CN111247341A - 螺杆转子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于螺杆真空泵的螺杆转子，该螺杆转子包括转子轴(10)，该转子轴支承至少两个位移元件(12、14)。位移元件(12)在输送方向(22)上为圆锥形，并且邻接的输送元件(14)具有圆柱形设计。

Description

螺杆转子
【技术领域】
本发明涉及一种用于螺杆真空泵的螺杆转子。
【背景技术】
螺杆真空泵包括壳体中的吸入室，在该吸入室中布置有两个螺杆转子。每个螺杆转子包括具有螺旋凹部的至少一个位移元件。从而，形成多个绕组(winding)。对于螺杆真空泵，目标始终是实现尽可能高的内部容积比。内部容积比是真空泵入口处的容积与真空泵出口处的容积之比。诸如莱宝(LEYBOLD)Screwline泵或普旭(BUSCH)Cobra泵等的第一代的螺杆真空泵的内部容积比约为3到4。对于诸如螺杆真空泵莱宝DRYVAC或爱德华(Edwards)GKS等的当前市场上的真空泵，容积比为5到7。
为了在泵入口处实现低压，需要高能量输入，并且对应真空泵的功耗相应地非常高。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种用于螺杆真空泵的螺杆转子，利用该螺杆转子，可以减少能量消耗。
根据本发明，该目的利用一种根据权利要求1所述的用于螺杆真空泵的螺杆转子来实现。
本发明基于以下发现：可以通过增大内部容积比来减少能量消耗。
对于高内部容积比，泵的出口级必须具有较小的输送容积。然而，较小出口级具有输送流与返回流之间的不利比，即，它们是相对越流的。由此，每个单级只能生成相当低的压力积累。为了在较小的出口级中仍然实现主要部分的压缩，大量的出口绕组变得必要。
基本上，已知两种设计的螺杆转子。这些螺杆转子是具有圆柱形或圆锥形外形尺寸的螺杆转子。
对于圆柱形转子，为了高内部容积比，必须将出口处的齿距宽度选择为较小。从而，齿高相对于齿距宽度变得相当大，这只能经过巨大的努力且以高成本在制造时实现。然而，利用该转子设计，可以容易地在转子中集成大量小出口级(如果齿高/齿距宽度的比允许经济上可行的制造)。由此，几何安装的容积比在热力学上也变得有效。
对于圆锥形转子，相比之下，室容积由于逐渐减小的齿高而朝向出口稳步减小，使得可以产生较小的出口容积，其齿高与齿距宽度之间的比在制造方面是有利的。然而，由于齿高由于圆锥形状而连续减小，因此难以制造具有低输送容积的多个级。虽然由此可想到高的几何容积比，但由于压缩由于穿过间隙的返回流而发生在更大的级中，因此这些几乎没有示出期望的效果。
还已知设计具有两个圆柱形的位移元件的分级转子，该两个元件具有不同的直径。然而，这些分级转子的一大缺点不连续过渡是极难制造的。因此，分级转子在市场上并不常见。
本发明的螺杆转子包括转子轴，该转子轴与至少两个位移元件连接，每个位移元件包括至少一个螺旋凹部。根据本发明，吸入侧位移元件，即，沿泵入口的方向特别是在泵入口处布置的位移元件，被设计为在输送方向上逐渐变细。位移元件被布置为使得沿输送方向(即，朝向泵出口)逐渐变细。特别优选的是，吸入侧位移元件具有被设计为沿输送方向持续减小的外轮廓。特别优选沿输送方向逐渐变细的吸入侧位移元件的圆锥形设计。锥角优选在2°至8°的范围内。
进一步地，压力侧位移元件，即，沿泵出口的方向特别是在泵出口处设置的位移元件，被大致圆柱形地设计。压力侧位移元件也可以被设计为沿输送方向略微成圆锥形或持续略微减小。大致圆柱形设计的压力侧位移元件在朝向泵入口的吸力侧直径与朝向泵出口的压力侧直径之间特别具有1.1至1.0的直径比。
如果需要，可以在转子轴上布置另外的圆柱形和/或圆锥形的位移元件。根据本发明，吸入侧逐渐变细的特别是圆锥形的位移元件和压力侧的大致圆柱形的位移元件的组合是必要的。这允许组合两种螺杆转子设计的优点。齿高通过优选为圆锥形设计的吸入侧位移元件来减小，使得可以为大致圆柱形的位移元件提供大量的出口绕组，该位移元件沿流动或输送方向与前一个元件邻接，这些出口绕组在齿高与齿宽之间的小比率下具有小输送容积。由此，在特别优选的实施方式中，可以实现大于6、特别是大于8，并且特别优选大于10的内部容积比。
虽然可以设置两个以上的位移元件，但在特别优选的实施方式中，设置在吸入侧上布置的圆锥形的位移元件和在压力侧上布置的圆柱形的位移元件。在下文中，将参考该优选实施方式描述本发明，而在不同情况下可以设置另外的位移元件。
优选的是，相邻的位移元件特别是通过其指向彼此的端面抵靠彼此或接触彼此，并且它们的直径大致相等。由此，实现大致无级的过渡。当设置两个位移元件时，从泵入口开始的圆锥形的位移元件的直径减小到与圆柱形的位移元件的直径对应的直径。
进一步优选的是，圆柱形的位移元件的直径比圆锥形的位移元件的吸入侧直径，即，特别是设置在泵的入口处的圆锥形的位移元件的直径，小5％–35％，优选小10％–25％。
在特别优选的实施方式中，选择圆锥形和圆柱形的位移元件的长度和直径，使得通过圆柱形的位移元件在低吸入压力下执行更大部分的压缩。特别地，圆柱形的位移元件提供超过70％的压缩性能。
由此可见，进一步优选的是，圆锥形的位移元件的内部容积比大于4，特别是大于8。
在优选的实施方式中，圆柱形的位移元件的内部体积比大于1，特别是大于3。内部压缩优选地通过减小节距来实现。
在特别是圆锥形的位移元件与大致圆柱形的位移元件之间的过渡区域中，不必设置绕组节距的连续过渡。绕组节距的梯级也是可以的，使得从而引起内部压缩。由此，已经可以在过渡和/或圆柱形部分中引起内部压缩。
为了进一步改进，根据本发明优选的是，齿高与齿宽之比在真空泵的出口区域中小于3。有利的制造是可以的。特别地，该比在1.8-2.2的范围内。在本发明的另一个优选实施方式中，大致圆柱形的位移元件的长度是螺杆转子的总轮廓长度的25％-50％。
在另一个优选的实施方式中，泵出口处的位移元件的外径与泵入口处的位移元件的外径之比小于0.9，特别是小于0.85。
而且，特别优选的是，逐渐变细的位移元件的直径在泵入口的区域中为80mm–300mm。在逐渐变细的位移元件与大致圆柱形的位移元件之间的过渡区域中，直径优选为65mm–180mm。对应地，在优选实施方式中，大致圆柱形的位移元件的外径也是65mm-180mm，其中，在圆柱形的位移元件也略微逐渐变细的情况下，该直径也可以比过渡区域中的直径小一些。
在本发明的优选发展形式中，圆柱形的位移元件的绕组的数量为至少6个，或者优选地为至少10个，并且特别优选地为至少12个。通过设置大量的圆柱形的位移元件的绕组，压缩的主要部分可以通过这些绕组来执行。
在优选实施方式中，特别是圆锥形的吸入侧位移元件具有3至6个绕组。
单个位移元件优选形成为分立的部件，并且例如通过压在转子轴上来连接到转子轴。然而，也可以的是，单个位移元件或全部位移元件与转子轴一体形成。
转子轴还优选地包括充当轴承座的、两端处的圆柱形接头。然而，也可以以悬垂的方式(即，在一侧上)支承螺杆转子。
基本上，本发明的螺杆转子可以由已知的材料制造，诸如钢、铸铁或铝，本发明的优点特别是可由钢或铸铁的螺杆转子实现。
在本发明的优选发展形式中，在吸入侧上设置另外的位移元件。由此，该另外的位移元件布置在特别是沿输送方向逐渐变细的圆锥形的位移元件的上游。该另外的位移元件优选地是也大致圆柱形的位移元件。在此，优选的是，该另外位移元件的绕组的节距沿输送方向减小。
进一步地，本发明涉及一种具有两个螺杆转子的螺杆真空泵，该两个螺杆转子布置在由壳体限定的吸入室中。在此，如上所述，该两个螺杆转子根据本发明来设计或开发。
【附图说明】
下文中将参照优选实施方式和附图来更详细地说明本发明。
附图是根据本发明的螺杆转子的实施方式的示意侧视图。
【具体实施方式】
所例示的螺杆转子包括支撑两个位移元件12、14的转子轴10。转子轴的两个圆柱形端16、18用来接收轴承，这些轴承用于将螺杆转子支撑在泵壳体中。也可以以悬垂的方式(即，在一侧上)支撑转子轴。
附图中右边的位移元件12是圆锥形的，并且从泵入口20朝向泵出口24沿输送方向22逐渐变细，该泵入口布置在附图中的右边但在附图中未例示，该泵出口布置在附图中的左边但在附图中未例示。圆锥形的位移元件12的螺旋凹部26被设计为使得容积减小。一方面，这由于位移元件12的圆锥形外形来实现，另一方面，这由于位移元件12的内部28沿输送方向变宽而实现。由此，由两个啮合的螺杆转子形成的单个室容积减小它们在输送方向22上的各自容积。
在所例示的仅设置两个位移元件12、14的实施方式中，位移元件12的指向泵出口24或泵的压力侧的端面30抵靠在圆柱形的位移元件14的端面32上。端面32指向泵入口或指向真空泵的吸入侧的方向。两个位移元件12、14的直径在端面30、32的区域中大致相同。
圆柱形的位移元件14也具有螺旋凹部34。在所例示的实施方式中，圆柱形的位移元件具有恒定的节距，其中，为了进一步压缩，节距也可以在输送方向22上减小。由于凹部34，在所例示的实施方式中形成8个绕组。

Claims (14)

1.一种用于螺杆真空泵的螺杆转子，该螺杆转子包括：
转子轴(10)；和
至少两个位移元件(12、14)，该至少两个位移元件与所述转子轴(10)连接，每个位移元件具有至少一个螺旋凹部(26、34)，
其中，吸入侧位移元件(12)设计为沿输送方向(22)逐渐变细，
其中，压力侧位移元件(14)被大致圆柱形地设计。
2.根据权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：所述吸入侧位移元件(12)被设计为沿所述输送方向(22)持续减小，特别是为圆锥形状。
3.根据权利要求1或2所述的螺杆转子，其特征在于：内部容积比大于8，特别是大于10，并且特别优选地大于12。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的螺杆转子，其特征在于：所述位移元件(12、14)在指向彼此的端面(30、32)处具有大致相同的直径。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的螺杆转子，其特征在于：大致圆柱形的位移元件(14)的直径比圆锥形的位移元件(12)的吸入侧直径小5％-35％，优选小10％-25％。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的螺杆转子，其特征在于：逐渐变细的位移元件(12)具有大于4，特别是大于8的容积比。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的螺杆转子，其特征在于：至少圆柱形的位移元件(14)具有1至3的容积比。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的螺杆转子，其特征在于：逐渐变细的位移元件(12)的直径在泵入口(20)的区域中为80mm至300mm。
9.根据权利要求1至7中任意一项所述的螺杆转子，其特征在于：逐渐变细的位移元件的直径在到圆柱形的位移元件的过渡区域中为65mm至180mm。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的螺杆转子，其特征在于：大致圆柱形的位移元件(14)的直径在出口的区域中为65mm至180mm。
11.根据权利要求1至10中任意一项所述的螺杆转子，其特征在于：所述圆柱形的位移元件(14)的绕组的数量大于6个，特别是大于10个，并且特别优选地是大于12个。
12.根据权利要求1至10中任意一项所述的螺杆转子，其特征在于：逐渐变细的位移元件(12)的绕组的数量为3到6个。
13.根据权利要求1至12中任意一项所述的螺杆转子，其特征在于：设置另外的位移元件，所述另外的位移元件沿流动方向布置在逐渐变细的位移元件(12)的上游，所述另外的位移元件优选地在形状上为大致圆柱形。
14.一种螺杆真空泵，该螺杆真空泵具有限定吸入室的壳体和布置在所述吸入室中的根据权利要求1至13中任意一项的两个螺杆转子。
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