渦旋泵的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種渦旋泵60，其包括：具有動渦盤64和靜渦盤66的渦旋機構62；具有同心軸部分68和連接到動渦盤的偏心軸部分70的驅動軸。軸被布設成由馬達72進行驅動，以致該軸的旋轉把相對于靜渦盤的公轉運動傳遞給動渦盤，用以沿從渦旋機構的入口74到出口76的流動路徑泵送流體。軸向唇形密封件88位于動渦盤和靜渦盤之間，用以阻止流體從渦旋機構的外部泄漏進入流動路徑。
【專利說明】
調旋栗
【技術領域】
[0001]本發明涉及經常被稱之為渦旋壓縮機的渦旋泵。
【背景技術】
[0002]已知的渦旋壓縮機或者渦旋泵10在圖3中示出并且在本 申請人:的較早申請W02011/135324中更為詳細地得以描述。圖3中所示出的泵具有反向渦旋結構。泵10包括泵殼體12和具有偏心軸部分16的驅動軸14。軸14由馬達18進行驅動，并且偏心軸部分被連接到動渦盤20，從而在使用過程中，該軸的旋轉把相對于靜渦盤22的公轉運動(orbiting mot1n)傳遞給動潤盤,用于沿在壓縮機的泵入口 24和泵出口 26之間的流體流動路徑泵送流體。靜渦盤通常在左側示出而動渦盤通常在右側示出。靜渦盤包括開口 28，軸14穿過該開口而延伸并且在靜渦盤與馬達18相反一側被連接到動渦盤20。高真空區域30位于入口 24處，而低真空或者大氣區域32位于出口 26處。
[0003]配重44平衡該泵的公轉部件的重量，該公轉部件包括動渦盤20、第二軸承36以及驅動軸的偏心部分16。動渦盤20構成該公轉部件重量的主要部分并且其質心位于相對靠近動渦盤的渦板(scroll plate)的地方。罩蓋46固定到動渦盤的凸起承座48上，并且從高真空區域30密封包含配重和軸承34、36在內的低真空區域。
[0004]防自轉裝置50位于泵的高真空區域30中并且被連接到動渦盤20和殼體12上。該防自轉裝置阻止動渦盤的自轉，但卻允許動渦盤的公轉運動。該防自轉裝置不用潤滑并且在這個示例中由塑料材料制成，而且可以為在較早申請中更加詳細地描述過的單體式聚合物部件。
[0005]第一軸承34支承驅動軸14的同心部分用以旋轉。該軸承34相對殼體或者所示出的靜渦盤22而言是固定的。第二軸承36將驅動軸的偏心部分16連接到動渦盤20，允許動潤盤相對于偏心部分的角運動(angular movement) 0第一軸密封件38位于靜潤盤22和該軸的同心部分14之間并且阻止潤滑劑從第一軸承34以及氣體從泵的大氣側朝向泵的低壓側或者進入到入口和出口之間的流動路徑的通路。第二軸密封件42位于動渦盤20和該軸的偏心部分16之間并且阻止潤滑劑從第二軸承36進入到入口和出口之間的流動路徑的通路。
[0006]一般而言人們期望生產較小的泵。與非反向式渦旋泵相比較，反向式渦旋泵提供更加緊湊的解決方案。在反向式解決方案中，上述軸密封件被用來在軸和動渦盤以及軸和靜渦盤之間進行密封。典型地使渦旋泵以大約1500 rpm進行旋轉，但是隨著泵變小則要求例如以1800 rpm的速度使驅動軸更快地進行旋轉，以維持相似的泵送性能。通常，軸密封件磨損得非常快并且需要定期更換，而且這個問題在更高速度下加重惡化。雖然可以采用較硬的密封件并且可能會維持更久一些，但卻會密封得不太有效。
【發明內容】
[0007]本發明提供了一種改進的渦旋泵。
[0008]本發明提供了一種渦旋泵，其包括:具有動渦盤和靜渦盤的渦旋機構；具有同心軸部分和連接到動渦盤的偏心軸部分的驅動軸，該軸被布設成由馬達進行驅動，以致軸的旋轉把相對于靜渦盤的公轉運動傳遞給動渦盤，用以沿從渦旋機構的入口到出口的流動路徑泵送流體，其中，軸向唇形密封件(lip seal)位于動渦盤和靜渦盤之間，用以阻止流體從渦旋機構的外部泄漏進入流動路徑。
[0009]在附隨的權利要求書中限定了本發明的其它優選和/或可選方面。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]為了使本發明可以更好地得以理解，現在參照附圖并僅通過舉例的方式對其實施例進行描述，其中:
圖1示出了渦旋泵；
圖2示出了渦旋泵的密封布置的放大圖；
圖3示出了第一現有技術的渦旋泵。
【具體實施方式】
[0011]參考圖1，所示出的渦旋泵60在結構上類似于涉及圖3所描述的公知的反向式渦旋泵(inverted scroll pump)。僅僅詳細地描述潤旋泵60不同于公知的反向式潤旋泵的那些特征。
[0012]類似于公知的渦旋泵，渦旋泵60包括具有動渦盤64和靜渦盤66的渦旋機構62。驅動軸具有同心軸部分68和連接到動渦盤的偏心軸部分70。該軸被布設成由馬達72進行驅動，以使得該軸的旋轉把相對于靜渦盤的公轉運動傳遞給動渦盤。
[0013]潤盤的相對公轉運動沿從潤旋機構的入口 74到出口 76的流動路徑(flow path)泵送流體。入口位于該機構的徑向外部處，而出口位于該機構的徑向內部處。
[0014]第一軸承78位于靜渦盤和該軸的同心部分68之間并且支承該軸用以通過馬達72而旋轉。第一軸承可以為潤滑滾動軸承。第二軸承80位于動渦盤和該軸的偏心部分70之間并且支承動渦盤用以公轉轉動。防自轉裝置82防止動渦盤的自轉但卻允許在兩個正交維數中橫向平移(lateral translat1n),以使得該軸的旋轉導致所需要的公轉運動。
[0015]在渦盤的相對公轉運動期間，流體沿流動路徑從渦旋機構的入口 74泵送到出口76，該流動路徑在遵循通常為漸開線路徑的渦盤壁之間延伸。在渦旋泵的情況下，沿流動路徑的每個完整圓周被稱之為一圈(wrap)并且流動路徑從緊鄰入口的外圈延伸到緊鄰出口的內圈。由于當流體沿漸開線路徑在凹處(pocket)行進時其被壓縮，所以必須在相鄰圈之間進行密封以阻止從高壓凹處到低壓凹處的泄露，密封典型地利用頂端密封件(tip seal)而實現。頂端密封件是本領域公知的，安置在動渦盤和靜渦盤兩者的渦盤壁的軸向端部處，在圖1中由標記84指出。該頂端密封件是動態密封件，并且被設計成當泵處于運轉時，在渦盤的相對公轉運動期間在相鄰圈之間進行密封。除了穿越相鄰圈之間的渦盤壁的泄漏以夕卜，還可能發生由圖1中箭頭86所示的從大氣進入流動路徑的泄漏。當泵處于運轉時，渦盤機構的內圈中的壓力很高，例如可能為大約800 mbar。因此,從1000 mbar下的氣流86到內圈中的800 mbar的壓差相對較小，并且可以通過頂端密封件以公知的布置方式來加以阻止。但是，當泵停止運轉時，壓力就立即降低到大約50 mbar,從而導致1000 mbar到50mbar的壓差。發生這樣的壓力降低是因為在渦旋泵中所捕集的氣體膨脹進入高真空區域的緣故。存在防止大氣氣體回流到泵中并且提高壓力的排氣閥。頂端密封件易于在這些壓差處發生泄露。在已知的機構中，由箭頭86指出的氣體的泄露通過位于軸承78內側的軸密封件38來阻止。這樣的徑向軸密封件在本領域中是已知的，但是如上述所指出那樣，這些徑向密封件因該軸的高旋轉速度而很快地磨損并需要定期更換。
[0016]在圖1的布置中，使用軸向唇形密封件88并且使其位于動渦盤的部分90和靜渦盤的部分92之間。渦盤的部分90、92彼此面對并且限定其間的軸向間隙，該軸向間隙通過唇形密封件88進行密封。在這個示例中，唇形密封件88位于動渦盤上并抵靠靜渦盤的對置表面或者平面進行密封，但是該唇形密封件也可以安裝在每一方渦盤上。由于部分90、92相對于彼此進行公轉(orbit)，而不是相對于彼此進行自轉(rotate)，因此，密封件和另一個渦盤的對置表面之間的相對運動量就比較小。在這一點上，密封件相對于另一個渦盤的對置表面的運動量與該軸的偏心部分和同心部分之間的偏移量大致成比例。另一方面，在現有技術中，密封件相對于軸的運動量與該軸的半徑大致成比例。軸的半徑遠遠大于偏心部分的偏移量，由此圖1中的唇形密封件與圖3中已知的軸密封件相比承受到更少磨損。因此，即使是在高旋轉速度的條件下，尤其是在較小泵中軸向唇形密封件以還算不錯地較低的間隔需要更換。
[0017]軸向唇形密封件88以簡化的形式在圖2中示出，這是在圖1中示出的區域II的放大圖。如上述所指出那樣，唇形密封件可以安裝在每一方渦盤上，但是，在圖2中唇形密封件被安裝到動渦盤的部分90上。部分90具有肩部94并且唇形密封件通過諸如過盈配合或者粘合劑的合適方式圍繞肩部而進行固定。唇形密封件包括用于將唇形密封件安裝到動渦盤的安裝部分96以及唇部98，該唇部抵靠靜渦盤的部分92進行密封并且阻止沿箭頭方向從大氣穿過空隙G的泄漏。沿箭頭方向的氣體泄漏來自于由動渦盤和靜渦盤中的開口所限定的區域，并且沿所有徑向方向流動(即，不僅僅是圖2中所示的方向)。在這一點上，在這個反向渦盤結構中，軸穿過靜渦盤中的開口 96和動渦盤中的開口 99(此數字已經被用于唇形密封件)而延伸，并且如所示那樣在靜渦盤與馬達相反一側被固定到動渦盤。在泵運轉期間，因氣體來自泵的高壓側并且在圖1中的箭頭86的方向上圍繞軸承78發生泄漏，故使得開口 96、99處于大氣壓下或者接近于大氣壓。軸向唇形密封件阻止了氣體從這些開口沿圖2中示出的箭頭的方向進入流動路徑的泄漏。如上所指出那樣，當泵停止運轉時，跨越唇形密封件的壓差可以大約為1000 mbar到50 mbar。在唇形密封件的大氣側相對高的壓力致使唇形密封件抵靠對置渦盤進行擠壓，由此增加了密封力。因此，本布置即使是在高壓差下也可進行密封以防泄漏。
[0018]此外，由于軸承78、80通常被潤滑，所以軸向唇形密封件被構造成除氣體之外還阻止潤滑劑從軸承進入流動路徑的泄漏。
[0019]參考圖1和圖2，唇形密封件88位于從頂端密封件84向內的地方，并且除該頂端密封件所提供的密封力之外還提供密封力。圖1以截面方式示出泵60和唇形密封件88，人們將會意識到唇形密封件為圍繞該軸的軸線而延伸的環形。唇形密封件優選地具有一般的圓形結構，并且使其位置遍布其相對于對置渦盤的公轉運動，從而保持于渦盤機構的出口76徑向內側，以阻止氣體泄漏而進入流動路徑。
【權利要求】
1.一種渦旋泵，包括:具有動渦盤和靜渦盤的渦旋機構；具有同心軸部分和連接到所述動渦盤的偏心軸部分的驅動軸；所述軸被布設成由馬達進行驅動，以致所述軸的旋轉把相對于所述靜渦盤的公轉運動傳遞給所述動渦盤，用以沿從所述渦旋機構的入口到出口的流動路徑泵送流體；其中，軸向唇形密封件位于所述動渦盤和所述靜渦盤之間，用以阻止流體從所述渦旋機構的外部泄漏進入所述流動路徑。
2.根據權利要求1所述的渦旋泵，其特征在于，所述軸向唇形密封件相對于所述動渦盤或所述靜渦盤中的一個進行固定，并且相靠所述動渦盤或所述靜渦盤中的另一個進行密封，以使得相對于所述另一個渦盤的公轉運動被傳遞到所述唇形密封件。
3.根據權利要求1或2所述的渦旋泵，其特征在于，所述軸向唇形密封件跨越所述動渦盤和所述靜渦盤之間的軸向間隙而延伸。
4.根據前述權利要求中的任一項所述的渦旋泵，其特征在于，所述渦旋機構的所述入口位于所述機構的徑向外部處，所述出口位于所述機構的徑向內部處，并且所述軸向唇形密封件從所述出口徑向向內地布置。
5.根據前述權利要求中的任一項所述的渦旋泵，其特征在于，所述軸向唇形密封件為圍繞所述軸的軸線而延伸的環形。
6.根據前述權利要求中的任一項所述的渦旋泵，其特征在于，所述軸穿過所述靜渦盤和所述動渦盤上的開口而延伸，并且在所述靜渦盤與所述馬達相反一側被固定到所述動渦盤，其中，在使用期間所述開口處于大氣壓下或者接近于大氣壓，并且所述軸向唇形密封件阻止氣體從所述開口泄漏進入所述流動路徑。
7.根據權利要求6所述的渦旋泵，其特征在于，潤滑式軸承布置位于所述靜渦盤與所述同心軸部分之間和/或所述動渦盤與所述偏心軸部分以及所述動渦盤之間，并且所述軸向唇形密封件阻止潤滑劑從所述軸承布置泄漏進入所述流動路徑。
8.根據權利要求6或7所述的渦旋泵，其特征在于，所述開口中作用于所述軸向唇形密封件的氣壓導致由所述唇形密封件所產生的密封力增加。
【文檔編號】F04C18/02GK104395608SQ201380036028
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月10日 優先權日:2012年7月6日
【發明者】N.P.肖菲爾德 申請人:愛德華茲有限公司