JP2006503220A - Screw pump - Google Patents
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Abstract
ポンプは、ハウジング内に設けられたステータ及び少なくとも1つのロータを有する。ハウジングは、ロータの周りに延びる第1の流体チャネルを有し、ロータは、少なくとも1つの第2の流体チャネルを有する。ステータの温度を表す信号を出力するよう構成された第1のセンサが設けられ、ロータの温度を表す信号を出力するよう構成された第2のセンサが設けられている。チャネル内の流体の温度は、センサから出力された信号の大きさに応じて制御される。The pump has a stator and at least one rotor provided in the housing. The housing has a first fluid channel extending around the rotor, and the rotor has at least one second fluid channel. A first sensor configured to output a signal representative of the temperature of the stator is provided, and a second sensor configured to output a signal representative of the temperature of the rotor is provided. The temperature of the fluid in the channel is controlled according to the magnitude of the signal output from the sensor.
Description
本発明は、真空ポンプの分野する。特に、本発明は、スクリュー形形態の真空ポンプの熱制御に関するものである。 The present invention is in the field of vacuum pumps. In particular, the present invention relates to thermal control of a screw-type vacuum pump.
スクリューポンプは通常、各々が雄ねじ付きロータを支持した2つの互いに間隔を置いた平行なシャフトを有し、シャフトは、ロータのねじ山が互いに噛み合うようポンプ本体内に設けられている。相互噛み合い箇所でのロータねじ山とステータとして働くポンプ本体の内面との間の厳密な公差により、入口と出口との間で圧送されているガスの量をロータのねじ山と内面との間に取り込み、それによりロータが回転しているときにポンプ中へ押し込む。 Screw pumps typically have two spaced apart parallel shafts, each supporting a male threaded rotor, the shaft being provided in the pump body such that the rotor threads engage each other. Due to the tight tolerance between the rotor threads at the intermeshing points and the inner surface of the pump body acting as a stator, the amount of gas being pumped between the inlet and outlet can be reduced between the rotor threads and the inner surface. Ingestion, thereby pushing into the pump when the rotor is rotating.
先行技術のスクリューポンプは、圧縮熱を除去するために機械の部分の周りに水冷ジャケットを用いている。しかしながら、機械の入口は、冷却システムを全く備えていない。その理由は、低圧状態で、入口から除去されるべき圧縮熱は僅かだからである。圧力が増大するにつれ、入口を通るガス流量を増大させることにより入口から追加の熱を消散させる。ポンプが低温環境に設置されている場合、ポンプの入口内の表面温度は、著しく減少してコールドスポットを生じさせる場合があり、したがって排気室からのガス状廃棄物がこれら低温領域で凝縮して液体の溜まり(プール)状態になる。これら溜まりは、腐食性の酸性又は塩基性流体から生じる場合があり、これら溜まりによりポンプ構成部品の損傷が生じる場合があり、それにより装置の寿命が短くなる場合がある。 Prior art screw pumps use a water-cooled jacket around the part of the machine to remove the heat of compression. However, the machine inlet does not have any cooling system. The reason is that in the low pressure state, little heat of compression has to be removed from the inlet. As the pressure increases, additional heat is dissipated from the inlet by increasing the gas flow rate through the inlet. If the pump is installed in a cold environment, the surface temperature in the pump inlet can be significantly reduced to produce a cold spot, so gaseous waste from the exhaust chamber can condense in these cold regions. It becomes a liquid pool (pool) state. These puddles can arise from corrosive acidic or basic fluids, which can cause damage to pump components, which can shorten the life of the device.
単一の入口が2つの出口をまかなう両頭型のスクリューポンプが知られており、ロータは、同一直線状に設けられる。かかるポンプでは、ポンプの入口部分と出口部分との間の温度のばらつきは、顕著であり、ハウジング構成部品内のボアの同心性が重要になる。ハウジング構成部品が動いて位置合わせ状態から外れると、ロータは、既に僅かな公差が一段と減少し又は無くなるのでステータと衝突する恐れが高くなる。
スクリューポンプは、広範な用途においてますます利用されている。例えば、医薬品プロセス分野では、同一のポンプが多種多様な用途を実施する必要のある場合がある。ポンプの形態は、特定用途に合わせて特注されている場合が多いが、いったん用途を変更すると、理想的な条件はもはや存在せず、ポンプはピーク/最適効率では稼働しなくなるであろう。
本発明の目的は、スクリューポンプ技術と関連した上述の問題のうち幾つかを解決することにある。
A double-headed screw pump in which a single inlet covers two outlets is known, and the rotors are arranged in a straight line. In such pumps, temperature variations between the inlet and outlet portions of the pump are significant and the concentricity of the bores in the housing components is important. As the housing components move and move out of alignment, the rotor is already more likely to collide with the stator because slight tolerances are already reduced or eliminated.
Screw pumps are increasingly used in a wide range of applications. For example, in the pharmaceutical process field, the same pump may need to perform a wide variety of applications. Pump configurations are often tailored for specific applications, but once the application is changed, the ideal conditions no longer exist and the pump will not operate at peak / optimal efficiency.
The object of the present invention is to solve some of the above-mentioned problems associated with screw pump technology.
本発明の一特徴によれば、ポンプであって、ステータと、ハウジング内に設けられた少なくとも1つのロータとを有し、ハウジングは、ロータの周りに延びる第1の流体チャネルを有し、ロータは、少なくとも1つの第2の流体チャネルを有し、ポンプは、ステータの温度を表す信号を出力するよう構成された第1のセンサと、ロータの温度を表す信号を出力するよう構成された第2のセンサと、センサから出力された信号の大きさに応じて上記チャネル内に存在している場合の流体の温度を制御する温度制御手段とを更に有することを特徴とするポンプが提供される。
第1の温度センサをステータのところに配置するのがよく、これに対して、第2の温度センサは、ロータの排出部分内のプロセスガスと流体接触状態をなして排気プレナムの中か、又は、ハウジングの中の何れかに設けるのがよく、或いは、第2の温度センサをポンプの歯車箱(ギヤボックス)の中に配置してもよい。
According to one aspect of the invention, a pump includes a stator and at least one rotor disposed within the housing, the housing having a first fluid channel extending around the rotor, the rotor Has at least one second fluid channel and the pump is configured to output a first sensor configured to output a signal representative of the temperature of the stator and a signal representative of the temperature of the rotor. And a temperature control means for controlling the temperature of the fluid when present in the channel in accordance with the magnitude of the signal output from the sensor. .
The first temperature sensor may be located at the stator, whereas the second temperature sensor is in fluid contact with the process gas in the exhaust portion of the rotor in the exhaust plenum, or It may be provided in any of the housings, or the second temperature sensor may be arranged in a gear box of the pump.
熱制御手段は、第1のチャネル、第2のチャネル内の流体の温度をそれぞれ制御する第1の制御手段、第2の制御手段を含むのがよい。熱制御手段を構成する第1の制御手段及び第2の制御手段のうち少なくとも一方は、変速フローポンプ、サーモスタット制御弁及び熱交換器を有する。これらの制御手段は、センサの出力のうち1以上の大きさに応じて、それぞれのチャネル内の流体の温度を制御するように配置されるのがよい。熱制御手段はマイクロプロセッサを有していてもよいし、或いは、熱制御手段をマイクロプロセッサによって制御してもよい。 The thermal control means may include first control means and second control means for controlling the temperature of the fluid in the first channel and the second channel, respectively. At least one of the first control means and the second control means constituting the heat control means includes a transmission flow pump, a thermostat control valve, and a heat exchanger. These control means may be arranged to control the temperature of the fluid in each channel in accordance with one or more of the sensor outputs. The thermal control means may have a microprocessor, or the thermal control means may be controlled by the microprocessor.
サーモスタット制御弁のうちの一方は、機械式差動温度弁で構成されるのがよい。この弁は、第2の流体チャネルと熱的連通状態にある第3の流体チャネルを有するのがよい。この第3の流体チャネルを通る流体の流量を制御するためにフローレストリクタ(流量絞り弁)を第3の流体チャネル内に設けるのがよい。このフローレストリクタの位置は、信号レセプタにより第1のセンサ及び第2のセンサから受け取った信号によって決定でき、この信号レセプタは、弁の一部を形成するのがよい。各信号レセプタは、密閉部品を有するのがよく、その容積は、使用中に拡張するのがよい。拡張度は、受け取った信号の大きさで決まり、第3の流体チャネル内のレストリクタの相対位置を定める。信号レセプタの密閉部品は、拡張可能なベローで構成されるのがよい。フローレストリクタは、スピンドル及び受け座を有するのがよい。スピンドルは、受け座と協働して作用して通過する流体の流量を制御するように孔を開閉する。ポンプは、任意公知の形態のものであってよく、例えば、スクリューポンプ(screw pump )、クローポンプ(claw pump )、ルーツポンプ(Roots pump)であるが、これらには限定されない。 One of the thermostat control valves may be a mechanical differential temperature valve. The valve may have a third fluid channel in thermal communication with the second fluid channel. In order to control the flow rate of fluid through the third fluid channel, a flow restrictor (flow restrictor) may be provided in the third fluid channel. The position of the flow restrictor can be determined by signals received from the first sensor and the second sensor by a signal receptor, which signal receptor may form part of the valve. Each signal receptor may have a sealed part and its volume should expand during use. The degree of expansion is determined by the magnitude of the received signal and defines the relative position of the restrictor in the third fluid channel. The sealing part of the signal receptor may be composed of an expandable bellows. The flow restrictor may have a spindle and a seat. The spindle opens and closes the hole to control the flow rate of fluid passing through it in cooperation with the seat. The pump may be of any known form, such as, but not limited to, a screw pump, a claw pump, or a Roots pump.
本発明の別の特徴によれば、両頭型ポンプであって、1つの入口部分及び2つの排出部分を備えた少なくとも1つのロータと、ステータと、ハウジングとを有し、ハウジングは、内殻及び外殻を有し、第1のキャビティが、内殻によって形成され、ロータは、内殻内に設けられ、第2のキャビティが、ハウジングの内殻と外殻の間に形成され、使用中、流体が第2のキャビティを通って循環し、第2のキャビティは、ロータの長さにわたって、これを包囲した状態で延びることを特徴とする両頭型ポンプが提供される。 According to another feature of the invention, a double-headed pump comprising at least one rotor with one inlet portion and two discharge portions, a stator and a housing, the housing comprising an inner shell and Having an outer shell, a first cavity is formed by the inner shell, a rotor is provided in the inner shell, and a second cavity is formed between the inner shell and the outer shell of the housing; A double-headed pump is provided, wherein fluid circulates through the second cavity, the second cavity extending over and surrounding the length of the rotor.
本発明の別の特徴によれば、弁であって、流体チャネルと、流体の通過流量を制御するよう流体チャネル内で動くことができるフローレストリクタと、それぞれの信号を受け取り、受け取った信号の大きさに応じて流体チャネル内におけるフローレストリクタの位置を制御する2つの信号レセプタとを有することを特徴とする弁が提供される。
本発明の別の特徴によれば、冷却時にポンプの内側作業面上に生じた物質の堆積物が存在するために焼き付いたポンプのロータを解除する方法であって、ポンプのハウジング内に設けられていて、ロータの部品を包囲しているキャビティ内へ熱的流体を導入する段階と、キャビティ内の熱的流体を堆積物が軟化するのに十分に高い所定の温度まで加熱する段階と、トルクをポンプのロータに加えてポンプの内側作業面に付着存在している堆積物により生じる残りの妨害力に打ち勝つ段階とを含むことを特徴とする方法が提供される。
According to another feature of the invention, the valve is a fluid channel, a flow restrictor that can be moved in the fluid channel to control the flow rate of fluid, and the magnitude of the received signal. There is provided a valve characterized in that it has two signal receptors for controlling the position of the flow restrictor in the fluid channel accordingly.
According to another aspect of the invention, there is provided a method for releasing a seized pump rotor due to the presence of deposits of material formed on the inner working surface of the pump during cooling, provided in the pump housing. The thermal fluid is introduced into the cavity surrounding the rotor components, the thermal fluid in the cavity is heated to a predetermined temperature high enough for the deposit to soften, and torque In addition to the rotor of the pump and overcoming the remaining disturbing forces caused by deposits that are attached to the inner working surface of the pump.
本発明の別の特徴によれば、本発明のポンプ内のロータとステータとの隙間を制御する方法であって、(a)センサから出力された信号を用いてステータ及びロータの各々の温度を記録する段階と、(b)ステータとロータの温度差を計算する段階と、(c)温度差を所定値と比較する段階と、(d)第1の流体チャネル内及び第2の流体チャネル内の流体に関する適当な値の流量及び温度を求めて所定の温度差を達成する段階と、(e)熱制御手段を制御して、段階(d)で求めた値を実現する段階とを含むことを特徴とする方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a clearance between a rotor and a stator in a pump according to the present invention, wherein (a) the temperature of each of the stator and the rotor is determined using a signal output from a sensor. Recording, (b) calculating a temperature difference between the stator and the rotor, (c) comparing the temperature difference with a predetermined value, and (d) in the first fluid channel and in the second fluid channel. Determining a flow rate and a temperature of an appropriate value for the fluid in order to achieve a predetermined temperature difference; and (e) controlling the thermal control means to achieve the value determined in step (d). Is provided.
上記方法の段階を所定の時間間隔で自動的に繰り返し実施して、ポンプの形態の摂動を経時的に管理するのがよい。所定の温度差を所定の時間間隔で修正して、部品相互間の隙間を変更し、累積堆積物をポンプの部品の表面から脱落させることができるようにするのがよい。 The method steps may be repeated automatically at predetermined time intervals to manage perturbations in the form of the pump over time. The predetermined temperature difference may be corrected at predetermined time intervals to change the gap between the parts so that accumulated deposits can fall off the surface of the pump parts.
熱制御装置は、コンピュータの状態に具体化されたマイクロプロセッサを含むのがよく、かかるコンピュータは、コンピュータソフトウェアにより任意的にプログラムされ、ソフトウェアをコンピュータにインストールすると、コンピュータは、上述の方法の段階(a)から段階(e)を実行する。 The thermal control device may include a microprocessor embodied in the state of the computer, which is optionally programmed with computer software, and when the software is installed on the computer, the computer is Perform step (e) from a).
本発明により、ポンプは向上したレベルの熱制御を受けることができる。これにより、最適化された動的隙間をもたらして過度の排気背圧に対するポンプの公差を高め、ポンプの入口におけるコールドスポットの発生を減少させ、装置内の加熱遅れを減少させ、堆積物が冷却に起因して生じる環境内での再始動の可能性を高めるという点で、装置の作動中における利点の達成が可能である。 With the present invention, the pump can receive an improved level of thermal control. This results in an optimized dynamic gap that increases the pump tolerance for excessive exhaust back pressure, reduces the occurrence of cold spots at the pump inlet, reduces heating delays in the system, and cools the deposits An advantage can be achieved during operation of the device in that it increases the possibility of restarting in the environment caused by.
次に、添付の図面を参照して本発明の一例を説明する。
スクリューポンプが、図1及び図2に示されている。2つのロータ1が、外ハウジング2の中に設けられている。逆方向に回転する互いに噛み合った2つのロータ1は、これらの中心軸線が互いに平行に位置するように位置決めされている。ロータ1は、軸受3を介してハウジング2の中に設けられている。図1の単頭型ポンプ1は、入口ステータ4及び排気ステータ5を有し、これに対して、図2の例の両頭型ポンプは、2つの排気ステータ5の相互の間に配置された入口ステータ4を有している。
Next, an example of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
A screw pump is shown in FIGS. Two
ハウジング2は、2重殻構造として設けられている。内殻は、ポンプのステータとして働く。キャビティ6が、ハウジング2の内外殻の相互の間に設けられていて、ポンプの稼働部分から熱を運び去るようにするために、冷却用流体、例えば水をステータの周りに循環させることができるようになっている。このキャビティ6は、ステータの長さ全体、即ち、入口ステータ4だけでなく、排気ステータ5にわたってこれらを包囲している。冷却用流体は、このキャビティを通って循環して熱を高温表面から取り去る。ステータの長さ全体にわたって水ジャケットを設けることにより、ロータの排気端部に向かって生じる熱を必要な場合、その前の段に再分配することができる。これにより、温度勾配を減少させて、より一様な温度をポンプの表面全体にわたって維持することができる。その結果、先行技術で見られた「コールドスポット」を回避することができ、ロータ入口の潜在的に腐食性の物質の凝縮が、実質的に軽減される。さらに、例えば、風冷却効果により、ステータ及びロータ表面の迅速な温度変化を効果的に防止する水ジャケット一式が設けられているので、加熱遅れがシステムに導入される。一様な温度を維持することにより、ステータ構成部品は全て、中央基準(シャフト)から同一速度で膨張し、かくして、同心性を維持でき、その結果、ロータは、ステータ内におけるロータの相対位置を保持し、部品相互間の衝突を回避することができる。
The housing 2 is provided as a double shell structure. The inner shell serves as a pump stator. A
サーマルジャケットを備えた従来型ポンプは一般に、熱的液体をステータ中に循環させるのに対流を用いている。これにより、ポンプ全体にわたり温度の不均一な分布が生じる場合があり、特に、ポンプの下方の領域は低く、上方領域では温度の高い部分が生じる。かかる局所化されたコールドスポットにより、プロセスガスが凝縮し、次第に腐食性になる場合がある。循環ポンプを熱的流体内で具体化することにより、一貫性のある熱制御を達成して温度の局所的なばらつきを最小限に抑えることができる。 Conventional pumps with thermal jackets typically use convection to circulate thermal liquid through the stator. This may result in a non-uniform distribution of temperature throughout the pump, especially in the lower region of the pump and the higher region in the upper region. Such localized cold spots can cause the process gas to condense and become increasingly corrosive. By embodying a circulation pump in the thermal fluid, consistent thermal control can be achieved to minimize local temperature variations.
或る場合には、ポンプを通過した廃棄物は、蝋質又は粘性の高い物質を含み、堆積物が作動中ポンプの表面上に形成される。ポンプの運転停止時に、これら堆積物が冷え、凝固する場合がある。かかる堆積物が構成部品相互間の隙間領域内に存在する場合、これら堆積物によりポンプが焼き付く場合がある。この場合、モータのもたらすトルクはこの追加の摩擦に打ち勝つのに不十分な場合があり、それによりロータが回転する。梃子式バーをシャフトに設けられた受け口に挿入し、次に手作業でこれを回転させることにより追加のトルクを加えることができる。しかしながら、かかる技術は、相当大きな荷重をロータに及ぼし、損傷を引き起こす場合がある。しかしながら、機構を解除してシャフトを回転させるのに十分な荷重を及ぼすことは可能でない場合があり、このような状況下においては、装置の稼働を停止し、交換又は修理のためにその使用を中止することが必要な場合がある。本発明の水ジャケットの別の使用法は、ポンプがロータの冷却に起因して焼き付いたようなこれら状況において実現できる。ハウジング2のキャビティ6内の流体を加熱するとステータ4,5及びロータ1の温度を上昇させることができる。これにより、残留物の融通性を高めることができ、機械を解除するのを助けることができる。
In some cases, the waste that has passed through the pump contains waxy or viscous material, and deposits are formed on the surface of the pump during operation. These deposits may cool and solidify when the pump is shut down. If such deposits are present in the gap area between the components, the deposits may be baked by these deposits. In this case, the torque provided by the motor may be insufficient to overcome this additional friction, thereby causing the rotor to rotate. Additional torque can be applied by inserting the lever bar into a receptacle provided on the shaft and then manually rotating it. However, such techniques can apply significant loads to the rotor and cause damage. However, it may not be possible to disengage the mechanism and apply sufficient load to rotate the shaft, and under these circumstances, the device will be shut down and used for replacement or repair. It may be necessary to cancel. Another use of the water jacket of the present invention can be realized in these situations where the pump is seized due to the cooling of the rotor. When the fluid in the
図3は、流体回路11,12,12a,15をどのように用いればポンプ内での熱条件を制御できるかを示している。冷却液、代表的には水と不凍剤の混合物が、循環ポンプ17で第1の閉鎖回路11内に提供される。第2の流体回路12は、加圧水回路及びサーモスタット制御弁13を有している。典型的には、本管の水が入口25のところでこの回路に送られ、出口26のところで取り出される。熱交換部品14が、これら2つの流体回路11と流体回路12との間に設けられている。弁13は、ステータのところに設けられた温度センサ21からの入力信号を受け取り、これを用いて第2の回路12内の適当な流量を維持して熱交換部品14全体にわたる温度勾配を決定する。この温度勾配は、第1の回路11の温度を維持する。
FIG. 3 shows how the
ロータ1は、図2に示すように、ねじ付き部分9と、これと別個のシャフト部品8とを有している。ねじ付き部分9は、内部冷却キャビティ7を備え、別個のシャフト8の本体がこのキャビティ内に挿入されている。シャフト8の本体は、ロータの本体内の冷却キャビティ7の直径よりも部分的に直径が小さい。かくして、冷却剤、代表的には油を落とすことができる冷却チャネルが得られる。このチャネルは、冷却剤の流速をできるだけ高くするよう小さく維持されている。その目的は、ロータと冷却剤との間の温度差を維持し、熱を冷却剤リザーバに送り戻すことにより冷却機能を促進することにある。冷却システムの入口及び出口は、シャフト部品8を貫通して設けられている。
As shown in FIG. 2, the
図3を参照すると、油は別の閉鎖回路15内に保持されていることが理解できる。この回路15は、循環ポンプ19、フィルタ20及び熱交換部品14aを有している。この熱交換部品は、第2の冷却回路12aと接触状態にあり、別のサーモスタット制御弁16を有している。サーモスタット制御弁16は、第2の温度センサ22からの入力信号を受け取り、この入力信号は、回路15からの油又はロータの後の段内のプロセスガスを介してロータの温度を指示している。温度を排気プレナム(即ち、ロータの端部とステータの壁との間のキャビティ)内でモニタするのがよいが、ここでは、温度は、ロータの温度よりも迅速に低下することになる。
Referring to FIG. 3, it can be seen that the oil is held in another
上述したような2つのサーモスタット制御弁を導入することにより、ステータの温度に対するポンプロータの温度を制御することができる。スクリューポンプのロータとステータ相互間の隙間d(図4に示されている)は、ロータとステータとの間の温度のこの差の関数である。これら構成部品の温度を制御することにより、この隙間dの大きさを制御することができる。さらに、ロータとステータとの間のプロセスガスの漏れのレベルを定めるのはこの隙間dであり、したがって、漏れの量は、ニーゲル・ハリス(Nigel Harris)著,「モダン・バキューム・プラクティス(Modern vacuum practice)」,マグローヒル(McGraw Hill )の第231頁に示されているように、中間移行流についてd3に比例するようになる。漏れはポンプの性能に悪影響を及ぼすので、ポンプの性能は、これら構成部品の温度を制御することにより最適化できると推測される。さらに、隙間dを維持してプロセスガスの内容物としての粒子がこれら隙間内で妨害物を形成せず、かくして、ロータ1の自由回転を阻止することがないようにすることができれば有利である。かかる妨害は、プロセスガスの通過流量の絞りだけでなく、ロータの適当な回転速度を維持するために、モータによって追加のトルクを加えなければならないことにより、ポンプの性能に深刻な影響を及ぼす場合がある。
By introducing the two thermostat control valves as described above, the temperature of the pump rotor relative to the temperature of the stator can be controlled. The clearance d (shown in FIG. 4) between the rotor and stator of the screw pump is a function of this difference in temperature between the rotor and stator. By controlling the temperature of these components, the size of the gap d can be controlled. Furthermore, it is this gap d that determines the level of process gas leakage between the rotor and stator, and therefore the amount of leakage is described by Nigel Harris, “Modern Vacuum Practice (Modern Vacuum Practice). practice ”, as shown on page 231 of McGraw Hill, which is proportional to d 3 for intermediate transition flows. Since leakage adversely affects pump performance, it is assumed that pump performance can be optimized by controlling the temperature of these components. Furthermore, it is advantageous if the gap d is maintained so that the particles as the contents of the process gas do not form obstructions in these gaps and thus do not prevent free rotation of the
温度制御回路をロータ内に設けることにより、ロータ温度をステータ温度に対してサーモスタットの作用で制御してロータとステータの隙間dを最適化することができる。本発明は、その最も簡単な具体化例では、コールドスポットを回避し、かくして、上述したような凝縮物の堆積に起因による腐食を無くすよう簡単に利用できる。より複雑精巧な具体化例では、ステータ4,5及びロータ1の各々に取り付けられたセンサから入力信号を受け取り、これら信号を閉ループ制御システムにより分析/処理を行うと、設定温度を例えば135℃未満に維持することができる。これにより、本発明を利用したポンプは公知の自己発火温度を持つ物質を安全に処理することができる。
By providing the temperature control circuit in the rotor, it is possible to optimize the gap d between the rotor and the stator by controlling the rotor temperature with respect to the stator temperature by the action of a thermostat. The present invention, in its simplest embodiment, can be readily utilized to avoid cold spots and thus eliminate corrosion due to condensate deposition as described above. In a more complex and elaborate embodiment, when input signals are received from sensors attached to each of the
しかしながら、上述したように、本発明は、結果的に特定の隙間dを達成して維持するようにする特定の温度を選択するよう非常に高いレベルの複雑精巧さで利用できる。図5は、センサ22a、21aからのそれぞれのロータ温度及びステータ温度を表す信号を受け取るためにプロセッサ又は中央処理ユニット(CPU)27をどのようにすればシステムに組み込めるかを示している。これら信号は、プロセッサ27が構成部品の各々の所要温度を決定できるようにする入力となる。この場合、プロセッサ27は、電子的に動作状態にされた弁13a,16aを制御して適当なレベルの冷却剤流体を熱交換部品14,14aにもたらして所要の熱平衡を達成し、次いで隙間dを達成する。
However, as discussed above, the present invention can be utilized at a very high level of complexity so as to select a particular temperature that results in a particular gap d being achieved and maintained. FIG. 5 shows how a processor or central processing unit (CPU) 27 can be incorporated into the system to receive signals representative of the respective rotor and stator temperatures from
通常の定常状態作動下においては、乾式ポンプが、ロータとステータとの間の隙間により決定される特定の圧送速度を達成することになる。ポンプの入口圧力を増大させた場合、より多量のガスがポンプに流入することになる。この追加のガスにより、ロータはステータに対して冷えるのでこれら2つの構成部品相互間の隙間dが大きくなる。高圧状態では、ロータ周りの相当多量の漏れが生じると推測される。これは、典型的には結果的に低いポンプ速度をもたらし、排気圧に近づくとガス処理量が達成されるようにする、例えば、ヘリウムのようなガス状化学種を圧送する場合に特に問題となる。本発明の制御の特徴によれば、ロータとステータとの間隙間dを人為的に減少させることが可能である。その結果、ロータ周りの漏れを減少させることができ、ポンプの効率を著しく向上させることができる。上述の例では、ヘリウムを圧送する場合、漏れを阻止するよう僅かな間隙を維持することが望ましい。大きな間隙が必要とされるアルゴンを圧送する別の用途では、同じポンプを用いてもよい。様々な条件下で効率的に機能するように、作動中、本質的に最適化できるポンプを提供することにより、多目的ポンプが達成される。この機能性は、同一の機械設備を用いて、種々の用途に単一のポンプを用いることが必要であるような分野、例えば、医薬品業界又は化学プロセス業界では効果的に利用できる。 Under normal steady state operation, the dry pump will achieve a specific pumping speed determined by the gap between the rotor and the stator. If the pump inlet pressure is increased, more gas will flow into the pump. This additional gas cools the rotor relative to the stator, thus increasing the gap d between these two components. It is assumed that a considerable amount of leakage around the rotor occurs in the high pressure state. This typically results in low pump speeds and is particularly problematic when pumping gaseous species such as helium, for example, to achieve gas throughput as exhaust pressure is approached. Become. According to the control feature of the present invention, the gap d between the rotor and the stator can be artificially reduced. As a result, leakage around the rotor can be reduced and the efficiency of the pump can be significantly improved. In the above example, when pumping helium, it is desirable to maintain a slight gap to prevent leakage. In other applications where argon is pumped where a large gap is required, the same pump may be used. A multi-purpose pump is achieved by providing a pump that can be essentially optimized during operation to function efficiently under a variety of conditions. This functionality can be effectively utilized in fields where it is necessary to use a single pump for different applications, for example the pharmaceutical industry or the chemical process industry, using the same mechanical equipment.
温度制御は、特定のプロセス範囲内では動的であるのがよい。始動時には、一般に温度差が大きい。その理由は、ロータの温度は、相対的な構成部品の熱質量の差が大きいので、ステータよりも早い速度で増加するからである。しかしながら、いったんポンプが定常状態に達すると、この温度差は小さくなる。温度制御を動的に行うことにより、この初期温度差を最小限にして隙間dを、ほぼ定常値に維持することができるようにする。これにより、ポンプ効率のより一貫したレベルが得られることになる。
隙間の動的制御は、ポンプが通常条件下で動作しているとき、周期的なやり方で実現できる。所定の間隔で、熱的条件を変えると短期間でロータとステータとの間の隙間を減少させることができる。これは、これら構成部品にくっ付くようになったプロセス堆積物を除去/脱落させるという作用効果がある。これを間隔を置いて繰り返すと、ポンプの内面上の固形物の累積的堆積を実質的に減少させることができ、かくしてポンプの固着又は焼付き防止される。
The temperature control should be dynamic within a specific process range. At start-up, the temperature difference is generally large. The reason is that the rotor temperature increases at a faster rate than the stator due to the large difference in the thermal mass of the relative components. However, once the pump reaches a steady state, this temperature difference becomes smaller. By performing the temperature control dynamically, the initial temperature difference is minimized and the gap d can be maintained at a substantially steady value. This provides a more consistent level of pump efficiency.
The dynamic control of the gap can be realized in a periodic manner when the pump is operating under normal conditions. If the thermal condition is changed at a predetermined interval, the gap between the rotor and the stator can be reduced in a short period of time. This has the effect of removing / dropping process deposits that have become attached to these components. If this is repeated at intervals, the cumulative build-up of solids on the inner surface of the pump can be substantially reduced, thus preventing pump sticking or seizure.
ポンプの固着は、ポンプ内の圧力、又は、ポンプの電力消費量をモニタする追加のセンサを設けることにより一段と回避できる。これら値のうちのいずれかが著しく増大した場合、これは、隙間が閉塞状態になっていて、焼付きが差し迫っているという兆しである場合がある。これらの値をモニタすることにより、ロータ部品の最大冷却状態を開始させてロータ1とステータ4,5との間の隙間を最大にし、かくして、ポンプの焼付きを阻止することが可能である。
Pump sticking can be further avoided by providing additional sensors that monitor the pressure in the pump or the power consumption of the pump. If any of these values increase significantly, this may be an indication that the gap is closed and seizure is imminent. By monitoring these values, it is possible to initiate a maximum cooling state of the rotor parts to maximize the gap between the
変形例として、図6及び図7に示すように、熱制御手段を純粋に機械的手段によって提供でき、この場合、ステータとロータとの間の特定の温度差を自動的に維持することができる。このようにすると、簡単ではあるが頑丈な装置を特定の過酷な条件にさらされるポンプに実用化できる。機械式熱制御装置24は、ロータ運動を掃過容積内のプロセスガスにより、又は、歯車箱内の油温度により指示するように、上述したように配置されたセンサ22に直接接続されると共に、ポンプのステータ内に設けられたセンサ23にも直接接続される。後者のセンサ23を図3において熱制御弁13への入力をもたらすセンサ21と同様な位置に配置してもよい。作動温度弁の各端部は、各センサからの温度差を受け、密閉センサ/ベローズ構造が加熱され、かくして、ベローズの拡張を生じさせる。これら2つの拡張形ベロー構造は、内部弁を位置決めするよう協働する。この弁位置は、熱回路を通ることができる冷却用流体の量を定め、かくして、熱交換ユニット14aの熱除去量を変える。これは、ポンプ構成部品の温度を変更することによりポンプ内の隙間を制御する。この簡単な例は、各構成部品を個々に積極的に制御するのではなく、ロータ1とステータ4,5との温度差を維持する。しかしながら、これら相対温度を維持することにより、一貫性のある隙間を維持することができる。弁24は、例えばベロー構成部品のうちの一方の拡張度を制限することにより物理的に変更でき、それにより、ロータ1とステータ4,5の温度差の大きさを調節し、かくして、種々のプロセスに対応することができる。
As a variant, as shown in FIGS. 6 and 7, the thermal control means can be provided by purely mechanical means, in which case a certain temperature difference between the stator and the rotor can be automatically maintained. . In this way, a simple but robust device can be put into practical use for a pump that is exposed to certain harsh conditions. The mechanical
本発明は、スクリューポンプでの利用には限定されず、他形式のポンプ、例えばクローポンプ又はルーツポンプに容易に利用できる。実際には、或るルーツブロワでは、かなり高い排気圧(或る場合には、最高2〜3バールまで)を経験する場合がある。このような高い圧力により、ポンプ内での構成部品の温度の顕著な増加が生じ、これにより適当な隙間を維持する上で問題が生じる場合がある。本発明の動的熱制御を実施することにより、これら隙間を一貫したレベルに維持することができ、かくして、種々の作動条件に対するポンプの裕度が向上する。 The invention is not limited to use with screw pumps, but can be readily applied to other types of pumps, such as claw pumps or roots pumps. In practice, some roots blowers may experience fairly high exhaust pressures (in some cases up to 2-3 bar). Such high pressures can cause a significant increase in the temperature of the components within the pump, which can cause problems in maintaining proper clearance. By implementing the dynamic thermal control of the present invention, these gaps can be maintained at a consistent level, thus increasing the tolerance of the pump to various operating conditions.
ルーツブロワのロータ35が図8に示されており、本発明の熱制御を導入するため、図2のスクリューロータ1で見られた仕方と同様な仕方で冷却チャネル34をロータ35に導入することが必要である。この場合も又、チャネルは、冷却剤の流速をできるだけ高くするよう小さく保たれる。その目的は、ロータ35と冷却剤との温度差を維持し、熱を冷却剤リザーバ、代表的には歯車箱(図示せず)に送り戻すことにより冷却機能を高めることにある。冷却チャネルの入口32及び出口33は、ロータシャフト部品31を貫通して設けられる。冷却チャネルは、ルーツロータ35に設けられたローブ30の各々の中へ延び、図示のように2つのローブを設けるのがよく、又は、3、4又は5以上のローブをロータに容易に設けることができる。
A roots blower rotor 35 is shown in FIG. 8, and
上記は、本発明のほんの幾つかの実施形態を示しており、他の実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の真の精神から逸脱することなく当業者に想到できることは確かである。 The foregoing shows only a few embodiments of the present invention, and other embodiments can certainly be conceived by those skilled in the art without departing from the true spirit of the invention as set forth in the claims. is there.
Claims (31)
ステータを有し、
ハウジング内に設けられた少なくとも1つのロータを有し、ハウジングは、ロータの周りに延びる第1の流体チャネルを有し、ロータは、少なくとも1つの第2の流体チャネルを有し、
ステータの温度を表す信号を出力するよう構成された第1のセンサを有し、
ロータの温度を表す信号を出力するよう構成された第2のセンサを有し、
センサから出力された信号の大きさに応じて前記チャネル内に存在している場合の流体の温度を制御する温度制御手段を有していることを特徴とするポンプ。 A pump,
Having a stator,
Having at least one rotor provided in the housing, the housing having a first fluid channel extending around the rotor, the rotor having at least one second fluid channel;
A first sensor configured to output a signal representative of the temperature of the stator;
A second sensor configured to output a signal representative of the temperature of the rotor;
A pump comprising temperature control means for controlling the temperature of a fluid when present in the channel according to the magnitude of a signal output from a sensor.
1つの入口部分及び2つの排出部分を備えた少なくとも1つのロータと、
ステータと、
ハウジングとを有し、ハウジングは、内殻及び外殻を有し、第1のキャビティが、内殻によって形成され、ロータは、内殻内に設けられ、第2のキャビティが、ハウジングの内殻と外殻の間に形成され、使用中、流体が第2のキャビティを通って循環し、第2のキャビティは、ロータの長さにわたってこれを包囲した状態で延びている、
ことを特徴とする両頭型ポンプ。 A double-headed pump,
At least one rotor with one inlet part and two discharge parts;
A stator,
A housing having an inner shell and an outer shell, wherein the first cavity is formed by the inner shell, the rotor is provided in the inner shell, and the second cavity is the inner shell of the housing. And in use, fluid circulates through the second cavity, which extends around the length of the rotor, surrounding it.
This is a double-headed pump.
流体チャネルと、
流体の通過流量を制御するよう流体チャネル内で動くことができるフローレストリクタと、
それぞれの信号を受け取り、受け取った信号の大きさに応じて流体チャネル内におけるフローレストリクタの位置を制御する2つの信号レセプタと、
を有することを特徴とする弁。 A valve,
A fluid channel;
A flow restrictor capable of moving within the fluid channel to control the flow rate of the fluid;
Two signal receptors for receiving the respective signals and controlling the position of the flow restrictor in the fluid channel according to the magnitude of the received signals;
The valve characterized by having.
ポンプのハウジング内に設けられていて、ロータの部品を包囲しているキャビティ内へ熱的流体を導入する段階と、
キャビティ内の熱的流体を堆積物が軟化するのに十分に高い所定の温度まで加熱する段階と、
トルクをポンプのロータに加えてポンプの内側作業面に付着存在している堆積物により生じる残りの妨害力に打ち勝つ段階と、
を含むことを特徴とする方法。 A method of releasing a seized pump rotor due to the presence of deposits of material produced on the inner working surface of the pump during cooling,
Introducing thermal fluid into a cavity provided in a pump housing and surrounding a rotor component;
Heating the thermal fluid in the cavity to a predetermined temperature high enough for the deposit to soften;
Applying torque to the rotor of the pump to overcome the remaining disturbing force caused by deposits present on the inner working surface of the pump;
A method comprising the steps of:
(a)センサから出力された信号を用いてステータ及びロータの各々の温度を記録する段階と、
(b)ステータとロータの温度差を計算する段階と、
(c)温度差を所定値と比較する段階と、
(d)第1及び第2の流体チャネル内の流体に関する適当な値の流量及び温度を求めて所定の温度差を達成する段階と、
(e)熱制御手段を制御して、前記段階(d)で求めた値を実現する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 A method for controlling a gap between a rotor and a stator in a pump according to any one of claims 1 to 22,
(A) recording the temperature of each of the stator and the rotor using a signal output from the sensor;
(B) calculating a temperature difference between the stator and the rotor;
(C) comparing the temperature difference with a predetermined value;
(D) determining an appropriate value of flow rate and temperature for the fluid in the first and second fluid channels to achieve a predetermined temperature difference;
(E) controlling the thermal control means to achieve the value determined in step (d);
A method comprising the steps of:
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