專利名稱：渦旋型裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦旋型(scroll-type)裝置，更具體地說，涉及一種用于真空泵中的渦旋型裝置。
已知渦旋型裝置用于操作壓縮機(jī)或者真空泵。在這兩種情形中，該裝置均包括兩個(gè)渦旋部件，各渦旋部件包括平的端板，該端板上是限定了一種螺旋(或渦旋)型結(jié)構(gòu)的直立條帶，這兩個(gè)渦旋部件通過它們各自的螺旋型結(jié)構(gòu)放置在一起而相互作用，從而相互嚙合并允許一個(gè)渦旋部件相對(duì)于另一個(gè)渦旋部件“作軌道運(yùn)行”。在這種方式中，在這兩個(gè)渦旋部件之間有可能捕集一定體積的氣體，從而將該氣體從各螺旋形的一個(gè)端部推動(dòng)到另一端部。在真空泵中，特別地，該氣體經(jīng)由處于該渦旋部件的周邊處的泵入口進(jìn)入，并且經(jīng)由處于該渦旋部件的中央處的泵出口而離開。


圖1示出了這樣的渦旋型裝置(為真空泵2的形式)的一種公知結(jié)構(gòu)，其包括定子4，該定子包括固定渦旋部件6。軌道渦旋部件8與該固定渦旋部件6互補(bǔ)并且與其以本身為公知的方式相互交錯(cuò)。該軌道部件8安裝在軸承10上，該軸承10支撐在驅(qū)動(dòng)軸14的曲柄端部12上，該驅(qū)動(dòng)軸14從馬達(dá)16伸出。軸承17用于相對(duì)于該外殼4來支撐該驅(qū)動(dòng)軸14。各渦旋部件6和8包括端板，螺旋形卷繞件18、20安裝在該端板上并從該端板向外延伸。各卷繞件18、20的高度與兩個(gè)對(duì)置端板之間的距離基本相等，使得各卷繞件18、20的自由邊緣抵著該互補(bǔ)渦旋部件端板的表面而形成一種密封。為了幫助該密封過程，在各卷繞件18、20的自由邊緣處通常要提供柔性的末端密封件，以便占據(jù)各卷繞件18、20的該邊緣與該相對(duì)的渦旋部件的端板之間的軸向間隙。
在使用時(shí)，從入口22抽入泵送氣體，并且該泵送氣體經(jīng)由出口24和止回閥而離開。為了將該外殼4內(nèi)的真空空間與環(huán)境大氣和該泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)密封隔開，金屬波紋管26布置成與該驅(qū)動(dòng)軸14基本同軸。該金屬波紋管的一個(gè)端部由螺栓28安裝至該軌道渦旋部件6，另一端部由螺栓32安裝至該泵的靜止部分30。O形圈29、31用于對(duì)金屬波紋管26的安裝進(jìn)行密封。
借助于該金屬波紋管26的抗扭剛性，該波紋管26還用于限制該軌道渦旋部件26進(jìn)行不希望的圓周移動(dòng)，并從而保持該固定渦旋部件6和與該軌道渦旋部件8之間的正確角度位置。然而，使用這樣的波紋管限制了任何具有這種波紋管的真空泵的設(shè)計(jì)，要求該波紋管具有足夠大小的尺寸，從而具有所需的抗扭剛性以及用于所需曲柄行程的充分徑向自由度，以便在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)可接受的使用壽命。
而且，使用柔性的末端密封件來提供渦旋部件6和8之間的軸向密封會(huì)在泵的使用期間由于末端密封件的腐蝕而產(chǎn)生粉塵。該粉塵通常與廢氣一起被輸送通過該出口24，當(dāng)關(guān)閉該泵時(shí)，該粉塵會(huì)通過該入口22朝著該被抽空的裝置遷移，從而導(dǎo)致對(duì)該被抽空裝置的不希望的污染。因此，該末端密封件需要定期更換，并且它們的使用進(jìn)一步限制任何具有這種密封件的真空泵的設(shè)計(jì)要具有足夠大小末端密封件的尺寸。
至少本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的目的是解決這些以及其它問題。
本發(fā)明提供一種渦旋型泵送裝置，包括定子，該定子包括固定渦旋部件，該固定渦旋部件具有端板，第一螺旋形卷繞件從該端板伸出；軌道渦旋部件，該軌道渦旋部件具有端板，第二螺旋形卷繞件從該端板伸出，并與第一螺旋形卷繞件交互交錯(cuò)；驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)該軌道渦旋部件相對(duì)于該固定渦旋部件作軌道運(yùn)行；和多個(gè)柔性桿，各桿的一個(gè)端部連接至該軌道渦旋部件，另一端部連接至該定子，以便相對(duì)于所述定子支撐該軌道渦旋部件。
使用這樣的桿能夠相對(duì)于該定子以高的軸向精度支撐該軌道渦旋部件，從而使得各螺旋形卷繞件的邊緣與該相對(duì)的渦旋部件的端板之間能有非常近的運(yùn)行間隙，而不需要末端密封件，并因此避免與使用末端密封件相關(guān)所產(chǎn)生的粉塵。
該桿還可用于抑制該軌道渦旋部件相對(duì)于該固定渦旋部件的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此不需要另外的設(shè)備來抑制該軌道渦旋部件的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，本發(fā)明還提供了多個(gè)桿在渦旋型裝置中的應(yīng)用，該渦旋裝置具有固定渦旋部件和軌道渦旋部件，該多個(gè)桿用于抑制該軌道渦旋部件相對(duì)于該固定渦旋部件的轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，可以提供波紋管來將真空空間與環(huán)境大氣隔開，但是不需要該波紋管具有特別的抗扭剛性。結(jié)果，有更大的設(shè)計(jì)自由度來設(shè)計(jì)具有本發(fā)明裝置的真空泵，從而能夠提供相對(duì)小型的、低成本的泵，該泵在渦旋部件之間具有良好的軸向密封。然而，也可以在該軌道部件與該定子之間設(shè)置另外的裝置，諸如歐氏聯(lián)軸器，以防止該軌道渦旋部件相對(duì)于該固定渦旋部件轉(zhuǎn)動(dòng)。
可以在至少一個(gè)渦旋部件的表面上設(shè)有耐磨涂層。該涂層可以在該渦旋部件(或各渦旋部件)的端板及螺旋形卷繞件的整個(gè)表面上延伸。
優(yōu)選地，該驅(qū)動(dòng)裝置包括帶有曲柄的驅(qū)動(dòng)軸，該曲柄連接至該軌道渦旋部件，并且定位成這樣，即，該驅(qū)動(dòng)軸繞其縱向軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)使得該軌道渦旋部件繞該縱向軸線作軌道運(yùn)行。
如上所述，可以提供柔性部件(諸如波紋管)來將該定子中的真空空間與環(huán)境大氣隔開。該柔性部件與該柔性桿基本同軸和/或布置在該柔性桿周圍。
該桿可以由金屬材料或復(fù)合材料形成。
該渦旋型裝置可以用作壓縮機(jī)或者用作膨脹器，因此本發(fā)明進(jìn)一步提供了這樣的渦旋型裝置，該渦旋型裝置包括定子，該定子包括固定渦旋部件，該固定渦旋部件具有端板，第一螺旋形卷繞件從該端板伸出；軌道渦旋部件，該軌道渦旋部件具有端板，第二螺旋形卷繞件從該端板伸出，并與第一螺旋形卷繞件交互交錯(cuò)；驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)該軌道渦旋部件相對(duì)于該固定渦旋部件作軌道運(yùn)行；和多個(gè)柔性桿，各桿的一個(gè)端部連接至該軌道渦旋部件，另一端部連接至該定子，以便相對(duì)于所述定子支撐該軌道渦旋部件。
現(xiàn)在參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選特征，附圖中圖1是公知渦旋型真空泵的橫截面圖；圖2是第一實(shí)施例的渦旋型真空泵的簡(jiǎn)化橫截面圖；圖3是第二實(shí)施例的渦旋型真空泵的簡(jiǎn)化橫截面圖；圖4是圖1的真空泵按照本發(fā)明改進(jìn)后的橫截面圖。
參考圖2，第一實(shí)施例的渦旋型裝置為真空泵102的形式，該真空泵102包括定子104，該定子包括固定渦旋部件106。軌道渦旋部件108與該固定渦旋部件106互補(bǔ)并且與其以本身為公知的方式相互交錯(cuò)。該軌道部件108安裝至設(shè)在該驅(qū)動(dòng)軸112一端處的曲柄上，該驅(qū)動(dòng)軸112從馬達(dá)114伸出。軸承116用于相對(duì)于該定子104沿徑向支撐該驅(qū)動(dòng)軸112。各渦旋部件106和108包括端板，螺旋形卷繞件118、120安裝至該端板并從該端板向外延伸。各卷繞件118、120的高度與兩個(gè)對(duì)置端板之間的距離基本相等，使得各卷繞件118、120的自由邊緣抵著該互補(bǔ)渦旋部件端板的表面而形成一種密封?？梢栽谥辽僖粋€(gè)渦旋部件106、108的端板和卷繞件上設(shè)有耐磨涂層。
由多個(gè)柔性桿122沿軸向相對(duì)于該固定渦旋部件106來支撐該軌道渦旋部件108，該多個(gè)柔性桿122設(shè)在該驅(qū)動(dòng)軸112的縱向軸線的周圍。利用任何合適手段(例如粘合劑或螺栓)將各桿122的一個(gè)端部固定至該定子104，各桿的另一端部類似地固定于該軌道渦旋部件108的端板。通常需要至少三個(gè)桿122，但是也可以提供任意數(shù)量的桿。這些桿122可以由任意合適材料形成，該材料的剛性允許該桿122彎曲以允許該軌道渦旋部件108相對(duì)于該固定渦旋部件106繞該驅(qū)動(dòng)軸112的縱向軸線作軌道運(yùn)行。例如，該桿112可以由金屬材料(諸如鋼)或復(fù)合材料(諸如有機(jī)基體復(fù)合材料，包括填充有增強(qiáng)顆粒和/或纖維的樹脂)形成。該材料優(yōu)選是一種填充有增強(qiáng)碳纖維的熱固樹脂，諸如環(huán)氧樹脂。在該實(shí)施例中，該桿122還用于抑制該軌道渦旋部件108相對(duì)于該固定渦旋部件106的轉(zhuǎn)動(dòng)?；蛘?，可以在定子102與該軌道部件108之間設(shè)置歐氏聯(lián)軸器(Oldham coupling)，以抑制該軌道渦旋部件108相對(duì)于該固定渦旋部件106的轉(zhuǎn)動(dòng)。
在圖2所示的實(shí)施例中，該固定渦旋部件106的端板與該定子104成一整體。或者，該固定渦旋部件106的端板可以是通過任意常規(guī)方法安裝在該定子上的板。例如，該圖3所示的第二實(shí)施例中，該固定渦旋部件106安裝在馬達(dá)114的封殼124上，或者與該封殼124成一整體，該驅(qū)動(dòng)軸112穿過設(shè)在該固定渦旋部件106中的孔，并由軸承116將其支撐在該孔內(nèi)。
如圖4所示，該桿122可以與柔性元件126一起提供，以將該泵的真空空間與環(huán)境大氣密封隔開，這正如先前在圖1中所示出的那樣，并且在這里，相同的參考標(biāo)號(hào)表示與圖1中所示相同的特征。在圖4所示的示例中，該桿122是在該柔性部件的外部，該柔性部件優(yōu)選為波紋管126的形式，但是作為替代方案，該波紋管126也可以包圍該桿122。在本示例中，不同于如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)中的波紋管26，該波紋管126不需要具有為了抑制該軌道渦旋部件8轉(zhuǎn)動(dòng)所需的抗扭剛性，這是因?yàn)樵摴δ苁怯蓷U122來提供的，因此，該波紋管126可由較小剛性的材料(因而是較便宜的材料)形成。
在對(duì)該設(shè)計(jì)的進(jìn)一步改進(jìn)中，該桿122的剛性為這樣該軌道渦旋部件8、108在平移(x或y、或兩者的組合)模式中的固有頻率與該泵2、102的工作速度相匹配。在這種情況下，作用在驅(qū)動(dòng)曲柄上的徑向力被大大降低，從而允許使用較小的軸承。還可以使用阻尼裝置來給出更平坦的響應(yīng)曲線，并能夠以更大的容差調(diào)整該泵。
權(quán)利要求
1.一種渦旋型泵送裝置，包括定子，該定子包括固定渦旋部件，該固定渦旋部件具有端板，第一螺旋形卷繞件從該端板伸出；軌道渦旋部件，該軌道渦旋部件具有端板，第二螺旋形卷繞件從該端板伸出，并與第一螺旋形卷繞件交互交錯(cuò)；驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)該軌道渦旋部件相對(duì)于該固定渦旋部件沿軌道運(yùn)行；和多個(gè)柔性桿，各桿的一個(gè)端部連接至該軌道渦旋部件，另一端部連接至該定子，以便相對(duì)于所述定子支撐該軌道渦旋部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該驅(qū)動(dòng)裝置包括帶有曲柄的驅(qū)動(dòng)軸，該曲柄連接至該軌道渦旋部件，并且定位成這樣，即，該驅(qū)動(dòng)軸繞其縱向軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)使得該軌道渦旋部件繞該縱向軸線作軌道運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，該柔性桿在該驅(qū)動(dòng)軸的縱向軸線周圍延伸。
4.根據(jù)在前任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，包括柔性部件，用于將該定子中的真空空間與環(huán)境大氣隔開。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，該柔性部件與該柔性桿基本同軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其中，該柔性部件包括波紋管。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中，該柔性桿圍繞該柔性部件布置。
8.根據(jù)在前任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中，該桿由金屬材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-6中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中，該桿由復(fù)合材料制成。
10.根據(jù)在前任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中，該多個(gè)桿抑制該軌道渦旋部件相對(duì)于該固定渦旋部件的轉(zhuǎn)動(dòng)。
11.多個(gè)桿在渦旋型裝置中的應(yīng)用，該渦旋裝置具有固定渦旋部件和軌道渦旋部件，該多個(gè)桿用于抑制該軌道渦旋部件相對(duì)于該固定渦旋部件的轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
一種渦旋型泵送裝置，包括定子(104)，該定子包括固定渦旋部件(106)，該固定渦旋部件具有端板，第一螺旋形卷繞件(118)從該端板伸出；軌道渦旋部件(108)，該軌道渦旋部件具有端板，第二螺旋形卷繞件(120)從該端板伸出，并與第一螺旋形卷繞件(118)交互交錯(cuò)。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)一驅(qū)動(dòng)軸，以便產(chǎn)生該軌道渦旋部件相對(duì)于該固定渦旋部件(106)的軌道移動(dòng)。該裝置包括布置在該驅(qū)動(dòng)軸周圍的多個(gè)柔性桿(122)，各桿的一個(gè)端部連接至該軌道渦旋部件(108)，另一端部連接至該定子(104)，以便相對(duì)于該定子來支撐該軌道渦旋部件(108)，并抑制該軌道渦旋部件的轉(zhuǎn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F04C29/00GK101072949SQ200580042347
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月8日
發(fā)明者N·P·肖費(fèi)爾德 申請(qǐng)人:英國(guó)氧氣集團(tuán)有限公司