋转活塞泵，其特征在于，为了避免过压缩，泵级中的至少一个被连接至布置有泄压阀(46，48，50)的泄压通道(52)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的多级旋转活塞泵，其特征在于，至少第二泵级和第三泵级，特别还有第四泵级被连接至泄压阀(52)。

6.根据权利要求4或5所述的多级旋转活塞泵，其特征在于，所述泄压通道(52)连接到环境和/或所述泵出口。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的多级旋转活塞泵，其特征在于，相邻泵级的压差小于500mbar。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的多级旋转活塞泵，其特征在于，所述壳体(10)包括在外部的散热片和/或布置在壳体壁中的冷却通道。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的多级旋转活塞泵，其特征在于，所述连接通道(38)布置在所述壳体(10)中，特别是在冷却通道附近。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的多级旋转活塞泵，其特征在于，整个旋转活塞泵的泵送能力为至少1500m³/h，特别是至少2500m³/h。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的多级旋转活塞泵，其特征在于，下式适用于布置有旋转活塞对(20)并且具有大于200mbar的时间平均压力的泵室的表面(A)：

A>400mm²/(m³/h)*S/VR，其中：

S是在1-50mbar的最终压力之间泵的最高测量的泵送能力，并且

VR是内置体积比。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的多级旋转活塞泵，其特征在于，在最终压力运行期间，直接在最后一级之后测得的气体温度小于300℃，特别是小于250℃，特别优选小于200℃。