CN2303100Y - 双侧无油涡旋真空泵 - Google Patents

Abstract

一种双侧无油涡旋真空泵,由支座、定子、转子、主轴、防自转机构、电机、风扇、气镇阀、排气阀、进气法兰、排气法兰等组成。定子分为左、右两定子,定子和转子都呈盘状,两定子周边通过螺栓接在一起,转子夹在两定子之间,转子两侧都有涡旋体,定子面对转子的一侧有涡旋体,定子的涡旋体与转子的涡旋体相配合,主轴穿过转子和定子的中心轴孔,主轴的两端装有风扇,主轴右端与电机相连,右定子、电机均通过螺栓和支座相连。该泵具有密封性能好,压缩效率、排气效率高等优点。

Description

双侧无油涡旋真空泵

本实用新型属于真空机械设备领域，特别涉及一种双侧无油涡旋真空泵。

通常的真空系统用油封机械泵作为前级泵，由于用油滑润、密封，对真空环境容易造成油污染，因此近年来人们开始研究无油(干式)真空泵，现有的干式真空泵有往复式无油真空泵，罗茨无油真空泵，爪型无油真空泵等。但这些泵都存在振动噪音大，体积大，功耗大等缺点。美国专利No5.145.344提出的涡旋泵具有许多优点，体积小、重量轻、振动噪音小，由于转子和定子是弹性接触，因此功耗较小。但由于此种涡旋真空泵密封性差，存在压缩效率低和排气效率不高的缺点。

本实用新型的目的在于提供一种结构更加合理，密封性能好，具有较高压缩效率和排气效率的无油涡旋真空泵。

本实用新型由支座、定子、转子、立轴、电机、进气法兰、排气法兰、防自转机构、风扇、气镇阀、排气阀等部分构成。定子分为左、右两个定子，定子和转子都呈盘状，在两个定子周边通过螺栓连接在一起，转子夹在两个定子之间，即位于两定子所围成的腔内。转子两侧都有涡旋体，定子只有面对转子的一侧有涡旋体。定子上的涡旋体和转子上的涡旋体相配合，形成了许多月牙形的压缩腔，在转子两侧对称分布。在转子和定子的涡旋体端面上开有涡旋形密封槽，在密封槽内每隔一定距离钻一个小孔，里面装上弹簧或其他弹性体，保证弹簧从小孔中露出，再在密封槽内装上密封件。主轴是一个曲轴，中间段偏心距Rg，主轴穿过转子和定子的中心轴孔，主轴中间偏心段通过两个滚针轴承和转子相配合。主轴的两端都装有风扇，主轴右端通过联轴器直接和电机相连。防自转机构是一种孔销结构由装在转子周边的三根销轴和与销轴相配合的位于右定子上的三个孔组成。吸气法兰、排气法兰和排气阀都装在右定子上，排气法兰通过螺纹和定子相连接。排气阀由弹簧和金属球组成，弹簧的一端顶在排气法兰根部，另一端顶在球上。两个气镇阀位于两定子的盘体上，由气镇孔和气镇掺入气体导管所组成。气镇孔开在定子盘体上，转子运转时，气镇孔入口在一定角度范围内可以被转子的密封件遮盖。支座上半部分为一桶状壳体，下半部分为底座，定子和支座通过螺栓连接，电机也通过螺栓和支座相连。

主轴在电机驱动下开始转动，主轴的中间偏心段又带动转子，由于分布在转子园周上的防自转销轴的作用，转子只能以一定半径Rg绕两定子中心线作公转运动。气体由进气法兰进入泵腔，随着相配合的转子和定子涡旋体外层末端的一开一合，不断形成许多压缩腔，气体不断地被封入压缩腔内。这些位于外层刚形成的较大的压缩腔随着转子的公转逐渐向中心移动，体积变小，压缩腔内的气体受到压缩，最后压缩腔移动到最里层和排气通道相通时，气体被压缩进排气通道，排气通道内压力达到一定值就会推开排气阀，气体被排出泵腔。

下面结合附图和实施例进一步叙述本实用新型的内容。

图1为本实用新型的整体结构图，

图2为本实用新型的主轴轴系零件的局部放大图，

图3为本实用新型的防自转机构的局部放大图，

图4为本实用新型垂直于轴向的转子、定子剖视图，

图5为图4中连接排气通道和压缩腔的通孔的A-A向剖视图，

图6为本实用新型转子的密封结构细节图。

图中：[1]转子，[2]右定子，[3]左定子，[4]左定子涡旋体，[5]气镇阀气体掺入导管，[6]左定子气镇阀气孔，[7]主轴，[8]左风扇，[9]排气通道，[10]转子左侧涡旋体，[11]左风扇罩，[12]销轴，[13]O型密封圈，[14]进气法兰，[15]排气法兰，[16]弹簧，[17]转子右侧涡旋体，[18]金属球，[19]右风扇，[20]支座，[21]电机，[22]右定子排气通道，[23]右定子气镇阀气孔，[24]右定子气镇阀气体掺入导管，[25]右定子涡旋体，[26]孔用挡圈，[27]油封，[28]滚针轴承，[29]油封，[30]油封，[31]滚针轴承，[32]滚针轴承，[33]油封，[34]深沟球轴承，[35]油封，[36]右定子气镇进气口，[37]左定子气镇进气口，[38]密封件，[39]密封件，[40]左定子涡旋体端面，[41]右定子涡旋体端面，[42]转子右侧涡旋槽底面，[43]密封件，[44]转子左侧涡旋槽底面，[45]转子左侧涡旋体端面，[46]密封件，[47]螺帽，[48]垫片，[49]孔，[50]耐磨垫，[51]连接排气通道和压缩腔的通孔，[52]隔离排气通道和压缩腔的密封槽，[53]转子涡旋槽里层末端前壁，[54]转子涡旋槽里层末端侧壁，[55]转子密封槽，[56]定子涡旋体里层末端，[57]隔离压缩腔和中心轴孔的密封槽，[58]转子涡旋槽里层末端侧壁，[59]隔离中心轴孔和排气通道的密封槽，[60]小弹簧。

实施例：如图所示转子[1]和两个定子[2]、[3]相配合，主轴[7]穿过转子[1]和定子[2]、[3]的中心轴孔。主轴[7]的中间偏心段和转子[1]中心孔相配合。主轴[7]的右端通过连轴器直接和电机[21]相连。右定子[2]固定在支座[20]上。支座[20]用于支撑整个泵体，进气法兰[14]和排气法兰[15]都装在右定子上，在主轴的两端处分别装有左、右两风扇[8]、[19]。转子[1]呈园盘状，在其园周上装有三个防自转销轴[12]，转子两侧都有涡旋体[10]，定子[2]、[3]只有面对转子的一侧有涡旋体[4]、[25]，定子的涡旋体和转子的涡旋体相配合所形成的月牙形压缩腔在转子两侧的对称分布。

主轴[7]在电机[21]的驱动下转动，主轴[7]的中间偏心段驱动转子，由于分布在转子[1]园周上的防自转销轴[12]的作用，转子只能以一定半径Rg绕两定子中心线作公转运动。气体由进气法兰[14]进入泵腔，转子和定子所形成的压缩腔随着转子的公转逐渐向中心移动，压缩腔体积变小，压缩腔内的气体受到压缩。最后，当压缩腔和排气通道[9]相通时，气体被压缩进排气通道[9]，排气通道[9]内压力达到一定值就会推开球阀[18]气体被排出泵腔。图2中主轴[7]的偏心段上装有两个滚针轴承[31]、[32]，填满油脂，在两端用油封[30]、[33]密封，转子和定子之间通过有弹性的密封件接触。同时滚针可以在轴承套内有微量轴向滑移。这样转子可以有微量的轴向滑移。因此，转子的轴向加工误差和装配误差都可以通过转子和定之间的弹性接触得到自动调正。如图6所示，在转子和定子的涡旋体端面上的密封槽内，每隔一定距离钻一个小孔，里面装有小弹簧[60]或其他弹性体，保证弹簧从小孔内露出。再在密封槽内装上密封件[46]，这样当密封件表面磨损后，在弹力作用下自动补尝，保证了密封性能，同时加强了对转子的自调正功能。随着被抽容器内压力的降低，吸附在被抽容器内壁上的水会变成蒸汽和被抽气体一道进入压缩腔，当压缩腔向排气口附近移动时，随着压力的增大，达到饱和蒸汽后，这些水蒸汽又变成水，随着排气口附近压力的变化，水会在液态和气态之间反复转化，无法排尽，同时，排气时气体冲击水发出噪声。在两定子外侧分别加气镇阀来解决这一问题。如图2所示，在两定子的盘体上分别开气镇孔[6]、[23]，气镇孔开口处和掺入气体引入导管[5]、[24]相连，这样，当掺入气体压力高于压缩腔内压力时，干燥的掺入气体(如空气、N₂等)就可以进入压缩腔。本实用新型不需要逆止阀，只要保证气镇孔入口[37]、[36]的半径小于涡旋体端面上密封槽内密封件的宽度，如图4所示，气镇孔入口[36]被转子密封件[55]遮盖。也就是当终压缩腔V₂排气时，在一定角度范围内，气镇孔入口[36]、[37]必须能被转子上的密封件遮盖，从而提高排气效率。也解决了被抽容器内的水蒸汽问题。

气体进入排气通道[9]后，不能马上排出泵腔，必须在通道[9]内备压，当压力达到一定值后，才能通过排气阀排出泵腔。

本实用新型增加了排气阀，这对当容器内压力降到一定程度后排气有益，避免压缩腔排气口和大气直接接触。本实用新型设计的排气阀由球[18]和弹簧[16]组成。当排气通道[9]、[22]内压力大于弹簧压力、球重和大气压力之和时，排气阀打开。另外，本实用新型中心排气阀还有一个优点，即可以调节排气通道[9]、[22]排气压力。当被抽容器压力较低时，必须调节排气阀，使排气通道[9]、[22]内排气压力降低，以便于将气体排出泵腔。如图1所示，排气法兰[15]通过螺纹和定子[2]相连接。弹簧[16]的一端顶在排气法兰根部，一端顶在球[18]上，通过旋进排气法兰[15]的螺纹深度，可以调节弹簧[16]的长度，从而调节作用在球[18]上的作用力，最终使排气通道[9]、[22]内排气压力得到调整。

为了进一步提高排气效率和密封性能，本实用新型对转子[1]的涡旋体里层部分进行了改进。提高排气效率的最有效的手段就是使终压缩腔V₁和V₂的体积能在终压缩腔和排气通道[9]、[22]相通前尽可能的小。如图4所示，转子[1]涡旋槽里层末端前壁[53]为园弧形，半径值等于转子[1]公转半径Rg加涡旋体厚度的一半。转子运转时，定子[3]的涡旋体[4]里层末端[56]就可以贴着转子[1]涡旋槽里层末端前壁[53]上滑动，从而使得终压缩腔V₂排气时，保证压缩腔V₄和V₂之间隔开。当转子涡旋槽里层末端侧壁[54]和定子涡旋体末端[56]相接触时，压缩腔V₂逐渐缩小，并通过孔[51]向排气通道[9]排气，当定子涡旋体里层末端[56]接触转子[1]中心轴孔凸台外侧壁[58]时，压缩腔V₁才被打开，开始通过孔[51]向排气通道[9]排气。这时排气压缩腔体积被压缩到最小才开始排气，提高了压缩效率。孔[51]被设置在靠近转子中心轴孔凸台外侧[58]处，可以进一步提高压缩效率。孔[51]的设置如图5所示，孔[51]的作用是连接终压缩腔V₂和排气通道[9]，转子两侧都对称钻有孔[51]。

另一处改进是在转子中心轴孔端面凸台上设置密封槽。以前的涡旋机械上，涡旋体端面上的密封槽向内只延伸到转子涡旋体[54]处。转子中心轴孔端面凸台上没有密封件密封，气体可以从终压缩腔V₂通过端面凸台表面向低压区转子中心轴孔和排气通道泄漏，从而降低了压缩效率。因此，在本实用新型中，将密封槽[55]向转子[1]中心轴孔凸台端面上延伸。如图4所示，用密封槽[52]、[59]、[57]内装有密封件将转子中心轴孔，排气通道[9]，终压缩腔V₁和V₂隔离，以阻止气体在三者之间的泄漏。装在转子中心轴孔凸台端面密封槽内的密封件最好和原密封件铸成一个整体，有利于进一步提高密封性能，提高压缩效率。

图3所示为本实用新型转子防自转机构简图，三个销轴分别相对转子中心以一定半径在圆周上120°均布。为防止销轴[12]轴向窜动，销轴一端用螺帽[47]把紧，另一端伸入孔[49]内，孔[49]内垫上耐磨垫[50]，销轴[12]在耐磨垫[50]内表面滑动。采用这种结构防自转机构结构简单，不用油脂润滑，保持真空环境的清洁，孔[49]的中心线和销轴[12]的中心轴线距离等于转子的公转半径Rg。孔的半径值等于销轴半径加上转子公转半径Rg，三个销轴限制了转子，使它不能自转，而且能以半径Rg绕定子中心线公转。

在涡旋机械中，转子[1]作半径为Rg的公转运动，而且转子是不规则形状，另外，主轴也是一根曲轴，因此需要采取平衡措施，否则运动时产生振动和噪音。在以前的涡旋机械中，通常将平衡块加在转子和主轴上。在本实用新型中，如图1所示是在主轴两端分别安装风扇，风扇随主轴一起转动，将平衡块设置在风扇叶上，这种平衡结构简单，易加工实现，并且风扇解决了泵的冷却问题。

本实用新型具有体积小、重量轻、振动噪音小，功耗小，密封性能好，压缩效率和排气效率高等优点。

Claims (9)

1、一种包含有定子、转子、主轴防自转机构在内的双侧无油涡旋真空泵，其特征在于该泵还包含有支座、电机、风扇、气镇阀，进气法兰、排气法兰和排气阀，该泵的定子分为左、右两个定子，定子和转子都呈盘状，两定子周边通过螺栓连接在一起，转子夹在两定子之间，转子两侧都有涡旋体，两定子在面对转子的一侧有涡旋体，定子的涡旋体与转子的涡旋体相配合，形成许多月牙形的压缩腔，在转子两侧对称分布，主轴是一个曲轴，主轴穿过转子和定子的中心轴孔，主轴中间的偏心段通过两个滚针轴承和转子相配合，主轴的两端装有风扇，右端通过联轴器直接和电机相连，吸气法兰、排气法兰和排气阀都装在右定子上，右定子通过螺栓和支座相连。

2、如权利要求1所述的双侧无油涡旋真空泵，其特征在于所说的防自转机构是一种孔销结构，在转子的园盘上装有三个防自转销轴，呈120°分布，与此三销轴相配合的孔开在右定子上。

3、如权利要求1、2所述的双侧无油涡旋真空泵，其特征在于所说的转子和定子的涡旋体端面上开有密封槽，在密封槽内每隔一定距离钻有小孔，孔内装有小弹簧或其他弹性体，再在密封槽内装上密封件。

4、如权利要求1所述的双侧无油涡旋真空泵，其特征在于该泵两定子的外侧盘体上开有气镇孔，气镇孔的开口处和掺入气体引入导管相连。

5、如权利要求1所述的双侧无油涡旋真空泵，其特征在于所说的排气阀由球和弹簧组成，弹簧一端与球相连，另一端顶在排气法兰的根部。

6、如权利要求1所述的双侧无油涡旋真空泵，其特征在于该泵主轴两端装有的风扇叶片上装有平衡块。

7、如权利要求3所述的双侧无油涡旋真空泵，其特征在于该泵的转子涡旋槽里层末端前壁上钻有一通孔。

8、如权利要求3所述的双侧无油涡旋真空泵，其特征在于所说的转子中心轴孔凸台端面上设置有密封槽。

9、如权利要求7所述的双侧无油涡旋真空泵，其特征在于其转子涡旋槽里层末端前壁为园弧形，半径值等于转子公转半径Rg与转子涡旋体厚度的一半之和。

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