TW201938915A - 真空幫浦及真空幫浦轉子 - Google Patents

Abstract

揭示一種用於一真空幫浦之轉子及一種包括該轉子之真空幫浦。該轉子包括：一外輪廓；該外輪廓內之至少一個主體，其經安裝使得該主體可在朝向該轉子之一旋轉中心之一內部位置與遠離該旋轉中心之一外部位置之間移動，該轉子之一慣性矩隨該至少一個主體之位置之一變化而變化；及偏置構件，用於使該至少一個主體偏置朝向該內部位置。該主體經結構設計以回應於由該轉子之一旋轉速度之變化觸發之作用於該主體上之力的變化而在該內部位置與該外部位置之間移動。

Description

真空幫浦及真空幫浦轉子

本發明之領域係關於用於真空幫浦之轉子及包括此等轉子之真空幫浦。

在設計用於一真空幫浦之一轉子時，需要考慮影響幫浦效能的轉子性質。在此方面，所欲的轉子之一些性質取決於幫浦之操作階段而改變。例如，若一真空幫浦之一轉子在幫浦之啟動期間可迅速加速係有利的，因為此允許其在一更短時間內達到操作速度且開始一腔室之有效幫浦。然而，亦希望一轉子能夠對可能歸因於壓力增加之中斷提供一些阻力。輕型轉子確實具有在抽氣期間較大之減速度及亦可能非最佳之抽氣效能之缺點。

實際上，在加速階段希望具有一低慣性矩之一轉子，因為其允許相同力之經增加加速度。然而，當幫浦以全速運行時，具有一較低慣性矩之一轉子更容易發生中斷，且特定言之，輸入處之一壓力增加將致使一較低慣性轉子比具有一較高慣性矩之一轉子減速更多。

希望能夠取決於一幫浦之操作階段改變一轉子之性質以提供經改良效能。

一第一態樣提供一種用於一真空幫浦之轉子，該轉子包括：一外輪廓；該外輪廓內之至少一個主體，其經安裝使得該主體可在朝向該轉子之一旋轉中心之一內部位置與遠離該旋轉中心之一外部位置之間移動，該轉子之一慣性矩隨該至少一個主體之位置之一變化而變化；及偏置構件，用於使該至少一個主體偏置朝向該內部位置；其中該主體經結構設計以回應於由該轉子之一旋轉速度之變化觸發之作用於該主體上之力之變化而在該內部位置與該外部位置之間移動。

本發明之發明人認識到一轉子之一些較佳性質，諸如慣性隨幫浦之操作階段而變化。本發明之發明人亦認識到轉子之速度亦係操作階段之特徵，且因此，一優雅解決方案可能係取決於旋轉速度改變轉子之慣性矩。此一轉子在加速時及全速操作時均將具有較佳性質。

在一些實施例中，該偏置構件及該主體之塊體經結構設計使得該塊體回應於該轉子超過一預定角速度而在該內部位置與該外部位置之間移動。

實施例提供一種轉子，其性質以一預定旋轉速度變化。此可使用安裝於轉子內之一可移動主體來達成且經結構設計使得在預定旋轉速度，主體自一內部位置移動至一外部位置且轉子之慣性矩對應地改變。主體由一偏置構件固持於內部位置中，偏置構件及主體之性質經選擇以便以一較佳旋轉速度提供在兩個位置之間的移動。

在此方面，偏置構件之性質及塊體之大小將影響在內部位置與外部位置之間移動主體所需之力。因此，可藉由適當選擇此等性質來設計轉子，使得塊體以一預定角速度移動。在某些情況下，此可選擇為接近幫浦之全速之角速度，使得當不以全速或接近全速操作時，轉子慣性較低且一旦達到全操作速度，則轉子之慣性矩上升至一較高值。

在一些實施例中，該轉子包括至少一個導件，該導件形成介於該內部位置與該外部位置之間的一路徑，該至少一個主體經安裝而沿一對應導件移動。

一或多個主體可安裝於一導件上或一導件內，使得主體之移動受到導件之約束，導件可經結構設計以提供自內部位置至外部位置之所需大體上徑向路徑。

在一些實施例中，該導件可為一柱且該主體可經安裝以在該內部位置與該外部位置之間在該柱上滑動。在其他實施例中，該導件可為該主體取決於其形成可沿其滑動或滾動之一通道。

在一些實施例中，該導件經結構設計以提供該轉子之機械加強。

為了允許一轉子內之一主體移動，轉子之內部部分之一些部分將係中空。此可能使轉子在機械上比一完全實心轉子更不穩固。在導件係一柱或一些其他固體特徵之情況下，若導件經結構設計以提供轉子之機械加強且藉此增加其穩固性可係有利的。

在其他實施例中，該導件經結構設計以回應於高於一預定臨界值之速度之一變化率而彎曲。

在一些情況下，用於安裝主體之導件可經結構設計以回應於高於一預定臨界值之速度之一變化率而彎曲，而非用於提供轉子之額外機械加強。在此方面，一轉子之突然減速可致使轉子損壞。使轉子更穩固以減少損壞的可能性可導致幫浦的其他部分因轉子的突然減速而損壞。本發明之發明人認識到，在一轉子內具有一可移動塊體不僅允許慣性矩變化，而且提供一定程度上控制歸因於減速而施加於轉子上之力之一可能性。特定言之，可能不具有一實質塊體之轉子的外輪廓可回應於一外部事件而迅速減速，而在具有一適當結構設計之轉子的情況下，內部塊體可藉由(例如)彎曲導件而繼續更慢地移動及減速，且藉此吸收一些減速能量。此一結構設計改良幫浦對此等事件之強固性。

在一些實施例中，該導件在朝向該內部位置之一點處經附接至該轉子，且朝向該外部位置係不附接至該外輪廓。

允許導件彎曲之一種方式係將可為一柱之導件附接至轉子之中心且使外端自由。若導件或柱經適當地結構設計，則歸因於一突然減速而在主體上之一力將致使柱彎曲，且轉子內之塊體之減速將慢於外輪廓之減速。

在一些實施例中，該導件經結構設計以具有比該導件之其他部分弱的至少一個預定部分，使得回應於該臨界速度變化率，該導件優先在該至少一個預定部分處變形。

會希望提供進一步之主體的減速控制，且此可藉由將導件結構設計成具有比導件之其他部分弱的一部分來提供。此使得能夠控制導件回應於減速的變形或彎曲，且轉子內之塊體的移動遵循一預定路徑。此可保護轉子之外輪廓免於回應於至少一些減速而被過度損壞。

在一些實施例中，該轉子之該外輪廓實質上比該至少一個主體輕。

在轉子之外輪廓具有比主體實質上低之一塊體之情況下，實施例特別有效。正移動之一較高塊體主體使得轉子之慣性矩之相對變化大於與不移動之外輪廓相比主體具有一較低塊體之情況。

在一些實施例中，該轉子包括在該轉子之一前側與一尾側之間的一流體流動路徑，該主體經安裝以當處於該外部位置中時阻礙該流體流動路徑且當處於該內部位置中時不阻礙該流體流動路徑。

處置幫浦輸入處之壓力突然上升並致使轉子減速之一種替代及/或額外方式係提供一壓力釋放閥，壓力釋放閥習知地係安裝於定子中，且當幫浦出口處之壓力超過入口壓力一定量時敞開。此有助於減小入口與出口之間的壓力差，且保護幫浦免於突然減速。發明人認識到，使一幫浦之轉子內之一移動主體可與經插入至轉子之一前側與一尾側之間之一轉子中的流體流動路徑結合使用，以提供由轉子之旋轉速度之變化觸發之主體在內部位置與外部位置之間之移動啟動之一壓力釋放閥。就此而言，在一些實施例中，當轉子減速至低於一預定角速度時，主體自外部位置移動至內部位置。此一減速很可能係由入口處之壓力增加所致，且若移動主體之此減速亦致使一壓力釋放閥敞開則可係有利的。就此而言，移動主體本身可為在外部位置中時阻礙一閥座之閥部件，以及改變轉子之慣性之一移動塊體。

在一些實施例中，該轉子包括一雙葉片轉子，該等葉片之各者包括該至少一個主體之一者。

儘管偏置構件可為數種事物，但在一些實施例中，其包括一彈簧。

一第二態樣提供一種真空幫浦，其包括至少一個根據一第一態樣之轉子。

儘管真空幫浦可為數種事物，但在一些實施例中，真空幫浦包括一機械升壓幫浦。機械升壓幫浦係用於其中入口處之壓力可隨腔室被抽氣或閥敞開而變化，且因此，此等幫浦特別容易發生減速事件及相關再加速要求的情況。因此，在此等幫浦中有利的是，轉子之慣性可改變，使得可迅速且有效地進行再加速，且可藉由一更高慣性轉子而一定程度上抵抗減速。

在一些實施例中，該真空幫浦包括一雙轉子魯氏幫浦。

在一些實施例中，該預定角速度包括比該真空幫浦之一全速低2%與20%之間之一速度。

偏置構件及主體之塊體可經結構設計，使得主體以一預定角速度自內部位置移動至外部位置。若接近幫浦之全速使得使用一低慣性轉子有效地執行再加速且僅當其接近全速時轉子之慣性突然增加，則可係有利的。

在一些實施例中，該真空幫浦包括經結構設計以控制該轉子之驅動之一驅動控制器，該驅動控制器經結構設計為具有繞該主體經結構設計以依其移動位置之一旋轉頻率的跳躍頻率範圍。

此一配置允許真空幫浦減少當平衡可能藉由主體移動或處於一中間位置中擾亂時幫浦運行之時間。

隨附獨立及附屬技術方案中闡述進一步特別及較佳態樣。可視情況且組合除技術方案中明確闡述以外之該等特徵而將附屬技術方案之特徵與獨立技術方案之特徵組合。

在將一裝置特徵描述為可操作以提供一功能之情況下，將瞭解此包含提供該功能或經調適或經組態以提供該功能之一裝置特徵。

在更詳細論述實施例之前，首先將提供一概述。

當使用一真空幫浦(諸如一增壓器組合)執行一腔室抽氣時，若機械增壓器及乾幫浦之間(始終)存在任何顯著體積比且(幾乎始終)沒有能夠處理機械增壓器之全部通量之旁通閥，則MB上之負載最初將係巨大的且轉子將減速。在抽氣之後期，MB將再加速至其全速。若一升壓轉子具有一高慣性，則MB將僅緩慢加速，且抽氣延遲。若減小慣性以幫助再加速，則轉子上之初始負載致使比其他情況下更深之一減速，且抽氣延遲。對於一剛性轉子，存在產生最快抽氣之一最佳慣性，但最佳取決於腔室大小、所需之基礎壓力、DP大小、驅動扭矩等。

例如，對於對一500升腔室操作之一實例幫浦，觀察到以下特徵：

即，一高慣性轉子提供最快抽氣(儘管在抽氣時頻率不恢復，其可能限制循環時間)。然而，對於一1000升之腔室，情況相反且一低慣性轉子提供最快抽氣時間。

本申請案提出一種具有可變慣性之轉子，其在轉子全速運行時之一高值與在轉子已經使用移動及在一些情況下滑動經附接至轉子輪廓之塊體的一系統減慢之一較低值之間「捕捉」。

實施例提供一種轉子，其具有在轉子可加速時在較低速度之低慣性及在較高速度之較高慣性之優點，此有利於自以全速或接近全速運行之一高慣性轉子之初始迅速抽氣及迅速加速及後來自一較低慣性轉子之抽氣效能。

使用一偏置構件(諸如一彈簧)將主體保持於內部位置中。一旋轉框架中之一彈簧上之一塊體位於一平衡半徑r，其中k(r-r₀ )=mrω² 。當頻率接近臨界頻率ω_c =√(k/m)時，平衡半徑發散r=(kr₀ )/((k-mω² ))且變得無限大。藉由使臨界頻率略低於機器之正常運行速度且當塊體到達外部時限制塊體，可配置質量(有效地)自靠近軸之一平衡迅速切換至當轉子接近最大頻率時轉子之周圍處之一平衡位置。將塊體固持於適當位置之彈簧之自然長度將判定轉變中使用之頻率之範圍。

當然，當塊體向外滑動時，其經歷一柯若利(Coriolis)力，其表示對馬達之一額外扭矩需求，其將瞬間減慢加速度。然而，若其經結構設計以僅在轉子達到全速時發生，則此時應僅存在一輕微氣體負載，且需要充足之馬達扭矩。

藉由知道移動塊體幾乎總是被完全推入或完全甩出來保持平衡，且幾乎從不在其間之任何地方。可使用非常窄跳躍頻率範圍對驅動器進行程式化以避免在平衡可能被擾亂時運行任何長度之時間。

實施例在所繪示之兩種結構設計之間的轉變中提供約45%之慣性增加，且發生轉變之頻率之理論範圍係自94.3 Hz至95.5Hz。

圖1展示根據一實施例之一轉子5。轉子5包括自安裝至一驅動軸之一中心部分15延伸之一外輪廓10。外輪廓10圍繞一至少部分中空之內部部分。一主體20在各葉片之內部部分內，主體20經安裝以在導件12上滑動。

在此實施例中，外輪廓10經結構設計以具有一相對低塊體，而內主體20具有一相對高塊體。因此，塊體20在內部位置與外部位置之間的移動顯著地改變轉子之慣性矩。

在此實施例中，控制主體20之運動之導件係自中心部分15延伸之兩個柱之形式。該主體經安裝以回應於一預定旋轉速度沿此等柱滑動。在此方面，未展示之一偏置構件(其可係(例如)安裝於柱12周圍之一螺旋彈簧之形式)使主體20偏置朝向內部位置。主體20之塊體及彈簧之特性判定主體上之離心力克服彈簧之彈簧力且主體自內部位置移動至外部位置之旋轉速度。

在實施例中，主體及彈簧力經結構設計使得此角速度接近幫浦之全速，使得在正常操作期間，主體20處於圖1中所展示之位置中且轉子之慣性矩高。此使得幫浦歸因於諸如幫浦室內之一壓力升高之事件而抵抗減速且改良幫浦之操作。然而，當速度下降低於臨界速度時(取決於實施例，該臨界速度可低於幫浦之全速2%與20%之間)，則主體將自如圖1中所展示之外部位置移動至如圖2中所展示之內部位置。在此點上，轉子之慣性矩顯著減小。當轉子之旋轉速度減慢時此可有利的，因為其允許轉子回應於一加速力轉子而更迅速及更容易地加速。在啟動時，(例如)當轉子需要加速時或在腔室中之壓力增加之一事件之後，可更迅速及更容易地達成將轉子加速回到全速。應注意，任何轉子之較佳性質將取決於幫浦及腔室之容量，且因此，轉子可適當地結構設計。

在一些實施例中，主體20安裝於其上之柱可充當一結構加強構件以加強轉子並使其穩固。替代地，在一些實施例中，該一或多個柱可經結構設計以回應於可能由轉子之突然減速所致之高力而變形。此可有利的，因為其可提供轉子免於突然減速之保護，允許外部低慣性輪廓迅速減速且內部主體減速更慢，藉此吸收一些能量且為轉子及幫浦之其他組件自此一事件觸發之高力提供至少一些保護。

圖2展示圖1之轉子，其中主體20處於內部位置中。

圖3展示指示可移動主體之徑向位置如何隨轉子之旋轉頻率而變化之一圖表。變化線展示主體在一小旋轉頻率範圍內如何自內部位置移動至外部位置，此設計允許歸因於主體之移動之潛在不平衡縮減至一小時段且改良改善幫浦之效能。展示主體之移動之變化線展示主體在轉子內不受約束時將如何移動。水平線展示轉子之內部部分(下部水平線)及轉子之外部輪廓(上部線)對運動施加之約束。在一些實施例中，幫浦驅動器可經結構設計使得其跳躍對應於兩個位置之間的主體之移動之旋轉頻率。

圖4展示一轉子之一替代實施例，其中此實施例中之導件12係一其他固體轉子內之一中空通道。該主體係球形且回應於角速度之變化而在通道內滾動。

在此實施例中，存在介於轉子之外輪廓10之前緣中之一入口11a與轉子之尾緣中之一出口11b之間的一流動路徑，當處於外部位置中時主體20阻礙該流動路徑且當主體自外部位置移動朝向內部位置時敞開該流動路徑。依此方式，除用於改變轉子之慣性矩外，主體20亦用於敞開及關閉充當一壓力釋放閥之一流動路徑。依此方式，除在全速下具有增加之慣性矩外，轉子亦具有回應於幫浦入口處之壓力增加而敞開之一壓力釋放閥，使得轉子歸因於此等壓力增加而更耐受減速。

儘管本文中已參考附圖而詳細揭示本發明之繪示性實施例，然應瞭解：本發明不限於精確實施例；及熟悉此項技術者可在不背離如由隨附申請專利範圍及其等效物所界定之本發明之範疇之情況下於本文中實現各種變化及修改。

5‧‧‧轉子

10‧‧‧外輪廓

11a‧‧‧入口

11b‧‧‧出口

12‧‧‧導件

15‧‧‧中心部分

20‧‧‧主體

現將參考隨附圖式進一步描述本發明之實施例，其中：

圖1展示根據一個實施例之主體處於外部位置中之一轉子；

圖2展示根據一個實施例之主體處於內部位置中之一轉子；

圖3展示指示可移動主體之徑向位置如何隨轉子之旋轉頻率而變化之一圖表；及

圖4展示一轉子之一替代實施例。

Claims (19)

1. 一種用於一真空幫浦之轉子，該轉子包括： 一外輪廓； 該外輪廓內之至少一個主體，其經安裝使得該主體可在朝向該轉子之一旋轉中心之一內部位置與遠離該旋轉中心之一外部位置之間移動，該轉子之一慣性矩隨該至少一個主體之位置之一變化而變化；及 偏置構件，用於使該至少一個主體偏置朝向該內部位置；其中 該主體經結構設計以回應於由該轉子之一旋轉速度之變化觸發之作用於該主體上之力的變化而在該內部位置與該外部位置之間移動。
2. 如請求項1之轉子，該偏置構件及主體之塊體經結構設計使得該塊體回應於該轉子超過一預定角速度而在該內部位置與該外部位置之間移動。
3. 如請求項1之轉子，其中該轉子包括至少一個導件，該導件形成介於該內部位置與該外部位置之間之一路徑，該至少一個主體經安裝以沿一對應導件移動。
4. 如請求項3之轉子，其中該導件包括一柱，該主體經安裝以在該柱上在該內部位置與該外部位置之間滑動。
5. 如請求項3之轉子，其中該導件經結構設計以提供該轉子之機械加強。
6. 如請求項3之轉子，其中該導件經結構設計以回應於一速度變化率高於一預定臨界值而彎曲。
7. 如請求項6之轉子，其中該導件在朝向該內部位置之一點處經附接至該轉子，且朝向該外部位置係不附接至該外輪廓。
8. 如請求項6之轉子，其中該導件經結構設計以具有至少一個比該導件之其他部分弱的預定部分，使得回應於該臨界速度變化率，該導件優先在該至少一個預定部分處變形。
9. 如請求項3之轉子，其中該導件包括該主體經結構設計以沿其移動之一通道。
10. 如請求項1之轉子，其中該轉子之該外輪廓比該至少一個主體實質上輕。
11. 如請求項1之轉子，該轉子包括該至少一個主體經安裝於其內之一內部中空部分。
12. 如請求項1之轉子，其中該轉子包括在該轉子之一前側與一尾側之間之一流體流動路徑，該主體經安裝以當處於該外部位置中時阻礙該流體流動路徑，且當處於該內部位置中時不阻礙該流體流動路徑。
13. 如請求項1之轉子，其中該轉子包括一雙葉片轉子，該等葉片之各者包括該至少一個主體之一者。
14. 如請求項1之轉子，其中該偏置構件包括一彈簧。
15. 一種真空幫浦，其包括至少一個如請求項1之轉子。
16. 如請求項15之真空幫浦，其中該真空幫浦包括一機械升壓幫浦。
17. 如請求項15之真空幫浦，其中該真空幫浦包括一雙轉子魯氏幫浦。
18. 如請求項15之真空幫浦，其中該偏置構件及該主體之塊體經結構設計，使得該塊體回應於該轉子超過一預定角速度而在該內部位置與該外部位置之間移動，該預定角速度包括低於該真空幫浦之一全速2%與20%之間之一速度。
19. 如請求項15之真空幫浦，其中該真空幫浦包括經結構設計以控制該轉子之驅動之一驅動控制器，該驅動控制器經結構設計具有約為該主體經結構設計以移動位置之一旋轉頻率之一跳躍頻率的範圍。