JP2007321655A - ルーツ式真空ポンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】容積効率及び省エネルギー効果の向上、運転時に発生する騒音の低減と装置全体の低温度化を図ったルーツ式真空ポンプを提供すること。
【解決手段】吸込口２を各ロータの回転軸５，７の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各回転軸の中心から１２０°の容積移動角度を超えた位置ｎに設け、吐出口３を仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から吸込口と反対方向に１２０°の容積移動角度を超えた位置ｏに設け、空気の吸引直後に吸込口側と吐出口側の２箇所に、各ロータの隣り合う葉片とケーシングの内壁面とで囲まれる密閉空間を生じさせるように設け、前記位置ｏから吸込口側へ９０°だけ戻った位置ｔの周壁部に外気又は冷却空気の導入口８を設け、位置ｏから吸込口側へ４５°だけ戻った位置ｕまでのケーシングの内壁面に、複数の吐出用凹溝１０を吐出口に連通するように形成し、それら吐出用凹溝の総容積を１つの密閉空間の容積に対して２〜５％の範囲内に設けた。
【選択図】図１
【解決手段】吸込口２を各ロータの回転軸５，７の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各回転軸の中心から１２０°の容積移動角度を超えた位置ｎに設け、吐出口３を仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から吸込口と反対方向に１２０°の容積移動角度を超えた位置ｏに設け、空気の吸引直後に吸込口側と吐出口側の２箇所に、各ロータの隣り合う葉片とケーシングの内壁面とで囲まれる密閉空間を生じさせるように設け、前記位置ｏから吸込口側へ９０°だけ戻った位置ｔの周壁部に外気又は冷却空気の導入口８を設け、位置ｏから吸込口側へ４５°だけ戻った位置ｕまでのケーシングの内壁面に、複数の吐出用凹溝１０を吐出口に連通するように形成し、それら吐出用凹溝の総容積を１つの密閉空間の容積に対して２〜５％の範囲内に設けた。
【選択図】図１
Description
本発明は、集塵機用などの真空源として使用される３葉のスパーロータ式若しくは３葉のヘリカルロータ式のルーツ式真空ポンプに関するものである。
従来の容積移動形式のルーツ式真空ポンプにおいては、運転中に吸入口側と吐出口側との間に−４５ｋＰa以上の真空差圧を生ずると、吐出口側のケーシングの温度は圧縮熱により約１２０〜１５０°Ｃになる。そこで、その温度上昇に起因するトラブルを防止するため、１９６０年頃から国内外のメーカーにおいては、ケーシングに外気又は冷却空気の導入口を設けて前記温度を１２０°Ｃ以下とするように冷却を施す等の対策がいろいろ講じられている。
また、運転時に発生する騒音についても低騒音化が図られており、本件出願人は、特許第２６１６８２３号公報、特許第２８８４０６７号公報等において有効な提案を行っている。
一般的な３葉ロータのルーツ式真空ポンプにおいて、ローターの隣り合う葉片とケーシング内壁面とにより囲まれる密閉空間については、１２０°の容積移動角度を要することは周知のことである。因に、その角度より容積移動角度が小さい場合には吸入口と吐出口とが連通してしまうため、ポンプとしての機能を果たさない。
ところで、その容積移動角度の領域の一部に前述した外気又は冷却空気の導入口を設けている構造のルーツ式真空ポンプでは、容積効率及び機械効率の低下を生じると共に、約９０ｄＢ以上の大きな騒音が発生することを免れなかった。しかして、かかるルーツ式真空ポンプを使用する場合には、設置される環境によっては騒音を緩和するための防音設備に大きなコストがかかって不経済である。また、圧縮されて高温となった気体は、ケーシングの内壁面とローターの葉片とに必然的に生ずる微小間隙から吸込側に僅かずつリーク（漏洩）するため、真空ポンプの機械効率の低下を招き、温度特性を悪化させる要因となっている。
特許第２６１６８２３号公報
特許第２８８４０６７号公報
本発明の目的は、容積効率及び省エネルギー効果の向上、運転時に発生する騒音の低減と装置全体の低温度化を図ったルーツ式真空ポンプを提供することにある。
前記目的を達成するために請求項１に記載した発明は、吸込口と吐出口を形成したケーシング内に一対の３葉のロータを設け、吸込口と吐出口間が連通することのないように両ロータを回転させることにより吸込口から空気を吸入し、吸入した空気を吐出口から吐出するルーツ式真空ポンプにおいて、前記吸込口は、各ロータの回転軸の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から１２０°の容積移動角度を超えた位置ｎに設けられ、前記吐出口は、各ロータの回転軸の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から前記吸込口と反対方向に１２０°の容積移動角度を超えた位置ｏに設けられ、空気の吸引直後に吸込口側と吐出口側の２箇所に、各ロータの隣り合う葉片とケーシングの内壁面とで囲まれる密閉空間を生じさせるように設け、前記位置ｏから吸込口側へ９０°だけ戻った位置ｔの周壁部に外気又は冷却空気の導入口を設け、前記位置ｏから吸込口側へ４５°だけ戻った位置ｕまでの領域のケーシングの内壁面に、複数の吐出用凹溝を前記吐出口に連通するように形成し、それらの吐出用凹溝の総容積を１つの前記密閉空間の容積に対して２〜５％の範囲内に設けることを特徴とするものである。
（請求項１の発明）
このルーツ式真空ポンプは、容積効率及び省エネルギー効果の向上、運転時に発生する騒音の低減と装置全体の低温度化を図ることができる。
このルーツ式真空ポンプは、容積効率及び省エネルギー効果の向上、運転時に発生する騒音の低減と装置全体の低温度化を図ることができる。
以下に、本発明の最良の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の３葉のルーツ式真空ポンプの縦断側面図、図２はケーシングの縦断側面図、図３は吐出用凹溝の実施例を展開した状態で示す説明図であり、（イ）直線形、（ロ）ヘリカル形、（ハ）ジグザグ形、図４は各ロータの隣り合う葉片とケーシングの内壁面とにより囲まれる密閉空間内の流体の移動状況（１）〜（７）を示す説明図である。
図１に示す本発明のルーツ式真空ポンプＰは、吸込口２と吐出口３を形成したケーシング１内に一対の３葉のロータ４，６が互いに反対方向に回転可能に設けられており、吸込口２と吐出口３間が連通することのないように両ロータ４，６を回転させることにより吸込口２から空気を吸入し、その吸入した空気を吐出口３から吐出するように設けられている。
なお、そのケーシング１の内壁面１ａとロータ４，６の葉片の頂部とには、周知のように一定寸法の微小間隔Ｃが設けられている。
図１、図２に示すように、上記吸入口２は各ロータ４，６の回転軸５，７の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸５，７の中心から１２０°の容積移動角度を超えた位置ｎに横長形に設けられている。
前記吐出口３は、図２に示すように、各ロータ４，６の回転軸５，７の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸５，７の中心から前記吸込口２と反対方向に１２０°の容積移動角度を超えた位置ｏに設けられている。その吐出口３側の周壁部１ｂには、前記位置ｏから吸込口２側へ９０°だけ戻った位置ｔに、外気又は冷却空気の導入口８、８を夫々設けている。ｓは空気の吸引直後に吸込口２側と吐出口３側の２箇所に、各ロータ４，６の隣り合う葉片とケーシング１の内壁面１ａとにより囲まれる密閉空間である。
１０、１０は前記位置ｏから吸込口２側へ４５°だけ戻った位置ｕまでの領域のケーシング１の内壁面１ａに、ロータ４，６の回転方向に一定の深さで吐出口３に連通するように夫々形成された複数の吐出用凹溝である。それらの吐出用凹溝１０、１０の総容積については、１つの密閉空間ｓの容積に対して２〜５％の範囲内に設けることが望ましい。
図３に示すように、上記吐出用凹溝１０の形状については、図３に示すように（イ）直線形、（ロ）ヘリカル形、（ハ）ジグザグ形の何れかとする。図中、ｖはローター４，６の先端部とケーシング１の内壁面１ａとの仮想の線接触部を示す。
図４に示すように、各ローター４，６の隣り合う葉片とケーシングの内壁面１ａとにより囲まれる密閉空間ｓ内に外気又は冷却空気が流入して移動する状況（１）〜（７）を示す。図中、斜線部は、ローター５、７の回転に伴って移動する密閉空間ｓ内に、導入口８、８から外気又は冷却空気が流入しているところを表している。
このルーツ式真空ポンプＰにおいては、密閉空間ｓ内の気体はロータ４，６の回転に伴って吐出口３側に移動し、前述の線接触部ｖがケーシングの内壁面１ａ上のｗ点を越すと、密閉空間ｓ内で吐出口３側の外気と徐々に混合し移動しつつ排出される。このため、吐出口側の外気との急激な圧力混合が防止されて圧縮気体の爆発騒音が抑制される。
つぎに、本発明のルーツ式真空ポンプＰの作用について説明する。
このルーツ式真空ポンプＰは、各ロータ４，６の隣り合う葉片とケーシング１の内壁面１ａとにより囲まれる密閉空間ｓの総容積移動角度を、容積移動角度１２０°の２倍の２４０°とし、ロータ４，６の葉片の頂部とケーシング１の内壁面１ａとのシール部分の移動距離を大きく設けているので、内部リーク量が減少する。
このルーツ式真空ポンプＰは、各ロータ４，６の隣り合う葉片とケーシング１の内壁面１ａとにより囲まれる密閉空間ｓの総容積移動角度を、容積移動角度１２０°の２倍の２４０°とし、ロータ４，６の葉片の頂部とケーシング１の内壁面１ａとのシール部分の移動距離を大きく設けているので、内部リーク量が減少する。
さらに、空気を吸入口２から吸引した直後には、吐出口３側の密閉空間ｓと吸入口２側の密閉空間ｓの二つの空間ができ、吐出口３側からの内部リークによる圧力分布は２段階となる。しかして、吐出口３と吐出口３側の密閉空間ｓとにおける圧力差、吐出口３側の密閉空間ｓと吸入口２側の密閉空間ｓとにおける圧力差、吸入口２側の密閉空間ｓと吸入口２とにおける圧力差はそれぞれ小さくなるために、内部リーク量が減少する。
また、前記位置ｔの周壁部１ｂには、外気又は冷却空気の導入口８，８を設けているので、ケーシング１・ロータ４，６・回転軸５，７からなるポンプ本体の温度上昇が抑制される。
さらには、吐出口３側のケーシング１に吐出用凹溝１０、１０を設けているので、吸引された空気の閉じ込み現象が解消され、省エネルギー化と騒音低減を図ることができる。
本発明にかかるルーツ式真空ポンプの性能等について実験を行なった。その結果を以下に述べる。
ただし、口径８０ｍｍの真空ポンプを使用し、駆動モータは７．５ｋＷ、ローターの回転数を毎分１３５０回転とし、真空圧力−４０〜−７０ｋＰａにてテストを行った。
その結果、本発明のルーツ式真空ポンプＰについては、従来のものに比べて空気量が約２０〜４０％増加し、所要動力は約５〜１０％少なくなり、機械効率の向上が確認された。
また、真空ポンプの各部の表面温度は、従来のものに比べて１０〜２０℃の低下が認められ、騒音値も従来のものに比べて５〜１０ｄＢ低下した。
ただし、口径８０ｍｍの真空ポンプを使用し、駆動モータは７．５ｋＷ、ローターの回転数を毎分１３５０回転とし、真空圧力−４０〜−７０ｋＰａにてテストを行った。
その結果、本発明のルーツ式真空ポンプＰについては、従来のものに比べて空気量が約２０〜４０％増加し、所要動力は約５〜１０％少なくなり、機械効率の向上が確認された。
また、真空ポンプの各部の表面温度は、従来のものに比べて１０〜２０℃の低下が認められ、騒音値も従来のものに比べて５〜１０ｄＢ低下した。
Ｐ・・・ルーツ式真空ポンプ
ｓ・・・密閉空間
１・・・ケーシング
１ａ・・・内壁面
１ｂ・・・周壁部
２・・・吸入口
３・・・吐出口
４，６・・・ロータ
５，７・・・回転軸
８、８・・・導入口
１０、１０・・・吐出用凹溝
ｓ・・・密閉空間
１・・・ケーシング
１ａ・・・内壁面
１ｂ・・・周壁部
２・・・吸入口
３・・・吐出口
４，６・・・ロータ
５，７・・・回転軸
８、８・・・導入口
１０、１０・・・吐出用凹溝
Claims (1)
- 吸込口と吐出口を形成したケーシング内に一対の３葉のロータを設け、吸込口と吐出口間が連通することのないように両ロータを回転させることにより吸込口から空気を吸入し、吸入した空気を吐出口から吐出するルーツ式真空ポンプにおいて、
前記吸込口は、各ロータの回転軸の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から１２０°の容積移動角度を超えた位置ｎに設けられ、前記吐出口は、各ロータの回転軸の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から前記吸込口と反対方向に１２０°の容積移動角度を超えた位置ｏに設けられ、空気の吸引直後に吸込口側と吐出口側の２箇所に、各ロータの隣り合う葉片とケーシングの内壁面とで囲まれる密閉空間を生じさせるように設け、前記位置ｏから吸込口側へ９０°だけ戻った位置ｔの周壁部に外気又は冷却空気の導入口を設け、前記位置ｏから吸込口側へ４５°だけ戻った位置ｕまでの領域のケーシングの内壁面に、複数の吐出用凹溝を前記吐出口に連通するように形成し、それらの吐出用凹溝の総容積を１つの前記密閉空間の容積に対して２〜５％の範囲内に設けることを特徴とするルーツ式真空ポンプ。
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