CN1415055A - 具有冷却剂回路的螺旋真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋真空泵(1)，其包括轴(7、8)和两个固定在轴上的转子(3、4)，其中每个转子具有一中央空腔(31)，该空腔设有一些引导冷却剂的装置。为了有效地冷却转子(3、4)，本发明建议，在转子(3、4)的空腔(31)中，具有随转子一起转动的部件，所述部件形成一个相对窄的环形槽区段(32)，冷却剂流过该区段，并且各自的环形槽区段(32)延伸在所述部件与转子空腔(31)各自的内壁之间，以及转子(3、4)的吸入端与输送端之间，环形槽区段(32)是通过分开的穿过轴的供送和排出管线而供给冷却剂的，并设有确保无气穴或无气蚀的冷却剂流通过所述环形槽区段的装置。

Description

具有冷却剂回路的螺旋真空泵

技术领域

本发明涉及一种螺旋真空泵，其包括两个轴和两个固定在轴上的转子，其中每个转子具有一中央空腔，该空腔具有引导冷却剂流的装置。

背景技术

这种螺旋真空泵公开在德国专利申请19745616、19748385和19800825中。由于这些螺旋真空泵是干燥地操作的(泵腔中无冷却剂或润滑剂)，所以就存在主要由压缩泵送气体引起的操作期间生热的散热问题。

在DE-A-19745616中公开的具有悬臂转子的螺旋真空泵中，转子和轴都设有朝轴承端开口的盲孔。一个附在壳体上的中央冷却管延伸到盲孔中，所述在轴承一侧的冷却管从所述孔伸出，通到在转子一侧的盲孔端部为止。借助于冷却泵，冷却剂通过中央管被泵送到孔中。它通过固定不动的冷却管与盲孔转动的内壁之间的环形腔回流。转子和轴二者中孔的直径相对小些，这样其上流动有冷却剂的表面也小。而且，固定在外壳上的管子与空腔的转动壁之间出现剪切力，从而在冷却剂中产生不希望的摩擦，且因此升温。转子所需冷却机构的效力因为这些原因而受到限制。

在DE-A-19748385中公开了两种冷却方法。在第一解决方案中，每个转子都设有一个朝一侧开的空腔，冷却剂被喷射到其中。膜由于转动而形成在转子的内部上，所述膜流回至空腔的开口。在这种膜冷却布置方式中，存在膜破裂的危险，这样所需的冷却效应就中断了。此外，建议给转子中的空腔装上圆锥形区段，以便能够增加转子空腔中冷却剂的停留时间，也就影响了散热量。不过，在支持冷却剂流泵送的该圆锥形区段的情况下，更存在冷却剂流中断的危险。最后，膜冷却布置方式具有普遍的缺陷，即形成不变的流动轮廓，其中靠近壁的一部分膜要比远离壁的膜部分流动得慢得多。因而靠近壁的区域实际上形成了一个阻碍散热的隔离层。为克服该缺陷，已建议在冷却剂流中设置障碍物，这样不变的流动轮廓就被湍流扰乱。这样，可以在靠近壁的膜部分与那些远离壁的膜部分之间实现热交换。不过，障碍物的安装棘手，且总的来说减缓了冷却剂流的速度。

DE-A-19820523公开了一种类似于上面详述结构的冷却系统。冷却油被喷射到轴的中空区段中。由于离心力的作用，油向外移到沿排出端的方向成圆锥形延伸的空腔的内壁。

在DE-A-19748385中公开的另一个实施例中，冷却剂流过转子轴与延伸到转子空腔中的轴承底座之间的一环形槽。就转子自身的冷却而言，这种冷却剂流起到的效果非常小。

DE19800825公开了一种转子完全中空的螺旋泵。冷却剂/润滑剂被连续地供给并分别从空腔中排出。就布置在排出冷却剂的侧面上的轴承而言，已实现了运动反向，即，它们具有一固定不动的内环和一转动的外环。空腔可被设计成圆锥形(沿流向加宽)或具有内泵送螺纹。在这种螺旋泵中，形成了一种需要高转速或高圆周速度的冷却剂膜。上述冷却剂膜破裂的危险仍然存在。为此，将冷却剂量平均分布到两转子上的监控装置是绝对要保证的。同样，详述的关于在膜中产生湍流的必要性仍存在，以便获得有效的冷却效果。最后，给转子装上一圆锥形空腔具有几个缺陷：该圆锥形空腔难于制造。在输送端一侧设有悬臂转子及在转子的吸入端一侧供送冷却剂的情况下，转子在远离轴承区域中的质量大。相对应地，在输送端一侧采用悬臂转子时，设计起来必定棘手。最后，冷却剂需要相对远地在输送端(在大径向的距离处)上排出的事实限制了可得到的设计选项。

DE-A-19800825公开了另一个实施例，其中转子都如悬臂似的伸展在轴端头上，轴端头延伸到转子的空腔中，所述空腔仅开在轴承端一侧。该实施例同样具有上面详述的缺陷。

另外，在详述的所有冷却系统中，还存在冷却不在逆流中进行的缺陷。冷却剂在每种情况下都被供给到转子的吸入端而非输送端，输送端明显在较大的程度上受到泵内产生的热量的影响。

发明内容

本发明的任务在于给上述种类的泵装上有效的冷却装置，从而允许以简单、紧凑且节省成本的方式制造泵。

该任务通过权利要求特征部分的特征得到解决。

已发现，在本发明的冷却装置中，冷却剂以足够高的速度流过转动系统中一个相对窄的、优选为圆柱形的槽，该装置取得了意想不到地好的冷却效果，尤其是由于该环形槽可远离外部布置，即，紧靠在转子轮廓的齿根圆的附近。由于冷却剂没有喷射，所以任何可能会中断冷却效应的空腔不存在。最后，还具有这样的优点，即，冷却剂流的方向可自由选择，这样要通过逆流进行冷却就不存在阻碍。这就使温度差距得到平均，从而在输送端一侧和吸入端一侧能够保持窄的转子-壳体-槽。

在选择环形槽的厚度时，需要选得相对窄些，例如为0.2-5mm，优选为0.5-2mm，其中槽的厚度还例如取决于所使用的冷却剂、真空泵中常用的油。显然，靠近壁的两边界膜之间的距离相对小是重要的，这样它们将以湍流的方式相互影响。不受边界层影响的、保持分离并破坏传热的层流显然不存在或其厚度可忽略不计。

为了有效地冷却转子，冷却剂的速度(还是取决于所用冷却剂的类型)必须足够高。已发现，数量级为0.1-1m/s优选为0.3-0.7m/s的流速对于冷却油来说是有利的。有了已知的供油泵如离心泵、齿轮泵或类似泵，就可产生所需的压差。

附图说明

下面将参照在图1-9中示意性描绘的设计实例对本发明进一步的优点和细节进行说明，其中：

图1是一具有悬臂转子的螺旋真空泵的剖面图；

图2是一具有两侧带轴承的转子的螺旋真空泵的剖面图；

图3-5是螺旋真空泵两转子中每一个的剖面图，其中冷却剂通过转子轴中的中央空腔被供给到冷却槽并从其上排出；

图6是一具有将冷却槽移到外部的装置的转子的剖面图；

图7和8示出了这样一种解决方案，即，转子空腔中一个独立于轴的部件限制冷却槽；

图9示出了一个转子由两区段构成的解决方案。

具体实施方式

图1中描绘的螺旋真空泵1包括具有转子3和4的泵腔壳体2。泵1的入口5和出口6由箭头示意性地标示。转子3和4分别固定在轴7和8上，所述轴分别通过两轴承11、12和13、14以悬臂的方式被支承。一轴承对11、13位于一轴承板15中，该轴承板15将无润滑剂的泵腔与齿轮腔16分开。位于齿轮腔16的壳体17中的是固定在轴7和8上的同步齿轮18、19以及一对用作驱动泵1的齿轮21、22，其中一个齿轮与垂直布置在泵1旁边的驱动电机23的轴耦接。而且，齿轮腔起油槽20的功能。轴7、8的第二轴承对12、14位于孔24、25中，所述孔贯穿齿轮腔外壳17的底部。而轴7、8又贯穿孔24、25并终止在一个由壳体17形成的含油腔26和一个附在其上的槽27中。

从图1可看出，显然转子3和4都具有一空腔31，轴8延伸到该空腔中，并且本发明的冷却槽32也位于其中。由于仅由局部剖面表示转子4，所以本发明仅针对该转子4进行说明。

在如图1所示的解决方案中，环形槽区段32刚好位于轴8(或7)和转子4(或3)之间。为此，包含空腔31的转子的圆柱形内壁在其中间区域具有一个自由车削加工的区段33，其深度与冷却槽32的厚度相对应。在吸入端一侧和输送端一侧，轴8齐平地靠在空腔31的内壁上。此外，轴8在这些区域中具有用来密封环37和38的凹槽35和36，环37和38保证冷却槽31与泵腔密封隔离。

冷却剂通过轴8被供给至冷却槽31。冷却槽31具有第一孔41，其从轴8的底端延伸到输送端一侧冷却槽32的端部。孔41通过横孔42与冷却槽31相连。冷却剂通过孔41和42被供给到冷却槽32。冷却剂从输送端经冷却槽32流到转子4的吸入端。由于需要散去的大部分热量产生在转子4的输送端一侧，所以转子4被逆流冷却。

冷却剂通过第二孔43被排到轴8中。所述孔从冷却槽32的吸入端一直延伸到齿轮腔16的水平位置上。横孔44、45分别建立起孔43与冷却槽32或齿轮腔16的联系。

当冷却剂能相对快地流过相对窄的冷却槽32且不受干扰(无气蚀和污染)时，转子3、4得到可靠的冷却。由此有利于保证在除了冷却剂冷却和过滤之外还具有充分的泵送力。因此，在图1的设计实例中，对应着油槽20的齿轮腔16通过管线51与腔26相连，管线51中除了冷却器52和过滤器53外还具有一个油泵54，该油泵54例如可被设计成齿轮泵。油泵54确保冷却剂在必要的压力下且无气穴地从腔26进入孔41。

而且，可在轴7、8底端的区域中布置油泵(离心泵、齿轮泵)。不过，它们需要被这样设计，即，能够满足达到理想泵送性能的要求。

图2中描绘了这样一个实施例，即，转子3、4的轴7、8被两边的轴承支承，确切地说，被支承在轴承板15(轴承11、13)处和泵腔外壳2(轴承12、14)中。轴7、8的下端终止在齿轮腔16中。

由于有了轴7、8被两边的轴承支承的事实，所以可简单地将冷却剂供给到吸入端。为此，轴在吸入端一侧设有一个优选为圆柱形的盲孔55，其一直延伸到吸入端一侧冷却槽32的端部。孔55通过横孔56与冷却槽32相连。轴7、8在输送端一侧设有一个盲孔57，其一直延伸到槽32在输送端一侧的端部，且其通过横孔58与所述槽相连。

为将冷却剂供给到盲孔55，它们通过管线51相连接，所述管线与油槽20连接，这样管线就与油泵54、过滤器53和冷却器52合成一体。在详述的例子中，冷却剂从吸入端经冷却槽32流向输送端。

在仅描绘了转子4和轴8的图3的设计实例中，详述了将冷却剂供给到冷却槽及对应着从冷却槽排出冷却剂的其它装置。轴8具有一个中心盲孔，其开在输送端一侧并延伸过吸入端一侧冷却槽32的端部。所述盲孔形成一个空腔61，其内具有一个冷却剂的导向部件62。该导向部件62从轴8的底端一直延伸，直到越过输送端一侧冷却槽32的端部。通过导向部件62中的纵向孔63来供给冷却剂，所述孔通过精确对准的横孔64穿过部件62和轴8与输送端一侧冷却槽32的端部相连。在吸入端一侧冷却槽32的水平位置上，轴8设有一个或几个横孔66，这些横孔通到由盲孔61和导向部件62的正面形成的腔中。所述腔通过纵向孔68和精确对准的横孔69(位于导向部件62和轴8中)与齿轮腔16(未在图3中示出)相连。

图4中描绘了这样一种解决方案，即在其中，导向部件62包括三个区段71、72、73，其将轴8中的空腔61分成三个部分腔74、75、76，这三个部分腔分别位于横孔69、64和66的水平位置上。通过区段71-73以及管线区段77和78中适当的孔与所述孔相连，可分开实现冷却剂的供给和排出。导向部件可容易地配合，因为需要精确对准的孔并不存在。可简单地实现逆流冷却。

在图5的实施例中，与图3和4中的实施例相反，冷却剂是通过导向部件62中的一个中心孔81供给的。冷却剂传递到由盲孔和导向部件62形成的空腔61中，并经横孔66传递到冷却槽32中。排出孔64与侧面纵向凹槽或一自由车削加工的环形腔82相连，所述环形腔位于导向部件62中。纵向凹槽或环形腔82一直延伸到齿轮腔16的水平位置，它们在此处与横孔69相连。

图6的实施例与上面详述的实施例的不同之处在于，设有一个完全贯穿轴8和转子4的孔。为了形成空腔31，一盖85配置在吸入端一侧，该盖通过一个螺栓86与导向部件62相连。导向部件62从吸入端牢固地插入。它与螺栓86和盖85一起用来轴向固定转子4。轴8设有一外轴套87，其与转子4一起形成冷却槽32。该槽基本上仅在转子4输送端的水平位置上延伸。向外径向移动冷却槽32可提高冷却效果。冷却剂仅仅通过一个自由车削加工的相对短的区段88供给，所述区段位于导向部件62中。在其进入自由车削加工的区段88中之前，冷却剂流过轴承板15中的通孔89、90以及轴向表面密封件93在轴承一侧的腔92，此时确保形成所需的阻挡压力。冷却剂通过中心孔81流回到对应着轴8的导向部件62中。

在图7a和7b的解决方案中，轴8并不延伸到转子的空腔31中。所述轴在输送端的水平位置上与转子4相连。转子空腔31中的导向部件62具有一个直径增加的区段94，其与转子4的内壁一起形成冷却槽32。与区段94相比具有较小直径的第二区段95贯穿轴8中的孔61。

出于热量上的考虑，其一方面允许通过导向部件62中的中心孔81从孔61的开口端供给冷却剂，另一方面允许在逆流中冷却转子4，从而要求导向部件62为冷却流提供一个交叉点。这可通过导向部件62中的横孔和外凹槽区段来实现，其如下面详述地这样设计(参见图7a、7b和8)：

通过盲孔81从中心供给的冷却剂通过横孔98进入两个相互面对的凹槽区段99，接着冷却剂进入空腔31(输送端)。此后，冷却剂流过冷却槽32并通过横孔66进入一个位于导向部件中心的管线区段101中。所述管线区段延伸到相对于第一横孔98位于吸入端一侧的第二横孔102处。两横孔98和102大致相互垂直。横孔102通到相面对的凹槽区段103中，该横孔102相对于凹槽区段99大致偏置90度。因而就可通过这些凹槽区段103将回流的冷却剂引导到齿轮腔16区域中的横孔69处。

在图9的设计实例中，转子4包括两个区段4′和4″，其具有不同设计的螺纹并且分别具有一空腔31′和31″。轴8延伸到输送端4一侧的转子区段的空腔31″中，从而形成冷却槽32″。导向部件62的设计与在图7、8所示的实施例中的相似。它具有一个直径增加的区段94，并且它位于转子区段4′的空腔31′中并与该转子区段4′的内壁一起形成了冷却槽32′。导向部件62另一个直径较小的区段贯穿轴8中的中心孔61。导向部件62具有一个延伸到转子4吸入端一侧的中心孔81。

为简单而更好地概述，提出了这样一种解决方案，即，冷却剂通过中心孔81供给并且冷却剂通过吸入端一侧的区段94中的侧向孔64′流到冷却槽32′中。在输送端一侧的冷却槽32′的端部通过自由车削加工的区段66′、105(或者还通过纵向凹槽)和横孔64′与吸入端一侧的冷却槽32″的端部相连，这样冷却剂就依次地通过两冷却槽32′、32″。冷却槽32″输送端一侧的排出开口66″通过自由车削加工的另一区段106在齿轮腔16的水平位置上与排出开口69相连。同样在该解决方案中，还可将导向部件62用作系杆，特别用来接上转子区段4′。

当然，还可在图9的实施例中这样设计冷却剂的供给和排出管线，即，冷却槽32′、32″是被分开和/或在逆流中供给冷却剂的。

当转子3、4悬臂外伸时，图7-9中的解决方案就尤其具备优势，因为可例如用轻材料如塑料来制造导向部件62。因而远离轴承的转子的质量可小些。塑料或类似材料的使用还带来了普遍性的优点，即，在流入和流出的冷却剂材料之间很有利地不导热。

Claims (22)

1.螺旋真空泵(1)，其包括轴(7、8)和两个固定在轴上的转子(3、4)，其中每个转子具有一中央空腔(31)，该空腔设有一些引导冷却剂的装置，其特征在于，在转子(3、4)的空腔(31)中，具有随转子一起转动的部件，所述部件形成一个相对窄的环形槽区段(32)，冷却剂流过该区段，并且各自的环形槽区段(32)延伸在所述部件与转子空腔(31)各自的内壁之间，以及转子(3、4)的吸入端与输送端之间，环形槽区段(32)是通过分开的穿过轴的供送和排出管线而供给冷却剂的，并设有确保无气穴或无气蚀的冷却剂流通过所述环形槽区段的装置。

2.如权利要求1所述的泵，其特征在于，槽(32)被设计成圆柱形。

3.如权利要求1或2所述的泵，其特征在于，槽的厚度达到0.2-5mm，优选为0.5-2mm。

4.如权利要求1、2或3所述的泵，其特征在于，设有泵送冷却剂的装置，这些装置被这样设计，即，冷却剂以0.1-1m/s优选为0.3-0.7m/s的速度流过所述槽。

5.如权利要求1、2、3或4任一项所述的泵，其特征在于，这样选择流动的方向，即，冷却剂从输送端流向吸入端。

6.如上述任一权利要求所述的泵，其特征在于，转子(3、4)悬臂外伸，并且各自的冷却剂供送管线(41、81)为一个朝着轴(7、8)的输送端开口的盲孔。

7.如权利要求6所述的泵，其特征在于，冷却剂泵位于轴(7、8)在输送端一侧的端部的区域中。

8.如权利要求1-5任一项所述的泵，其特征在于，转子(3、4)由两边的轴承支承，并且各自的冷却剂供送管线为一个朝着轴(7、8)的吸入端开口的盲孔。

9.如上述任一权利要求所述的泵，其特征在于，用于排出冷却剂的管线通到齿轮腔(16)中。

10.如权利要求1-9中任一项所述的泵，其特征在于，轴向供送和/或排出管线被设计成在轴(7、8)中的中央或非中央的孔。

11.如权利要求1-9中任一项所述的泵，其特征在于，轴(7、8)设有一个空腔(61)，该空腔内具有一个引导冷却剂的导向部件(62)。

12.如权利要求11所述的泵，其特征在于，轴向供送和/或排出管线被设计成位于导向部件中的中央或非中央孔、侧面纵向凹槽区段或自由放置切削加工的外部区段(环形槽)。

13.如权利要求12所述的泵，其特征在于，轴向和径向管线区段被这样布置在导向部件中，即，允许它们一方面对供送的冷却剂进行分开交叉引导，另一方面对排出的冷却剂进行分开交叉引导。

14.如上述任一权利要求所述的泵，其特征在于，轴向供送和排出管线通过大致径向的孔与槽(32)相连。

15.如上述任一权利要求所述的泵，其特征在于，环形槽区段(32)正好位于轴(7、8)与转子空腔(31)的内壁之间。

16.如权利要求1-14中任一项所述的泵，其特征在于，轴(7、8)设有一个轴套(87)，其外部限制了环形槽(32)。

17.如权利要求11、12或13以及权利要求1-10中任一项所述的泵，其特征在于，轴(7、8)在吸入端一侧的端部与转子(3、4)在输送端一侧的端部相连，导向部件(62)延伸到转子空腔(31)中并该导向部件限制冷却槽(32)。

18.如权利要求17所述的泵，其特征在于，导向部件(62)由轻材料优选为塑料制成。

19.如权利要求15-18中任一项所述的泵，其特征在于，冷却槽(32)由一个车削加工的区段(88)形成，所述区段位于限制冷却槽(32)的一个部件中。

20.如权利要求11、17、18或19所述的泵，其特征在于，转子(3、4)设有一通孔，导向部件(62)起到将转子(3、4)固定在轴(7、8)上的系杆功能。

21.如上述任一权利要求所述的泵，其特征在于，转子(3、4)由两区段(4′、4″)构成，对于每个区段都设有一冷却槽(32′、32″)。

22.如权利要求21所述的泵，其特征在于，轴(7、8)贯穿转子(4)在输送端一侧的区段(4″)，吸入端一侧的区段(4′)与轴(7、8)在输送端一侧的端部相连，导向部件(62)一直延伸到吸入端一侧的转子区段(4′)的空腔中并限制冷却槽(32′)。

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