专利名称：涡旋型装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及涡旋型(scroll-type)装置，更具体地说，涉及一种用于真空泵中的涡旋型装置。
已知涡旋型装置用于操作压缩机或者真空泵。在这两种情形中，该装置均包括两个涡旋部件，各涡旋部件包括平的端板，该端板上是限定了一种螺旋(或涡旋)型结构的直立条带，这两个涡旋部件通过它们各自的螺旋型结构放置在一起而相互作用，从而相互啮合并允许一个涡旋部件相对于另一个涡旋部件“作轨道运行”。在这种方式中，在这两个涡旋部件之间有可能捕集一定体积的气体，从而将该气体从各螺旋形的一个端部推动到另一端部。在真空泵中，特别地，该气体经由处于该涡旋部件的周边处的泵入口进入，并且经由处于该涡旋部件的中央处的泵出口而离开。
图1示出了这样的涡旋型装置(为真空泵2的形式)的一种公知结构，其包括定子4，该定子包括固定涡旋部件6。轨道涡旋部件8与该固定涡旋部件6互补并且与其以本身为公知的方式相互交错。该轨道部件8安装在轴承10上，该轴承10支撑在驱动轴14的曲柄端部12上，该驱动轴14从马达16伸出。轴承17用于相对于该外壳4来支撑该驱动轴14。各涡旋部件6和8包括端板，螺旋形卷绕件18、20安装在该端板上并从该端板向外延伸。各卷绕件18、20的高度与两个对置端板之间的距离基本相等，使得各卷绕件18、20的自由边缘抵着该互补涡旋部件端板的表面而形成一种密封。为了帮助该密封过程，在各卷绕件18、20的自由边缘处通常要提供柔性的末端密封件，以便占据各卷绕件18、20的该边缘与该相对的涡旋部件的端板之间的轴向间隙。
在使用时，从入口22抽入泵送气体，并且该泵送气体经由出口24和止回阀而离开。为了将该外壳4内的真空空间与环境大气和该泵驱动系统密封隔开，金属波纹管26布置成与该驱动轴14基本同轴。该金属波纹管的一个端部由螺栓28安装至该轨道涡旋部件6，另一端部由螺栓32安装至该泵的静止部分30。O形圈29、31用于对金属波纹管26的安装进行密封。
借助于该金属波纹管26的抗扭刚性，该波纹管26还用于限制该轨道涡旋部件26进行不希望的圆周移动，并从而保持该固定涡旋部件6和与该轨道涡旋部件8之间的正确角度位置。然而，使用这样的波纹管限制了任何具有这种波纹管的真空泵的设计，要求该波纹管具有足够大小的尺寸，从而具有所需的抗扭刚性以及用于所需曲柄行程的充分径向自由度，以便在实际中实现可接受的使用寿命。
而且，使用柔性的末端密封件来提供涡旋部件6和8之间的轴向密封会在泵的使用期间由于末端密封件的腐蚀而产生粉尘。该粉尘通常与废气一起被输送通过该出口24，当关闭该泵时，该粉尘会通过该入口22朝着该被抽空的装置迁移，从而导致对该被抽空装置的不希望的污染。因此，该末端密封件需要定期更换，并且它们的使用进一步限制任何具有这种密封件的真空泵的设计要具有足够大小末端密封件的尺寸。
至少本发明的优选实施例的目的是解决这些以及其它问题。
本发明提供一种涡旋型泵送装置，包括定子，该定子包括固定涡旋部件，该固定涡旋部件具有端板，第一螺旋形卷绕件从该端板伸出；轨道涡旋部件，该轨道涡旋部件具有端板，第二螺旋形卷绕件从该端板伸出，并与第一螺旋形卷绕件交互交错；驱动装置，用于驱动该轨道涡旋部件相对于该固定涡旋部件作轨道运行；和多个柔性杆，各杆的一个端部连接至该轨道涡旋部件，另一端部连接至该定子，以便相对于所述定子支撑该轨道涡旋部件。
使用这样的杆能够相对于该定子以高的轴向精度支撑该轨道涡旋部件，从而使得各螺旋形卷绕件的边缘与该相对的涡旋部件的端板之间能有非常近的运行间隙，而不需要末端密封件，并因此避免与使用末端密封件相关所产生的粉尘。
该杆还可用于抑制该轨道涡旋部件相对于该固定涡旋部件的转动，因此不需要另外的设备来抑制该轨道涡旋部件的转动。因此，本发明还提供了多个杆在涡旋型装置中的应用，该涡旋装置具有固定涡旋部件和轨道涡旋部件，该多个杆用于抑制该轨道涡旋部件相对于该固定涡旋部件的转动。同时，可以提供波纹管来将真空空间与环境大气隔开，但是不需要该波纹管具有特别的抗扭刚性。结果，有更大的设计自由度来设计具有本发明装置的真空泵，从而能够提供相对小型的、低成本的泵，该泵在涡旋部件之间具有良好的轴向密封。然而，也可以在该轨道部件与该定子之间设置另外的装置，诸如欧氏联轴器，以防止该轨道涡旋部件相对于该固定涡旋部件转动。
可以在至少一个涡旋部件的表面上设有耐磨涂层。该涂层可以在该涡旋部件(或各涡旋部件)的端板及螺旋形卷绕件的整个表面上延伸。
优选地，该驱动装置包括带有曲柄的驱动轴，该曲柄连接至该轨道涡旋部件，并且定位成这样，即，该驱动轴绕其纵向轴线的转动使得该轨道涡旋部件绕该纵向轴线作轨道运行。
如上所述，可以提供柔性部件(诸如波纹管)来将该定子中的真空空间与环境大气隔开。该柔性部件与该柔性杆基本同轴和/或布置在该柔性杆周围。
该杆可以由金属材料或复合材料形成。
该涡旋型装置可以用作压缩机或者用作膨胀器，因此本发明进一步提供了这样的涡旋型装置，该涡旋型装置包括定子，该定子包括固定涡旋部件，该固定涡旋部件具有端板，第一螺旋形卷绕件从该端板伸出；轨道涡旋部件，该轨道涡旋部件具有端板，第二螺旋形卷绕件从该端板伸出，并与第一螺旋形卷绕件交互交错；驱动装置，用于驱动该轨道涡旋部件相对于该固定涡旋部件作轨道运行；和多个柔性杆，各杆的一个端部连接至该轨道涡旋部件，另一端部连接至该定子，以便相对于所述定子支撑该轨道涡旋部件。
现在参考附图来描述本发明的优选特征，附图中图1是公知涡旋型真空泵的横截面图；图2是第一实施例的涡旋型真空泵的简化横截面图；图3是第二实施例的涡旋型真空泵的简化横截面图；图4是图1的真空泵按照本发明改进后的横截面图。
参考图2，第一实施例的涡旋型装置为真空泵102的形式，该真空泵102包括定子104，该定子包括固定涡旋部件106。轨道涡旋部件108与该固定涡旋部件106互补并且与其以本身为公知的方式相互交错。该轨道部件108安装至设在该驱动轴112一端处的曲柄上，该驱动轴112从马达114伸出。轴承116用于相对于该定子104沿径向支撑该驱动轴112。各涡旋部件106和108包括端板，螺旋形卷绕件118、120安装至该端板并从该端板向外延伸。各卷绕件118、120的高度与两个对置端板之间的距离基本相等，使得各卷绕件118、120的自由边缘抵着该互补涡旋部件端板的表面而形成一种密封。可以在至少一个涡旋部件106、108的端板和卷绕件上设有耐磨涂层。
由多个柔性杆122沿轴向相对于该固定涡旋部件106来支撑该轨道涡旋部件108，该多个柔性杆122设在该驱动轴112的纵向轴线的周围。利用任何合适手段(例如粘合剂或螺栓)将各杆122的一个端部固定至该定子104，各杆的另一端部类似地固定于该轨道涡旋部件108的端板。通常需要至少三个杆122，但是也可以提供任意数量的杆。这些杆122可以由任意合适材料形成，该材料的刚性允许该杆122弯曲以允许该轨道涡旋部件108相对于该固定涡旋部件106绕该驱动轴112的纵向轴线作轨道运行。例如，该杆112可以由金属材料(诸如钢)或复合材料(诸如有机基体复合材料，包括填充有增强颗粒和/或纤维的树脂)形成。该材料优选是一种填充有增强碳纤维的热固树脂，诸如环氧树脂。在该实施例中，该杆122还用于抑制该轨道涡旋部件108相对于该固定涡旋部件106的转动。或者，可以在定子102与该轨道部件108之间设置欧氏联轴器(Oldham coupling)，以抑制该轨道涡旋部件108相对于该固定涡旋部件106的转动。
在图2所示的实施例中，该固定涡旋部件106的端板与该定子104成一整体。或者，该固定涡旋部件106的端板可以是通过任意常规方法安装在该定子上的板。例如，该图3所示的第二实施例中，该固定涡旋部件106安装在马达114的封壳124上，或者与该封壳124成一整体，该驱动轴112穿过设在该固定涡旋部件106中的孔，并由轴承116将其支撑在该孔内。
如图4所示，该杆122可以与柔性元件126一起提供，以将该泵的真空空间与环境大气密封隔开，这正如先前在图1中所示出的那样，并且在这里，相同的参考标号表示与图1中所示相同的特征。在图4所示的示例中，该杆122是在该柔性部件的外部，该柔性部件优选为波纹管126的形式，但是作为替代方案，该波纹管126也可以包围该杆122。在本示例中，不同于如图1所示的现有技术中的波纹管26，该波纹管126不需要具有为了抑制该轨道涡旋部件8转动所需的抗扭刚性，这是因为该功能是由杆122来提供的，因此，该波纹管126可由较小刚性的材料(因而是较便宜的材料)形成。
在对该设计的进一步改进中，该杆122的刚性为这样该轨道涡旋部件8、108在平移(x或y、或两者的组合)模式中的固有频率与该泵2、102的工作速度相匹配。在这种情况下，作用在驱动曲柄上的径向力被大大降低，从而允许使用较小的轴承。还可以使用阻尼装置来给出更平坦的响应曲线，并能够以更大的容差调整该泵。
权利要求
1.一种涡旋型泵送装置，包括定子，该定子包括固定涡旋部件，该固定涡旋部件具有端板，第一螺旋形卷绕件从该端板伸出；轨道涡旋部件，该轨道涡旋部件具有端板，第二螺旋形卷绕件从该端板伸出，并与第一螺旋形卷绕件交互交错；驱动装置，用于驱动该轨道涡旋部件相对于该固定涡旋部件沿轨道运行；和多个柔性杆，各杆的一个端部连接至该轨道涡旋部件，另一端部连接至该定子，以便相对于所述定子支撑该轨道涡旋部件。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，该驱动装置包括带有曲柄的驱动轴，该曲柄连接至该轨道涡旋部件，并且定位成这样，即，该驱动轴绕其纵向轴线的转动使得该轨道涡旋部件绕该纵向轴线作轨道运行。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，该柔性杆在该驱动轴的纵向轴线周围延伸。
4.根据在前任意一项权利要求所述的装置，包括柔性部件，用于将该定子中的真空空间与环境大气隔开。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，该柔性部件与该柔性杆基本同轴。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其中，该柔性部件包括波纹管。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的装置，其中，该柔性杆围绕该柔性部件布置。
8.根据在前任意一项权利要求所述的装置，其中，该杆由金属材料制成。
9.根据权利要求4-6中任意一项所述的装置，其中，该杆由复合材料制成。
10.根据在前任意一项权利要求所述的装置，其中，该多个杆抑制该轨道涡旋部件相对于该固定涡旋部件的转动。
11.多个杆在涡旋型装置中的应用，该涡旋装置具有固定涡旋部件和轨道涡旋部件，该多个杆用于抑制该轨道涡旋部件相对于该固定涡旋部件的转动。
全文摘要
一种涡旋型泵送装置，包括定子(104)，该定子包括固定涡旋部件(106)，该固定涡旋部件具有端板，第一螺旋形卷绕件(118)从该端板伸出；轨道涡旋部件(108)，该轨道涡旋部件具有端板，第二螺旋形卷绕件(120)从该端板伸出，并与第一螺旋形卷绕件(118)交互交错。马达驱动一驱动轴，以便产生该轨道涡旋部件相对于该固定涡旋部件(106)的轨道移动。该装置包括布置在该驱动轴周围的多个柔性杆(122)，各杆的一个端部连接至该轨道涡旋部件(108)，另一端部连接至该定子(104)，以便相对于该定子来支撑该轨道涡旋部件(108)，并抑制该轨道涡旋部件的转动。
文档编号F04C29/00GK101072949SQ200580042347
公开日2007年11月14日 申请日期2005年11月16日 优先权日2004年12月8日
发明者N·P·肖费尔德 申请人:英国氧气集团有限公司