CN111212979B - 泵和泵送流体的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种泵和用于泵送气体的方法。泵包括转子和定子。转子或定子中的至少一个包括被配置成用于与液体源流体连通的至少一个液体开口。液体开口被配置成使得响应于施加在来自液体源的液体上的驱动力，从开口输出液体流，液体流在转子和定子之间形成液体叶片，由所述定子、所述转子和所述液体叶片限制的气体通过所述泵从气体入口朝向气体出口被驱动。

Description

泵和泵送流体的方法

技术领域

本发明的技术领域涉及泵和泵送的方法。

背景技术

已知不同类型的用于泵送气体的泵。这些包括：捕集型泵，其中，气体在被移除之前被捕获在泵内部的表面上；诸如涡轮分子泵的动力或动量转移泵，其中，气体的分子从入口侧朝向出口或排气侧加速；以及正排量泵，其中，气体被捕获并从泵的入口朝向出口移动。

正排量泵提供通常形成在一个或更多个转子和一个定子之间的移动泵送腔室，转子的运动导致有效的泵送腔室移动。在入口处接收的气体进入并被捕获在泵送腔室中并移动到出口。在一些情况下，在运动期间气穴的体积减小以提高效率。这样的泵包括罗茨泵和旋片式泵。为了将气体抽入腔室中，腔室体积通常膨胀，并且为了将气体从腔室排出，腔室体积通常收缩。体积的这种变化能够例如在旋片泵中通过使用诸如弹簧（它们本身承受磨损）的装置延伸进出泵腔室的叶片来实现，或者在罗茨泵或螺杆泵中使用两个同步转子来实现，所述转子彼此且与定子配合以移动气穴并产生入口和出口之间的体积变化。附加转子需要附加轴、轴承和定时方法（诸如齿轮）来同步转子运动。

此外，为了最小化或至少减少泄漏并且在捕获气体的同时有效率地移动气体，移动零件需要彼此且与形成气体的被捕获体积的静态零件形成紧密密封。一些泵使用诸如油的液体在被捕获体积的表面之间密封，而另一些依赖紧密的非接触余隙，这能够导致制造成本增加，并且如果零件接触或在正被泵送的流体中存在微粒或杂质的情况下，则也能够导致泵对锁定或卡滞敏感。

液体环泵通过提供带有在定子孔中偏心旋转的固定叶片的转子来解决其中的一些问题。叶片通过离心作用将一定体积的液体朝向定子孔的外圆周驱动，气体泵送腔室形成在转子的相邻叶片和液体的环的内圆周之间。这为泵提供了低的磨损和良好的微粒容差，因为转子叶片不接触定子孔并且微粒能够被容纳在大的余隙和液体环本身中。不过，缺点是，这种类型的泵通常具有高的功率消耗并且在低频率下操作，以减少阻力损失、湍流和气蚀。针对给定量的泵送能力，这能够导致相对大的泵送机构。

期望提供一种泵，其抵抗磨损、提供低的功率消耗和相对小的泵送机构并且制造和操作相对便宜。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种用于泵送气体的泵，所述泵包括：转子和定子；所述转子或定子中的至少一个包括被配置成用于与液体源流体连通的至少一个液体开口；所述液体开口被配置成使得响应于施加在来自所述液体源的液体上的驱动力，从所述开口输出液体流，所述液体流在述转子和所述定子之间形成液体叶片，由所述定子、转子和液体叶片限制的气体通过所述泵从气体入口朝向气体出口被驱动。

本发明的发明人认识到，如果液体被用于在转子和定子之间形成表面或叶片，则气体将被定子、转子和液体叶片限制，从而在转子旋转时允许气体被驱动通过泵。这将可能提供简单、紧凑、低功率、低成本布置，且将避免或至少减轻由于接触表面之间的摩擦和磨损以及用于紧密余隙的制造容差所涉及的成本所引起的问题。他们也认识到，能够通过驱动液体通过一个或更多个液体开口以简单的方式形成这样的叶片。在定子或者转子中的一个上布置液体开口允许液体流形成在转子和定子之间的液体表面或叶片。这样的液体叶片本质上可变形、低成本且能够在被捕获体积的表面之间提供良好密封而不需要紧密的制造容差。此外，这样的叶片本身不承受磨损并且在其接触的表面上提供非常小的磨损。

叶片由流动液体形成，使得形成叶片的液体被持续补充。叶片的表面连同转子的表面和定子起作用，以限制、捕获、隔离或者包围待被泵送的气体。转子的旋转导致被捕获的气体从气体入口移动到气体出口。

来自液体开口的液体的流提供在转子和定子之间作为来自液体开口的液体表面延伸的叶片。待被泵送的气体位于叶片的任一侧上。

处于本专利申请的目的，泵的转子是旋转元件并且定子是转子旋转所相对的元件。此外，待被泵送的气体可以是蒸气，或者气体蒸气混合物，或者其内夹杂颗粒的气体。

在一些实施例中，转子被可旋转地安装在定子的孔内并且，形成在转子和定子孔之间的液体叶片的液体流可操作成在转子在定子孔内旋转时驱动气体通过泵。

转子的旋转提供了在包围气穴的表面之间的相对运动，使得在一些实施例中液体叶片沿着泵送路径将气体从气体入口驱动到气体出口。在一些实施例中能够提供这种相对运动连同气穴的体积的变化，而不会对限制气穴的表面产生任何明显磨损，因为至少一个是由液体叶片形成的，并且由于其可变形性质，其表面形状和大小在旋转期间将适于在转子和定子之间的距离。

在一些实施例中，所述泵包括驱动机构以用于在所述液体上施加所述驱动力，以驱动所述液体从所述液体源通过所述至少一个液体开口。

虽然被施加在液体上的驱动力可以来自于泵外部的源，不过泵可以例如被连接到外部加压液体源，在一些实施例中泵本身包括用于在液体上施加这种驱动力的驱动机构。

虽然液体开口可以被形成在转子的表面上，但是在一些实施例中它们被形成在定子孔的表面上并且指向转子。这可以具有如下优点：允许以简单方式向泵供应加压液体，因为不同于转子，定子孔不旋转并且在一些实施例中提供泵的外表面。

在一些实施例中，所述转子是中空主体并且所述驱动机构包括用于旋转所述转子的马达。

在液体开口在转子上的情况下向液体提供驱动力的一种方式是，使用中空转子并且使得这种转子旋转。在这样的实施例中，转子的旋转可以导致中空转子主体内的液体通过离心作用被迫紧靠中空转子主体的外圆周并且通过一个或更多个液体开口离开，从而形成液体流。在液体开口被恰当地布置的情况下这种液体流将形成延伸到定子孔的液体叶片。

在一些实施例中，所述液体源包括储存器，所述转子被部分浸没在该储存器中。

向中空转子供应液体的一种方式是将转子部分浸没在液体的储存器中。

在一些实施例中，所述中空转子在延伸到所述液体储存器中的下端处具有开口，所述中空转子的内部直径从所述下端增加。使得转子旋转将导致液体在转子内上升并且通过液体开口被排出。

期望的是中空转子主体的内部直径从底部朝向上端增加，且底端浸没在储存器中。以此方式，在被浸没在液体储存器中的下端处，存在较小直径并且直径沿着中空主体向上增加。这导致液体被离心力推动紧靠中空主体的内表面，以使得增大的内部直径朝向转子主体的顶部上升。直径的增加可以是倾斜增加或者其可以是阶梯式增加或者其可以是二者的组合。它还可以由转子的内部表面上的叶来补充，以支持液体朝向较大直径的加速。液体朝向中空主体的内表面被抛出并且在随后液体的加速度和压力的向上推动下上升。旋转速度以及诸如液体的密度的其它参数将影响液体沿着中空主体被向上推动多高。转子的适当速度和大小能够根据被泵送通过开口以形成叶片或叶的液体的期望流速来选择。应该注意，应该将足够液体从储存器供应到中空转子主体中，以在转子和定子之间维持不间断液体流，以便使得气体被有效地泵送。这同样取决于诸如转子的旋转速度的参数并且也取决于开口的大小和数量以及转子的高度。

在一些实施例中，所述转子和定子被安装成一个在另一个的孔内，使得一个包括内部部件并且另一个包括外部部件。

泵可以由被安装成具有一个在另一个内的平行轴线的转子和定子形成。转子旋转，从而提供在两个部件之间的相对运动，该相对运动提供用于泵送气体的驱动力。在一些实施例中，旋转部件（转子）是内部部件，而在其它实施例中它是外部部件。

在一些实施例中，所述内部部件被偏心地安装在所述外部部件的所述孔内，而在其它实施例中，所述内部部件被同中心地安装在所述外部部件的所述孔内。

偏心地安装内部部件意味着当存在相对旋转时，由定子、转子和液体叶片形成的气穴的体积将变化。体积的这种变化允许入口处的气体随着限制气穴的腔室膨胀而被吸入到泵送腔室中并且随着腔室收缩而被迫离开气体出口。以此方式，泵以类似于旋片泵的方式作用，其中，可变形液体表面形成叶片。如能够看到的，随着转子旋转，这些叶片的大小实际上会发生变化，但随着转子表面的一部分朝向定子移动或离开定子时，这种情况将自然地发生。不需要机械或滑动零件，诸如弹簧和固体叶片来产生泵送腔室的变化体积。

在一些实施例中，所述泵还包括用于在所述定子和所述转子之间进行密封的密封构件，气体入口在所述密封构件的一侧上并且气体出口在另一侧上。

在转子和定子被同心安装且液体开口在转子上的情况下，则在定子和转子之间的密封构件能够形成位于密封构件的任一侧上的两个泵送腔室的壁。随着转子旋转，这些泵送腔室的体积将会变化。气体出口能够在密封构件的转子旋转所朝向的一侧上，并且气体入口能够在远侧上。

在一些实施例中，所述至少一个液体开口沿着所述定子或转子中的一个的长度的至少一部分延伸，所述至少一个液体开口被配置成将所述液体叶片提供为在轴向方向上在所述定子和转子之间至少部分延伸的表面。

虽然液体开口可以以多种不同方式被布置，不过它们可以被布置成即使得从它们排出的液体形成液体叶片，该液体叶片沿着在转子和定子之间的泵的长度的至少一部分延伸。

在一些实施例中，所述泵还包括从所述转子或者定子中的不包括所述至少一个液体开口的一个的表面延伸的突起。

定子或转子中的一个可以具有至少一个液体开口，并且另一个具有突起，使得在这二者之间的相对旋转导致由至少一个液体开口形成的液体叶片沿着由突起形成的路径吹扫气体。

（一个或多个）液体开口可以以多种方式被布置。可以存在彼此相邻布置的多个液体开口，或者可以存在槽形式的单个开口。在一些实施例中，槽或多个开口具有基本上平行于转子和定子的轴线延伸的纵向形式。这样的布置提供了基本上垂直于泵送腔室的半径的叶片。

在其它实施例中，槽或相邻开口可以相对于定子和转子的轴线成角度，并且在一些情况下可以形成螺旋，使得在定子和转子之间形成螺旋液体叶片。

围绕定子或转子中的一个的表面延伸的螺旋槽或由多个开口形成的螺旋提供了以类似于螺杆泵的方式作用的泵。

被配置成产生这样的叶片的泵可以与在另一个部件的表面上的螺旋突起结合使用，或者与平面表面结合使用。

在一些实施例中，所述螺旋的角度从所述气体入口朝向所述气体出口变化，使得所述螺旋的螺距朝向所述气体出口减小。

随着气体被泵送向其提供体积压缩不仅有助于从腔室排出，而且还减少了泵送给定体积的气体所需的功率。

在旋片型的布置中，，随着转子旋转且叶片围绕定子孔运动，由于转子被偏心地安装在定子孔内而提供体积压缩。

在螺杆型布置的情况下，提供在气体入口和气体出口之间的大小减小的泵送腔室的一种方式是从入口朝向气体出口改变螺旋的螺距。这沿着泵轴线的长度产生了体积压缩。

在一些实施例中，所述定子和所述转子中的至少一个是渐缩的，使得在所述定子和所述转子之间的距离朝向所述气体出口减小。

提供在入口和出口之间的大小减小的泵送腔室的另一种方式是提供渐缩部，使得在定子和转子之间的距离朝向气体出口减小。在一些实施例中，定子是渐缩的。不旋转的定子的渐缩通常是朝向气体出口产生泵送腔室的大小的减小的最简单方式。

在一些实施例中，所述定子和所述转子中的至少一个非轴向对称地渐缩，使得在所述定子和所述转子之间的距离朝向所述气体出口减小。

在一些实施例中，外部部件的孔朝向所述气体出口非轴向对称地渐缩，而在其它实施例中内部部件可以具有增加的直径。

非轴向对称的渐缩可以有助于通过气体出口排出气体以及通过气体入口吸入气体。

在定子渐缩的情况下，转子可以在一侧上维持平行并靠近定子，以沿着这个长度密封，并且定子孔在更远离转子的一侧上渐缩。气体出口可以在叶片的旋转方向上恰被布置在转子和定子形成密封件的部分之前，同时气体入口可以恰在其之后。

在一些实施例中，所述至少一个液体开口被布置成处于不垂直于所述转子的表面的角度，并且所述液体作为加压液体被供应到转子，在所述成角度的液体开口处输出所述加压液体提供了驱动力以用于使所述转子旋转。

在液体开口相对于转子的表面被布置在一定角度处时，输出液体本身能够向转子施加力来导致转子的旋转。这不需要马达来驱动转子并且能够降低泵的成本并且使得构建泵既简单又节省成本。

在一些实施例中，所述驱动机构包括用于加压从所述源供应的所述液体的加压器具。

如之前所述，在一些实施例中，用于将液体从液体源驱动到开口的驱动机构可以通过转子的旋转来施加，而在其它实施例中驱动机构可以包括用于加压来自源的液体的加压器具。在一些实施例中，液体可以独立于转子的旋转以加压形式被供应。相比于需要转子在液体中产生必要压力的情况，这允许转子和泵送腔室的较慢旋转。

在一些实施例中，所述气体入口和所述气体出口被形成在所述定子上并且均包括单向阀。

在其它实施例中，所述泵包括被形成在所述定子上且均包括单向阀的多个气体入口和多个气体出口。

在一些实施例中，所述泵包括用于驱动轴的马达，所述转子包括被安装在所述轴上的基本上圆形的偏心凸轮，所述轴被同心地安装到定子孔。

可以在液体开口位于定子孔上时良好操作的另一类型的泵是转子是在定子孔内旋转的圆形偏心凸轮的情况。转子的旋转导致在转子外表面和定子内孔表面和液体表面之间的泵送腔室大小变化，从而导致气体随着泵送腔室膨胀经由气体入口阀被吸入，并且随着泵送腔室收缩通过气体出口阀被推动出去，类似于活塞泵的操作。

在一些实施例中，所述多个液体开口提供了多个液体流，所述多个液体流形成在所述转子和所述定子之间的多个液体叶片。

虽然，泵可以包括单个液体开口以形成单个液体叶片，不过在一些实施例中它包括多个液体开口。来自多个开口的液体可以形成单个叶片或者开口可以被布置成使得从它们排出的液体形成多个叶片。

在一些实施例中，所述多个液体开口中的至少一组被布置成彼此相邻，并且从所述多个液体开口中的所述至少一组输出的流组合以形成单个液体叶片。

在一些情况下，可以存在多个开口并且这些中的一组可以形成单个叶片。在仅存在一个叶片的情况下，该组可以包括所有的液体开口，而在其它实施例中，可以存在多个组，每一组均被布置成形成其自身的叶片。虽然液体叶片可以由所谓槽形式的单个液体开口形成，不过在一些实施例中其可以由多个相邻开口形成，所述相邻开口一起足够近以使液体流通过每个开口合并且形成单个叶片。具有多个开口而不是单个槽可以增强它们被布置在其上的转子或者定子的结构完整性，并且由此增强泵的机械完整性。

在一些实施例中，所述泵包括多对气体入口和气体出口，每对气体入口和气体出口由液体开口分开，从而在所述成对气体入口和气体出口之间提供所述液体叶片。

例如在泵包括圆形偏心凸轮转子的情况下，则可以存在多对气体入口和气体出口，其中，每对且每一气体体积被液体开口分开。偏心凸轮的旋转导致被由液体开口所形成的液体表面界定的泵送腔室最初体积增加从而吸入气体通过入口，且之后收缩从而将其推出出口。入口和出口均可以是带阀的。这些多对气体入口和出口能够串联或并联连接从而改变泵的性能特征。

在一些实施例中，所述泵包括气体入口和气体出口和用于使得所述气体在所述气体入口和所述气体出口之间移动的至少一个泵送腔室，泵被配置成使得在操作时所述液体表面、所述转子的表面和所述定子孔的表面形成至少一个泵送腔室的表面。

在一些实施例中，所述泵包括至少一个流体动力轴承来支撑所述转子的至少一个端部。

泵的转子被支撑在轴承上并且通常这些轴承是滚柱轴承或滚珠轴承，它们能够是昂贵的零件，从而需要润滑并承受磨损。利用在缸轴和孔之间的液体膜的流体动力轴承对于这种类型的泵是适当的。在一些情况下，使用来自与泵叶片相同的液体源的液体填充流体动力轴承，从而高效率地利用液体供应和已经在转子和定子中使用的机械特征，并且避免使用附加的部件或者不同的润滑剂液体。

虽然泵可以是诸如压缩机的许多东西，不过在一些实施例中其包括真空泵。根据实施例的泵制作特别有效的真空泵，从而允许气体以具有低磨损和低初始成本的高效率方式被运输。

本发明的第二方面提供了一种用于减少从减排系统泵送的污染物的湿洗涤器，所述湿洗涤器包括根据本发明的第一方面的泵。

减排系统通常与湿洗涤器结合使用，所述湿洗涤器提供液体流以与气体反应或者将颗粒由从减排系统泵送的气体去除。使用液体表面来移动气体的泵可以与附加液体洗涤源结合使用或者单独使用，从而提供液体源和移动气体并从其去除颗粒所需的泵送二者。

本发明的第三方面提供了一种泵送气体的方法，包括：从定子或转子中的一个上的至少一个液体开口输出液体以形成在转子的表面和定子之间的液体叶片；使转子旋转且由此导致被所述定子、所述转子和所述液体叶片限制的气体沿着泵送路径从气体入口行进到气体出口。

在一些实施例中，所述方法包括使得所述转子在所述定子的孔内旋转以便导致所述液体叶片沿着所述泵送路径驱动所述气体。

在所附独立权利要求和从属权利要求中阐述了另外的特定和优选的方面。从属权利要求的特征可以适当地与独立权利要求的特征结合，并且以不同于在权利要求中明确阐述的那些组合方式组合。

在将设备特征描述为可操作以提供功能的情况下，将理解，这包括提供该功能或者适于或配置成提供该功能的设备特征。

附图说明

现在将参考附图进一步描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出了被偏心地安装在定子孔中的转子的横截面和纵截面；

图2示出了同一转子和定子孔，其中在转子的表面上提供液体开口，使得来自所述开口的液体流动形成液体表面或叶片；

图3A至图3C示出了随着转子旋转而通过给定液体开口输出的液体的轨迹以及由液体流产生的对应的表面或叶片；

图4A和图4B示出了在相邻液体表面之间形成的气穴/气体体积；

图5A示出了根据实施例的在泵的转子上的不同的液体开口布置，其中转子被安装在定子孔内；

图5B至图5F示出了泵的不同实施例，其中定子和转子一个安装在另一个内；

图6示出了根据实施例的多级活塞型泵；以及

图7示出了由来自槽的液体流驱动的自驱动的转子，所述槽不垂直于转子的表面。

具体实施方式

在更详细地讨论实施例之前，首先将提供概述。

实施例提供一种泵，其包括是由液体形成的高速度表面的液体叶片，所述表面模仿在常规真空泵中发现且用作隔离并移动气穴的物理边界的一些固体机械表面。液体可以是水，其它液体可以例如被用于改变泵的特性，诸如蒸气压力或者工艺兼容性。

不同于常规泵中发现的刚性固体表面，液体表面的大小和形状将适于转子和定子的相对位置，并且也将提供与其它表面的良好密封，而不会导致对这些表面的明显磨损或依赖紧密容差或对任何正被泵送气体或流体流中的颗粒敏感。

图1至图4A示出了在其真空生成方面接近旋片泵的实施例，其用液体表面替换固体机械滑动叶或叶片。

液体“叶片”由源自形成泵的转子的旋转轴中的孔或者槽的连续液体流形成。液体流朝向偏心定子孔以高速度行进。将液体在高速度下从轴驱动至定子孔所需的压力度能够通过旋转轴的离心作用来实现。由液体流形成并提供液体叶片的表面随轴旋转从而模仿了旋片泵的行为。

图1示出了通过基本上圆形的中空轴的横截面，该中空轴在基本上圆形的定子孔20中以高频率旋转。轴形成泵的转子10并且具有小于定子孔20内部直径的外部直径。轴被偏心定位到大约其在定子内部的最大偏移。

轴和定子的轴线被竖直定向并且中空开口轴的基部浸没在液体储存器30中。

图2示出了操作中的泵，其中，在转子旋转时来自液体储存器30的液体沿着轴10上升。轴10的中空孔具有位于液体储存器水平下方的内部直径12增加，这用于当轴旋转时通过离心力加速液体并将其向上泵送以填充轴13的内部且然后离开轴中的孔或细长槽15，以在轴或转子10和定子内孔20之间形成相接的液体表面40。液体沿定子孔20的内壁向下流回42到储存器30中。这是基于连续循环，使得接触定子内孔20的液体（在一些实施例中是水）在重力下沿孔向下行进并补充储存器。注意，箭头描绘液体流动的方向以产生单个表面或叶片40。

轴内部的液体在离心力下被迫通过孔/槽，并且朝向定子孔行进以形成多个液体表面40，这些形成随着转子10旋转而驱动气体通过泵的叶片。这在图3A至图3C中被更详细地示出。

图3A示出了在忽略由于这些表面的泵送作用而产生的压力差的压力影响时水滴的轨迹，图3B示出了更现实的液滴轨迹（其中考虑了压力差的影响），而图3C示出了叶片的瞬时图像，该图片为在随后多个时间均从开口发出的多个液滴的总和。

图3A至图3C示出了：随着轴10旋转，连续释放液体通过给定孔/槽提供了等同于弯曲叶片的表面40，其有效表面随轴旋转。图3A示出了由于离心力导致的液滴运动。图3B示出了液滴运动，其中，考虑了离心力和在液体叶片的任一侧上的压力差两者。图3C示出了由于离心力、压力差和旋转导致的叶片轮廓。跨过液体表面（PH–PL）的压力差是由于这些表面的泵送作用导致的。液体被排出的越慢，则越多的液体由于压力差而偏转。液体行进得越快，则越少的液体由于压力差而偏转。因此，旋转速度应该被选择成高足够，以使液体的速度足以在转子和内定子壁之间维持不间断表面。这种高旋转速度也允许物理上小型的泵具有相对高的泵送能力。例如，在200Hz运转的具有150mm的定子直径和100mm的轴向长度的真空泵可以提供超过500m³/h的排量。这仅是一个示例并且可以按比例放大或缩小。应该注意的是性能密度（作为物理大小的函数的能力）。泵原理可以提供每立方米体积约300,000 m³/h。当与液体环泵相比时，这是通过旋转的高频率和高空间效率二者来实现的，因为不存在消耗冗余空间的液体环。

图4A示出了被捕获在相邻液体叶片之间的气穴或气体体积如何被这样的泵移动。气穴根据轴旋转和相对于孔的偏心位置而移动并改变体积变，从而导致从入口到出口的泵送作用。气体端口50、52可以被提供有单向阀。

如图3A至图3C和图4A所示，形成叶片的最终液体表面40的形状将由于轴旋转和压降的组合而弯曲。为了对此进行解释，有用的是考虑单独‘液体’的运动和由“液滴”流产生的最终‘表面’。

例如，在时间t=0处，在半径‘r’处从轴释放液滴1。在时间t=δt处，同一液滴1现在将处于半径r+δr处，并且另一液滴将根据轴频率以提前角度从同一孔/槽被释放。当第一液滴在时间t=n.δt处到达定子孔时，其将代表叶片的‘尖端’，并且在该同一时间点处，正从轴中的同一孔/槽被发出的液滴形成叶片的‘根部’。

在特定时间点处观察到的水叶片因此是在时间n.δt（一个液滴从轴行进到定子孔所用的时间）上的连续液体‘液滴’流的产物。此时，轴已经旋转，从而使得根部、尖端和中间位置具有不同的切向轨迹并且叶片具有弯曲外观。

当泵送气体时跨过叶片也存在压降，这将用于使得液滴从其名义切向轨迹偏转并且扩大叶片的曲率。偏转/曲率的量取决于包括压降、液体速度、液体质量/密度和行进的距离的多个参数。这些值的不利组合将使得液滴在到达定子孔之前‘失速’并且阻止叶片完全成形。因此这些参数值应该被组合地选择成在轴和定子之间提供叶片的完全成形。

这些参数也影响在系统中循环的液体的体积并且因此影响产生液体动能所消耗的功率。在附图中未示出动力传动系、轴承、密封件等等。

提供有效的泵送操作所考虑的关键参数

●液体循环速率——液体到轴中的馈送和返回到储存器的排放应该被维持成超过液体通过孔/槽15离开轴的速率，否则叶片表面40将不会完全成形。因此相比于进入轴10和储存器30中的流，孔/槽应该优选地是‘限制性的’。

●轴频率和内部/外部直径——影响液体循环速率和动能或功率消耗、液体速度和最大压降、泵送速度。

●在轴外直径和定子孔内直径之间的间隙影响最大压降和泵送速度。

●叶片/泵的轴向长度影响泵送速度、液体循环速率和动能或功率消耗

上述参数应该被组合地考虑且选择成为泵提供特定性质。

图4B示出了对图4A的偏心布置的同心替代性布置。在这种布置中，在在气体入口和气体出口之间存在密封件51，并且在转子10旋转时就是该密封件51导致泵送腔室体积的变化，从而导致气体通过出口52被排出并通过入口50被吸入。同心布置能够提供更高的体积容量，因为在转子旋转时叶片40的长度不变化。因此，没有具有较长叶片且因此对泵送腔室之间的压差更敏感的部分。通过对比，图4A的布置的优点在于在不需要单独的密封件的情况下的天然的密封点以及内置的平滑的体积压缩。

图5A示出了被布置成形成纵向叶片的泵的旋转轴10上的液体开口15的不同布置。液体开口能够由被布置在一条线上的多个槽型孔15形成（如第一幅图中所示），或者由多个圆孔15形成（如第二幅图中所示），或者作为沿着转子10的基本上整个长度延伸的纵向液体开口或槽15。在许多实施例中，将存在由围绕转子被布置在不同圆周位置处的液体开口形成的多个叶片。通过开口的每个纵向布置输出的液体形成类似于旋片泵的泵布置中的液体叶片。如果纵向叶片不是由通过单个槽输出的液体形成，而是由通过沿一条线的多个相邻开口输出的液体形成，则从每个相邻开口输出的液体合并以形成液体叶片。

图5B示出了替代性偏心螺旋螺杆实施例，其中，轴向泵送由单个轴螺杆泵提供，该泵将气体从顶部处的气体入口50驱动到朝向底部的气体出口52，螺杆的壁由螺旋液体表面40形成。在图的左手侧更详细地示出的转子10具有螺旋液体开口15，从其输出的液体形成螺杆形液体表面。液体开口15被示为单个螺旋槽，不过对于图5A能够由沿着螺旋路径彼此相邻布置的多个开口形成。如能够从在图的左手侧描绘的转子看出，螺旋的螺距朝向气体出口52减小，以在气体被泵送时提供气体的体积压缩。这种实施例的一个优点在于，其使得液体储存器30（在转子的基部处）能够远离气体入口50（在转子的顶部处）定位。这防止了跨过液体储存器发生大压降。此外，在真空泵的情况下气体入口50最靠近顾客设备，从而具有与其远离的储存器和任何相关的排水系统能够是有利的。螺旋的螺距能够被选择成朝向气体出口减小，从而提供气体的压缩并增加泵送效率。

常规的螺杆型泵已经形成为具有两个旋转轴，该两个旋转轴均具有配合的固体螺杆轮廓，但是螺旋液体表面的可变形性和轴在定子孔中的偏心布置允许其与单个轴形成。

图5c中示出了进一步的相似实施例。如图5B中，转子或轴10在定子孔20内的旋转通过输出液体通过旋转螺旋开口15而提供旋转螺旋片片40。不过，这种实施例通过如所图示地减小定子孔20直径或者通过增加轴10直径或者通过这二者而利用可变根部-尖端直径来朝向出口缩短径向间隙。这提供了能够提高压缩效率并减少在泵的较高压降端处维持叶片所需的最大液体速度/流速的内部体积压缩，由此降低功率消耗。在定子渐缩的情况下，转子可以在一侧上维持平行并靠近定子，以便沿着这个长度密封，并且定子孔在更远离转子的一侧上渐缩。气体出口可以在叶片的旋转方向上恰被布置在转子和定子形成密封件的部分之前，同时气体入口可以恰在其之后。

在一些实施例中能够通过可变螺距螺旋液体叶片（诸如图5B中所示）来提供进一步的体积压缩。叶片的螺距朝向出口减小，以朝向泵的高压端再次减少泵送腔室的体积。

图5D示出了提供朝向气体出口52的体积压缩的具有渐缩定子的进一步实施例，在这种实施例中在渐缩定子20内存在同心转子10。固体螺旋螺纹25从定子延伸到转子10。在一些实施例（未示出）中，在转子上的液体开口可以具有槽型纵向形式（如图5A中所示），以提供沿着由螺纹形成的螺旋路径驱动气体的轴向叶片。因此，随着转子10在定子20内旋转，来自入口50的气体沿着螺旋路径朝向出口52被驱动。渐缩孔用于在气体朝向出口行进时压缩气体。替代性地，液体开口本身可以具有螺旋形式（如图5B中所示），从而形成螺旋片片。在这种情况下，螺线和叶片的螺旋形式在相反方向上行进，使得如果螺旋螺线在顺时针方向上下降，则螺旋片片在逆时针方向上下降。这在图5F中针对非渐缩孔实施例被更详细地示出。

由于渐缩孔的原因，朝向气体出口的液体叶片小于其朝向入口，且因此能够支持增加的压差。驱动转子以便以此布置泵送流体所需的功率也被显著降低。

在图5E中示出了具有非渐缩定子和在定子20上的螺旋螺线25的同心布置。转子10再次在一端处浸没在液体储存器30中，并且沿中空轴上升的液体通过纵向槽被输出，以形成纵向液体叶片40，其将气体沿着由螺线25、定子孔20和转子10限定的螺旋路径从气体入口50吹扫到气体出口52。

图5F示出了替代性同心布置，其也包括在定子孔20上的内部螺旋螺线25，但是其中，液体叶片40是螺旋片片而不是纵向叶片。

对于这些液体叶片布置中的几个而言，泵级的数量能够增加，以增加能力，如常规机械泵的领域中已知的。

图6示出了凸轮轴10和从定子20朝向凸轮轴转子10延伸的非旋转液体叶片40，从而提供了类似于多级活塞泵的多级排量泵。取决于使用多少液体叶片40，实施例允许使用不同数量的泵送级。用于提供液体叶片的液体开口15能够是定子孔20上的位置，并且如17标注的泵送腔室由这些表面以及定子孔20和凸轮轴10的表面提供。凸轮轴10在孔中的旋转导致这些泵送腔室17体积变化，如能够从附图看出的，其中，示出了凸轮轴的行进和泵送腔室17的体积的对应变化。多对气体入口50和出口52被布置在每个液体叶片40之间并且均包括阀。随着凸轮轴旋转，泵送腔室将膨胀并且气体将通过气体入口50被吸入。在进一步旋转时，泵送腔室17将收缩并且气体将通过气体出口52被排出。然后转子10将导致随后的泵送腔室体积变化。以此方式，成对的端口50、52形成泵送过程中的级，并且可以为了更高压差而串联连接或者为了更大能力而并联连接。叶片40固定在由定子上的开口15形成的位置上，从而允许阀也处于固定位置中。

虽然在许多上述实施例中提供液体表面的液体循环由在液体上提供离心力的旋转转子产生，不过在一些实施例中使用产生液体循环的替代性方式，即高压液体源的替代性方式。

这样的高压液体供应或泵可以被单独地使用或者与调节轴旋转一起使用，从而根据泵送性能要求实现流体速度和轴频率两者的独立变化，从而允许可控的效率和泵调谐。

图7示出了具有名义上切向孔/槽15的轴。这种实施例使用外部源来向轴提供高压液体。在这种实施例中，高压液体供应不仅为可变形液体表面40提供液体流，而且它也提供力以由水压力驱动轴10的旋转。

在一些实施例中，泵可以用在湿洗涤环境中，使得泵送功能可以被集成到湿洗涤中，在这样的实施例中液体叶片是有利的。在此方面，通过将液体叶片泵中的一个放置成对齐于工艺气体流，除了真空生成之外，泵还可以被用于湿洗涤，例如在减排系统的出口（或入口）上。

在一些实施例中，来自与液体叶片相同的高压液体源的流体动力轴承被用于支持轴的旋转运动，因此进一步简化并降低了泵的成本。

在需要驱动轴的器具（诸如马达和变频器或者带驱动器）的情况下，这样的驱动系统可以优选地位于轴的顶部处，以降低液体泄漏到驱动器具中的风险。

总之，实施例在满足或超过来自液体开口的排放的液体的循环能够被实现的情况下有效地起作用。这有助于将叶片维持为连续表面并且防止在泵送腔室之间的泄漏。应该注意，诸如液体开口的大小、所使用液体的类型、液体速度、转子与定子之间的距离以及转子的长度及其旋转速度的许多参数都影响液体表面的形成和维持。因此，这些特征应该取决于特定泵的所需性质（诸如功率消耗、泵送能力和压缩）而被选择。

虽然在本文中参考附图详细公开了本发明的说明性实施例，不过应理解的是本发明不限于精确的实施例，并且任何本领域技术人员在不违背由所附权利要求及其等价物所限定的本发明的范围的情况下能够在实施例中做出各种改变和改进。

附图标记：

10 转子

13 轴中的液体

15 液体开口

17 泵送腔室

20 定子内孔

25 螺旋螺线

30 液体储存器

40 液体叶片

42 液体流

50 气体入口

51 密封件

52 气体出口。

Claims (34)

1.一种用于泵送气体的正排量真空泵，所述泵包括：

转子和定子；

所述转子或定子中的至少一个包括被配置成与液体源流体连通的至少一个液体开口；

所述液体开口被配置成使得响应于施加在来自所述液体源的液体上的驱动力，液体流从所述开口输出，所述液体流在所述转子和所述定子之间形成液体叶片，由所述定子、所述转子和所述液体叶片限制的气体通过所述泵从气体入口朝向气体出口被驱动，并且其中，所述转子和定子被竖直定向。

2.根据权利要求1所述的泵，其中，所述转子被能够旋转地安装，并且在所述转子和所述定子之间形成所述液体叶片的所述液体流能够操作成在所述转子旋转时驱动所述气体通过所述泵。

3.根据权利要求1或2所述的泵，所述泵包括驱动机构以用于在所述液体上施加所述驱动力，以驱动来自所述液体源的所述液体通过所述至少一个液体开口。

4.根据权利要求1或2所述的泵，其中，所述至少一个液体开口被形成在所述转子的表面上。

5.根据权利要求2所述的泵，其中，所述泵包括驱动机构以用于在所述液体上施加所述驱动力，以驱动来自所述液体源的所述液体通过所述至少一个液体开口，其中，所述至少一个液体开口被形成在所述转子的表面上，所述转子是中空主体并且所述驱动机构包括用于使所述转子旋转的马达。

6.根据权利要求5所述的泵，其中，所述液体源包括储存器，所述转子被部分浸没在所述储存器中。

7.根据权利要求6所述的泵，其中，所述中空转子在延伸到所述液体储存器中的下端处具有开口，所述中空转子的内部直径从所述下端增加。

8.根据权利要求1或2所述的泵，其中，所述至少一个液体开口被形成在所述定子的表面上。

9.根据权利要求1或2所述的泵，其中，所述转子和定子被安装成一个在另一个的孔内，使得一个包括内部部件并且另一个包括外部部件部件。

10.根据权利要求9所述的泵，其中，所述内部部件被偏心地安装所述外部部件的所述孔内。

11.根据权利要求9所述的泵，其中，所述内部部件被同心地安装所述外部部件的所述孔内。

12.根据权利要求11所述的泵，所述泵还包括用于在所述定子和所述转子之间进行密封的密封构件，所述气体出口在所述密封构件的一侧上并且所述气体入口在所述密封构件的另一侧上。

13.根据权利要求9所述的泵，其中，所述至少一个液体开口包括沿着所述定子或转子中的一个的长度的至少一部分延伸的至少一个液体开口，所述至少一个液体开口被配置成将所述液体叶片提供为在轴向方向上在所述定子和转子之间至少部分延伸的表面。

14.根据权利要求13所述的泵，其中，所述至少一个液体开口沿着基本上平行于所述部件的轴线延伸的纵向方向布置。

15.根据权利要求9所述的泵，其中，所述至少一个液体开口以围绕所述定子或转子的表面延伸的螺旋形式被布置，所述至少一个液体开口被配置成将所述液体叶片提供为在所述定子和转子之间的螺旋表面。

16.根据权利要求15所述的泵，其中，所述螺旋的角度从所述气体入口向所述气体出口变化，使得所述螺旋的螺距朝向所述气体出口减小。

17.根据权利要求9所述的泵，其中，所述定子和所述转子中的至少一个是渐缩的，使得在所述定子和所述转子之间的距离朝向所述气体出口减小。

18.根据权利要求17所述的泵，其中，所述定子和所述转子中的渐缩的所述至少一个是非轴向对称渐缩的。

19.根据权利要求4所述的泵，其中，所述至少一个液体开口被布置成处于不垂直于所述转子的表面的角度，并且所述液体作为加压液体被供应，在所述成角度的液体开口处输出所述加压液体提供驱动力以用于使所述转子旋转。

20.根据权利要求3所述的泵，其中，所述驱动机构包括用于加压从所述源供应的所述液体的加压器具。

21.根据权利要求8所述的泵，其中，所述气体入口和所述气体出口被形成在所述定子上，所述气体入口和所述气体出口均包括单向阀。

22.根据权利要求21所述的泵，包括在所述定子上的均包括单向阀的多个气体入口和多个气体出口。

23.根据权利要求21所述的泵，所述泵包括用于驱动轴的马达，所述转子包括被安装所述轴上的基本上圆形的偏心凸轮。

24.根据权利要求1或2所述的泵，包括多个液体开口。

25.根据权利要求24所述的泵，其中，所述多个液体开口提供多个液体流，所述多个液体流形成在所述转子和所述定子孔之间的多个液体叶片。

26.根据权利要求24所述的泵，其中，所述多个液体开口中的至少一组被布置成彼此相邻并且从所述多个液体开口中的所述至少一组输出的流形成单个液体叶片。

27.根据权利要求22所述的泵，其中，所述泵包括多个液体开口，所述多个液体开口提供多个液体流，所述多个液体流形成在所述转子和所述定子孔之间的多个液体叶片，其中，所述泵包括多对气体入口和气体出口，每对气体入口和气体出口由液体开口分开，从而在所述多对气体入口和气体出口之间提供所述液体叶片。

28.根据权利要求1或2所述的泵，所述泵被配置成使得在操作时所述液体叶片、所述转子的表面和所述定子孔的表面形成至少一个泵送腔室的表面，以用于使得所述气体在所述气体入口和所述气体出口之间移动。

29.根据权利要求2所述的泵，所述泵还包括至少一个流体动力轴承来支撑所述转子的至少一个端部。

30.根据权利要求29所述的泵，其中，使用来自所述液体源的液体填充所述流体动力轴承。

31.根据权利要求1或2所述的泵，其中，所述泵是真空泵。

32.一种用于减少从减排系统泵送的污染物的湿洗涤器，所述湿洗涤器包括根据权利要求1-31中任一项所述的泵。

33.一种泵送气体的方法，包括：

输送来自正排量真空泵的定子或转子中的一个上的至少一个液体开口的液体以在转子的表面和定子之间形成液体叶片；

使转子旋转且由此导致由所述定子、所述转子和所述液体叶片限制的气体沿着泵送路径从气体入口行进到气体出口，其中，所述转子和定子被竖直定向。

34.根据权利要求33所述的方法，包括使所述转子在所述定子的孔内旋转以导致所述液体叶片沿着所述泵送路径驱动所述气体。

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