CN1768206A - 旋转式活塞泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转式活塞泵，具有至少两个配有驱动轴(26)的转子(8)，其中每一转子(8)都配有一个支承管(28)，所述支承管伸入到相应的转子(8)内并且相应的驱动轴(26)穿过所述支承管延伸。在每个转子(8)的内侧与支承管(28)的外侧之间设有一第一间隙(64)。该第一间隙(64)在工作时含有冷却液，并且是冷却液循环回路的一部分。

Description

旋转式活塞泵
技术领域
本发明涉及一种旋转式活塞泵，具有至少两个配有驱动轴的转子，其中每一转子都配有一个支承管，所述支承管伸入到相应的转子内并且相应的驱动轴穿过所述支承管延伸，其中在每个转子的内侧与支承管的外侧之间设有一第一间隙。
本发明特别涉及一种干压缩的螺旋式真空泵或者此类的摇杆式活塞泵。
背景技术
在这种类型的真空泵中，把一种可压缩的介质从小于1mbar的绝对压力压缩到大气压力，其中工作腔内应当没有润滑油和磨损。
相互平行的两根驱动轴一般情况下由一个传动装置(齿轮箱)实现1∶1的同步驱动。轴的转速要么和电动机(马达)的转速相同，要么通过附加一个圆柱齿轮副来提高转速。相互非接触地啮合且又反方向转动的转子之间形成空腔，它被从吸入侧转移到压力侧，并且通过改变转子的螺距可以获得变小的容积。
压缩过程中产生的热量可以通过例如传动装置外壁等散发到外部，该过程中转子也可以从内部加以冷却，当然这些要求会导致一个更为复杂的结构。另一方面，为了使得转子间的间隙可以设计得较小，从而可以减小间隙泄漏，那么应当减小部件的热膨胀，这只可以通过冷却实现。此外，通过冷却不仅可以提高效率，也使得那些在没有冷却的情况下会因受压缩而升温到200℃的介质，如气体等，可以以远低于此的温度输送。最后，较低的温度也有利于该旋转式活塞泵部件的设计和使用寿命。
至于转子的支承，按照同类的WO 97/01038的方案设置了一种所谓的浮动支承。此发明就涉及一种具有使用此类浮动支承的转子的旋转式活塞泵。每个转子的支承管伸入转子内一个轴向的开口中。通常支承管在一端固定支承，优选通过与泵壳体耦合。相应的驱动轴则穿过支承管，驱动轴具有一动力输入侧的端部和一与转子耦合的端部。
同类的WO 97/01038描述了一种繁琐的转子冷却方法，其中在支承管本身上设计了供冷却液流动的冷却通道。此外通过转子和支承管间的间隙使得转子上的热量按辐射形式传递到支承管上。在间隙中可以加入保护气体，它既可以冷却也可以保护轴承和驱动区域免受输送媒质或输送媒质中所含有的某些物质的侵入。
发明内容
本发明的目的在于设计一种简单构造的、无需过多维护的旋转式活塞泵，特别是螺旋式真空泵。
在本文开头所述类型的旋转式活塞泵中，上述目的是通过如下方式实现的，即，在泵工作期间，第一间隙内含有冷却液，也就是说，冷却液通过该第一间隙输送，它是冷却液循环回路的一部分。第一间隙具有一个冷却液进口，和一个与之在空间上隔离的，也就是物理上分离的冷却液出口。在本发明的旋转式活塞泵中，通过该第一间隙进行的冷却效果非常显著，因为间隙中的冷却液能够直接把转子上产生的热量带走。这些冷却液是冷却液循环回路中的一部分，温度较低的冷却液会持续不断地被输送到转子位置。由于进口和出口相分隔，冷却液在被冷却的间隙部分内只有一个流动方向，也就是说不存在盲孔式的、冷却液必须流进又流出的死区。
因此就可以取消在现有技术中需要在支承管壁或驱动轴中设计的冷却通道，这样也简化了本发明的泵的生产和维护过程。此外，也可以在转子中取消附加的管道、凹槽、空腔以及此类的结构。
优选在支承管内侧与对应的驱动轴外侧之间设置一第二间隙，它是冷却液循环回路的一部分。这就意味着，两个相当容易制造形成的间隙之间相互流动连通。
所述冷却液循环回路优选设计成使得冷却液首先流入在径向内侧的第二间隙，然后从第二间隙流入第一间隙中。
支承管具有一静止的固定端和另一相反的伸入转子中的自由端。
按照本发明的一种结构设计，规定，第二间隙在支承管静止的固定端位置有一相应的冷却液进口，在轴向相反的另一端位置有一冷却液出口，该冷却液出口和第一间隙的一冷却液进口在支承管的自由端位置上相连通。对于一直立式的支承管，这就意味着冷却液在第二间隙中被泵往上吸到支承管的自由端，以便接下来在径向上向外被甩入到第二间隙中，最后沿着转子的内侧向下流动。在静止的支承管与转动的转子之间形成剪切流，从而保证了从转子到冷却液的最优的热传导。
在各支承管的自由端的端侧和与之邻接的转子壁之间有一在两个间隙之间的连接通道。
本发明还具有其它的优点。在现有技术条件下，所有的轴承都应该是昂贵的、密封的以及连续润滑的轴承，并要附加设置复杂的密封件，而本发明却采用不同的方式。例如本发明设置成，在各支承管和相应的驱动轴之间设置至少一个轴承，冷却液可以全部或者部分通过该轴承，从而冷却并润滑该轴承。
该过程也可以选择地或者附加地在支承管与相应的转子之间的至少一个轴承中实现。
在所述轴承及其邻接部件之间可以设置一条或者多条用于冷却液的旁路。这些旁路可以提高流通率，或者如果轴承与上述结构不同，需要被密封，这些旁路则允许冷却液流过相应的轴承支承区域。
冷却液循环回路优选与传动装置的冷却及润滑液流通。
本发明的一个特殊优点在于，用以驱动转子的传动装置的冷却及润滑液同时也是转子的冷却液。因此可以取消现有技术条件下所需设置的密封，整个泵的结构相对简单很多。换句话说，充满冷却及润滑液的传动装置内腔是冷却液循环回路的一部分。
本发明的泵的简单结构也体现在，在传动装置壳体内设置一由传动装置本身驱动的冷却液泵，它将冷却液送入所述间隙中。
本发明的驱动轴至少在其驱动侧的端部(传动装置一端)区域内，但特别是其整个长度上，构造成没有冷却通道，这样既降低了生产成本，也提高了稳定性。
冷却液的储液器，例如充有冷却及润滑液的传动装置壳体，通过一处在驱动轴之外的通道与第一或第二间隙相连通。
本发明的旋转式活塞泵按照优选的实施形式设计成无保护气体。
附图说明
下面的说明和图示中给出了本发明其他的特征和优点。其中：
图1本发明的设计成螺旋式真空泵的旋转式活塞泵的第一个实施形式的一个纵剖面视图。
图2本发明的设计成螺旋式真空泵的旋转式活塞泵的第二个实施方式中的一个纵剖面视图。
图3一个与前述实施方式中不同的转子的支承区域的一个纵剖面视图。
图4图3中圈起的区域X的一个放大视图。
具体实施方式
图1中显示了一螺旋式真空泵形式的干压缩的旋转式活塞泵，它在真空侧有一个抽吸接口10，在压力侧有一个吹排接口12，这两个接口通过一个工作腔14相互连接。在工作腔14中设置两个平行的转子8，其螺旋线16的螺距越往下越小。两个转子8相互啮合，反方向转动并且形成空腔18，空腔18在转子8转动时从吸入侧转移到压力侧，也就是说在直立的泵中从上往下运动，这样被空腔包围的输送介质就会被朝压力侧压缩。
两个转子8的内部都设计成空心结构，被浮动地支承，在内部具有相同的几何形状以及相同的支承结构。这样为了简单起见，仅对右侧转子8连同其支承加以阐述。
转子8具有一个轴向通孔，该通孔的上部部段20的直径较小，而与之相连的部段的直径较大，下文中该部段用一内侧24定义。在部段20内压入一根驱动轴26，使转子和驱动轴26之间相互抗扭转地连接。一支承管28伸入通孔的直径较大的、由内侧24定义的部段中，所述支承管静止地固定在一传动装置壳体30上并且是以其所谓下方的静止固定端31。驱动轴26穿过该支承管28直至伸入传动装置壳体30的内部34。驱动轴26在下端与一个螺旋锥小齿轮38连接，它与一固定在轴42上的螺旋锥齿轮40相啮合，轴42则又通过一个未示出的电动机(马达)驱动进行转动。两个驱动轴26各自具有一对螺旋锥小齿轮38和螺旋锥齿轮40，其中螺旋锥齿轮40支承在同一根轴42上。轴42又可转动地支承在传动装置壳体30内。传动装置的设置结构是一种所谓的中心轴设置结构(Koenigswellen-Anordung)，其中轴42垂直于各平行的驱动轴26。这种结构可以提高驱动轴26的转速(螺旋锥齿轮40的齿轮节圆要大于螺旋锥小齿轮38的齿轮节圆)，而同时又能使驱动轴26的转动方向同步。
与驱动轴26相耦合的齿轮的圆周速度决定了传动装置的噪音水平。通过设置圆柱齿轮，在现有技术水平下，该圆周速度依赖于轴距。而在本发明的泵中情况却不是这样，这里螺旋锥小齿轮38和螺旋锥齿轮40的圆周速度与轴距无关，螺旋锥小齿轮38的直径甚至远远小于各驱动轴26之间的轴距。本发明结构的另一个优点在于，如果使用不同的转子8，则可以用相同的齿轮实现不同的轴距。
驱动轴26在下端区域通过一个设计成不连续润滑和不密封的开放式轴承的固定轴承50定位在支承管28内，并且在支承管28的上方自由端上通过一个浮动轴承42在轴向和径向上定位。这样，转子8也在轴向和切线方向上得到支承。此外，轴承42也没有被密封，而同样设计成开放式轴承。
为了对每个转子8进行冷却，每个转子拥有一套自己的冷却液循环回路，传动装置壳体30内的用于润滑以及冷却在其中设置的齿轮的冷却及润滑液60通过所述冷却液循环回路进行输送。传动装置壳体30中的冷却及润滑液60是用于转子8的冷却液的储备。
冷却液循环回路从传动装置壳体30的内部出发，流过开放式结构的固定轴承50和/或在此处设置的一条旁路32，也就是一条在驱动轴26之外设置的通道。在驱动轴26与支承管28之间有一条延伸至轴承42位置的圆柱形环形间隙，该间隙62在下文中被称为径向上内侧的第二间隙。它与径向上外侧的在转子8内侧24与支承管28外侧之间形成的第一间隙64是流动连通的。间隙62和间隙64之间的流动连通是通过开放式浮动轴承42、一条可选择设置的旁路70以及位于支承管28自由端端侧与邻接的转子8端壁之间的槽形连接通道或者一环形间隙80实现的。这条连接通道80然后通往第一间隙64的冷却液进口81(上端)。第一间隙64的冷却液出口83设置在它的下端，这里有一条通道90通入一个集流环，并由那里通入一个未在图中画出的油底壳或者通入传动装置内部34。
冷却液在冷却液进口处，即间隙62的下端进入间隙62中，在可能冷却并润滑了轴承50以后，然后向上流至它的冷却液出口，即到轴承42和/或旁路70，以便再经由连接通道80到达间隙64中，在这里由于存在离心力作用，冷却液就会被压在转子8的内侧24上，并成为剪切流。在压缩过程中，发热的转子8将大部分热量传递给冷却液，而冷却液又会流动到冷却液供给源中，在那里与温度较低的冷却液60相混和。
图中所示泵中的突出特征是有一种非常简单的密封结构。在真空侧根本无需密封。密封件92仅在传动装置和转子8下端之间的真空泵压力侧才需要。因为这个位置与泵的吹排接口12也就是与外界大气相连，所以密封件92从来不会受到压力作用，这样就提高了它的使用寿命和密封性能。同样，也无需保护气体。
图2到4中的实施形式和图1中的实施形式基本上对应，因此下面仅对不同之处加以分析说明。需要强调的是，下面阐释的不同特征可以在所示的各实施形式中任意组合。
在图2所示的实施形式中，轴42的左侧没有支承在传动装置壳体30内，因为这里设计了一个轴伸展部分100用于驱动一集成的冷却液泵110，该泵设置在传动装置内部34内，并将冷却液60泵入各第二间隙62中。相应的管路用120表示。两个螺旋锥齿轮40之间伸出一条传动装置壳体30上的肋130，轴42附加支承在肋130中。相应的固定轴承用132表示。。
在各螺旋锥齿轮40之间设置的固定轴承132因此是有利的，因为轴42在受热时可以在两个轴向端上自由膨胀。
在图3和4的实施形式中，在每个转子8的下端在内侧24和支承管28之间设置另一个开放式浮动轴承150，借助于该浮动轴承，相应的转子8在下端被附加地稳定。轴承150优选是一个相对简单构造的滑动轴承，借助于支承管28上一纵向槽形式的旁路160，一部分冷却液可以绕过该轴承。
冷却液优选为油。
除了图示的螺旋式真空泵外，这种在间隙62、64中设计冷却循环的结构也可以设置在一摇杆式活塞泵中。
本发明的泵的特点在于，具有一种相当简单的结构，以及在转子、支承管和驱动轴内部没有复杂的通道，以及具有很大的可以快速传热的表面积。
如图中所示，当然也可以在包围转子8的壳体170的内部设置附加的充有冷却液的冷却通道180。

Claims (20)

1.一种旋转式活塞泵，具有至少两个配有驱动轴(26)的转子(8)，其中每一转子(8)都配有一个支承管(28)，所述支承管伸入到相应的转子(8)内并且相应的驱动轴(26)穿过所述支承管延伸，其中在每个转子(8)的内侧(24)与支承管(28)的外侧之间设有一第一间隙(64)，其特征在于，所述第一间隙(64)在工作时含有冷却液，是一个冷却液循环回路的一部分，并且具有一冷却液进口(81)和一与之空间上相隔离的冷却液出口(83)。
2.按照权利要求1的旋转式活塞泵，其特征在于，在支承管(28)的内侧与驱动轴(26)的外侧之间设置一第二间隙(62)，它是冷却液循环回路的一部分。
3.按照权利要求1或2的旋转式活塞泵，其特征在于，所述冷却液循环回路设计成使得冷却液首先流入第二间隙(62)，接着从第二间隙流入第一间隙(64)中。
4.按照权利要求3的旋转式活塞泵，其特征在于，每一支承管(28)具有一静止的固定端和一伸入转子(8)中的自由端，并且第二间隙(62)在静止固定端上有一相应的冷却液进口以及在第二间隙的轴向相反端上有一冷却液出口，该冷却液出口与第一间隙(64)的一冷却液进口在支承管(28)的自由端处流动连通。
5.按照权利要求4的旋转式活塞泵，其特征在于，在各支承管(28)的自由端端侧与邻接的转子(8)壁之间构成至少一个在第一和第二间隙(64、62)之间的连接通道(80)。
6.按照上述权利要求之一的旋转式活塞泵，其特征在于，在各支承管(28)与相应的驱动轴(26)之间设置至少一个轴承(42、50)，冷却液流通过该轴承。
7.按照权利要求6的旋转式活塞泵，其特征在于，各支承管(28)具有一静止的固定端和一伸入转子(8)中的自由端，并且在自由端区域内在支承管(28)与相应的驱动轴(26)之间设置一轴承(42)。
8.按照上述权利要求之一的旋转式活塞泵，其特征在于，在各支承管(28)与相应的转子(8)之间设置至少一个轴承(150)，冷却液流通过该轴承。
9.按照上述权利要求之一的旋转式活塞泵，其特征在于，各支承管(28)具有一静止的固定端和一伸入转子(8)中的自由端，转子(8)在其与静止的固定端相配的自身一端的区域内借助于一轴承(150)径向支承在支承管(28)上。
10.按照上述权利要求之一的旋转式活塞泵，其特征在于，一方面在各支承管(28)与相应的驱动轴(26)之间，和/或另一方面在各支承管(28)与相应的转子(8)之间设置至少一个轴承(42、50、150)和一相应的旁路(32、70、160)，从而冷却液可以经由旁路(32、70、160)在轴承(42、50、150)旁流过。
11.按照上述权利要求之一的旋转式活塞泵，其特征在于，所述冷却液循环回路相对于一与转子(8)耦合的传动装置以及相对于处在传动装置内的用于传动装置的冷却及润滑液不密封。
12.按照权利要求11的旋转式活塞泵，其特征在于，转子(8)通过一设在一个传动装置壳体(30)内的传动装置相互耦合，传动装置的冷却及润滑液(60)流入到冷却液循环回路中。
13.按照上述权利要求之一的旋转式活塞泵，其特征在于，转子(8)通过一设在一个传动装置壳体(30)内的传动装置相互耦合，在传动装置壳体(30)内设一个由传动装置驱动的冷却液泵(110)，该泵将冷却液泵送入到所述间隙(62、40)中。
14.按照上述权利要求之一的旋转式活塞泵，其特征在于，它是一螺旋式真空泵或者一摇杆式活塞泵。
15.按照上述权利要求之一的旋转式活塞泵，其特征在于，用于将转子(8)支承在支承管(28)上的和/或将驱动轴(26)支承在支承管(28)内的轴承(42、50、150)设计成开放式轴承。
16.按照上述权利要求之一的旋转式活塞泵，其特征在于，支承管(28)构造成在其壁内无冷却通道。
17.按照上述权利要求之一的旋转式活塞泵，其特征在于，驱动轴(26)至少在其驱动侧的端部区域内，优选在其整个长度上，构造成没有冷却通道的轴。
18.按照上述权利要求之一的旋转式活塞泵，其特征在于，设置一个用于冷却液的储液器并且冷却液通过一处在驱动轴(26)之外的通道(32)到达一上述的间隙(62、40)。
19.按照上述权利要求之一的旋转式活塞泵，其特征在于，在支承管(28)的相对的两端的区域内设置第一间隙(64)的冷却液进口及出口。
20.按照上述权利要求之一的旋转式活塞泵，其特征在于，它设计成没有保护气体。
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