[发明专利]用于螺旋真空泵的螺旋转子

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的用于螺旋真空泵的螺旋转子以及一种具有权利要求13的前序部分的特征的带有相应螺旋转子的螺旋真空泵。

背景技术

众多科研和工业过程需要10²Pa-10^-2Pa范围内的真空（高真空范围），往往还必须要输送冷凝的和/或腐蚀性的蒸汽或气体。为了产生该范围内的负压，常常使用液体密封的或液体润滑的真空泵，比如油密封的旋转气阀泵。这种泵的泵吸介质与油或其它液体接触，使用这种泵有很多缺点。因而泵吸介质会污染润滑物质或者与其反应，这降低了润滑和密封效果。那里的过程会敏感地干扰润滑物质的气态组分或分解产物回流到处理设备中。

出于这个原因，长久以来的工作研发出了所谓的“干式”真空泵，即这种泵的泵吸介质并不与液体接触。

在高压下，也就是在10⁵Pa-10²Pa范围内的压力下，最好采用膜片真空泵，这是因为汲取腔与驱动区域被气密地张紧的膜片密封地隔开。但利用有限的压缩比例和通常仅通过气体流操纵的阀很难达到50Pa以下的压力。

除了高真空泵比如活塞泵、涡旋泵、爪式泵和罗茨泵外，还已知有螺旋真空泵。

螺旋真空泵（简写为螺旋泵）的两个螺杆形转子在形状合适的螺旋泵定子中无接触地相互啮合，从而通过它们的反向转动把气体从入口输送至出口。这里的全部设计及下述设计均涉及无接触地压缩的、无油的螺旋泵。

螺旋泵的优点是，能实现高压缩度，这是因为螺旋泵自身可以为四级结构，其中每个螺距都用作一级。螺旋泵由此能仅用一对转子即可实现小于1Pa范围内的良好的极限真空度。

螺旋泵的这对转子可以所谓悬置地支撑。在悬置支撑情况下，仅从转子对的一侧进行支撑。而在转子对的另一侧没有支撑。由此可以把螺旋泵定子设计成无支撑单元。这允许例如为了维护和清洁目的而简便地拆下螺旋泵定子。

螺旋泵的一个普遍问题是，恰恰在大气侧的压缩区域中释放出大量热量。若抽吸压力低，就会有很少的气体从抽吸侧被输送至大气侧。因而在泵内部只进行少量气体交换。另外，直到最后一个大气侧的螺距中才在由啮合的螺距形成的汲取腔内产生负压。

若在转子旋转过程中在最后一个大气侧的螺距处打开汲取腔，就会有气体从出口流回到该汲取腔中。流入的气体与从抽吸接管输送的气体一起在转子旋转过程中又被挤压出去。气体在出口处的这种脉动引起驱动功率需求大，并在相对狭小的空间中释放出大量热量。

可以利用紧贴在螺旋转子上的端板来减少气体回流，这些端板在合适的位置带有开口。但由于这些端板同时妨碍气体喷出，所以采用这种设置方案几乎不会实现改善。

减少回流的另一方案是这种端板上的止回阀。但这些止回阀必须以转子的旋转频率打开和关闭。然而，通常6000-25000min^-1的频率对此来说往往太高，也就是说，足够大的止回阀反应太迟缓。

为了减小温度问题和功率问题，带有朝向出口减小的汲取腔容积的螺旋定子广为采用。例如可以朝向出口侧减小螺距或者减小螺杆半径，由此来实现此点。这引起通常2-10的内部压缩率。通过这种方式能减小泵的功率需求，以及使得在螺杆的大气侧的端部处释放的热量相对于泵的抽吸能力而言几乎减少该压缩倍率。

这种方法的缺点是，由于螺杆型面连续地变化，或者也可能突然变化，明显增大了转子的制造难度。另一缺点是，在抽吸压力高的情况下，内部压缩会导致内部过压。这会使得驱动电机超载，对泵造成损坏。因此，在汲取腔定子中在内部压缩区域内往往需要昂贵的过压阀。在输送不可压缩的液体―其可能被抽入或者由于内部冷凝而产生―时，会产生流体静力的堵塞，结果是，泵由于超载而突然停机。这会对机组和驱动件造成昂贵的后续损坏。

另一解决方案是，串联地使用两个分开的螺旋泵，它们有不同的抽吸能力，它们中的任何一个本身都没有内部压缩性（参见EP 0 811 766 B1），其中可以在这些泵之间接有过压阀（参见WO 2007/088989 A1）。但这些方案也引起大的构造成本（两个泵机组）。

为了控制热流，已知的较大的螺旋泵往往利用对泵壳体的液体冷却。较大的泵还利用对转子的液体内部冷却，但较昂贵。

并不少见的是，还在最后的大气侧的螺距区域内把气体从外面引入到汲取腔中。吹洗气体将该区域冷却，并把变热的气体输送离开最后的螺距区域。不利的是，成本高昂以及泵的极限真空度不可避免地恶化。