JP2009270581A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも１つのロータ軸１２が、ロータ１６を備えたロータ区分１４と、軸受２０を備えた軸受区分１８と、前記ロータ区分１４と軸受区分１８との間に軸線方向に設けられた軸シール装置２２とを有し、該軸シール装置が、軸線方向ロータ側にガスシール３２を有し、軸線方向軸受側にオイルシール３４を有している形式の真空ポンプを改良して、ガスシールとオイルシールとを有する軸シール装置を提供する。
【解決手段】ガスシール３２とオイルシール３４との間に設けられた軸シール装置２２が、ロータ軸１２を取り囲む分離室３６を有しており、該分離室が、少なくとも１つの分離室通気通路６０，６２を介して通気され、遮断ガス源が、分離室通気通路に接続されており、該分離室通気通路により、過圧下で、遮断ガスが分離室３６内に導入される。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空ポンプであって、少なくとも１つのロータ軸が設けられており、このロータ軸が、ロータを備えたロータ区分と、軸受を備えた軸受区分と、軸線方向に前記ロータ区分と軸受区分との間に設けられた軸シール装置とを有している形式のものに関する。

この形式の真空ポンプは、特にねじ型ポンプ、サイドチャンネル圧縮機（Ｓｅｉｔｅｎｋａｎａｌｖｅｒｄｉｃｈｔｅｒ）及びルーツポンプの形で形成されていてよい。前記真空ポンプに共通なのは、これらの真空ポンプが、油潤滑された又はグリース潤滑された軸受及び／又は歯車伝動装置を備えた乾式圧縮真空ポンプであることである。これらのポンプは、一般に補助真空（Ｖｏｒｖａｋｕｕｍ）を形成するために使用される。ロータ本体と軸受若しくは歯車伝動装置の間に設けられたシール装置の役割は、一方では、ロータ区分から軸受区分へのガス貫通を阻止することにあり、他方では、軸受区分からロータ区分への流体貫通を阻止することにある。ロータ回転数が低く、ロータ軸直径がわずかな場合には、比較的良好にシールする、例えばラジアル軸シールリング、滑りリングなどの形式の接触式のシールを使用することができる。回転数がより大きく、ロータ軸直径がより大きい場合には、非接触式の軸シールのみを使用することができる。しかしながら、このような軸シールは、構造に基づいて漏れを完全に除外することはできない。

公知の非接触式の軸シール装置は、ガスシールの形の１つ又は複数のピストンシールリングと、オイルシールの形のオイルスプラッシュリング（Ｏｅｌｓｐｒｉｔｚｒｉｎｇ）とから成っている。しかし、これによっては信頼性良く高いシール効果を得ることはできない。しかしながら、ロータ区分で圧縮されたガスが、軸受区分からのオイルに接触することは望ましくない。なぜならば、オイルはこのことにより、場合によっては分解せしめられ、これにより潤滑能力を失ってしまう恐れがあるからである。流出したオイル、ガス、又は混合ガスは毒性又は爆発性かもしれず、それ故、危険かもしれない。

そこで本発明の課題は、真空ポンプにおいて、ガスシールとオイルシールとを有する軸シール装置を改良することである。

この課題を解決した本発明の真空ポンプによれば、少なくとも１つのロータ軸が設けられており、該ロータ軸が、ロータを備えたロータ区分と、軸受を備えた軸受区分と、前記ロータ区分と軸受区分との間に軸線方向に設けられた軸シール装置とを有しており、軸シール装置が、軸線方向ロータ側にガスシールを有しており、軸線方向軸受側にオイルシールを有している形式のものにおいて、ガスシールとオイルシールとの間に設けられた軸シール装置が、ロータ軸を取り囲む分離室を有しており、該分離室が、少なくとも１つの分離室通気通路を介して通気されるようになっており、遮断ガス源が、分離室通気通路に接続されており、該分離室通気通路により、過圧下で、遮断ガスが分離室内に導入されるようになっている。

本発明による真空ポンプでは、軸シール装置が次のように形成されている、すなわち、ロータ側のガスシールと、軸受側のオイルシールとの間に、ロータ軸を取り囲む分離室が設けられており、この分離室が、少なくとも１つの分離室通気通路によって通気されるように形成されている。前記通気通路により、分離室は望ましいガス圧に調節される。これにより、ガスシールを介して低下する差圧と、オイルシールを介して低下する差圧とを調節することができる。

このようにして、分離室は、通気通路を介して、例えば大気のガス圧又は軸受側のガス圧により負荷され、これにより、分離室のガス圧は、軸受側のガス圧を下回ることはない。これにより、オイルが軸受側からオイルシールを介して分離室の方向へ移動することを阻止することができる。ガスシールのロータ側のガス圧に比べて、分離室ガス圧はより高く調節されていてよく、これにより、爆発性及び／又は毒性のガスがロータ区分からガスシールを介して漏出することができないようになっている。このような形式で、構造に基づいて、完全にシールしないガスシール及びオイルシールにおいても、ロータ区分から軸受区分へのガスの進入、及び軸受区分からロータ区分へのオイルの進入を、簡単な形式で信頼性良く阻止する軸シール装置が実現される。分離室のためには、わずかな製造手間と所要スペースのみが必要であり、これにより、わずかな手段でコンパクトで効果的な軸シール装置が実現される。

有利な構成によれば、分離室通気通路は、ポンプの外部で周辺大気内に開口している。このような形式で、分離室には常に大気圧が形成され、軸受ケーシングが同様に周囲に対し通気された場合には、軸受ケーシング内と等しいガス圧が形成される。この場合、オイルシールを介した圧力低下はほぼゼロであり、これにより、差圧がないために、オイルが軸受区分から分離室若しくはロータ区分の方向に加圧されることもない。

有利な構成では、ガスシールとオイルシールとは、それぞれ非接触式のシールの形で形成されている。これにより、軸シール装置は、高い回転数と高いロータ軸直径とを有する真空ポンプにも使用することができる。

有利には、ガスシールは、ギャップシール又はラビリンスシールの形で、ピストンリング又は浮動式のシールリングにより形成されている。このガスシールは、いずれの場合にも非接触式の絞りシールの形で形成されており、この絞りシールにより、ガス貫通が不可避な最小限に減じられる。

有利には、ガスシールのラビリンスシールは、少なくとも１つのピストンリングを有しており、このピストンリングは、ロータ軸の環状溝内に突入している。前記ピストンリングは、外側方向にプレロードされており、それ故、ケーシング側に位置決めされており、かつ固定されている。ピストンリングは、ロータ軸の環状溝内に突入しており、これにより、ピストンリングと環状溝との間にはラビリンス状に延びるギャップが形成され、このギャップは絞りシールとして作用する。ガスシールは、軸方向に次々に並べて配置された複数のこの形式のラビリンスシールを有している。

有利には、ロータ軸に設けられたオイルシールは、環状のオイル遠心分離リングを有している。このオイル遠心分離リングは、ケーシング側の環状の遠心分離室内に突入しており、この遠心分離室は、軸受ケーシングに通じるオイル環流通路に接続されている。このような形式で、効果的な非接触式のオイルシールが形成される。

有利な構成によれば、オイル遠心分離リングと、ケーシング側の遠心分離室壁との間には、半径方向及び／又は軸線方向の、非円錐状又は円錐状のギャップが形成されている。オイル遠心分離リングと、向かい側の固定された壁とは、次のように形成されている、すなわち、ロータ軸の回転時に進入するオイルが外側方向に遠心分離され、遠心分離されなかったオイルは、下方の環流通路内に流出する。

有利には、オイルシールは、オイル遠心分離リングの軸線方向ロータ側に、軸受ケーシング内に開口するオイル流出通路を備えた少なくとも１つの環状の捕集室を有している。すなわち、オイルシールは、互いに軸線方向に次々に並べられた２つ又はそれよりも多い、オイル流出通路を備えた遠心分離室若しくは捕集室を有している。これらのオイル流出通路は、唯一の通路にまとめられていてよいが、それぞれの遠心分離室若しくは捕集室に固有の別個のオイル流出通路が対応配置されていてもよい。これにより、オイル流出時の互いの妨害が除外されるので、オイル流出通路における妨害時にもオイルシールのシール効果は極わずかにしか影響されない。

有利には、オイルシールのそれぞれの遠心分離室若しくは捕集室には、少なくとも１つの通気通路が対応配置されている。この通気通路は、外側方向に大気の方へ戻り案内されていてよいが、有利には軸受ケーシングへ戻り案内されていることが望ましい。遠心分離室は、唯一の共通の通気通路を介して、またはそれぞれ少なくとも１つの固有の通気通路を介して通気することができる。通気通路を介した通気により、オイルシールの内部に、すなわち、個々の遠心分離室の間に差圧が形成されないことも保証される。分離室若しくはロータ区分の方向へのガス流、ひいてはオイルの連行は、これにより実質的に除外されている。それ故、分離室から軸受ケーシングの方向へのガスの進入もほぼ阻止される。

有利な構成によれば、分離室通気通路は、分離室の最も深い点の近傍に開口しており、かつ勾配を有しており、これにより、場合によっては漏出する液体が分離室から流出することができる。オイル又は別の液体が軸受区分又はロータ区分から分離室まで到達することが望ましい場合には、これらのオイル又は別の液体は外側方向へ流出することができる。これにより、液体が分離室に溜まることができないようになっている。

有利には、軸受は軸線方向にロータ側でカバーされた形で形成されている。これにより、すでに軸受と軸シール装置との間には、軸受からのオイル若しくは別の液体のための第１のバリヤが実現される。

有利な構成によれば、分離室通気通路には遮断ガス源が接続されており、この遮断ガス源により、過圧下で遮断ガスが分離室内に導入される。このことは、ロータ区分に毒性かつ／又は爆発性のガスが搬送される場合に必要であり、有意義である。分離ガスの供給により、小さい分離ガス流が分離室からロータ区分の方向に形成される。このような形式で、ロータ区分からのガスの流出を阻止することができる。遮断ガスとしては、例えば空気又は窒素を使用することができる。遮断ガスを分離室に供給することにより、分離室圧力が、軸受区分若しくは軸受ケーシング内の圧力に対して高められる。

軸受区分と分離区分との間のそれぞれの差圧を阻止するためには、付加的に遮断ガス源から軸受ケーシング若しくは軸受区分への遮断ガス導管が設けられていてよい。このような形式で、オイルシールを介して重要な圧力落差が生じないことが保証される。遮断ガスは、例えば１．３ｂａｒの圧力を有している。

有利な構成によれば、ロータ軸は片持ち式のロータ軸の形で形成されている。このロータ軸は、ロータ区分の圧力側でのみ支承されているが、しかしながら、ロータ軸のロータ区分の吸込側では軸受なしに形成されている。このような形式で、より大きい低圧の範囲では軸受が回避され、これにより、大きい差圧時にも、ロータ軸の吸込側における問題のある軸シール装置が回避される。片持ち式のロータ軸は、安定性に基づいて比較的大きい軸直径を有している。本発明の軸シール装置と、ガスシールとオイルシールとの間に分離室を設けることにより、ようやく大きいロータ軸直径に結びついた高い周速部が、許容できない大きい漏れに甘んじることなく、シールされ得る。

ねじ型真空ポンプの長手方向横断面図である。 図１のねじ型真空ポンプのケーシングの横断面図である。 図２のポンプケーシングのＸ−ＩＩＩ切断線に沿った長手方向部分横断面図である。 図２のポンプケーシングの切断線Ｘ−ＩＶに沿った長手方向横断面図である。

次に本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１、図２、図３及び図４に示した真空ポンプ１０は、補助真空を形成するためのねじ型真空ポンプである。この真空ポンプ１０は、主にケーシングから形成されており、このケーシング内には２つのロータ軸が回転可能に支承されている。図１〜図４には、これらのうちの主要ロータ軸１２のみが示されている。このロータ軸１２は、ねじ形のロータ１６を備えたロータ区分１４と、２つのころがり軸受２０を備えた軸受区分１８と、軸線方向にロータ区分１４と軸受け区分１８との間に設けられた、軸シール装置２２を備えた区分とを有している。ロータ軸１２の回転側の端部２４には、ころがり軸受は設けられていない。

ねじ形のロータ１６の回転により、ロータ区分１４の支持されていない端部では、ガスが吸込導管（図示しない）を介して吸い込まれ、この形式で、吸込導管に接続された容器に低圧が形成される。吸い込まれたガスは、図示のロータ１６と、第２のロータ軸（図示しない）の第２のロータとの協働により、ロータ区分１４の圧力側へ向かって圧縮され、そこで、ほぼ大気圧によりガス排出口を介して導出される。

ロータ軸１２の軸受区分１８には回転可能な支承のために２つのころがり軸受が設けられている。これらのうちのロータ側のころがり軸受２０のみが示されている。さらに、ロータ軸受１２は軸受区分１８に歯車２６を有しており、この歯車２６を介してロータ軸１２は駆動される。ころがり軸受２０及び１つ若しくは複数の歯車２６の潤滑及び冷却のためには、軸受ケーシング２８により形成された軸受ケーシング内室３０が、オイルリザーブを有している。

軸シール装置２２が、主に３つの軸線方向の区分、すなわち、ロータ側のガスシール３２と、軸受側のオイルシール３４と、これらの間の分離室３６とを有している。軸シール装置２２は、シールケーシング６６により取り囲まれている。

前記ガスシール３２は、３つのピストンリング３８により形成されており、これらのピストンリング３８は、軸線方向に次々に並べて配置されている。これらのピストンリング３８は外側方向にプレロード（予荷重）をかけられており、それ故、定置されたケーシングに摩擦接続的（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）に結合されている。ピストンリング３８は、それぞれロータ軸１２のリング溝４０に係合しており、これにより、３つのピストンリング３８により、リング溝４０内に長手方向横断面で見てメアンダ状に延びるギャップが生じる。このような形式で、非接触式のラビリンスシールが形成される。このラビリンスシールは、０．５ｂａｒよりもわずかな差圧時には満足のいくガスシールを保証する。

オイルシール３４は、複数の部材からなっている。このオイルシール３４の軸受側の区分は、ロータ軸側にオイル遠心分離リング４２を有している。このオイル遠心分離リング４２は、長手方向横断面で見て軸状の横断面を有している。このことにより、かつオイル遠心分離リング４２を取り囲むケーシング４４に対応して相補的な成形部により、オイルは、軸受区分１８から来て、ロータ軸１２の回転時に回転するオイル遠心分離リング４２により外側方向へ遠心分離され、対応した定置された溝を通って下方へ案内され、そこから、オイル環流通路４６を通って軸受ケーシング内に流出しなければならない。オイル遠心分離リング４２は、ケーシング側で環状の遠心分離室４８により取り囲まれている。この遠心分離室４８は、オイル遠心分離リング４２により外側方向へ遠心分離されたオイルを収容し、かつオイル環流通路４６を介して導出するために働く。オイルシール３４は、オイル遠心分離リング４２に、軸線方向に、ロータ側に続いて２つの環状のオイル捕集室５０，５２を有している。これらのオイル捕集室５０，５２には、ロータ軸側にそれぞれ１つの環状のリング溝５８が対応配置されている。オイル遠心分離室４８は、軸線方向に続いている両オイル捕集室５０，５２よりも大きい容積を有している。

環状に延びる遠心分離室４８も、同様に環状に形成されたオイル捕集室５０，５２も、最も高い点の近傍にそれぞれ固有の通気通路５９を有している。この通気通路５９は、軸線方向にそれぞれ軸受ケーシング２８内に通じている。３つの通気通路５９は、周方向に互いにずらされて配置されている。両方のオイル捕集室５０，５２は、最も深い点の近傍に、それぞれオイル環流通路５４，５６を有しており、このオイル環流通路５４，５６を通ってここまで到達したオイルは、場合によっては軸受ケーシング２８内へ流れ戻ることができる。択一的に、一方又は両方のオイル捕集室５０，５２を省略して、ロータ軸１２の環状の溝５８内にもピストンリングを挿入し、これにより、オイルが軸線方向にロータ方向にさらに潜入することが阻止されるようにしてもよい。

ガスシール３２とオイルシール３４との間に設けられた比較的大容量の環状の分離室３６は、最も高い点の近傍に分離室通気通路６０を有しており、この分離室通気通路６０を通って、分離室３６は周辺に対して通気されるか、又はこの通気通路６０を通って、分離室は遮断ガス源に接続されている。分離室通気通路６０は、分離室側に軸線方向の区分を有しており、かつこの区分から直角に続いて半径方向の区分を有しており、この区分は外側に通じている。差圧は形成されておらず、オイルが差圧によってロータの方向へオイルシールを通って加圧されることはない。なぜならば、軸受ケーシングも周囲に対して通気されているか、若しくは軸受ケーシングは、分離室と等しい遮断ガス圧によって負荷されるからである。

分離室３６の最も深い点の近傍には、別の分離室通気通路６２が設けられている。この分離室通気通路６２は、下方への勾配を有しており、鉛直方向の流出口６４に開口している。分離室通気通路６２は、場合によってはここまで到達したオイル若しくはロータ区分からの液体のための流出口として働く。

分離室３６を設けることにより、簡単でコンパクトな形式で、流体がロータ区分１４から軸受区分１８に達することも、軸受区分１８からロータ区分１４に到達することもできないようになっている。

１０ 真空ポンプ、 １２ ロータ軸、 １４ ロータ軸、 １６ ロータ、 １８ 軸受区分、 ２０ ころがり軸受、 ２２ 軸シール装置、 ２４ 回転側の端部、 ２６ 歯車、 ２８ 軸受ケーシング、 ３０ 軸受ケーシング内室、 ３２ ガスシール、 ３４ オイルシール、 ３６ 分離室、 ３８ ピストンリング、 ４０ リング溝、 ４２ オイル遠心分離リング、 ４４ ケーシング、 ４６ オイル環流通路、 ４８ オイル遠心分離室、 ５０，５２ オイル捕集室、 ５４，５６ オイル環流通路、 ５８ 環状の溝、 ６０ 分離室通気通路、 ６２ 分離室通気通路、 ６４ 流出口

Claims (13)

1. 真空ポンプであって、少なくとも１つのロータ軸（１２）が設けられており、該ロータ軸（１２）が、ロータ（１６）を備えたロータ区分（１４）と、軸受（２０）を備えた軸受区分（１８）と、前記ロータ区分（１４）と軸受区分（１８）との間に軸線方向に設けられた軸シール装置（２２）とを有しており、
   軸シール装置（２２）が、軸線方向ロータ側にガスシール（３２）を有しており、軸線方向軸受側にオイルシール（３４）を有している形式のものにおいて、
   ガスシール（３２）とオイルシール（３４）との間に設けられた軸シール装置（２２）が、ロータ軸（１２）を取り囲む分離室（３６）を有しており、該分離室（３６）が、少なくとも１つの分離室通気通路（６０，６２）を介して通気されるようになっており、遮断ガス源が、分離室通気通路に接続されており、該分離室通気通路により、過圧下で、遮断ガスが分離室（３６）内に導入されることを特徴とする、真空ポンプ。
2. 前記遮断ガス源が、軸受ケーシング（２８）に接続されており、これにより、分離室（３６）内と軸受ケーシング（２８）内とに、ほぼ等しい圧力が形成される、請求項１記載の真空ポンプ。
3. 分離室通気通路（６０，６２）が、外側方向に周囲大気内へ案内されている、請求項１又は２記載の真空ポンプ。
4. ガスシール（３２）及びオイルシール（３４）が、非接触式のシールの形で形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の真空ポンプ。
5. ガスシール（３２）が、ギャップシール又はラビリンスシールの形で形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の真空ポンプ。
6. ラビリンスシールが、少なくとも１つのピストンリング（３８）を有しており、該ピストンリング（３８）が、ロータ軸（１２）のリング溝（４０）内に突入している、請求項５記載の真空ポンプ。
7. ロータ軸（１２）に設けられたオイルシール（３４）が、環状のオイル遠心分離リング（４２）を有しており、該オイル遠心分離リングが（４２）が、ケーシング側の環状の遠心分離室（４８）内に突入しており、該遠心分離室（４８）が、軸受ケーシング（２８）に通じるオイル環流通路（４６）に接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の真空ポンプ。
8. オイル遠心分離リング（４２）とケーシング側の遠心分離室壁との間に、半径方向又は軸線方向に円錐状又は非円錐状のギャップが設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の真空ポンプ。
9. オイルシール（３４）が、軸線方向に、オイル遠心分離リングのロータ側に、少なくとも１つの環状のオイル捕集室（５０，５２）を有しており、該オイル捕集室（５０，５２）が、軸受（２０）を取り囲む軸受ケーシング（２８）内への少なくとも１つのオイル流出通路（５４，５６）を備えている、請求項１から８までのいずれか１項記載の真空ポンプ。
10. オイルシール（３４）のそれぞれの捕集室及び遠心分離室（４８，５０，５２）に、少なくとも１つの通気通路が対応配置されている、請求項７から９までのいずれか１項記載の真空ポンプ。
11. ロータ軸（１２）が、片持ち式に支承されており、ロータ区分（１４）の吸込側で軸受なしに形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の真空ポンプ。
12. 分離室通気通路（６０，６２）が、分離室（３６）の最も深い点で開口しており、かつ勾配を有しており、これにより、液体が分離室（３６）から流出できるようになっている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の真空ポンプ。
13. 軸受が、軸線方向に、ロータ側でカバーされた形で形成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の真空ポンプ。

Images