TW201712229A - 真空泵 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種多級真空泵，其包括：第一半殼定子組件102及第二半殼定子組件104，其等界定複數個泵抽室106至116且用於沿著各自縱向延伸面118、120組裝在一起；第一末端定子組件122及第二末端定子組件124，其等用於組裝在該第一半殼定子組件及該第二半殼定子組件之各自縱向端面126、128處；縱向密封件12，其等在該第一半殼定子組件及該第二半殼定子組件在該等縱向延伸面處組裝在一起時用於其間之密封；及環形密封件146，其等在該第一末端定子組件及該第二末端定子組件與該第一半殼定子組件及該第二半殼定子組件組裝時用於其間之密封；該等環形密封部件及該等縱向密封部件在其間形成一平坦密封介面。

Description

真空泵

本發明係關於一種真空泵，特定言之一種包括用於真空泵之定子組件之間之密封之一經改良密封配置之多級真空泵，且係關於一種此一真空泵之定子。

可藉由具有串聯連接之一或多個泵抽級之正排量泵(諸如羅莿(roots)或爪式泵)形成一真空泵。多級泵係所要的，此係因為其等涉及與串聯之多個單級泵相比之較小製造成本及組裝時間。

本申請者已申請涵蓋一真空泵之密封配置之先前專利申請案號(公開案號WO2012/127198及GB2508405)，該等公開申請案之內容以引用的方式併入本文中。如同先前申請案，如本文中描述之實施例中展示之本申請案係關於一種多級真空泵，該多級真空泵包括此項技術中被稱為一蛤殼定子配置之內容。此類型之定子配置包括兩個半殼定子組件，其等沿著兩對互相接合縱向延伸密封面密封用於圍封複數個泵抽室。泵抽室經配置為在真空泵之從一高真空室至一低真空室之一軸向維度上彼此相鄰。

在半殼定子組件之每一末端處的係末端定子組件。一或多個驅動軸件之軸向末端延伸至末端定子組件中且由軸承支撐用於藉由一馬達及通常亦一齒輪機構旋轉。運用互相接合末端密封面處之經組裝半殼定子組件密封末端定子組件。

由申請者之先前申請案揭示之密封配置包括用於每對互相接合 縱向延伸密封面之間之密封至兩個縱向或軸向延伸密封部件。密封配置亦包括在泵之軸或諸軸周圍延伸之兩個環形密封部件，其等環繞泵抽室且在每對互相接合端面之間密封。

每一環形密封部件在縱向密封部件之每一末端處運用該等縱向密封部件形成兩個密封介面。因此，存在總計四個密封介面且定子之每一末端處之密封介面近似彼此直徑相對。真空泵之內部在使用中維持低於周圍壓力之一壓力，其產生一壓力差。壓力差引發氣體在密封介面處流入真空泵中。期望抑制此氣流。

在US2002155014中揭示一已知替代密封配置，其提供包括兩個縱向部分及兩個環形部分之一單件式密封部件。然而，該密封部件要配合在適當位置中通常相當複雜且製造昂貴。

本發明提供一種多級真空泵，其包括：第一半殼定子組件及第二半殼定子組件，其等界定複數個泵抽室，其等用於沿著各自對互相接合縱向延伸密封面組裝在一起；第一末端定子組件及第二末端定子組件，其等用於組裝在末端定子組件及第一半殼定子組件及第二半殼定子組件之各自對互相接合末端密封面處；縱向密封部件，其等用於每對互相接合縱向延伸密封面之間之密封；及環形密封部件，其等用於每對互相接合末端密封面之間之密封；其中在環形密封部件與縱向密封部件之間之密封介面係平坦的。

在隨附技術方案中定義本發明之其他較佳及/或選用特徵。

參考圖1，更詳細地展示一多級真空泵之一定子。圖1中展示之視圖為此描述之介紹及本發明之實施例中論述之先前技術真空泵所共用。真空泵包括為了簡單起見未在圖1中展示之一轉子機構，而可包括(例如)一羅莿或爪式機構。泵之定子100包括第一半殼定子組件102及第二半殼定子組件104，其等一起界定複數個泵抽室106、108、110、112、114、116。半殼之各者具有第一縱向延伸面及第二縱向延 伸面，其等在半殼配合於一起時與另一半殼之各自縱向延伸面互相接合。僅半殼102之兩個縱向延伸面118、120在圖式中可見。在組裝期間，兩個半殼在藉由箭頭R展示之一大致徑向方向上被帶到一起。

定子100進一步包括第一末端定子組件122及第二末端定子組件124。當半殼已配合在一起時，第一末端組件及第二末端組件在藉由箭頭L展示之一大致軸向或縱向方向上配合至結合半殼之各自端面126、128。末端組件之內面130、132與半殼之各自端面126、128互相接合。

泵抽室106至116之各者形成於半殼之橫壁134之間。在圖1中僅可見半殼102之橫壁。當組裝半殼時，橫壁提供一個泵抽室與一相鄰泵抽室之間或末端泵抽室106、116與末端定子組件之間之軸向分離。本實例展示用於具有兩個縱向延伸軸件(未展示)之一羅莿或爪式泵之一典型定子配置，該等縱向延伸軸件在半殼配合於一起時定位於橫壁134中形成之孔隙136中。在組裝之前，轉子(未展示)配合至軸件，使得兩個轉子定位於每一泵抽室中。雖然在此簡化圖式中未展示，但末端組件各自具有兩個孔隙，軸件延伸穿過該等孔隙。軸件由末端組件中之軸承支撐且由一馬達及齒輪機構驅動。

多級真空泵依泵抽室內小於大氣且可能低至10-3毫巴之壓力操作。相應地，在大氣與泵之內部之間將存在一壓力差。因此，必須在定子組件之間之接頭處防止周圍氣體洩漏至泵中，該等接頭形成在半殼之縱向延伸表面118、120之間及半殼之端面126、128與末端組件之內面130、132之間。一黏著劑通常用來在半殼之間及在半殼與末端組件之間密封，但該黏著劑特別易受依腐蝕性泵抽氣體之損害影響，且持續塗覆困難且耗時。其亦可抑制拆卸及維護。

圖2展示半殼102之一平面圖及穿透末端組件122、124獲取之截面。兩個縱向密封部件10定位在縱向延伸面118、120中形成之通道12 中。通道12在半殼組件之間之組裝及壓縮期間使縱向密封部件定位於正確位置。通道可被提供在僅一個半殼組件中或在兩個半殼組件中。或者，一個通道可被提供在一個半殼組件中且另一通道可被提供在第二半殼組件中，前提是每對互相接合縱向延伸面包括至少一個通道。

通道12在縱向延伸面118、120中埋頭至小於縱向密封部件之深度之一深度，使得當半殼定子組件組裝在一起時，其等壓縮密封部件以確保一可靠密封。密封部件係回彈性的且在被壓縮時經歷彈性變形。

如圖2中所展示，兩個大致環形密封部件14定位在末端組件122、124之內面130、132之各自大致環形通道16中。通道16在末端定子組件與半殼定子組件之間之組裝及壓縮期間使密封部件定位於正確位置。通道可如此圖式中及下文圖3中展示般提供在末端定子組件中或密封部件可如下文圖4中展示在組裝之前定位於半殼定子組件中之適當位置。如圖2及圖3中所展示，通道16在端面130、132中埋頭至小於密封部件之深度之一深度，使得密封部件在組裝期間被壓縮以提供一可靠密封。環形密封部件在壓縮期間經歷彈性變形。

縱向密封部件10防止周圍氣體沿著半殼組件之間之介面之長度洩漏至泵中。環形密封部件環繞泵之軸或諸軸且防止周圍氣體在末端組件與半殼組件之間之介面處在一大致向內徑向方向上之洩漏。

在此實例中，縱向通道12具有在正交於泵之軸或諸軸之一方向上獲取之一直線或矩形橫截面。該橫截面沿著半殼組件之長度從一個端面126、128均勻延伸至另一端面。縱向延伸密封部件10具有一互補均勻橫截面，該橫截面經定尺寸以緊密配合於通道中且在壓縮時完全填充通道。密封部件之末端表面係平坦且在正交於該等密封部件之長度之一平面中延伸。密封部件之長度係使得在半殼組件之間之壓縮時其等之末端表面接合環形密封部件以形成用於抵抗密封部件之間之氣體之洩漏之一密封連接。在一個實例中，縱向密封部件經壓縮以從端 面向外突出以接合環形密封部件。縱向密封部件由一塑膠、橡膠或金屬材料(諸如一墊片)製成，該材料在被壓縮時經歷彈性或回彈性變形。

在此實例中，環形通道16係圓形且在於大致徑向於泵之軸或諸軸之一方向上獲取時具有一直線或矩形橫截面。該橫截面貫穿環形通道之圓周範圍係均勻或大致均勻的。通道之直徑經定尺寸使得環形通道在組裝於該等環形通道之兩個直徑相對位置處時與縱向通道12之末端交叉或重合。環形密封部件具有互補於環形通道之一構形且具有亦為直線或矩形之一橫截面。環形密封部件經定尺寸以緊密配合於環形通道中且在末端定子組件與半殼定子組件之間之壓縮時填充通道。環形密封件具有在朝向半殼組件之一軸向方向上面向內之一平坦或大致平坦環空。該環空係密封部件之內部與外部同心圓之間之區域且在此實例中從末端定子組件之末端表面130、132向外突出。每一環形密封部件具有環空之兩個接觸表面或部分，其等在壓縮於環形與縱向通道之間之交叉處時與縱向密封部件之各自末端表面接合以形成平坦或大致平坦密封介面。

圖2係在最終組裝之前且在密封部件之壓縮之前密封部件處於適當位置中之定子組件之一視圖。在圖式中藉由數字18大致展示密封介面之位置。圖2a係圖2中之部分IIa之一放大圖，其中展示在藉由於由箭頭展示之方向上將定子組件帶到一起而壓縮密封部件之後之一個例示性密封介面18。如圖2a中所展示，壓縮引起縱向密封部件10及環形密封部件14膨脹且填充各自縱向通道12及環形通道16以形成一可靠密封以抵抗跨密封部件10、14之洩漏。縱向密封部件及/或環形密封部件朝向彼此膨脹以形成一密封介面18以抵抗密封部件之間之洩漏。密封部件之定尺寸及其他構形經選擇使得足夠力從一個密封部件施加至另一者以在密封介面處產生一可靠密封。此力隨密封部件在泵之使用 期間熱膨脹及收縮而變化且配置確保貫穿使用維持一可靠密封。

在申請者之先前申請案中，揭示各種解決方案以在介面處產生並維持密封部件之間之足夠接觸以抵抗氣體之洩漏。揭示之環形密封部件包括橫截面為一曲線形狀之O環，該等O環接納在末端定子組件中之直線環形通道中。確保縱向密封部件之末端與環形密封部件之曲線橫截面之間之一緊密配合係有問題的且在先前設計中解決方案包含塑形縱向密封部件之末端以延伸密封表面，諸如一曲線末端表面之佈建。亦應注意，密封部件之間之過多力引起問題(諸如扭結)且亦可劣化密封部件之材料。例如，若縱向密封部件係一金屬墊片，則過多力可能潛在地撕裂一橡膠環形密封件，此係因為密封部件之間之接觸點係小的。

因此，在本實施例中，密封部件之間之介面係平坦的以便增大可用於密封介面處之密封之接觸表面積。增大之表面積使負載散佈於一更大區域內，其額外延伸其內氣體可在密封部件之間洩漏之區域。在本實例中，在縱向密封部件之平坦末端與環形密封部件之平坦環空之間形成一平坦密封介面。在其他配置中，環空可能僅在密封部件之間之交叉處平坦且可能在其等之圓周之剩餘部分內不同地塑形。較佳地如展示，環形密封部件具有交叉處之一直線橫截面且更佳地具有在密封部件之整個圓周內互補於環形通道16之直線橫截面之一均勻直線橫截面。

當縱向密封部件在定子組件之間之壓縮期間或在熱膨脹期間縱向延伸時，縱向密封部件上存在由環形密封部件產生之反作用力。此反作用力可引起縱向密封部件沿著其長度之扭結且損及可靠密封。圖3展示類似於圖2a中展示之視圖之一經修改密封配置，其中縱向密封部件被支撐在其等之端部處。此經修改配置中之其他三個密封介面可具有類似構造。

在圖3中，縱向通道22形成在半殼定子組件102、104之每對相對面之至少一個縱向延伸面118、120中。每一縱向通道22包括埋頭於面120中之兩個平行縱向通道部分24，該等平行縱向通道部分24藉由與面之剩餘部分平坦之一中心連結區(land)26分離。通道之端部28在泵之每一末端處連接兩個通道且提供一對向外導向肩部30。

縱向密封部件32經塑形以與通道22之形狀對應且包括用於定位於連結區26之任一側之通道部分24中之一對縱向部分34。部分34藉由一端部36連接。端部包括一對向外導向肩部38。在壓縮及熱膨脹期間，通道之肩部30充當一止擋件，密封部件之肩部38抵著該止擋件按壓以抵抗縱向密封部件之末端背離環形密封部件之移動。對移動之抵抗維持介面18處密封部件之平坦密封表面40、42之間之壓力且改良密封之可靠性。類似地，連結區26具有一端壁44，中心部分46抵著該端壁44鄰接以抵抗縱向密封部件之末端背離環形密封部件之移動以改良密封之可靠性。

在圖3中，環形密封部件14被接納在末端定子組件122中之一環形通道16中。通道使密封部件定位於相對於縱向密封部件之適當位置中，且環形密封部件從該通道突出以在壓縮期間接合縱向密封部件之一末端表面以形成一密封介面18。在圖4中展示之一不同構形中，在至少一個且較佳地兩個末端定子組件中省略環形通道且代替地半殼定子組件一起接納環形密封部件。

圖4係類似於圖3中展示之視圖之一視圖，其展示一個密封介面18。配置之其他三個密封介面可具有類似構造。更詳細地，展示一末端定子組件122之部分，其包括用於互相接合經組裝半殼組件102、104之一端面128之一端面130。端面130係平坦的且省略圖2及圖3中展示之環形通道16。代替地，縱向通道22經配置以在組裝期間接納環形密封部件。縱向通道之端部28形成埋頭在經組裝半殼組件之端面中之 一環形通道之部分(藉由每一半殼組件中之兩個半圓通道)。環形通道在輪廓上係直線或矩形且經塑形以互補環形密封部件14之形狀。以此方式，環形通道在功能及構形上類似於通道16且經配置以接納環形密封部件14。在一個實例中，如圖4中所展示，縱向密封部件32之中心連接部分36與圖3比較在尺寸上減小以提供空間用於容納環形密封部件。除上文描述之修改外，圖4實施例類似於圖3實施例。

10‧‧‧縱向密封部件

12‧‧‧縱向通道

14‧‧‧環形密封部件

16‧‧‧環形通道

18‧‧‧密封介面

22‧‧‧縱向通道

24‧‧‧平行縱向通道部分

26‧‧‧中心連結區

28‧‧‧端部

30‧‧‧向外導向肩部

32‧‧‧縱向密封部件

34‧‧‧縱向部分

36‧‧‧端部/中心連接部分

38‧‧‧向外導向肩部

40‧‧‧平坦密封表面

42‧‧‧平坦密封表面

44‧‧‧端壁

46‧‧‧中心部分

100‧‧‧定子

102‧‧‧第一半殼定子組件

104‧‧‧第二半殼定子組件

106‧‧‧泵抽室

108‧‧‧泵抽室

110‧‧‧泵抽室

112‧‧‧泵抽室

114‧‧‧泵抽室

116‧‧‧泵抽室

118‧‧‧縱向延伸面

120‧‧‧縱向延伸面

122‧‧‧第一末端定子組件

124‧‧‧第二末端定子組件

126‧‧‧端面

128‧‧‧端面

130‧‧‧內面

132‧‧‧內面

134‧‧‧橫壁

136‧‧‧孔隙

為使本發明可被充分理解，現在將參考隨附圖式更詳細地描述其某些實施例，其中：圖1大致展示一蛤殼定子之組件；圖2展示穿透根據本發明之一實施例之具有一密封配置之一蛤殼定子之一截面；圖2a展示圖2中之密封配置之一放大圖；圖3展示一經修改密封配置；且圖4展示又一經修改密封配置。

100‧‧‧定子

102‧‧‧第一半殼定子組件

104‧‧‧第二半殼定子組件

106‧‧‧泵抽室

108‧‧‧泵抽室

110‧‧‧泵抽室

112‧‧‧泵抽室

114‧‧‧泵抽室

116‧‧‧泵抽室

118‧‧‧縱向延伸面

120‧‧‧縱向延伸面

122‧‧‧第一末端定子組件

124‧‧‧第二末端定子組件

126‧‧‧端面

128‧‧‧端面

130‧‧‧內面

132‧‧‧內面

134‧‧‧橫壁

136‧‧‧孔隙

Claims (8)

1. 一種多級真空泵，其包括：第一半殼定子組件及第二半殼定子組件，其等界定複數個泵抽室，其等用於沿著各自對互相接合縱向延伸密封面組裝在一起；第一末端定子組件及第二末端定子組件，其等用於組裝在該等末端定子組件及該第一半殼定子組件及該第二半殼定子組件之各自對互相接合末端密封面處；縱向密封部件，其等用於每對互相接合縱向延伸密封面之間之密封；及環形密封部件，其等用於每對互相接合末端密封面之間之密封；其中在該等環形密封部件與該等縱向密封部件之間之密封介面係平坦的。
2. 如請求項1之多級真空泵，其中該等環形密封部件具有用於抵靠該等縱向密封部件之大致平坦末端密封表面密封之各自大致平坦密封表面部分。
3. 如請求項1或2之多級真空泵，其中該等大致平坦密封表面部分之橫截面之輪廓係直線。
4. 如請求項3之多級真空泵，其中該等環形密封部件之橫截面之該等輪廓貫穿其等之圓周為直線。
5. 如請求項1或2之多級真空泵，其中該等末端定子組件各自包括其該末端密封面中用於接納該等環形密封部件之一者之一環形通道。
6. 如請求項1或2之多級真空泵，其中該等經組裝半殼定子組件包 括每一末端密封面處之用於接納該等環形密封部件之一者之一環形通道。
7. 如請求項5之多級真空泵，其中該等環形通道經塑形且經定尺寸以互補該等環形密封部件。
8. 如請求項1或2之多級真空泵，該等環形通道貫穿其等之圓周在輪廓上係均勻直線。