CN113710873A - 可调节的涡旋泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种涡旋泵，其包括动涡旋件和定涡旋件，其中，当动涡旋件绕其公转轴线进行公转时，动涡旋件的公转轴线可相对于5定涡旋件沿径向方向移动，或者其中，当动涡旋件绕其公转轴线进行公转时，定涡旋件可相对于动涡旋件沿径向方向移动。

Description

可调节的涡旋泵
技术领域
本发明涉及涡旋泵，特别是真空涡旋泵。
背景技术
已知的涡旋式压缩机或泵包括定涡旋件、动涡旋件和用于该动涡旋件的驱动机构。驱动机构被构造成使动涡旋件相对于定涡旋件公转，以导致在泵入口和泵出口之间泵送流体。定涡旋件和动涡旋件各自包括从大致圆形的基板延伸的直立涡旋壁。每个涡旋壁具有远离相应的基板设置并大致垂直于相应的基板延伸的端面或顶面。动涡旋壁构造成在动涡旋件的公转期间与定涡旋壁啮合，使得涡旋件的相对公转运动导致连续体积的气体被封闭在限定于涡旋壁之间的凹穴中，并且从入口泵送至出口。
为了扩大它们的用途，一直需要涡旋泵的小型化。然而，本发明人已经发现，随着涡旋泵的容量减小，内部泄漏成为日益严重的问题。这种泄漏对泵可达到的极限压力产生负面影响。实际上，在一定的泵容量以下，可能不可能在涡旋件之间具有将不会卡住的最小间隙并且也不可能具有提供可接受的性能的平均或最大径向间隙。
本发明至少在一定程度上解决了已知涡旋泵的这些和其他问题。
发明内容
因此，在第一方面，本发明提供了一种包括动涡旋件和定涡旋件的涡旋泵。动涡旋件具有公转轴线（orbital axis）。当所述动涡旋件围绕其公转轴线旋转时，所述动涡旋件的所述公转轴线可相对于所述定涡旋件沿径向方向移动。另外，或替代性地，当动涡旋件围绕其公转轴线进行公转时，定涡旋件可以相对于动涡旋件沿径向方向移动。优选地，当所述动涡旋件围绕其公转轴线公转时，通过枢转或平移所述驱动轴，所述动涡旋件相对于所述定涡旋件移动。
这种可调节的涡旋泵可使动涡旋件能够置于其最佳径向位置。这允许在所有曲柄取向中涡旋件之间的径向间隙接近恒定。动涡旋件的优化定位允许使用更小的径向间隙，这导致包括极限压力和功率的性能的改善。
优选地，涡旋泵还包括第一轴承，其联接到用于驱动动涡旋件的驱动轴。优选地，第一轴承可与驱动轴一起在基本上垂直于驱动轴的旋转轴线的方向上移动。
通常，第一轴承联接到涡旋泵的壳体元件，壳体元件在驱动轴旋转时相对于定涡旋件可移动。优选地，壳体元件可在横向于涡旋泵驱动轴的旋转轴线的平面中移动。优选地，所述可移动壳体元件可以使其位置相对于所述定涡旋件固定。壳体元件被固定的位置可以由用户选择。
另外或替代性地，涡旋泵包括第二轴承，第二轴承联接到驱动轴并且联接到在轴向方向上是柔性的轴承托架。优选地，在使用中，柔性轴承托架基本上消除了转子轴在径向方向上的移动。
通常，第一轴承联接到驱动轴，使得定涡旋件定位在第一轴承与动涡旋件之间。通常，第一轴承位于或基本位于驱动轴的端部处。
在另一方面，本发明提供了一种用于容量小于5m3/h的涡旋泵的涡旋室，该涡旋室包含动涡旋件和定涡旋件，该动涡旋件和定涡旋件各自包括轴向延伸的涡旋壁，其中，在动涡旋件进行公转时，动涡旋件的轴向延伸的涡旋壁与定涡旋件的轴向延伸的涡旋壁之间的最小径向间隙小于约0.060 mm。
这种间隙是用所述容量的已知涡旋泵不能实现的。
在又一方面，本发明提供了一种涡旋泵的动涡旋件和定涡旋件，所述动涡旋件具有公转轴线，并且所述定涡旋件具有纵向轴线，其中所述公转轴线和所述纵向轴线以小于约±0.030 mm、优选地小于约±0.010 mm的偏差同轴地对准。
在本发明的又一方面，提供了一种用于使涡旋泵的动涡旋件和定涡旋件对中的方法，所述涡旋泵包括在泵送期间保持径向分离的动涡旋件和定涡旋件，所述动涡旋件经由偏心构件联接到驱动轴，所述驱动轴具有旋转轴线。
该方法包括，在第一步骤中，使偏心构件绕驱动轴的旋转轴线旋转，以在动涡旋件上施加公转动作。然后，在动涡旋件进行公转的同时，使动涡旋件的公转轴线或定涡旋件的纵向轴线相对于另一个沿基本上垂直于驱动轴的旋转轴线的第一方向移动，直到动涡旋件接合定涡旋件。在所述接合时，所述动涡旋件的所述公转轴线或所述定涡旋件的所述纵向轴线中的已经移动的那一个处于第一接合位置。
该方法还包括如下步骤：使动涡旋件的公转轴线或定涡旋件的纵向轴线中的已经移动的那一个相对于另一个沿与第一方向基本相反的第二方向移动，直到动涡旋件再次接合定涡旋件。在所述接合时，所述动涡旋件的所述公转轴线或所述定涡旋件的所述纵向轴线中的已经移动的那一个处于第二接合位置。
该方法还包括将动涡旋件的公转轴线或定涡旋件的纵向轴线移动中已经移动的那一个定位在第一中心位置中，该第一中心位置基本上在第一接合位置和第二接合位置之间的中间位置并且基本上在包含动涡旋件的公转轴线或定涡旋件的纵向轴线中的已经移动的那一个的第一接合位置、第二接合位置和第一中心位置的第一平面中。
该方法还可以包括使偏心构件绕驱动轴的旋转轴线旋转以在动涡旋件上施加公转动作的后续步骤。然后，在动涡旋件进行公转的同时，使动涡旋件的公转轴线或定涡旋件的纵向轴线相对于另一个在第三方向上移动，直到动涡旋件接合定涡旋件，所述第三方向基本上垂直于曲柄的旋转轴线并且不同于、优选地基本上垂直于第一方向和第二方向。在所述接合时，动涡旋件的公转轴线或定涡旋件的纵向轴线中的已经移动的那一个可被认为处于第三接合位置中。
该方法还可包括如下步骤：使动涡旋件的公转轴线和定涡旋件的纵向轴线中的已经移动的那一个相对于另一个沿与第三方向大致相反的第四方向移动，直到动涡旋件接合定涡旋件。在所述接合时，动涡旋件的公转轴线或定涡旋件的纵向轴线中的已经移动的那一个可被认为处于第四接合位置中。
该方法然后可以包括将动涡旋件的公转轴线或定涡旋件的纵向轴线中的已经移动的那一个定位在第二中心位置中的步骤，该第二中心位置基本上在第三接合位置和第四接合位置之间的中间位置、基本上在包含动涡旋件的公转轴线或定涡旋件的纵向轴线中的已经移动的那一个的第三接合位置、第四接合位置和第二中心位置的第二平面中。
优选地，第二中心位置另外基本上在第一接合位置和第二接合位置之间的中间位置，基本上在包含动涡旋件的公转轴线或定涡旋件的纵向轴线中的已经移动的那一个的第一接合位置、第二接合位置和第二中心位置的第三平面中。
在其中定涡旋件的纵向轴线相对于动涡旋件的公转轴线移动的情况下，接合位置和中心位置可以利用定涡旋件上的固定点来确定。然而，在动涡旋件的公转轴线相对于定涡旋件的纵向轴线移动的情况下，接合位置和中心位置可使用驱动轴上的固定点来测量。平面(第一、第二和第三)可以横向于驱动轴的旋转轴线。
优选地，动涡旋件相对于定涡旋件移动。优选地，通过枢转或平移驱动轴，动涡旋件相对于定涡旋件移动。
另外，或替代性地，通过监测驱动轴停止旋转来检测定涡旋件和动涡旋件之间的接合。
优选地，驱动轴以低速旋转，优选地小于约5 Hz。优选地，驱动轴在与其泵送方向相反的方向上旋转。
通常，通过引导气流通过涡旋泵来旋转驱动轴，优选地，其中气流经由涡旋泵的排气管道引入。
附图说明
在仅以示例方式给出的以下公开中，将参考附图，在附图中：
图1是现有技术涡旋泵的示意性图示；以及
图2是根据本发明的涡旋泵的示意性图示。
具体实施方式
本发明提供一种涡旋泵，优选地为真空涡旋泵，以及用于使涡旋泵的动涡旋件和定涡旋件对中的方法。
图1示出了典型的小容量涡旋泵(1)。动涡旋件(2)安装在旋转曲柄或驱动轴(3)上。曲柄偏置由套筒(4)提供。中心和后部曲柄轴承(5、6)保持在固定位置中。在所示的示例中，后轴承(6)由与涡旋泵壳体(16)一体形成的固定轴承壳体(15)保持。在所示的示例中，两个涡旋件(2、17)之间的径向间隙由九个部件确定。发明人已经发现，这些部件上的制造公差的组合可以产生大约+/-0.2mm的总偏差。
随着真空泵的容量减小，内部泄漏成为泵性能的日益增加的问题。这种泄漏对极限压力产生负面影响。在所示的构造中，可能不可能具有将不会卡住的最小间隙，并且也不可能具有在小容量泵中提供可接受的性能的平均或最大径向间隙。例如容量低于5m3/h的泵。
图2示出了根据本发明的涡旋泵(7)。所示的涡旋泵(7)具有后轴轴承(8)，其可移动以使得动涡旋件(9)的径向位置能够改变。这种调节使动涡旋件(9)能够被置于基本上最佳的径向位置，以便在涡旋件(9、10)之间提供径向间隙，该径向间隙在所有的曲柄(11)取向上都是接近恒定的。动涡旋件(9)的最佳定位允许实现比其他方式可实现的更小的径向间隙，这又导致改进的性能，包括更低的极限压力和功率。本发明因此便于提供较小容量的涡旋泵。然而，本领域技术人员将了解，该方法和泵构造可以成功地用于所有尺寸的泵中。
在所示的涡旋泵(7)中，后轴承(8)安装在形成涡旋泵(7)的壳体(18)的一部分的可滑动托架(12)中。托架（12）安装在马达主体（18）上，并具有用于在'X'和'Y'方向上移动轴承壳体（8）的驱动螺钉(未示出)。通过将350毫巴的空气施加到泵的排气装置(未示出)，泵(7)以低速反向运行。当涡旋件(9、10)被推到接触点时，泵的旋转停止。这样，可以找到泵（7）将运行的极限位置，并且然后将后轴承（8）设置到基本上中心的位置。这可以在'X'和'Y'两个方向上进行。然后，例如通过将螺钉(13、14)紧固在轴承托架(12)上来锁定后轴承的位置。施加到排气装置的相对低的空气压力确保了停止旋转仅需要轻微的接触，从而避免了对涡旋件(9、10)的损坏。所示的轴承(8、20)是滚珠轴承。
在替代性布置中，泵马达可以低速(例如，小于约5 Hz)在正向或反向方向上运行，并且可以使用扭矩计来确定接触；当扭矩计确定可归因于涡旋件接触的扭矩增加时，泵马达被切断。
在图2中所示的实施例中，中心轴承（20）保持在柔性轴承托架（19）中。柔性轴承托架(19)可以在轴向方向上弯曲，但是在使用中基本上消除了驱动轴(11)的径向运动。与可调节的后轴承(8)组合的柔性轴承托架(19)可以对动涡旋件(9)相对于定涡旋件(10)的位置提供高度的控制。典型地，柔性轴承托架是金属的，典型地，柔性轴承托架由铝合金或钢制成。通常，在使用中，柔性轴承托架使轴承能够在轴向方向上从约-0.5 mm移动到约+0.5mm。
除非另有说明，为了本发明的目的，轴向和纵向方向涉及基本上平行于泵的驱动轴(11)的旋转轴线(A)的方向。径向是指从驱动轴(11)的旋转轴线(A)横向于纵向方向延伸出的方向。
在替代性布置中，后轴承的位置可以是固定的，而中间(或中心)轴承可以是可移动的。这两种布置都使得动涡旋件的公转轴线能够相对于定涡旋件运动。在又一种替代性布置中，定涡旋件可相对于动涡旋件的公转轴线可运动。动涡旋件是本领域的术语，并且指的是在涡旋件的使用期间进行公转的涡旋件。将了解的是，当泵不使用时，动涡旋件本身可以是固定的。
但是应当了解，在不背离由专利法解释的所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对所示实施例进行各种修改。
附图标记
1. 涡旋泵(现有技术)
2. 动涡旋件(现有技术)
3. 旋转曲柄或驱动轴(现有技术)
4. 套筒(现有技术)
5. 后曲柄轴承(现有技术)
6. 中心曲柄轴承(现有技术)
7. 涡旋泵
8. 后轴承
9. 动涡旋件
10. 定涡旋件
11. 曲柄/驱动轴
12. 可滑动的托架
13. 螺钉
14. 螺钉
15. 固定轴承壳体(现有技术)
16. 涡旋泵壳体(现有技术)
17. 定涡旋件(现有技术)
18. 壳体
19. 柔性轴承托架
20. 中心轴承
21. 套筒。

Claims (17)

1.一种涡旋泵，其包括动涡旋件和定涡旋件，其中所述动涡旋件的公转轴线能够在所述动涡旋件绕其公转轴线进行公转时相对于所述定涡旋件在径向方向上移动，或者其中所述定涡旋件能够在所述动涡旋件绕其公转轴线进行公转时相对于所述动涡旋件在径向方向上移动。
2.根据权利要求1所述的涡旋泵，其中，所述涡旋泵进一步包括第一轴承，所述第一轴承联接到用于驱动所述动涡旋件的驱动轴，其中所述第一轴承能够与所述驱动轴一起在基本上垂直于所述驱动轴的旋转轴线的方向上移动。
3.根据权利要求2所述的涡旋泵，其中，所述第一轴承联接至所述涡旋泵的壳体元件，所述壳体元件能够在所述驱动轴旋转时相对于所述定涡旋件可移动。
4.根据权利要求3所述的涡旋泵，其中，可移动的壳体元件能够使其相对于所述定涡旋件的位置选择性地固定。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的涡旋泵，其进一步包括第二轴承，所述第二轴承联接到所述驱动轴并且联接到在轴向方向上是柔性的轴承托架。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的涡旋泵，其中，所述第一轴承位于从所述驱动轴的大致远端至大致邻近所述定涡旋件的位置。
7. 一种用于涡旋泵的涡旋室，所述涡旋室容纳动涡旋件和定涡旋件，所述动涡旋件和定涡旋件各自包括轴向延伸的涡旋壁，其中，所述涡旋室具有低于5m3/h的容量，并且其中，在所述动涡旋件进行公转时，所述动涡旋件的所述轴向延伸的涡旋壁与所述定涡旋件的所述轴向延伸的涡旋壁之间的最小径向间隙小于约0.06 mm，优选地从约0.01 mm至约0.05mm。
8. 一种涡旋泵的动涡旋件和定涡旋件，所述动涡旋件具有公转轴线，并且所述定涡旋件具有纵向轴线，其中所述公转轴线和所述纵向轴线以小于约±0.03 mm、优选地小于约±0.01 mm的偏差同轴地对准。
9.一种用于使涡旋泵的动涡旋件和定涡旋件对中的方法，所述涡旋泵包括在泵送期间保持径向分离的动涡旋件和定涡旋件，所述动涡旋件经由偏心构件联接到驱动轴，所述驱动轴具有旋转轴线，所述方法包括以下步骤：
a. 使所述偏心构件围绕所述驱动轴的旋转轴线旋转，以在所述动涡旋件上施加公转动作；
b. 当所述动涡旋件进行公转时，使所述动涡旋件的公转轴线或所述定涡旋件的纵向轴线相对于另一个沿基本上垂直于所述驱动轴的旋转轴线的第一方向移动，直到所述动涡旋件接合所述定涡旋件，在所述接合时，所述动涡旋件的公转轴线或所述定涡旋件的纵向轴线中的已经移动的那一个处于第一接合位置中，
c. 使所述动涡旋件的公转轴线或所述定涡旋件的纵向轴线中的已经移动的那一个相对于另一个沿与所述第一方向相反的第二方向移动，直到所述动涡旋件再次接合所述定涡旋件，在所述接合时，所述动涡旋件的公转轴线或所述定涡旋件的纵向轴线中的已经移动的那一个处于第二接合位置中，以及
d. 将所述动涡旋件的所述公转轴线或所述定涡旋件的所述纵向轴线中已经移动的那一个定位在第一中心位置中，所述第一中心位置基本上在所述第一接合位置和所述第二接合位置之间的中间位置并且基本上在包含所述动涡旋件的所述公转轴线或所述定涡旋件的所述纵向轴线中已经移动的那一个的所述第一接合位置、所述第二接合位置和所述第一中心位置的第一平面中。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下后续步骤：
e. 使所述偏心构件围绕所述驱动轴的旋转轴线旋转，以在所述动涡旋件上施加公转动作；
f. 当所述动涡旋件进行公转时，使所述动涡旋件的公转轴线或者所述定涡旋件的纵向轴线相对于另一个沿基本上垂直于所述曲柄的旋转轴线并且基本上垂直于所述第一方向的第三方向移动，直到所述动涡旋件接合所述定涡旋件，在所述接合时，所述动涡旋件的公转轴线或者所述定涡旋件的纵向轴线中的已经移动的那一个处于第三接合位置中，
g. 使所述动涡旋件的公转轴线或定涡旋件的纵向轴线中已经移动的那一个相对于另一个沿与所述第三方向基本相反的第四方向移动，直到所述动涡旋件接合所述定涡旋件，在所述接合时，所述动涡旋件的公转轴线或所述定涡旋件的纵向轴线中已经移动的那一个处于第四接合位置中，以及
h. 将所述动涡旋件的所述公转轴线或所述定涡旋件的所述纵向轴线中的已经移动的那一个定位在第二中心位置中，所述第二中心位置基本上在所述第三接合位置和所述第四接合位置之间的中间位置、基本上在包含所述动涡旋件的所述公转轴线或所述定涡旋件的所述纵向轴线中的已经移动的那一个的所述第三接合位置、所述第四接合位置和所述第二中心位置的第二平面中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第二中心位置另外基本上在所述第一接合位置和所述第二接合位置之间的中间位置、基本上在包含所述动涡旋件的所述公转轴线或所述定涡旋件的所述纵向轴线中的已经移动的那一个的所述第一接合位置、所述第二接合位置和所述第二中心位置的所述第三平面中。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，使所述动涡旋件相对于所述定涡旋件移动。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中，通过监测所述驱动轴停止旋转来检测所述定涡旋件与所述动涡旋件之间的接合。
14. 根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中，所述驱动轴以低速旋转，优选地以小于约5 Hz、优选地约0.01 Hz至约4 Hz旋转。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中，通过引导气流通过所述涡旋泵来旋转所述驱动轴，优选地其中所述气流经由所述涡旋泵的排气管道引入。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的方法，其中所述驱动轴在与其泵送方向相反的方向上旋转。
17.根据权利要求9至16中任一项所述的方法，其中，通过枢转或平移所述驱动轴来使所述动涡旋件相对于所述定涡旋件移动。
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