JP2020537084A - スクリューロータ - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、少なくとも２つの移動要素(12, 14)を支持しているロータ軸(10)を備えた、スクリュー式真空ポンプのためのスクリューロータに関する。移動要素(12)は搬送方向(22)に円錐状であり、隣接している移動要素(14)は円筒状である。

Description

本発明は、スクリュー式真空ポンプのためのスクリューロータに関する。

スクリュー式真空ポンプは吸込チャンバをハウジング内に備えており、吸込チャンバ内に２つのスクリューロータが配置されている。各スクリューロータは、螺旋状の凹部を有する少なくとも１つの移動要素を有している。凹部によって複数の巻きが形成されている。スクリュー式真空ポンプでは、常に、可能な限り高い内部容積比を達成することが目的である。内部容積比は、真空ポンプの入口での容積と真空ポンプの出口での容積との比率である。例えばLEYBOLD 社のScrewline のポンプ又はBUSCH 社のCobra のポンプのような第一世代のスクリュー式真空ポンプの内部容積比は約３〜４である。例えばLEYBOLD 社のDRYVACのスクリュー式真空ポンプ又はEdwards 社のGKS のスクリュー式真空ポンプのような現在市場に出回っている真空ポンプの容積比は５〜７である。

ポンプ入口で低圧を達成するためには高いエネルギー入力が必要であり、対応する真空ポンプの電力消費量は非常に高い。

本発明は、エネルギー消費の削減が可能な、スクリュー式真空ポンプのためのスクリューロータを提供することを目的とする。

前記目的は、本発明によれば、請求項１に定義されているように、スクリュー式真空ポンプのためのスクリューロータにより達成される。

本発明は、内部容積比を上昇させることによりエネルギー消費の削減が可能であるという発見に基づいている。

内部容積比を高めるために、ポンプの出口段の送出容積を小さくしなければならない。しかしながら、小さな出口段は移送流と還流との好ましくない比率を有しており、つまり、小さな出口段は比較的漏れやすい。従って、かなり低い圧力の上昇のみが夫々の単段で生じ得る。小さな出口段で圧縮の大部分を依然として実現するためには、多数の出口巻きが必要になる。

基本的に、スクリューロータの２つの構成が知られている。これらのスクリューロータは、円筒状又は円錐状の外形寸法を有するスクリューロータである。

円筒状のロータでは、内部容積比を高めるために出口での歯溝幅を小さく選択しなければならない。そのため、歯丈は歯溝幅に対してかなり大きくなり、多大な努力及び高いコストによってのみ製造を実現することができる。しかしながら、このロータの構成では、（歯丈／歯溝幅の比率が経済的に実現可能な製造を可能にする場合）多数の小さな出口段をロータに一体化することが容易に可能である。従って、幾何学的に設定された容積比は熱力学的にも効果的である。

対照的に、円錐状のロータではチャンバの容積が、先細の歯丈により出口に向かって確実に減少するため、製造面で好ましい歯丈と歯溝幅との比率で小さな出口容積を実現することが可能である。しかしながら、歯丈が円錐形により連続的に減少するので、複数の段を低い送出容積で製造することは困難である。従って、高い幾何学的な容積比が考えられるが、圧縮がより大きな段で間隙を通る還流により生じるので、このような容積比は所望の効果をほとんど示さない。

直径が異なる２つの円筒状の移動要素を有する段階的なロータを構成することが更に知られている。しかしながら、このような段階的なロータの大きな不利点は、製造が非常に難しい不連続な移行部分である。従って、段階的なロータは市場では一般的ではない。

本発明のスクリューロータは、少なくとも２つの移動要素と連結されているロータ軸を備えており、各移動要素は少なくとも１つの螺旋形の凹部を有している。本発明によれば、吸込み側の移動要素、つまりポンプ入口の方向、特にポンプ入口に配置されている移動要素は、搬送方向に先細になるように構成されている。移動要素は、搬送方向に、つまりポンプ出口に向けて先細になるように配置されている。吸込み側の移動要素は、搬送方向に一定に縮小する外形を有していることが特に好ましい。搬送方向に先細になる吸込み側の移動要素の円錐状の構成が特に好ましい。円錐角は好ましくは２°〜８°の範囲内にある。

更に、圧力側の移動要素、つまりポンプ出口の方向、特にポンプ出口に設けられている移動要素は、実質的に円筒状に構成されている。圧力側の移動要素も、僅かに円錐状であるように、又は搬送方向に一定に僅かに縮小するように構成されてもよい。実質的に円筒状に構成された圧力側の移動要素は特に、ポンプ入口の方を向いた吸込み側の直径とポンプ出口の方を向いた圧力側の直径との間で1.1 〜1.0 の直径比率を有している。

所望に応じて、円筒状及び／又は円錐状の更なる移動要素がロータ軸に配置され得る。吸込み側で先細になっている、特には円錐状の移動要素と圧力側の実質的に円筒状の移動要素との組合せは、本発明によれば必須である。このため、両方のスクリューロータの構成の利点が組み合わせられ得る。好ましくは円錐状に構成された吸込み側の移動要素により、歯丈が減少するので、吸込み側の移動要素と流れ方向又は搬送方向に隣接している実質的に円筒状の移動要素に、歯丈と歯幅との小さな比率で送出容積が小さい多数の出口巻きを設けることが可能である。従って、特に好ましい実施形態では、６より大きく、特には８より大きく、特に好ましくは１０より大きい内部容積比を実現することが可能である。

３以上の移動要素が設けられてもよいが、特に好ましい実施形態では、吸込み側に配置された円錐状の移動要素及び圧力側に配置された円筒状の移動要素が設けられている。以下、本発明をこの好ましい実施形態を参照して説明するが、いずれの場合にも、更なる移動要素が設けられてもよい。

隣り合う移動要素が特に、互いの方を向いた端面によって互いに当接するか又は互いに接触し、実質的に等しい直径を有することが好ましい。従って、実質的に段の無い移行部分が実現される。２つの移動要素を設けるとき、ポンプ入口からの円錐状の移動要素の直径は、円筒状の移動要素の直径に相当する直径に減少する。

円筒状の移動要素の直径が円錐状の移動要素の吸込み側の直径、つまり、特にはポンプの入口に設けられた円錐状の移動要素の直径より５〜３５％、好ましくは１０〜２５％小さいことが更に好ましい。

特に好ましい実施形態では、円錐状の移動要素及び円筒状の移動要素の長さ及び直径は、圧縮の大部分が円筒状の移動要素によって低い吸込圧力で行われるように選択されている。特に、圧縮性能の７０％以上は円筒状の移動要素によって与えられる。

そのため、円錐状の移動要素の内部容積比が４を超える、特には８を超えることが更に好ましい。

好ましい実施形態では、円筒状の移動要素の内部容積比は１を超えており、特に３を超えている。内部圧縮は、好ましくはピッチの減少によってもたらされる。

特に円錐状の移動要素と実質的に円筒状の移動要素との移行領域では、巻きのピッチの連続的な移行部分を設ける必要がない。内部圧縮がもたらされるように、巻きのピッチに段階を設けることも可能である。従って、内部圧縮が既に移行部分で、及び／又は円筒状部分でもたらされ得る。

更なる改善のために、本発明によれば、歯丈と歯幅との比率が真空ポンプの出口領域で３未満であることが好ましい。有利な製造が可能である。特に、比率は1.8 〜2.2 の範囲内である。本発明の別の好ましい実施形態では、実質的に円筒状の移動要素の長さは、スクリューロータの外形の全長の２５〜５０％である。

別の好ましい実施形態では、ポンプ出口での移動要素の外径とポンプ入口での移動要素の外径との比率は0.9 未満であり、特には0.85未満である。

更に、先細の移動要素の直径はポンプ入口の領域で80〜300 mmであることが特に好ましい。先細の移動要素と実質的に円筒状の移動要素との移行領域では、直径は65〜180 mmであることが好ましい。相応して、好ましい実施形態では、実質的に円筒状の移動要素の外径も65〜180 mmであり、同様に僅かに先細になっている円筒状の移動要素の場合、この外径は、移行領域の直径より幾分小さくてもよい。

本発明の好ましい展開例では、円筒状の移動要素の巻きの数は少なくとも６であり、好ましくは少なくとも１０であり、特に好ましくは少なくとも１２である。多数の巻きを有する円筒状の移動要素を設けることにより、圧縮の大部分をこれらの巻きによって行うことができる。

好ましい実施形態では、特に円錐状の吸込み側の移動要素は３〜６の巻きを有している。

個々の移動要素は、個別の部品として好ましくは形成されており、例えばロータ軸に押し付けることによりロータ軸に連結されている。しかしながら、個々の移動要素又は全ての移動要素がロータ軸と一体に形成されていることが更に可能である。

ロータ軸は、軸受座としての役目を果たす円筒状の突出部を両端部に有していることが更に好ましい。しかしながら、スクリューロータを突出するように、つまり一側で支持することが更に可能である。

基本的に、本発明のスクリューロータは、鋼、鋳鉄又はアルミニウムのような既知の材料から製造されることができ、本発明の利点は、特に鋼又は鋳鉄のスクリューロータで実現可能であるということである。

本発明の好ましい展開例では、更なる移動要素が吸込み側に設けられている。更なる移動要素は、搬送方向に先細になっている特には円錐状の移動要素の上流側に配置されている。更なる移動要素は、また、実質的に円筒状の移動要素であることが好ましい。ここで、この更なる移動要素の巻きのピッチが搬送方向に減少することが好ましい。

更に本発明は、２つのスクリューロータがハウジングによって画定された吸込チャンバに配置されているスクリュー式真空ポンプに関する。ここで、２つのスクリューロータは、上述したように、本発明に従って構成又は開発されている。

本発明を、好ましい実施形態及び添付図面を参照して以下により詳細に説明する。

本発明に係るスクリューロータの実施形態を示す側面略図である。

図示されたスクリューロータは、２つの移動要素12, 14を支持するロータ軸10を備えている。ロータ軸10の２つの円筒状の端部16, 18は、スクリューロータをポンプハウジングに支持するための軸受を受ける役目を果たす。ロータ軸を突出するように、つまり一側で支持することが更に可能である。

図１の右側の移動要素12は円錐状であり、図１の右側に配置されているが図１に具体的には示されていないポンプ入口20から図１の左側に配置されているが図１に具体的には示されていないポンプ出口24に向けて搬送方向22に先細になっている。容積が減少するように、円錐状の移動要素12の螺旋状の凹部26が構成されている。螺旋状の凹部26のこのような構成は、一方では移動要素12の円錐状の外形により、他方では搬送方向に広がる移動要素12の内部28により達成される。従って、２つの噛合するスクリューロータによって形成された個々のチャンバの容積は搬送方向22に夫々減少する。

２つの移動要素12, 14のみが設けられている図示された実施形態では、ポンプ出口24又はポンプの圧力側の方を向いた移動要素12の端面30が円筒状の移動要素14の端面32と接している。端面32は、ポンプ入口の方を向いているか又は真空ポンプの吸込み側の方向を向いている。２つの移動要素12, 14の直径は、端面30, 32の領域で実質的に同一である。

円筒状の移動要素14は同様に螺旋状の凹部34を有している。図示された実施形態では、螺旋状の凹部34は一定のピッチを有しており、ピッチの減少が、更なる圧縮のために搬送方向22において更に可能である。凹部34により、図示された実施形態では８つの巻きが形成されている。

Claims (14)

1. スクリュー式真空ポンプのためのスクリューロータであって、
   ロータ軸(10)と、
   前記ロータ軸(10)と連結されて少なくとも１つの螺旋状の凹部(26, 34)を夫々有している少なくとも２つの移動要素(12, 14)と
   を備えており、
   吸込み側の移動要素(12)は搬送方向(22)に先細になるように構成されており、
   圧力側の移動要素(14)は実質的に円筒状に構成されていることを特徴とするスクリューロータ。
2. 前記吸込み側の移動要素(12)は、前記搬送方向(22)に一定に縮小するように構成されており、特には円錐状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクリューロータ。
3. 内部容積比が８より大きく、特には１０より大きく、特に好ましくは１２より大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリューロータ。
4. 前記移動要素(12, 14)は、互いの方を向いた端面(30, 32)で実質的に同一の直径を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のスクリューロータ。
5. 実質的に円筒状の前記移動要素(14)の直径は、円錐状の前記移動要素(12)の吸込み側の直径より５〜３５％小さく、好ましくは１０〜２５％小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のスクリューロータ。
6. 先細の前記移動要素(12)の容積比は４より大きく、特には８より大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のスクリューロータ。
7. 少なくとも円筒状の前記移動要素(14)の容積比は１〜３であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のスクリューロータ。
8. 先細の前記移動要素(12)の直径は、ポンプ入口(20)の領域で80〜300 mmであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のスクリューロータ。
9. 先細の前記移動要素の直径は、円筒状の前記移動要素への移行領域で65〜180 mmであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のスクリューロータ。
10. 実質的に円筒状の前記移動要素(14)の直径は、出口の領域で65〜180 mmであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のスクリューロータ。
11. 円筒状の前記移動要素(14)の巻きの数が６より大きく、特には１０より大きく、特に好ましくは１２より大きいことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載のスクリューロータ。
12. 先細の前記移動要素(12)の巻きの数が３〜６であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載のスクリューロータ。
13. 先細の前記移動要素(12)の流れ方向の上流側に配置されている更なる移動要素が設けられており、
    前記更なる移動要素は、好ましくは実質的に円筒状であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載のスクリューロータ。
14. 吸込チャンバを画定しているハウジングと、
    前記吸込チャンバに配置されている請求項１〜１３のいずれか１つに記載の２つのスクリューロータと
    を備えていることを特徴とするスクリュー式真空ポンプ。

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