TWI262248B - Temperature-control method of a screwed-type vacuum pump - Google Patents

Description

1262248 玖、發明說明 發明所屬之技術領域 本發明涉及一種螺旋式真空泵之調溫方法及適合用來進 行此方法之螺旋式真空泵。 先前技術 由D E - A - 1 9 8 2 0 5 2 3中已知此種形式之螺旋式真空泵。其 已揭示許多熱處理問題。若轉子之螺紋由抽吸側至壓力側 逐漸增大（這通常亦與螺紋條寬之增加有關），則在泵空間 中旋轉之轉子之冷卻特別困難。此種形式之轉子在操作期 間特別是在其壓力側之區域中熱負載很大，此乃因所輸送 之氣體之壓縮是與巨大之熱量排除有關。由於螺旋式塡空 泵之品質是與轉子及泵空間外殼之間之間隙有決定性之關 係，則製造商力求使此種間隙保持很小。但此種目的不符 合高熱量負載之區域，轉子及外殻之熱膨脹需求。泵空間 外殼使轉子不能進行熱膨脹或只在很小之範圍中膨脹。須 存在足夠大之間隙。目前爲止只能避免：轉子與外殼相接 觸以及發生靜止狀態之危險。若轉子及外殼由不同之材料 所構成時，則上述之問題特別嚴重。若外殼之膨脹係數小 於轉子材料之膨脹係數（例如，外殼由鑄鐵構成，轉子由 鋁構成）時，則會發生各轉子在外殻上起動之危險。若膨 脹係數大小相反，則泵間可較大，使泵之功率下降。 發明內容 本發明的目的是提供一種上述形式之螺旋式真空泵’使 1262248 其特性在熱負載時不會改變。 本發明中上述目的以申請專利範圍各項中之特徵來達成 〇 藉由本發明，則可對冷卻或調溫之作用產生影響，其目 的是使泵空間外殼之溫度上升不會超過一不允許之極限。 在泵之熱負載較大時，則只稍微冷卻之泵空間外殼會與其 轉子一起膨脹。起動之危險性因此已不存在。須適當地對 該冷卻作用進行調整，使泵空間外殼中間隙之大小在不同 之操作條件時保持不變。例如，可使用泵空間外殻之外部 溫度作爲調整値。 若螺旋式真空泵以空氣冷卻，則冷卻氣流可依據該泵之 操作狀態來調整，例如，可藉由通風機（其產生冷氣流）之 轉速之調整來達成。其先決條件是：通風機具有一與泵之 驅動馬達無關之驅動器。若通風機與泵之驅動器相耦合， 則冷氣流之調整可藉助於可變化之假門，節流閥或類似物 來進行。若此泵以流體來冷卻，則上述之調整可藉由冷卻 流體之數量或溫度之調整來達成。 若此泵由外部冷卻且其轉子設有流體冷卻器，則適當之 方式是在冷氣流中配置一種熱交換器，以便使流體（例如 ，油）中所吸收之熱排出。若該熱交換器就冷氣流之方向 而言配置在泵空間外殼之前，則可對該泵空間外殼進行適 當之調溫。泵空間外殼之外部溫度亦可用作調整値；亦可 使用該冷卻流體之溫度作爲調整値。此種形式之配置可對 該泵之冷卻進行調整，使得在操作時及外殻之間之間隙保 1262248 値定値。 又，若該泵設有轉子-內冷卻器（流體）及外殼冷卻器（由 外部以流體冷卻）且此二個冷卻器互相調整，使得在該泵 之全部之操作狀態中都保持定値之間隙，則是有利的。調 整至所期望之定値之間隙是以下述方式達成：供應至冷卻 器（例如，藉助於熱交換器來達成）之已冷卻之流體之數量 依據冷卻需求來調整。 爲了可進行所期望之調整，則須使用一些感測器，其可 以是溫度感測器，其信號傳送至一種控制中心。控制中心 可控制冷卻器之強，較佳是泵間隙保持定値。亦可使用一 種距離感測器以取代一個或多個溫度感測器，其直接提供 一些與間隙大小有關之資訊。 實施方式 本發明之其它優點及細節將依據第1至4圖中之實施例 來描述。各圖中待冷卻之螺旋式真空泵以1表示，其泵空 間外殼以2表示，其轉子以3表示，其轉子3及泵空間外 殼2之間之壓力側之間隙以4表示，其入口以5表示且其 連接至泵空間外殼2 (其包含轉子3 )之傳動機構/馬達室-外 殼以6表示。圖中指出：轉子3設有螺紋，其斜度及條寬 由抽吸側至壓力側逐漸變小。位於壓力側之出口未顯示。 傳動機構7，馬達室8 (其包含一驅動馬達9 )及另一室1 0 ( 位於外殼6中），室1 0是轉子3用之冷卻流體回路用之軸 承室（第1圖）式組成方法（第2,3圖）。 軸子3設有軸1 1，1 2，軸1 1，1 2經由傳動機構室7及馬 1262248 達室 8。藉由泵空間及傳動機構室7 (隔離壁1 4 )之間以及 馬達皺 8及軸承室-或冷卻流體室（隔離壁 1 4)之間之隔離 ’ 壁中之軸承，則轉子3以可活動之方式而放置著。傳動機 -構室7及馬達室8之間之隔離壁以1 5表示。在傳動機構 室7中存在著使轉子3同步旋轉所用之齒輪對（p a i r ) 1 6，1 7 ' 。轉子軸1 1同時也是馬達9之驅動軸。馬達9亦可具有 -一與軸1 1，1 2不同之驅動軸。在此種形式中其驅動軸終止 於傳動機構室7中且處設有一種齒輪，此齒輪是與同步齒 輪1 6 , 1 7 (或軸1 2之未顯示之另一齒輪）相接合。 馨 在第1至3圖之實施例中，藉助於氣流使泵1之外殻2 及6冷卻，該氣流由通風機2 1輪2 0所產生。圍繞該泵1 所用之外殻22用來引導該通風機輪20所產生之空氣之移 動，該外殼2 2在二個正側之區域中是敞開的（開口 2 3，2 4 ) 。須配置該通風機 2 1，使外殼 2 2之通風機-/馬達側之開 口 24形成空氣入口。 在第1，2圖之實施例中，通風機2 1具有一與1驅動馬 達 9無關之驅動馬達 2 5。此種方式對螺旋式真空栗是有 利的，其馬達9以氣管式馬達構成且因此可被包封。 在第3，4圖之實施例中，軸1 1通過該過該1 0，由泵1 之外殻6中延伸而出且在其自由端上承載該通風機21之 輪20。 在全部之圖式中，控制裝置以方塊2 6來表示。方塊2 6 經由虛線所示之管線而與感測器相連。感測器所提供之信 號具有所期望之調整値。圖中顯示二個可交替使用或可同 -10- 1262248 時使用之溫度感測器 2 7，2 8。感測器 2 7提供一些與外殼 之溫度相對應之信號。感測器2 7較佳是在轉子3之壓力 側之區域中固定在外殼2上。感測器2 8位於馬達室8中 且提供一些與冷卻流體（或油）溫度相對應之信號。控制裝 置經由其它管線而與一些裝置相連，藉此可使泵1之冷卻 作用以所期望之方式調整。 在第1圖之實施形式中，對由通風機2 1所產生之氣流 進行調整。該控制裝置2 6經由管線2 9而與驅動馬達2 5 相連。依據由感測器2 7或2 8中之一或此二者所提供之信 號來對通風機之輪2 0之轉數進行調整。由於感測器2 7所 提供之信號提供了該外殼溫度之資訊且感測器 2 8所提供 之信號提供了該轉子溫度之資訊，則在使用此二個感測器 時可對間隙4進行一種差異調整。 在另一種形式中，只設有一感測器（未圖式）以取代該 二個溫度感測器2 7，2 8，感測器位於溫度感測器2 7之位 置上（即，位於泵外殼 2之壓力側之區域中）。感測器 是 一種距離感測器，其直接提供有關泵間隙4之大小之資訊 。此種形式之感測器已爲人所知。電容變化或較佳是渦流 之變化係用來產生各感測器信號，其中電容或渦流之變化 是依據間隙大小而產生。 只依據此種形式之感測器即可控制此泵1之調整過程 。若在此泵操作期間該間隙大小由於轉子3膨脹而變小， 則外殼2之冷卻作用變小，此時由於通風機輪2 0之轉速 下降使冷卻空氣量減小。外殼因此膨脹，使間隙値之減小 -11- 1262248 可獲得補償。在此泵1之操作期間若間隙値增大，則此種 增大作用可藉由冷卻作用之增強（外殼2收縮）而被補償。 f 第2圖不同於第1圖之處是；泵1設有用於轉子之流體 ’ 冷卻。圖中只顯示各轉子 3冷卻用之冷卻流體回路。在 德國專利文件 197 45 616， 199 63 171.9 及 199 63172.7 ' 中此種形式之冷卻系統描述得很詳細。軸1 1，1 2用來輸送 冷卻劑（例如，油）至轉子3或由轉子3向外輸送該冷卻劑 。在本實施例中，離開該轉子3之冷卻劑聚集在馬達室8 中。冷卻劑由該處理由管線3 1而傳送至熱交換器3 2。熱 β 交換器 3 2可以空氣冷卻或以水來冷卻。如圖所示，特別 適當的是：由通風機2 1所產生之氣流吸收了轉子3中由 流體所吸納之熱量。離開該熱交換器3 2之流體經由管線 3 3而傳送至室1 0中。該流體以未詳細顯示之方式由室1 0 經由軸1 1 , 1 2中所存在之孔而至轉子3，在轉子3中流經 冷卻通道且經由軸1 1 , 1 2，而回到馬達室8中。 爲了可控制此流體之冷卻作用，則第2圖中顯示二種控 0 制値所需之不同形式（上述之感測器 2 7，2 8 )以及熱交換器 3 2中調整該冷卻流體之冷卻作用所用之二種不同之形式 。如第1圖所示，通風機輪2 0之轉依據各調整値之一來 調整。在另一種形式中，一種調整閥 3 5位於管線中，該 調整閥 3 5決定每單位時間流經熱交換器之冷卻流體之流 量。 在第2圖之方式中，泵1另外可由通風機21之氣流來 調溫。在此種情況下，適當之方式是使熱交換器3 2及通 -12- 1262248 風機2 1配置在開口 2 4之區域中。此種配置之優點是：泵 1之泵空間外殼2之冷卻用之氣流可預熱。這是以下述方 ’ 式達成：泵空間外殼2之熱膨脹可進入周圍環境中，泵1 f 之操作期間溫度較高之轉子3未與外殼2相接觸。外殼2 與轉子3較佳是由鋁構成以使熱傳導性獲得改良。又，外 · 殼2具有肋條使熱接觸性獲得改良。 適當之方式是使熱交換器 3 2置於通風機輪之前因此使 接觸保護作用更可靠，這與”通風機2 1所產生之氣流是否 只使熱交換32冷卻或使泵之外殻2，6及熱交換器均被冷 · 卻”無關”。 在第3圖之形式中，通風機輪2 0與馬達軸1 1相耦合。 由於螺旋式真空泵通常以定値之轉速來操作，則不可能藉 助於通風機2 1來調整氣流。在第3圖之實施形式中，設 有一可調整之假門（例如，可變之假門），節流閥或類似物 以調整該氣流。該假門位於通風機輪2 0及熱交換器3 2之 間且以參考符號3 6表示。假門3 6經由管線3 7而與控制 裝置 2 6相連。冷卻氣體流量-及/或流體冷卻時之調整依 據第2圖中所示之調整方式藉如氣流之流量橫切面之調整 來達成，較佳是調整至定値之間隙値。 又，在第3圖之形式中，冷卻流體回路設有一種調溫閥 3 8，其位於管線3 1中且亦由裝置2 6所控制。其目的是在 泵1操作開始之相位中（其中該冷卻流體未達到其操作溫 度）使管線3 1封閉且使冷卻流體經由圍繞該交換器所用之 旁路管線3 9而直接傳送至管線3 3。若冷卻流體之溫度已 -13- 1262248 到達其操作溫度，則管線3 9封閉且管線3 1打開（閥3 8所 示之位置）此種旁路管線可使開始運轉之位縮短時間。 在第4圖之實施例中，螺旋式直空泵設有上述之轉子內 部冷卻器以及一以流體來操作之外殼冷卻器 4 1，其包含 一種位於轉子外殼2之出口區中之冷卻外罩4 2 (其中例如 塡入流體），該冷卻外罩4 2中存在一由特定冷卻劑所流過 之冷卻盤管43。另一方式是冷卻外罩42本身亦可由冷卻 流體所流過。 在上述之實施例中，外殼冷卻器之出口是與馬達室8相 連，離開轉子內部冷卻器之冷卻流體流入馬達室8中。冷 卻流體經由管線3 1而到達熱交換器32中。設有3/2-分路 閥 4 7之管線4 4連接至熱交換器3 2，該分路閥 4 7依據 數量未分配各管線4 5及4 6之冷卻流體供應量。管線4 5 是與轉子內部冷卻器之入口相連，管線 4 6是與外殼外部 冷卻器4 1之入口相連。閥 4 7是一種調整閥且由控制裝 置26所控制。 在第4圖中之實施例中，通風機2 0及熱交換器3 2位於 外殼2 2之開口 2 4區域中，這與第2 5 3圖之實施例相同。 由於氣流冷卻器已非絕對必要（充其量只用來冷卻該馬達-傳動機構-外殼 6 )，則熱交換器3 2及其冷卻器（流體之空 氣用者）亦可配置在其它位置上且與驅動馬達 9無關。就 該二個冷卻回路而言亦可設置各別之熱交換器。最後，外 殼 22可不需要。 就像所有其它實施例一樣，利用第4圖之實施例，來進 -14- 1262248 行泵之調溫，ΐ 供一些信號，ί 方面有與轉子 4 7以使冷卻流 整體而言，〕 進一'步提局。i 面溫度來操作 具有一種接觸4 或調溫系統， 部冷卻器）存在 冷卻系統之每_ 圖式簡單說明 第1圖 一 第2,3圖 第 4圖 一 符號說明 1 2 3 4 5 6 7 8 £其泵間隙4保持定値，感測器2 7及2 8提 重些信號一方面與外殻2之溫度有關且另一 * 3之溫度有關。依據這些信號來控制地閥 體成份分配至該二個冷卻器。 發明之特徵可使螺旋式真空泵之功率密度 _ 重些泵可以較小之形式來構成且以較高之表 · 。又，位於外部用來導引空氣所用之外殼2 2 呆護功能。適當之方式是須調整該冷卻系統 使二種冷卻系統（轉子內部冷卻器，外殼外 β 時，由泵所產生之熱量之一半可由此二種 -個所發散。 種空氣冷卻之螺旋式真空泵。 一種空氣·及流體冷卻之螺旋式真空泵。 設有流體冷卻器之螺旋式真空泵。 泵 泵空間外殼 轉子 間隙 入口 傳動機構/馬達室-外殼 傳動機構室 馬達室 -15- 1262248 9,25 驅 動 馬 達 10 室 11,12 軸 14,15 隔 離 壁 16,17 齒 輪 對 2 0 通 風 機 輪 2 1 通 風 機 2 2 外 殻 23,24 開 P 2 6 控 制 裝 置 2 7,28 溫 度 感 測 器 29， 31,3 3 ,3 7,4 4,4 6 管 線 3 2 熱 交 換 器 3 5 調 整 閥 3 6 可 調 整 之 假門 3 8 調 溫 閥 3 9 旁 路 管 線 4 1 外 殼 冷 卻 器 42 冷 卻 外 罩 4 3 冷 郤 盤 管 4 7 分 路 閥

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Claims (1)

1262248 拾、申請專利範圍 第9 1 1 3 3 3 6 0號「螺旋式真空泵及其調溫方法」專利案 (2006年4月修正） 1 . 一種螺旋式真空泵（1 )之調溫方法，其特徵爲：冷卻作 用依據螺旋式真空泵（1)操作狀態來調整；須進行冷卻 之調整，使轉子（3 )及其外殼（2 )之間在操作期間保持一 種定値之間隙（4);冷卻之調整是依據泵空間外殼（2)之 外部溫度來進行；泵（1 )由外部以強迫式之氣流來冷卻； 通風機（2 1 )產生強迫式之氣流且該通風機輪（2 0 )之轉速 受到調整；強迫式之氣流由通風機（2 1 )所產生且氣流之 橫切面受到調整；該泵由外部冷卻且轉子由內部冷卻。 2 .如申請專利範圍第1項之調溫方法，其中螺旋式真空泵 (1 )之轉子藉助於流體冷卻器而被冷卻。 3 .如申請專利範圍第2項之調溫方法，其中冷卻流體用之 外部熱交換器（3 2)由強迫式氣流所冷卻。 4 .如申請專利範圍第1 , 2或3項之調溫方法，其中螺旋式 真空泵（1 )設有其轉子（3 )所用之流體冷卻器且冷卻作用 之調整是依據冷卻劑之溫度來調整。 5 .如申請專利範圍第3項之調溫方法，其中除了轉子-內 部冷卻器之外亦使用流體外殼冷卻（4 1 )。 6 .如申請專利範圍第3項之調溫方法，其中使用一由冷卻 流體所流過之外部熱交換器（3 2 )，其熱交換作用可調整 以調整該冷卻作用。 7 .如申請專利範圍第5項之調溫方法，其中對該流經熱交 1262248 換器（3 2 )之流體量進行調整。 8 .如申請專利範圍第5項之調溫方法，其中離開該熱交換 器（32)之流體輸送至轉子-內部冷卻器及外殼冷卻器（41) 且流體成份可調整。 9 .如申請專利範圍第8項之調溫方法，其中每一冷卻回路 配置一各別之熱交換器。 1 〇 .如申請專利範圍第8項之調溫方法，其中由轉子內部冷 卻器所發出之熱量之由外殼冷卻器所發出之熱量相 同。 1 1 . 一種螺旋式真空泵（1 )，其適合用來進行如申請專利範 圍第 1項所述之調溫方法，其包含：泵外殻（2,6)，安 裝在該外殻中之轉子（3 )及一驅動馬達（9 )，其特徵爲： 其設有流體冷卻器及/或空氣冷卻器。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之泵，其中設有一種通風機（2 1) 以產生一種強迫式氣流，通風機（2 1 )設有轉速調整器或 空氣量調整氣。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之泵，其中通風機（2 1 )，驅動 馬達（9 )及泵外殼（2 )依序配配在氣流方向中。 1 4 .如申請專利範圍第1 1 , 1 2或1 3項之泵，其中至少該泵 外殼（2 )設有外部之肋條。 1 5 .如申請專利範圍第1 1項之泵，其中該外殼（2 )及轉子（3 ) 由鋁構成。 1 6 .如申請專利範圍第1 2或1 3項之泵，其中設有一外部之 外殼（2 2 )以導甲該冷卻空氣且通風機（2 1 )位於空氣入口 1262248 佴ίΙ Γ 2 4、。 1 7 .如申請專利範圍第1 1項之泵，其中該泵設有一種流體-轉子內部冷卻器及一種流體-外殼冷卻器。 1 8 .如申請專利範圍第1 1項之泵，其中設有一或二個熱交 換器（3 2 )以用來使冷卻流體冷卻。 1 9 .如申請專利範圍第1 7或1 8項之泵，其中該冷卻流體回 路設有一種調整閥（3 5 )。 2 0 .如申請專利範圍第1 8項之泵，其中該冷卻流體回路設 有一種調溫閥（3 8 )，其使輸送管線（3 1 )與熱交換器（3 2 ) 之入口相連或與圍繞該熱交換器（3 2)所用之旁路管線 (3 9)相連。 2 1 .如申請專利範圍第1 9項之泵，其中該冷卻流體回路設 有一種調溫閥（3 8 )，其使輸送管線（3 1 )與熱交換器（3 2 ) 之入口相連或與圍繞該熱交換器（3 2)所用之旁路管線 (3 9 )相連。 2 2 .如申請專利範圍第1 8項之泵，其中該泵設有流體冷卻 器及空氣冷卻器且作爲空氣冷卻用之通風機（21)亦可使 該作爲流體冷卻用之熱交換器（3 2)被冷卻。 2 3 .如申請專利範圍第2 2項之泵，其中該熱交換器（3 2 ) 在冷卻空氣流之方向中位於通風機（2 1 )之前。 2 4.如申請專利範圍第17項之泵，其中該流體-外殼冷卻器 (4 1 )位於泵外殼壓力側之末端之區域中。 2 5 .如申請專利範圍第2 4項之泵，其中轉子-內部冷卻器及 外殼冷卻器（4 1 )之入口經由調整閥而連接於熱交換器之 1262248 出口。 2 6 .如申請專利範圍第2 5項之泵，其中該流體冷卻器之出 口注入馬達室（8 )中。

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