專利名稱：用于渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的渦輪分子泵以數(shù)萬r/min(轉(zhuǎn)/分)的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)轉(zhuǎn)。在相對較大的渦輪 分子泵中，以這種標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)轉(zhuǎn)的泵轉(zhuǎn)子的動(dòng)能處于以50km/h (公里/小時(shí))到70km/ h速度行駛的小型汽車的動(dòng)能范圍內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)子爆裂時(shí)，此高動(dòng)能將很可能導(dǎo)致嚴(yán)重的破壞和 傷害，這種破壞和傷害只有通過對轉(zhuǎn)子的機(jī)械防護(hù)進(jìn)行可觀的投入才能保持受控。特別是對于受磁性支撐的用于渦輪分子泵的懸臂泵轉(zhuǎn)子，將會(huì)由于它們極易爆裂 的特性而產(chǎn)生很大問題。在懸臂型的受磁性支撐的泵轉(zhuǎn)子中，設(shè)計(jì)者將致力于在泵轉(zhuǎn)子的 重心區(qū)域內(nèi)設(shè)置至少一個(gè)徑向軸承和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。為此，要求泵轉(zhuǎn)子具有鐘形構(gòu)型，使得磁性 軸承以及，可選地，驅(qū)動(dòng)電機(jī)都可以容納于泵轉(zhuǎn)子內(nèi)的鐘形腔體中。泵轉(zhuǎn)子的所述鐘形構(gòu)型 將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的固有設(shè)計(jì)弱化。在渦輪分子泵的泵轉(zhuǎn)子中，由于通常形成為單件式單元，所以 這種固有設(shè)計(jì)弱化只能通過使用極昂貴的高抗力鋁合金來進(jìn)行補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于渦輪分子泵的、且具有改善的穩(wěn)定性的多級(jí)泵 轉(zhuǎn)子。本發(fā)明的泵轉(zhuǎn)子不再設(shè)計(jì)為單件式單元，而是包括至少兩個(gè)分開的葉片盤環(huán)，每 個(gè)葉片盤環(huán)都具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子環(huán)和至少一個(gè)葉片盤。相鄰葉片盤環(huán)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子環(huán)的端 部由圓筒形的增強(qiáng)管以無間隙的方式在外側(cè)圍繞，該增強(qiáng)管設(shè)置在相鄰的轉(zhuǎn)子盤環(huán)的相鄰 葉片盤之間。所述增強(qiáng)管并不是一定要用于將兩個(gè)轉(zhuǎn)子環(huán)相對彼此軸向以及徑向固定；然 而，其緊緊地圍繞兩個(gè)轉(zhuǎn)子環(huán)，從而將吸收由轉(zhuǎn)子環(huán)中的離心力所產(chǎn)生的切向力的至少一 部分，并且由此將機(jī)械地為轉(zhuǎn)子環(huán)提供幫助。泵轉(zhuǎn)子不再是單件式單元而是具有多部件設(shè)計(jì)。泵轉(zhuǎn)子可以由分別具有唯一的葉 片盤的多個(gè)轉(zhuǎn)子環(huán)形成。即使轉(zhuǎn)子環(huán)在大離心力的作用下切向斷裂，這種斷裂也會(huì)被局部 限制于相應(yīng)的轉(zhuǎn)子環(huán)而不會(huì)有機(jī)會(huì)輕易擴(kuò)展到整個(gè)泵轉(zhuǎn)子上。通過泵轉(zhuǎn)子的軸向分段并且通過使用圍繞轉(zhuǎn)子環(huán)并吸收切向力的增強(qiáng)管，能夠?qū)?現(xiàn)下述目標(biāo)即，一方面，顯著減少泵轉(zhuǎn)子爆裂的危險(xiǎn)，另一方面，在轉(zhuǎn)子環(huán)爆裂的情況下， 將顯著減小所伴隨的破壞力以及對操作者及設(shè)備的最終危害。通過使用多個(gè)轉(zhuǎn)子環(huán)，并且由于增強(qiáng)管，可以目標(biāo)明確地將相應(yīng)的部件零件設(shè)計(jì) 為適于它們的預(yù)期功能。因此，有可能就轉(zhuǎn)子環(huán)和增強(qiáng)管的功能，即，一方面承載轉(zhuǎn)子葉片 而另一方面吸收切向力，來對轉(zhuǎn)子環(huán)和增強(qiáng)管進(jìn)行優(yōu)化。轉(zhuǎn)子環(huán)可以由例如不昂貴的并且 具有相當(dāng)大的抗拉性的鋁合金或其它材料制成。然而，對于增強(qiáng)管而言，選擇能夠吸收高拉 力的材料。即使在大尺寸的渦輪分子泵中，正如在單件式泵轉(zhuǎn)子上所進(jìn)行的試驗(yàn)及計(jì)算所顯示的，由轉(zhuǎn)子葉片中的離心力所產(chǎn)生的應(yīng)力并不是限定旋轉(zhuǎn)速度的因素。因此，葉片本身允 許較高的旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)鐘形泵轉(zhuǎn)子發(fā)生爆裂時(shí)，裂縫將大致在軸向方向上延伸，從而，以這 種方式，將產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)子碎片。轉(zhuǎn)子的全部旋轉(zhuǎn)能量將隨后在非常短的時(shí)間內(nèi)以類似于 拋射體的方式釋放。在多件式轉(zhuǎn)子的單個(gè)葉片盤環(huán)爆裂的情況下，最終的拋射體將顯著較小，并且由于各個(gè)葉片盤環(huán)與定子的接觸，轉(zhuǎn)子的減速將顯著比單件式泵轉(zhuǎn)子爆裂的情況更慢。通過由多個(gè)單個(gè)的葉片盤環(huán)形成泵轉(zhuǎn)子，在生產(chǎn)技術(shù)方面，能夠更加方便地制造 葉片盤及相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片，并且能夠賦予它們更加復(fù)雜的形狀。當(dāng)包含泵轉(zhuǎn)子的渦輪分子 泵內(nèi)的較高壓力的情形下，這能夠?qū)е卤玫母骷?jí)(Stages)中的流動(dòng)機(jī)械性的改善。通過對增強(qiáng)管使用相對較輕的材料，可以減少泵轉(zhuǎn)子的總體重量。葉片盤環(huán)可以(但并不是必須)形成為單件式單元?？商娲兀~片盤環(huán)可以由 多個(gè)分段構(gòu)成。如果轉(zhuǎn)子環(huán)細(xì)分成多個(gè)分段，則在轉(zhuǎn)子環(huán)中實(shí)際上將不再產(chǎn)生切向力，并且 這種力將全部傳遞到增強(qiáng)管中。然而，優(yōu)選地，葉片盤環(huán)形成為一個(gè)部件。這種閉合的單件式葉片盤環(huán)可以更加容 易地制造及安裝。優(yōu)選地，增強(qiáng)管的材料不同于葉片盤環(huán)的材料。用于增強(qiáng)管的優(yōu)選材料為CFK，即， 碳纖維增強(qiáng)塑料，碳纖維增強(qiáng)塑料特別因?yàn)槠淠軌蛭崭叩睦炝Σ⑶乙驗(yàn)槠渲亓枯p而適 于用作增強(qiáng)管的材料。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片盤包括由轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)成的唯一的葉片 盤。通過將所述一個(gè)轉(zhuǎn)子環(huán)或者多個(gè)轉(zhuǎn)子環(huán)限定于唯一的葉片盤，就有可能將相應(yīng)的增強(qiáng) 管設(shè)置在彼此相鄰的葉片盤的每對葉片盤之間。以這種方式實(shí)現(xiàn)了泵轉(zhuǎn)子的關(guān)于切向力的 最大穩(wěn)定性。然而，沒必要泵轉(zhuǎn)子的所有葉片盤環(huán)都只包括一個(gè)葉片盤。因此，例如，在泵 轉(zhuǎn)子的尤其會(huì)產(chǎn)生高切向力的區(qū)域中，可以設(shè)置只包括一個(gè)葉片盤的葉片盤環(huán)，而在泵轉(zhuǎn) 子的產(chǎn)生較低切向力或者轉(zhuǎn)子環(huán)可以設(shè)計(jì)為具有增強(qiáng)的徑向強(qiáng)度的其它軸向區(qū)域中，相應(yīng) 的葉片盤環(huán)也可以包括兩個(gè)或更多個(gè)葉片盤。優(yōu)選地，葉片盤環(huán)在兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸夾緊體之間被彼此軸向夾緊。轉(zhuǎn)子環(huán)可以以自動(dòng) 定心的方式(例如，在對應(yīng)的軸向環(huán)形槽和環(huán)形條的輔助下)彼此倚靠，并且通過所述兩個(gè) 轉(zhuǎn)子軸夾緊體相應(yīng)地彼此軸向夾緊?？商娲鼗蛘吡硗獾?，還可以設(shè)置至少一個(gè)轉(zhuǎn)子支撐 體以將葉片盤環(huán)的轉(zhuǎn)子環(huán)安裝于其上。這種轉(zhuǎn)子支撐體可以形成所述夾緊體；然而，夾緊體 還可以與承載轉(zhuǎn)子環(huán)的轉(zhuǎn)子支撐體分開形成。轉(zhuǎn)子支撐體可以由與轉(zhuǎn)子環(huán)或增強(qiáng)管的材料不同的材料制成。優(yōu)選地，泵轉(zhuǎn)子包括腔體，用于容納優(yōu)選為磁性軸承的轉(zhuǎn)子軸承。在懸臂型的受磁 性支撐的渦輪分子泵轉(zhuǎn)子中，正如前面已詳述的，將努力在泵轉(zhuǎn)子的重心附近設(shè)置徑向軸 承和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。為此，泵轉(zhuǎn)子中的對應(yīng)腔體是不可缺少的，因此賦予泵轉(zhuǎn)子鐘形構(gòu)型。特別 是在渦輪分子泵的受磁性支撐的泵轉(zhuǎn)子中，將泵轉(zhuǎn)子分成多個(gè)單個(gè)的轉(zhuǎn)子環(huán)的所述軸向分 段特別有利，這是因?yàn)?，由于泵轉(zhuǎn)子的構(gòu)造空間的限制，正好是泵轉(zhuǎn)子的腔體部分將承受大 的切向應(yīng)力。


下面將參考附圖更加詳細(xì)地說明本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施方式。在圖中，顯示如下圖1顯示了渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子的第一實(shí)施方式，其包括單部件類型的轉(zhuǎn)子支撐體，和圖2顯示了渦輪分子泵的泵轉(zhuǎn)子的第二實(shí)施方式，其包括兩部件類型的轉(zhuǎn)子支撐體。
具體實(shí)施例方式在圖1和2中，分別顯示了用于渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子10、40。所述泵轉(zhuǎn)子10、 40適于以20，000r/min到100，000r/min的標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。這兩個(gè)泵轉(zhuǎn)子10、40大致 具有相同的設(shè)計(jì)，只有它們的內(nèi)部構(gòu)造彼此不同。根據(jù)圖1的轉(zhuǎn)子10大致由八個(gè)葉片盤環(huán)17形成，這些葉片盤環(huán)17借助于兩個(gè)夾 緊體20、22而彼此軸向夾緊，這兩個(gè)夾緊體20、22本身通過夾緊螺釘28和軸30而彼此軸 向夾緊。此外，緊隨所述葉片盤環(huán)17設(shè)有轉(zhuǎn)子側(cè)霍爾威克(Holweck)缸體32。泵轉(zhuǎn)子10并未像通?，F(xiàn)有技術(shù)中的泵轉(zhuǎn)子那樣設(shè)計(jì)為單件式單元，而是由多個(gè) 葉片盤環(huán)17構(gòu)成。每個(gè)葉片盤環(huán)17都由具有轉(zhuǎn)子葉片16的閉合的轉(zhuǎn)子環(huán)12形成，轉(zhuǎn)子 葉片16從轉(zhuǎn)子環(huán)12沿徑向向外的方向延伸，所述轉(zhuǎn)子葉片16又形成葉片盤14。所述轉(zhuǎn)子環(huán)12借助于所述兩個(gè)夾緊體20、22而被軸向保持在一起，所述兩個(gè)夾緊 體20、22通過夾緊螺釘28和軸30彼此軸向夾緊。此外，兩個(gè)夾緊體20、22形成了相應(yīng)的 外圓周轉(zhuǎn)子支撐體24、26，在這些支撐體24、26的支撐圓筒25、27、29、31上安裝有相應(yīng)的轉(zhuǎn) 子環(huán)12。所述轉(zhuǎn)子支撐體24、26用于對各個(gè)轉(zhuǎn)子環(huán)12進(jìn)行徑向定位以及分別固定。設(shè)置 在出口側(cè)的單件式夾緊體22呈三-階梯形并且包括三個(gè)支撐圓筒27、29、31。以輕微的夾 緊力并且無間隙地將轉(zhuǎn)子環(huán)12安裝在所述轉(zhuǎn)子支撐體24、26上，并分別安裝在轉(zhuǎn)子支撐體 24,26的支撐圓筒25、27、29、31上。所述夾緊螺釘28對于將轉(zhuǎn)子軸30、壓力側(cè)轉(zhuǎn)子支撐體26以及入口側(cè)轉(zhuǎn)子支撐體 24保持為彼此軸向夾緊是有效的。每個(gè)轉(zhuǎn)子環(huán)12都包括位于其一個(gè)或兩個(gè)軸向端部上的軸向臺(tái)肩15。在相鄰的轉(zhuǎn) 子環(huán)12的臺(tái)肩15的區(qū)域中，以偏置力軸向安裝由玻璃纖維增強(qiáng)塑料(CHO制成的相應(yīng)的 增強(qiáng)管18。在泵轉(zhuǎn)子10旋轉(zhuǎn)期間，增強(qiáng)管18將基本吸收由轉(zhuǎn)子環(huán)12中的離心力所產(chǎn)生的 切向力。因此，有可能使用相對較不昂貴的鋁合金作為單件式葉片盤環(huán)17的材料。壓力側(cè)轉(zhuǎn)子支撐體26的內(nèi)部設(shè)有為設(shè)置轉(zhuǎn)子軸30的轉(zhuǎn)子軸承提供足夠空間的腔 體38，所述轉(zhuǎn)子軸承優(yōu)選為磁性軸承。如圖1和圖2所示，轉(zhuǎn)子支撐體6的壓力側(cè)端部可緊隨霍爾威克缸體32。與前面依據(jù)圖1的泵轉(zhuǎn)子10相比，依據(jù)圖2的泵轉(zhuǎn)子40的不同之處僅在于轉(zhuǎn)子 支撐體和夾緊體的構(gòu)造。在該實(shí)施方式中，設(shè)置了總共三個(gè)轉(zhuǎn)子支撐體24、42、48。入口側(cè) 轉(zhuǎn)子支撐體24和中間的轉(zhuǎn)子支撐體42形成了通過三個(gè)入口側(cè)葉片盤環(huán)17而彼此軸向夾 緊的兩個(gè)夾緊體20、43。其它葉片盤環(huán)17’并未彼此軸向夾緊，但是通過其它構(gòu)造措施彼此 軸向固定。所述中間轉(zhuǎn)子支撐體42以及壓力側(cè)轉(zhuǎn)子支撐體48各自為兩件式設(shè)計(jì)，并且各自由圓盤體44、52以及圓柱形支撐圓筒46、50構(gòu)成。每個(gè)圓盤體44、52由鋁制成，并且每個(gè) 支撐圓筒46、50由碳纖維增強(qiáng)塑料制成。 兩個(gè)轉(zhuǎn)子支撐體42、48的兩件式設(shè)計(jì)允許進(jìn)一步減小轉(zhuǎn)子40的質(zhì)量，從而減少了 旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，這又使得在轉(zhuǎn)子爆裂的情況下釋放較少的能量，并且由于減小了離心力，因此能 夠?qū)崿F(xiàn)更高的旋轉(zhuǎn)速度。
權(quán)利要求
一種用于渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子(10；40)，所述泵轉(zhuǎn)子包括至少兩個(gè)分開的葉片盤環(huán)(17，17′)，所述葉片盤環(huán)分別具有轉(zhuǎn)子環(huán)(12)和至少一個(gè)葉片盤(14)，以及圓筒形的增強(qiáng)管(18)，所述增強(qiáng)管(18)設(shè)置在相鄰的葉片盤環(huán)(17，17′)的葉片盤(14)之間并且無間隙地在外側(cè)圍繞所述葉片盤環(huán)(17，17′)的轉(zhuǎn)子環(huán)(12)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子(10；40)，其特征在于，所述增強(qiáng) 管(18)的材料不同于所述葉片盤環(huán)(17)的材料。
3.如權(quán)利要求1所述的用于渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子(10；40)，其特征在于，所述增強(qiáng) 管(18)的材料為碳纖維增強(qiáng)塑料。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的用于渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子(10；40)，其特征 在于，至少一個(gè)葉片盤環(huán)(17)包括唯一的葉片盤(14)。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的用于渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子(10；40)，其特征 在于，所述葉片盤環(huán)軸向夾緊在兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸夾緊體(20，22)之間。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的用于渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子(10;40)，其特征 在于，所述葉片盤環(huán)(17，17')的轉(zhuǎn)子環(huán)(12)安裝在至少一個(gè)轉(zhuǎn)子支撐體(24，26 ；42，48) 上。
7.如權(quán)利要求6所述的用于渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子(40)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子支 撐體(42，48)至少部分地由碳纖維增強(qiáng)塑料制成。
8.如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的用于渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子(10；40)，其特征 在于，所述泵轉(zhuǎn)子(10 ；40)包括用于容納轉(zhuǎn)子軸承的腔體(38)。
9.如權(quán)利要求6所述的并且包括轉(zhuǎn)子軸承的用于渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子(40)，其特 征在于，所述轉(zhuǎn)子軸承為磁性軸承。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于渦輪分子泵的多級(jí)泵轉(zhuǎn)子(10)。泵轉(zhuǎn)子(10)具有至少兩個(gè)分開的葉片盤環(huán)(17)，各個(gè)葉片盤環(huán)都具有轉(zhuǎn)子環(huán)(12)和至少一個(gè)葉片盤(14)。無間隙地在外側(cè)圍繞葉片盤環(huán)(17)的轉(zhuǎn)子環(huán)(12)的圓筒形的增強(qiáng)管(18)設(shè)置在相鄰的葉片盤環(huán)(17)的葉片盤(14)之間。增強(qiáng)管(18)吸收在操作期間產(chǎn)生的大部分切向力，從而泵轉(zhuǎn)子(10)在高的轉(zhuǎn)子速度下具有改善的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)F04D29/32GK101828040SQ200880110893
公開日2010年9月8日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
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