專利名稱：具有現(xiàn)場整修構(gòu)造的螺桿泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及螺桿泵，更具體地，涉及一種具有現(xiàn)場整修構(gòu)造(fieldrefurbishment provision) Wilff^o
背景技術(shù)：
螺桿泵典型包括至少兩個螺桿，所述至少兩個螺桿從吸入端軸延伸到排出端，且具有在旋轉(zhuǎn)期間彼此相互嚙合的螺旋斜軌。螺桿典型容置在螺桿外殼內(nèi)，該螺桿外殼同樣從吸入端軸向延伸到排出端。螺桿泵可以根據(jù)若干因素分類。其中的兩個因素包括(1)螺桿和軸為分開件還是作為整體單元形成，(2)螺桿是僅從一端還是兩端支撐。當(dāng)螺桿和軸為分開件時(shí)，螺桿典型通過穿過螺桿的中央孔滑到其軸上，傳統(tǒng)的在先技術(shù)的將每個螺桿以旋轉(zhuǎn)方法固定到其相應(yīng)的軸的方法通過使用鍵和鍵槽。當(dāng)螺桿與其軸形成為整體單元時(shí)，不用說整體單元結(jié)構(gòu)消除了對于鍵或鍵槽的可能性，軸部分可能不是指軸而是指軸端(shaft stub)。對于一件或兩件結(jié)構(gòu)，有兩種不同的螺紋支撐類型。即，當(dāng)螺桿只從一端支撐時(shí)， 其被稱之為懸臂式螺桿泵。對于懸臂螺桿，螺桿定向典型為豎直的而非水平的，吸入端高而排出端低。用于螺桿的軸(或軸端)典型隨著進(jìn)入軸承密封載體從排出端伸出(或懸垂)， 在軸承密封載體的位置，軸承、密封組件和驅(qū)動源都聯(lián)接到軸(或軸端)。由于典型在螺桿的吸入端沒有軸承和密封組件，因而沒必要存在超出螺桿的吸入端的任何伸出。另一種類型的螺桿支撐被稱為完全支撐(simply-supported)。與懸臂螺桿相同， 完全支撐螺桿在吸入端和排出端之間延伸。與懸臂螺桿不同的是，由于螺桿在兩端通過軸承支撐，用于完全支撐的螺桿的軸(或軸端)從兩端伸出。完全支撐的螺桿典型還在兩端也有軸承密封組件。用于完全支撐螺桿和用于懸臂螺桿的軸典型只在一端被驅(qū)動，并且典型其是在軸伸出排出端的部分。典型地，兩個平行軸的每個均有附到其上螺旋齒輪，并與另一軸的螺旋齒輪嚙合。一個軸被直接驅(qū)動，另一個軸由被直接驅(qū)動的軸帶動。所有類型的螺桿泵在應(yīng)用時(shí)有各種缺點(diǎn)。螺桿泵大多應(yīng)用于泵送可壓縮介質(zhì)的場合，其可以輸送從腐蝕性的和/或研磨材料到其他材料的任何材料，所述其他材料包括但不局限于在螺桿的斜軌上留下涂層的材料外。長期工作之后，螺桿泵需要被脫機(jī)和維護(hù)。螺桿可能需要從軸上退下并被清理或更換。為進(jìn)行上述操作，典型需要頻繁拆卸螺桿泵，不僅從支承密封載體移除螺桿外殼，而且還拆解(tear into)支承密封載體以使螺桿重新同步。重新組裝螺桿的每個情況都需要被稱為“同步”的運(yùn)行。同步包括調(diào)節(jié)螺桿相對于彼此的相對角度定向，以便在旋轉(zhuǎn)期間使其相應(yīng)的斜軌之間能保持合適的嚙合和間距。此外，軸典型具有螺旋齒輪。螺旋齒輪典型通過從支承密封載體移移除螺桿外殼、接著拆解支承密封載體來接近。至少一個螺旋齒輪從其軸松動，關(guān)于其軸旋轉(zhuǎn)，然后被重新緊固以合理地調(diào)整斜軌的相互的間隙。
之后，放置密封，放回關(guān)閉支承密封載體，重新安裝螺桿外殼等等。為了簡化前述的做法并克服現(xiàn)有技術(shù)在現(xiàn)場整修螺桿泵方面的缺陷，需要進(jìn)行一些改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是在不使用鍵和鍵槽的情況下將螺桿泵的軸和螺桿以旋轉(zhuǎn)方
式鎖定在一起。本發(fā)明的一個目的是不需通過調(diào)整齒而是通過調(diào)整螺桿軸和螺桿，來完成調(diào)整這種螺桿泵。本發(fā)明的一個目的是在螺桿泵完全安裝的情況下，在螺桿泵的頂部，完成調(diào)整這種螺桿泵。本發(fā)明的一個目的是在不拆卸螺桿泵的情況下，能夠使螺桿從螺桿泵上松開并滑動退出。本發(fā)明的一個目的是在不完全拆卸螺桿泵的情況下，能夠?qū)γ芊饨M件進(jìn)行維護(hù)。本發(fā)明的一個目的是使用具有不同熱膨脹系數(shù)的材料來制造螺桿和用于上述所述螺桿的軸，使得在低溫環(huán)境，螺桿和用于所述螺桿的軸之間會存在滑動配合，但在操作溫度，存在過盈配合促使螺桿對中并正鎖定到其軸。根據(jù)本發(fā)明，這些和其他的方面和目的通過一種具有各種現(xiàn)場整修構(gòu)造的螺桿泵來實(shí)現(xiàn)。這種泵優(yōu)選包括至少兩個螺桿、基座和用于螺桿的軸。螺桿具有在旋轉(zhuǎn)期間彼此相互嚙合的螺旋斜軌。螺桿還在內(nèi)端和外端之間延伸。軸在內(nèi)端和外端之間延伸，同時(shí)從大致內(nèi)端從基座成懸臂。每個螺桿都形成有中空芯，所述中空芯用于接納軸，使得螺桿從相應(yīng)的用于所述螺桿的軸的外端的上面滑到所述軸上。本發(fā)明的一個方面包括介于每個軸和螺桿之間的無鍵鎖定機(jī)構(gòu)。所述無鍵鎖定機(jī)構(gòu)可操作以在沒有鍵或鍵槽的情況下以旋轉(zhuǎn)方式將所述軸和螺桿鎖定到一起。優(yōu)選的是，所述無鍵的鎖定機(jī)構(gòu)為可釋放的(例如，可被用戶解鎖)，以便能夠通過關(guān)于所述軸以旋轉(zhuǎn)方式滑動所述螺桿來調(diào)整所述螺桿之間的同步(timing)。還優(yōu)選的是，所述無鍵鎖定機(jī)構(gòu)不僅介于相應(yīng)的軸和用于所述相應(yīng)的軸的螺桿之間設(shè)置，并且接近其軸和螺桿的外端設(shè)置。螺桿泵還可包括螺桿外殼。這種螺桿外殼在內(nèi)端和外端之間延伸，以使螺桿外殼在接近所述螺桿外殼的內(nèi)端的位置從所述基座成懸臂。螺桿外殼形成有螺桿室，所述螺桿室用于在所述螺桿位于所述螺桿的軸上時(shí)接納所述螺桿。本發(fā)明的另一方面是釋放所述無鍵鎖定機(jī)構(gòu)允許在不從所述基座移除所述螺桿外殼的情況下將所述螺桿從所述螺桿的軸移除。每個軸優(yōu)選地在接近外端的位置形成有內(nèi)臺階(instep)，所述內(nèi)臺階產(chǎn)生肩部。 其中所述螺桿軸的一部分越過所述肩部向內(nèi)形成臺階，并與所述螺桿中的所述中空芯限定環(huán)形空腔。環(huán)形空腔提供用于所述無鍵鎖定機(jī)構(gòu)的引入和運(yùn)行的工作空間。本發(fā)明的另一個方面是，所述無鍵鎖定機(jī)構(gòu)能夠采取比如但非限制性的下述機(jī)構(gòu)中的任意一個的形式軸向夾緊裝置、無漂移型無鍵套管、提升型無鍵套管或下沉型無鍵套管。
本發(fā)明的又一方面是，所述螺桿由具有熱膨脹特性系數(shù)的材料制成，而相比較之下，所述軸由不同的材料制成，在從環(huán)境溫度到操作溫度的溫度范圍內(nèi)，所述不同的材料的熱膨脹特性系數(shù)值高于所述螺桿的熱膨脹特性系數(shù)值。這樣在環(huán)境溫度，所述螺桿與所述軸具有滑動配合，在操作溫度，所述螺桿與所述軸還具有過盈配合，所述過盈配合進(jìn)一步使所述螺桿正鎖定到所述螺桿的軸。所述基座具有面板，所述螺桿外殼的內(nèi)端從所述面板成懸臂。所述螺桿泵可選地進(jìn)一步包括密封組件，所述密封組件在接近所述軸的內(nèi)端且接近所述基座的所述面板的表面的位置環(huán)繞所述軸。在本發(fā)明的另一個方面，所述密封組件以可取放的方式安裝，以便在移除所述螺桿和螺桿外殼之后、但不移除所述軸或從所述基座的內(nèi)部進(jìn)入所述面板的后面的情況下，能夠更換所述密封組件。軸向夾緊裝置包括一對連接到軸或形成在軸上的卡爪，其中至少一個被驅(qū)動的卡爪是可移動的以產(chǎn)生夾緊壓力?？梢苿拥目ㄗ蛇x地包括環(huán)，在接近所述螺桿的外端的位置，所述環(huán)配合在超過所述軸的所述肩部的頸縮的軸與所述螺桿中的孔之間的環(huán)形空腔的內(nèi)部。這樣，可移動的卡爪可選地由在所述肩部與所述軸接合的螺紋桿驅(qū)動。每個軸都構(gòu)造有內(nèi)座和外座，軸向夾緊裝置的卡爪夾緊到所述內(nèi)座和外座上?？梢圆捎脙煞N無鍵鎖定技術(shù)的任意組合將螺桿鎖定到軸。螺桿泵可選地包括一系列緊固裝置，所述緊固裝置用于將螺桿外殼安裝到基座的面板，其中在不妨礙所述基座上的所述面板或所述軸、或者不從所述基座的內(nèi)部進(jìn)入所述面板的后面的情況下，所述螺桿外殼能夠從所述基座被更換。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，軸包括鋼合金，螺桿包含在從環(huán)境溫度到操作溫度的溫度范圍內(nèi)具有大約百分之零(0%)的熱膨脹的材料。通常，在操作溫度，螺桿在接近內(nèi)端的位置的溫度高于其外端的溫度，因此，在所述軸與所述螺桿的孔之間的界面壓力相應(yīng)地在接近內(nèi)端的位置高于接近外端的位置。本發(fā)明的一些特征和目的會在下述優(yōu)選實(shí)施例的討論中體現(xiàn)。


在附圖中示出當(dāng)前優(yōu)選的本發(fā)明的特定示例實(shí)施例。應(yīng)該理解，本發(fā)明不局限于作為示例公開的實(shí)施方式，在本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員看來其可以有變型。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有現(xiàn)場整修構(gòu)造的螺桿泵的透視圖；圖2是相當(dāng)于圖1的透視圖，不同之處在于示出螺桿外殼從螺桿泵上拆除；圖3是相當(dāng)于圖2的透視圖，不同之處在于包括其分解圖；圖4是沿圖2中的IV-IV線看的局部放大截面圖，不同之處在于蓋墊片(62)和無鍵套管(58)被移除；圖5是圖3的無鍵套管(58)的放大透視圖；圖6是相當(dāng)于圖5的透視圖，不同之處在于包括其分解視圖；圖7是相當(dāng)于圖4的局部截面圖，不同之處在于以放大的比例，并且圖中部分剖切開，同時(shí)不同之處還在于示出蓋墊片(62)和無鍵套管(58)；圖8是圖7的VIII-VIII的具體局部放大截面圖；CN 102251960 A
說明書
4/10 頁圖9是相當(dāng)于圖7的局部截面圖，不同之處在于示出根據(jù)本發(fā)明的螺桿至軸的無鍵鎖定機(jī)構(gòu)的一個可更換的實(shí)施例；圖10是相當(dāng)于圖7和9的局部截面圖，不同之處在于示出根據(jù)本發(fā)明的螺桿至軸的無鍵鎖定機(jī)構(gòu)的另一個實(shí)施例；以及圖11是相當(dāng)于圖4局部截面圖，不同之處在于從圖4去除了部分，并且示出達(dá)到高運(yùn)轉(zhuǎn)溫度后，以及過盈作用發(fā)生后，螺桿與軸之間的界面壓力的壓力軸向曲線。附圖標(biāo)記列表(數(shù)字)
20螺桿泵
22螺桿外殼
24吸入口外殼
26支承密封載體
28頂面板
32排出口
34水套蓋板
36旁路蓋板
40螺桿
42螺桿吸入端
44螺桿排出端
46第一級
48第二級
50螺桿軸
52排出高壓間的內(nèi)部開口
54移動卡爪
56無鍵(鎖定/夾緊)機(jī)
58無鍵鎖定機(jī)構(gòu)/套管
60釋放孔
62蓋墊片
64暗銷
66保持環(huán)
68內(nèi)部肩部
70排出板
72密封組件
74外部肩部
80螺桿中的軸孔
96無鍵鎖定套管(圖9)
98無鍵鎖定套管(圖10)
具體實(shí)施例方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的具有旁路和現(xiàn)場整修構(gòu)造的螺桿泵20。該螺桿泵20為前
7述的懸臂式螺桿泵。螺桿泵20具有螺桿外殼22，螺桿外殼22夾在吸入口外殼M和支承密封載體26之間，或者更準(zhǔn)確地說，螺桿外殼22夾在吸入口外殼M和支承密封載體沈的頂面板觀之間。支承密封載體沈形成有排出口 32。螺桿外殼22包括水套蓋板34和旁路蓋板36。圖2示出螺桿泵20，螺桿泵20包括一對鏡像相反的螺桿40，所述一對鏡像相反的螺桿40以彼此相反旋轉(zhuǎn)的方式轉(zhuǎn)動。螺桿40在吸入端或入口端42和排出端44之間延伸。 圖3示出每個螺桿40，每個螺桿40包括螺旋斜軌的第一級46和螺旋斜軌的第二級48。用于第二級48的斜軌比用于第一級46的斜軌更精細(xì)，用于第一級46的斜軌相對更粗糙些。排出口 32是排出高壓間(在圖中被隱藏)的終端，排出高壓間穿過支承密封載體 26。圖2和3示出排出高壓間(在圖中隱藏排出高壓間，但口 32為排出高壓間的出口)的內(nèi)部開口 52。圖3示出螺桿40通過無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56和58與螺桿40的螺桿軸50部分連接。本發(fā)明的一個方面是無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56和58在螺桿40的吸入端42取放。螺桿40具有中央孔80，中央孔80的大小被設(shè)定為用于在環(huán)境溫度以非常緊密的方式滑動配合在螺桿軸50 上。同樣，這也指螺桿軸50和軸孔80之間的在環(huán)境溫度的“滑動”配合。無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56 和/或58部分地抵抗該在環(huán)境溫度的滑動配合。無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56和/或58部分地保持螺桿40之間的同步。同步涉及螺桿40彼此相關(guān)的相對角度定向，用于在旋轉(zhuǎn)期間使螺桿 40的相應(yīng)的斜軌之間具有合適的嚙合和間隙。圖3和4更好地示出無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56包括一系列的部件和功能部件，所述一系列的部件和功能部件協(xié)同提供螺桿40上至其軸50的軸向夾緊力。無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56包括環(huán) M，環(huán)M用作移動卡爪M。螺桿軸50形成有一對內(nèi)臺階，每個內(nèi)臺階形成肩部。用于螺桿軸50的第一內(nèi)臺階從相對較大的直徑過渡到中等直徑，形成內(nèi)部肩部68(對“內(nèi)部”的引用指肩部比將描述的另一個肩部更接近支承密封載體沈)。用于螺桿軸50的第二內(nèi)臺階從中等直徑過渡到相對小的直徑，并形成外部肩部74。外部肩部74更接近于泵20的吸入端對。超過外部肩部74的向內(nèi)形成臺階的螺桿軸50與螺桿40中的孔80限定環(huán)形空腔。該環(huán)形空腔提供了用于無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56和58的引入和運(yùn)行的工作空間。內(nèi)部肩部68用作軸向夾具(例如56)的固定卡爪。螺桿40的排出端44作為鄰接內(nèi)部肩部68的座。外部肩部74用作用于機(jī)械螺桿的環(huán)的錨固物，以將移動卡爪M拖動到連接到螺桿40的某部件上，從而產(chǎn)生軸向夾緊力。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，外部肩部74攻有環(huán)形圖案的螺紋套筒，用于將機(jī)械螺桿緊固到其中。環(huán)M具有對應(yīng)圖案的通孔，用于使得機(jī)械螺桿滑動通過。接納螺紋緊固件。由于移動卡爪M需要螺桿40上的某部件，以被承載在上面避免下沉，螺桿40的結(jié)構(gòu)按下面的結(jié)構(gòu)形成。螺桿40的中央孔80形成為靠近螺桿40的吸入端42的凹進(jìn)圓環(huán)槽。該環(huán)槽接納可移除的保持環(huán)66。事實(shí)上，優(yōu)選采用螺旋保持環(huán)66。如前所述，環(huán)卡爪M通過環(huán)形圖案的機(jī)械螺桿緊固件來相對于固定卡爪(內(nèi)部肩部68)緊固和放松，所述機(jī)械螺桿緊固件擰入外部肩部74中的螺紋套筒。因此，無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56形成軸向夾緊裝置，在螺桿40的保持環(huán)66和螺桿40的排出端44之間施加夾緊壓縮，螺桿40的排出端44用于內(nèi)部肩部68鄰接的座。如圖3和4到8更好地所示，無鍵鎖定機(jī)構(gòu)58包括被稱之為無鍵套管58的環(huán)形壓縮配件。更特別地，該無鍵套管58包括三種形式之一的一種特殊形式的無鍵套管，此處這種形式被稱之為提升型無鍵套管58。圖3和7示出了帶有0形環(huán)的蓋墊片62，用于將灰塵密封于外部。用于保持環(huán)M和無鍵套管58的機(jī)械螺栓都是在移除了蓋墊片62之后取放。合適的無鍵套管可以購買自但不限于B-LOC 旗下的特拉華州威爾明頓的Fenner U. S 公司。無鍵套管58包括一對內(nèi)配合拼合圈(interfitting split collar)，一個包括帶凸緣的內(nèi)圈，另一個為環(huán)形外圈。帶凸緣的內(nèi)圈具有柱狀內(nèi)壁，用于在外部肩部74的上方夾在軸50的頸縮部分上。環(huán)形外圈具有柱狀外壁，用于支承螺桿40內(nèi)部的軸孔80的側(cè)壁。 上述一對圈內(nèi)配合一對錐形漸縮部分。機(jī)械螺桿滑動通過帶凸緣的內(nèi)圈的凸緣中的環(huán)形圖案的通孔，并擰入在環(huán)形外圈中的用于機(jī)械螺桿的螺紋套筒。擰緊機(jī)械螺桿使無鍵套管58 作為一個單元楔入合適的位置，在軸50和螺桿40之間提供徑向的夾緊力。圖5和6示出帶凸緣的內(nèi)圈的凸緣設(shè)有螺紋通孔。在無鍵套管56最初夾緊之后的未來的某個時(shí)間，可能會期望放松無鍵套管56。但是僅放松圖5所示的機(jī)械螺桿不足以完成上述工作。必須將機(jī)械螺桿擰緊到螺紋孔60中以強(qiáng)制兩個圈分開(圖中未示出)。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式中，優(yōu)選的對于每個螺桿40和螺桿軸50結(jié)合一對無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56和58。無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56用于產(chǎn)生軸向夾緊力。無鍵鎖定機(jī)構(gòu)58用于產(chǎn)生徑向夾緊力。然而這種設(shè)計(jì)優(yōu)選方案只是為了方便的目的。實(shí)驗(yàn)表明，不僅在啟動時(shí)的低溫狀態(tài)，也易于在運(yùn)行時(shí)的溫度，無鍵套管58能令人滿意地處理整個額定力矩載荷的轉(zhuǎn)化。然而，實(shí)驗(yàn)也表明，擰緊無鍵鎖定機(jī)構(gòu)58傾向于相對于軸50 “很微小地”提升螺桿40。但是，在公差很嚴(yán)格的情況下，“很微小地”也是不允許的。因此，軸向的夾緊機(jī)構(gòu)56平衡無鍵套管58的提升的趨勢。上面提到了存在不只一種的無鍵套管。上面提及的無鍵套管58作為提升型的無鍵套管。但是，根據(jù)其特征，存在至少兩種其他形式的無鍵套管，分別如圖9和10所示。圖9示出具有一對相反的環(huán)錐形界面的無鍵套管96。相應(yīng)地，其為自由漂移型無鍵套管96。當(dāng)擰緊時(shí)，該無鍵套管96既不會傾向于在軸50上提升螺桿40，也不會有相反的動作。圖10示出具有單個環(huán)錐形界面的無鍵套管98，與圖3和4至8的無鍵套管58類似。然而，在無鍵套管98中，帶凸緣的圈與被轉(zhuǎn)換成環(huán)繞外圈且支承軸孔80的側(cè)壁的環(huán)圈相比具有更大的接觸面積。擰緊無鍵鎖定套管98傾向于導(dǎo)致與無鍵套管58相反的效果。 也就是，緊固無鍵套管98傾向于導(dǎo)致螺桿40較難下沉抵靠在軸的內(nèi)部肩部68。因此，無鍵套管98稱為下沉型無鍵套管。比較圖9、10與圖7可知，無需使無鍵套管96或98與軸向夾緊裝置56。相反，確實(shí)優(yōu)選的是串聯(lián)無用的軸向夾緊裝置56與無鍵套管58?；剡^來看圖3和4，圖中示出了每個螺桿40由兩個件組成，包括第一級部分46和第二級部分48。這兩級46和48通過暗銷64互相成角度定向。第二級48在排出板70的上方旋轉(zhuǎn)，其控制壓縮介質(zhì)排出該排出口 32。排出板70下面是密封組件72。密封組件72 包括墊圈和/或軸承(圖中未示出)。實(shí)際上，每個軸50可以在排出板70的正下部設(shè)置一個軸承，并且每個軸在支承密封載體沈的較深內(nèi)部的設(shè)置一個或多個其他的軸承。暫時(shí)討論一下“同步調(diào)整”。也就是，在設(shè)計(jì)干式螺桿真空泵時(shí)有個因素被稱為“同步調(diào)整”。簡言之，“同步”是比單獨(dú)的“同步調(diào)整”更寬泛的概念。同步通常包括兩個構(gòu)成要素。一個是螺桿40以相同的速度轉(zhuǎn)動。本發(fā)明的一個方面是螺桿軸50被同步齒輪驅(qū)動， 其無需進(jìn)行用于同步調(diào)整的調(diào)整。另外，現(xiàn)有技術(shù)中公知通過螺旋齒輪來驅(qū)動軸，其中進(jìn)行螺旋齒輪和軸之間的同步調(diào)整。但是再者，本發(fā)明的一個方面是螺桿軸50由定常嚙合同步齒輪驅(qū)動，定常嚙合同步齒輪不干擾同步調(diào)整操作。同步調(diào)整包括調(diào)整螺桿40相互之間的相對角度定向。本發(fā)明的一個方面是，通過一個或多個位于螺桿40的自由(吸入)端42的無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56、58、96和/或98，而不是通過在齒輪和軸50之間，來完成同步調(diào)整。螺桿40之間的合適的角度定向能夠通過多種方法判斷。例如，考慮螺桿能在其周邊標(biāo)記有任意的點(diǎn)。隨著螺桿轉(zhuǎn)動，該任意點(diǎn)在整個旋轉(zhuǎn)中沿軌道運(yùn)動。隨著另外一個螺桿也轉(zhuǎn)動，在其周邊上具有一個特定的對應(yīng)的點(diǎn)在整個轉(zhuǎn)動中同樣沿軌道運(yùn)動。當(dāng)兩個點(diǎn)同時(shí)通過螺桿軸的軸線之間的平面時(shí)，同步調(diào)整是合適的。事實(shí)上對于每次旋轉(zhuǎn)，這需要其不僅同時(shí)通過平面并且要有高精度。要達(dá)到這個程度就需要調(diào)整，事實(shí)上是微調(diào)。傳統(tǒng)的螺桿泵螺桿40和螺桿泵螺桿軸50制造使其成為單個整體的單元(或?qū)⑵滏i定在一起成為單個整體的單元的等價(jià)物)。也就是說，如果螺桿40和軸50原本是兩個分開件，但然后通過鍵和鍵槽鍵聯(lián)接在一起，為了所有實(shí)際的目的，在拉伸操作之后其會被融合在一起作為整體單元的等價(jià)物。相應(yīng)地，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)同步的方法為使用同步齒輪來進(jìn)行。也就是說，至少一個齒輪是以可釋放的方式夾在其相應(yīng)的螺桿軸上，使其可以被放松以允許螺桿軸之間的角度調(diào)整。不同于同步速度，同步調(diào)整并不是在螺桿泵的制造或使用壽命中僅僅“做一次”的工作。事實(shí)上，當(dāng)需要使螺桿40重新同步時(shí)，需要多次的工作。前述的是以下時(shí)間的非排他的列表·最初的制造和安裝，·螺桿40的移除(例如為了機(jī)械清理)， 更換破損的螺桿40，·更換破損的密封組件72，·更換破損的軸承，等等?？紤]前述的問題，容易理解同步調(diào)整確實(shí)是在螺桿泵的使用壽命中經(jīng)常要發(fā)生的瑣事。此外，對于該螺桿泵20，軸50由同步齒輪驅(qū)動。該螺桿泵20的同步齒輪與另一個的定位與同步調(diào)整是無關(guān)的。如前所述，螺桿40通過環(huán)境溫度滑動配合而配合在軸50上。在螺桿40和軸50 之間無任何無鍵鎖定機(jī)構(gòu)的情況下，其之間的角度定向可以無限調(diào)整。然而，本發(fā)明的一個方面是在螺桿40和螺桿軸50之間合并無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56、58、96和/或98。螺桿40和螺桿軸50之間的組裝可以通過如下所述方式進(jìn)行。每個螺桿的第一級部分46和第二級部分48相互配合，通過暗銷(dowel)64互相定向。接著，螺桿40在彼此之間大致正確的角度定位處彼此嚙合。螺桿40接著滑動到其空螺桿軸50上直到排出端44 落地，并座落到螺桿軸50的內(nèi)部肩部68上。用于每個螺桿40的保持環(huán)66被插入在相應(yīng)的螺桿40中央孔80的內(nèi)部的用于其環(huán)槽內(nèi)。環(huán)卡爪M滑下螺桿軸50，隨后旋緊且擰緊機(jī)械螺桿直到卡爪M和68之間的夾緊壓力壓緊其之間的螺桿40。在完成此操作的其它事情中，輕輕固定螺桿40之間的相對角度定向到一個固定的定向。同樣，輕輕固定螺桿40在螺桿軸50上的相對軸向定向。然而，優(yōu)選通過帶有第二無鍵鎖定機(jī)構(gòu)58的軸向夾具(例如56)來提供加強(qiáng)機(jī)械連接。本發(fā)明的一個可選的方面是分配雙無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56和58優(yōu)于僅單個無鍵鎖定機(jī)構(gòu)96或98?，F(xiàn)在暫時(shí)討論一下根據(jù)本發(fā)明對于本發(fā)明的螺桿泵20的“現(xiàn)場”整修構(gòu)造。也就是，其包括全部用簡單的工具，現(xiàn)場(通常在工廠，但不是原設(shè)備制造工廠)取放和/或更換螺桿40和密封組件72。干式螺桿真空泵應(yīng)用很廣。有時(shí)其能泵送潔凈氣體。有時(shí)其泵送“臟”氣體流。對于潔凈氣體，干式螺桿真空泵可以運(yùn)行數(shù)年而不出故障。對于臟氣體流，數(shù)年不出故障的工作是不可能的。臟的氣體流中攜帶的物質(zhì)會導(dǎo)致短時(shí)間的故障可能幾個月，也可能幾個小時(shí)。臟氣體流導(dǎo)致的主要故障可分為兩類(1)物質(zhì)聚集在螺桿40上(或在螺桿外殼22內(nèi)的螺桿室中)，其阻塞了間隙并造成接觸(其中這類故障從輕微到嚴(yán)重)，或反過來，(2)物質(zhì)腐蝕了密封組件72，該密封組件72使臟氣體流與支撐螺桿40的軸承(或軸頸)隔離(這類故障典型會采用從密封組件72的底部將純凈氣體如氬氣泵送入螺桿室的方法來解決，因而只會導(dǎo)致操作費(fèi)用的增加)。更具體地，第一種故障從輕微到嚴(yán)重的各種等級。輕微故障可通過簡單的螺桿室的反向沖洗以排出或吹出積累的物質(zhì)來解決。通常，沖洗不解決問題。在這種情況下，螺桿泵20可以停機(jī)一段時(shí)間并拆卸，以機(jī)械清理螺桿40，且然后清理螺桿外殼22內(nèi)部的螺桿室。本發(fā)明的一個方面是，能夠?qū)⒙輻U40從其軸50移除下來，而不將螺桿外殼22從支承密封載體沈拆下。本發(fā)明的另一方面是，能夠?qū)⒙輻U40移除，而不將螺桿軸50從泵 20的其他部分移除(即，支承密封載體沈)。因此，螺桿泵20可以容易地在“現(xiàn)場”工作， 例如在用戶的工廠工作，而無需返回原設(shè)備制造廠。如果螺桿40相互摩擦或螺桿40與螺桿外殼22摩擦大，使其卡住，則螺桿40或螺桿外殼22可能需要更換。對于市場上其他的干式螺桿真空泵來說，進(jìn)行所述更換需要延長停機(jī)時(shí)間并完全拆卸。相反，根據(jù)本發(fā)明的螺桿泵20的一個方面，螺桿40和螺桿外殼22 可以很容易地通過互換替代而改變。也就是，螺桿40和螺桿外殼22是螺栓固定、自包容模式，其僅通過手動工具，從螺桿軸50拆卸(在螺桿40的情況)，或從支承密封載體沈的頂面板觀解除緊固(在螺桿外殼22的情況)。損壞的螺桿40或螺桿外殼22也可以全部使用普通手動工具現(xiàn)場更換。螺桿泵20的設(shè)計(jì)允許操作員在泵20的頂端做同步調(diào)節(jié)，只需移除用于吸入口外殼24，否則在進(jìn)行所述移除時(shí)螺桿泵20則需要全部拆卸。如前所述，第二類的故障涉及密封組件72的腐蝕。如果密封組件72只有微小的腐蝕，密封組件72典型不需更換。也就是說，密封組件72的腐蝕通常在一段時(shí)間內(nèi)是可容許的，或通過利用純凈氣體對密封組件72的后面進(jìn)行施壓來克服。其目的是，盡可能地將臟氣體流內(nèi)的雜質(zhì)吹離軸承。但是，當(dāng)腐蝕加寬了軸50和密封組件72之間的間隙時(shí)，上述操作的有效性將減弱，密封組件72最終需要被更換。在市場上常規(guī)的干式螺桿真空泵中， 密封組件的更換需要泵的完全拆卸，這是因?yàn)槊芊饨M件典型深入位于泵內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的泵20的一個方面是，密封組件72像螺桿40 —樣易于更換，這是由于操作者無需將泵20拆卸到必須將螺桿軸50移除的程度。回到圖11，本發(fā)明的另一方面是，通過螺桿40和螺桿軸50用不同材料制造，來增強(qiáng)任意無鍵鎖定機(jī)構(gòu)56、58、96和/或98的力矩傳遞能力。干式螺桿真空泵在運(yùn)行中產(chǎn)生熱量，并保持較高的溫度。接近螺桿40的排出端44 常常會達(dá)到175°C ( 350° F)(即在螺桿外殼22內(nèi)的螺桿室內(nèi)的溫度從吸入端M到排出端32逐漸升高)。本發(fā)明的一個方面是利用該熱量將螺桿40更緊密地聯(lián)接到它們的螺桿軸50。也就是說，本發(fā)明的一個方面是，螺桿40 (即其第一級部分46和第二級部分48) 采用具有一種熱膨脹系數(shù)的一種材料制成，相反，軸50采用具有不同的熱膨脹系數(shù)的另一種材料制成，并實(shí)現(xiàn)下述的目的。在環(huán)境溫度，螺桿40滑動配合(例如松配合)到其軸50 上。但是在操作溫度，螺桿40與其螺桿軸50過盈配合。因此，螺桿40和螺桿軸50由具有不同熱膨脹系數(shù)的不同材料制成。螺桿軸50的熱膨脹系數(shù)高。順便說一下，熱膨脹系數(shù)是在溫度變化時(shí)，測量材料體積的膨脹或收縮。如果加熱時(shí)，材料膨脹，那么其具有“正的”熱膨脹系數(shù)。相反，當(dāng)冷卻時(shí)，材料膨脹，則其具有“負(fù)的” 熱膨脹系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，螺桿40和螺桿軸50可以都由具有正熱膨脹系數(shù)的材料制成，也可以都由具有負(fù)熱膨脹系數(shù)的材料制成。只要存在使得螺桿軸50的熱膨脹系數(shù)大于螺桿40的熱膨脹系數(shù)的足夠的熱膨脹系數(shù)差值，在操作溫度螺桿40將固在螺桿軸50上。當(dāng)降溫時(shí)(即環(huán)境溫度下)，過盈配合會變松為滑動配合，以便于拆卸(或重新組
裝)ο本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計(jì)如下。螺桿軸50由鋼合金制成。相反，螺桿40由具有相對較低的熱膨脹系數(shù)的材料制成，包括但不限于D-5級耐蝕鎳合金。該耐蝕鎳合金的熱膨脹系數(shù)大約為鋼的熱膨脹系數(shù)的40%。在環(huán)境溫度下，螺桿40的中空芯80的大小使得其在螺桿軸50上具有非常緊密的滑動配合。螺桿40和螺桿軸50之間的配合，從溫度低時(shí)(即環(huán)境溫度)的“滑動”配合過渡到操作溫度的“過盈”配合，當(dāng)再次冷卻時(shí)，再次變回滑動配合。實(shí)際上，在操作溫度，螺桿40的溫度不是一致的。圖11為相當(dāng)于圖4的局部截面視圖，不同之處在于在螺桿40和軸50旁邊示出壓力軸向曲線，以顯示在過盈作用發(fā)生后的高運(yùn)轉(zhuǎn)溫度，螺桿40與軸50之間的界面壓力的。軸向的軸線示為Z軸。接觸面壓力用P軸示出。第二級48的平均溫度要高于第一級46。因此，“過盈配合”現(xiàn)象傾向于在第二級48 上被放大。然而，仍然能產(chǎn)生好的結(jié)果。第二級48是大多數(shù)壓縮工作發(fā)生的位置。因此， 第二級48是具有較大的破壞螺桿40和螺桿軸50之間的過盈配合的力矩的位置。第二級 48與軸50之間的接觸面比第一級46與軸50之間更緊的結(jié)果是一件好事。這是需要過盈配合最緊密的位置。相應(yīng)地，本發(fā)明的一個方面是，使用具有不同膨脹系數(shù)的材料，使得在操作溫度下，增強(qiáng)螺桿40對于螺桿軸50的定心的正鎖緊。在附圖及說明中，螺桿40被示出及描述為豎直連接的。然而，螺桿泵可以安裝為其他的定向，那么相應(yīng)地，術(shù)語“頂”、“高”、“低”、“提升”、“下沉”只是用于表達(dá)的方便，并沒有限制本發(fā)明特定的朝向。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例及變化形式公開，另外的變化對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。本發(fā)明不限于詳細(xì)提及的實(shí)施例，因此參照應(yīng)加到權(quán)利要求中而不是前面討論的優(yōu)選實(shí)施例，在那里本發(fā)明的排他的權(quán)利保護(hù)范圍被要求保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種螺桿泵(20)，包括至少兩個螺桿(40)，所述至少兩個螺桿(40)具有在旋轉(zhuǎn)期間彼此相互嚙合的螺旋斜軌，并且所述至少兩個螺桿(40)在內(nèi)端(44)和外端(42)之間延伸； 基座(26)；軸(50)，所述軸(50)用于每個螺桿(40)，并在內(nèi)端(68)和外端(74)之間延伸，且在接近所述內(nèi)端(68)的位置從所述基座(26)成懸臂；每個螺桿(40)形成有用于接納所述軸(50)的中空芯(80)，使得所述螺桿(40)從用于所述螺桿(40)的相應(yīng)的軸(50)的外端(74)的上方滑移到所述相應(yīng)的軸(50)上；無鍵鎖定機(jī)構(gòu)(56，58，95或98)，所述無鍵鎖定機(jī)構(gòu)(56，58，95或98)介于每個軸(50) 和螺桿(40)之間，且可操作以在沒有鍵或鍵槽的情況下將所述軸(50)和螺桿(40)旋轉(zhuǎn)地鎖定到一起。
2.如權(quán)利要求1所述的螺桿泵(20)，其中所述無鍵鎖定機(jī)構(gòu)(56，58，96或98)是可釋放的，使得能夠通過關(guān)于所述軸(50)旋轉(zhuǎn)地滑移所述螺桿(40)來調(diào)整所述螺桿(40)之間的同步。
3.如權(quán)利要求1或2所述的螺桿泵(20)，其中所述無鍵鎖定機(jī)構(gòu)(56，58，96或98)不僅設(shè)置成介于相應(yīng)的軸(50)和用于所述相應(yīng)的軸(50)的螺桿(40)之間，而且設(shè)置成接近所述相應(yīng)的軸(50)和用于所述相應(yīng)的軸(50) 的螺桿(40)的外端(74和42)。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的螺桿泵(20)，還包括螺桿外殼(22)，所述螺桿外殼(22)在內(nèi)端和外端(24)之間延伸，并在接近所述螺桿外殼(22)的內(nèi)端的位置從所述基座(26)成懸臂，且所述螺桿外殼(22)形成有螺桿室，所述螺桿室用于在所述螺桿(40)位于所述螺桿(40)的軸(50)上時(shí)接納所述螺桿(40)；其中釋放所述無鍵鎖定機(jī)構(gòu)(56，58，96或98)允許在不從所述基座(26)移除所述螺桿外殼(22)的情況下將所述螺桿(40)從所述螺桿(40)的軸(50)移除。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的螺桿泵(20)，其中每個軸(50)在接近外端的位置形成有內(nèi)臺階，所述內(nèi)臺階產(chǎn)生肩部(74)； 其中所述螺桿軸(50)越過所述肩部(74)向內(nèi)形成臺階，并與所述螺桿(40)中的所述中空芯(80)限定環(huán)形空腔；由此，該環(huán)形空腔提供用于所述無鍵鎖定機(jī)構(gòu)(56，58，96或98)的引入和運(yùn)行的工作空間。
6.如權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的螺桿泵(20)，其中無鍵鎖定機(jī)構(gòu)(56，58，96或98)包括軸向夾緊裝置(56)、無漂移型無鍵套管(96)、提升型無鍵套管(58)或下沉型無鍵套管(98)中的任何一個。
7.如權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的螺桿泵(20)，其中 所述螺桿(40)由具有熱膨脹特性系數(shù)的材料制成；并且所述軸(50)由不相似的材料制成，在從環(huán)境溫度到操作溫度的溫度范圍內(nèi)，所述不相似的材料的熱膨脹特性系數(shù)的值高于所述螺桿(40)的熱膨脹特性系數(shù)的值；其中在環(huán)境溫度，所述螺桿(40)與所述軸(50)具有滑動配合，在操作溫度，所述螺桿 (40)與所述軸(50)還具有過盈配合，所述過盈配合進(jìn)一步促進(jìn)所述螺桿(40)正鎖定到所述螺桿(40)的軸(50)。
8.如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的螺桿泵(20)，其中所述基座(26)具有面板(28)，所述螺桿外殼(22)的內(nèi)端從所述面板(28)成懸臂；并且所述螺桿泵(20)進(jìn)一步包括密封組件(72)，所述密封組件(72)在接近所述軸(50)的內(nèi)端(68)且接近所述基座(26)的所述面板(28)的表面(70)的位置環(huán)繞所述軸(50)；其中所述密封組件(72)以可取放的方式安裝，從而在移除所述螺桿(40)和螺桿外殼 (22)之后但不移除所述軸(50)或從所述基座(26)的內(nèi)部進(jìn)入所述面板(28)的后面的情況下，能夠更換所述密封組件(72)。
9.如權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的螺桿泵(20)，其中每個軸向夾緊裝置(56)包括連接到所述軸(50)或形成在所述軸(50)上的一對卡爪 (54和68)，其中至少一個卡爪(54)是可移動的并被驅(qū)動以產(chǎn)生夾緊壓力。
10.如權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的螺桿泵(20)，其中每個可移動卡爪(54)包括環(huán)(54)，在接近所述螺桿(40)的外端(42)的位置，所述環(huán) (54)配合在超過所述軸的所述肩部(74)的頸縮的軸(50)與所述螺桿(40)中的所述芯 (80)之間的所述環(huán)形空腔的內(nèi)部；其中所述可移動卡爪(54)由在所述肩部(74)處與所述軸(50)接合的螺紋桿驅(qū)動。
11.如權(quán)利要求1至10中的任一項(xiàng)所述的螺桿泵(20)，進(jìn)一步包括緊固裝置，所述緊固裝置用于將所述螺桿外殼(22)安裝到所述基座(26)的面板(28)， 其中在不妨礙所述基座(26)上的所述面板(28)或所述軸(50)、或者不從所述基座(26)的內(nèi)部進(jìn)入所述面板(28)的后面的情況下，能夠從所述基座(26)更換所述螺桿外殼(22)。
12.如權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的螺桿泵(20)，其中每個螺桿(40)構(gòu)造有內(nèi)座(44)和外座(46)，軸向夾緊裝置(56)的卡爪(68和54)夾緊到所述內(nèi)座(44)和所述外座(46)上。
13.如權(quán)利要求1至12中的任一項(xiàng)所述的螺桿泵(20)，其中所述軸(50)包括鋼合金，并且所述螺桿(40)包含在從環(huán)境溫度到操作溫度的溫度范圍中具有大約百分之零(0% )的熱膨脹的材料。
14.如權(quán)利要求1至13中的任一項(xiàng)所述的螺桿泵(20)，其中所述無鍵鎖定機(jī)構(gòu)(56，58，96或98)包括軸向夾緊裝置(56)與一個無鍵套管(58，96 或98)的組合。
15.如權(quán)利要求1至14中的任一項(xiàng)所述的螺桿泵(20)，其中在操作溫度，每個螺桿(40)在接近內(nèi)端(44)的位置比外端(42)處熱，因此，在所述軸 (50)與所述螺桿(40)的芯(80)之間的界面壓力相應(yīng)地在接近內(nèi)端(44)的位置大于外端 (42)處。
全文摘要
一種具有現(xiàn)場整修構(gòu)造的螺桿泵(20)，具有螺桿(40)、基座(26)和用于螺桿(40)的軸(50)。螺桿(40)具有旋轉(zhuǎn)期間相互嚙合的螺旋斜軌，在內(nèi)端(44)和外端(42)之間延伸。軸(50)在內(nèi)端(68)和外端和(74)之間延伸，從其大致內(nèi)端(68)從基座(26)成懸臂。每個螺桿(40)都形成有中空芯(80)，中空芯(80)用于接納其軸(50)，使得螺桿(40)從其相應(yīng)的軸(50)的外端(74)的上面滑到所述軸上。螺桿泵還包括無鍵鎖定機(jī)構(gòu)(56，58，96或98)，無鍵鎖定機(jī)構(gòu)(56，58，96或98)介于每個軸(50)和螺桿(40)之間，所述無鍵鎖定機(jī)構(gòu)(56，58，96或98)可操作以在沒有鍵或鍵槽的情況下以旋轉(zhuǎn)方式將所述軸(50)和螺桿(40)鎖定到一起。
文檔編號F04C2/16GK102251960SQ201110187558
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者蒂莫西·M·柯克蘭 申請人:泰悉爾公司