干式真空泵装置、排气单元和消音器的制作方法

专利名称：干式真空泵装置、排气单元和消音器的制作方法
技术领域：
本发明涉及干式真空泵装置，其包括多级变容式干式真空泵，如多级罗茨干式真空泵或类似的泵，以及降低气体从干式真空泵排出时产生的噪音设计，设置于多级干式真空泵的排气段的排气单元，和结合在干式真空泵内的用于降低气体从干式真空泵排出时产生的噪音的消音器。消音器的尺寸既小又可以在宽的频率范围内衰减噪音。
背景技术：
近年来，干式真空泵装置，其可以容易地在大气压之下运行以产生清洁的真空环境，已经在包括半导体生产设备的宽泛的范围中应用。尤其是，根据包括多于300个步骤的制造工艺制造的半导体设备，并且该制造工艺中使用许多真空泵。因此，减少真空泵装置的足迹以有效地利用制造车间的地面区域是非常重要的。特别是，由于多个干式真空泵装置在许多应用中一个挨一个地设置，试图降低真空泵装置的宽度是重要的。由于真空泵有时安装在半导体制造装置中用于减少在真空泵和半导体制造装置之间的管道阻力，减小真空泵的尺寸是重要的。当气体由真空泵排出时，干式真空泵装置产生噪音。为了降低噪音，必须在真空泵的排气段包括消音器。两种类型的消音器可以使用，膨胀型和共振型。膨胀型消音器能够在宽的频率范围内抑制(降低)噪音。然而，可以由膨胀型消音器抑制的频率与消音器的长度成反比，如果膨胀型消音器在低频率范围内抑制噪音，消音器要长，呈现对减小干式真空泵装置尺寸的努力的障碍。尽管共振型消音装置可以减小尺寸，并且不会阻碍气流排出， 但是其可抑制噪音的频率范围小于膨胀型消音器。已经提出了一种消音器，其中，促使由真空泵的排气口排出的气体依次流过两个或更多的大腔室、大腔室之间的第一节流喉部和第二节流喉部，通过它从最后一个大腔室通气至大气中，因此，由气体产生的噪音将在排入大气之前降低(参见日本专利公开 No. 2001-289167(专利文献1))。在这种提出的消音器中，依据通过第一节流喉部的气体压力或速度，第一节流喉部的开口调整为更宽或更窄的设置值。当通过使用多级罗茨干式真空泵气体由大容积腔排出时，气体在此以高流速流动，并且由于在泵的各个阶段不同的排气速度在泵内过度压缩。在泵内，为防止泵在过大的负荷下运行，压缩功率变高以致旋转速度控制模式引发泵的较低转动速度。当降低泵的转速时，泵内的排气速度也降低，导致气体由腔排出需要的时间增加，进而，增加与多级罗茨干式真空泵结合的半导体或液晶部件制造装置的周期。问题的一个解决方案是提供一种过度压缩防止机构，其包括设置在泵的中间级中的中间释放出口，用于排出通过泵的过度压缩气体，从而防止气体在泵内过度压缩。多级干式真空泵装置通常包括设置气体通道排气段的消音器和设置在消音器下游的止回阀
发明内容
专利文献1公开的消音器调节第一节流喉部的开口为更宽的设置值或更窄的设置值，依据由在各种操作条件下运行的或可以是大尺寸或小尺寸的真空泵的排气口排出的气体的压力或流速，从而有效降低由真空泵排气口排出的气体产生的噪音，同时最小化真空泵的功率损耗。因此，专利文献1中公开的消音器不能够在当气体从真空泵排出时产生的低频到高频的宽的频率范围内有效地降低噪音，而且不是适于减小消音器尺寸的结构。在多级变容干式真空泵运行期间，当气体在泵的中间级过度压缩时，转速控制模式触发以降低泵的转速，用于防止泵在过大的负荷下运行。当泵的转速降低时，泵的排气速度也降低。根据如上所述的一种解决方案，排出过度压缩气体的中间释放出口设置在泵的中间级内，除了最后从泵排出气体的末端出口之外，用于从泵内排出过度压缩气体。因此， 有必要有效地抑制从末端出口排出的气体的噪音和从中间释放出口排出的过度压缩气体的噪音。对于带有满足这种要求的消音器的干式真空泵的发展已经提出了要求。由于中间释放出口设置在消音器的下游，带有中间释放出口的常规的干式真空泵无法抑制过度压缩气体的噪音。在多级罗茨干式真空泵中，首级转子腔的容积通常由设计的真空泵的排气速度确定。因此，如果真空泵设计用于高的排气速度，然后其必须增加首级转子腔的容积。另一方面，必须减小末级转子腔的容积，用于降低在末级转子腔中前部压力和后部压力之间的压力差产生的热量(压缩热量)，还降低克服压力差带动转子的电机的能量消耗。然而，如果减小末级转子腔的容积，那么它不能顺畅地排出气体。由于存在容积率和热量产生之间的权衡关系，确定是否增大或减小容积率(压缩率)，取决于容积率和热量产生在设计真空泵中哪一个是着重的。容积率(压缩率)和过度压缩保护装置的安装位置在降低排气速度中是重要的。常规的干式真空泵具有位于排气段中的消音器和不依赖于消音器的位于消音器下游的止回阀。由于消音器和止回阀如此在排出段相互独立地布置，需要除消音器和止回阀之外的用于连接消音器和止回阀的部件。因此，使用部件的数量增加，使得干式真空泵尺寸增加。干式真空泵不能降低尺寸并且生产费用昂贵。多级罗茨干式真空泵包括电机单元，其具有用于驱动泵单元的电机。通常，电机单元通过法兰整体地与泵单元连接在一起。因此，由泵单元产生的热量通过法兰传递给电机壳体。由于来自泵单元的热量以及由电机自身产生的热量，电机壳体的温度升高。在此以前，电机壳体由流过冷却剂通道的冷却剂进行冷却，该通道限定在围绕电机定子的电机壳体的外部圆周区域内。因此，由于电机壳体需要足够的厚度用于在此容纳冷却剂通道，其阻止多级罗茨干式真空泵减小尺寸。泵单元还包括转子壳体，其通常包括独立的上和下部件，它们具有保持互相抵触的各自的结合面，并且通过轴向等间距布置的螺栓连接在一起。转子壳体在多级中具有限定在其内部的气流通道，其用于将每一转子腔内压缩的气体输送到下一个转子腔。将独立的上和下部件连结在一起的螺栓围绕转子腔轴向地等间距布置，从而不影响转子腔。因此， 转子壳体具有大的厚度，其使得多级罗茨干式真空泵在宽度上变大，阻止它们减小尺寸。本发明鉴于上述情况而形成。因此，本发明的首要目的是提供一种干式真空泵装置，其包括单个的多级变容式干式真空泵或多个串联的多级变容干式真空泵，和消音器，其可以减小尺寸，在从低到高的宽的频率范围内，有效地降低由单个或多个多级变容干式真空泵的末端出口和中间释放出口排出的气体的噪音。本发明的第二个目的是提供一种干式真空泵装置，其包括具有过度压缩防止机构的多级罗茨干式真空泵，其布置在合理的位置，用于防止气体在泵内过度地压缩，以防止由于过载造成泵的转速过度地降低，由此缩短泵排出气体需要的时间。本发明的第三个目的是提供一种排气单元，其由少量的部件组成，制造费用低，可以减小尺寸，并能够降低噪音。本发明的第四个目的是提供一种消音器，其可以减小尺寸，并能够有效地在从低到高的宽的频率范围内减低噪音。本发明可提供一种干式真空泵装置，其尺寸小，包括多级罗茨干式真空泵，其具有一种简单的冷却机构，通过阻断从泵单元到电机的电机壳体的热量传递，用来冷却多级罗茨干式真空泵的电机，因此，电机的尺寸小，并且泵单元具有转子壳体，其由独立的部件组成，这些部件由专门设计的结构相互连接在一起，一致泵单元的尺寸小。为了达到上述第一个目的，本发明提供一种干式真空泵装置，其包括多级变容干式真空泵，其具有在最后一级内用于排出气体的末端出口，和在中间级内用于排放过度压缩的气体的中间释放出口，排出段止回阀与末端出口连接并具有出口，中间段止回阀与中间释放出口连接并具有出口，排气通道与排气段止回阀的出口和中间段止回阀的出口连接，和与排气通道连接的消音器，和通气至大气的末端排气通道连接的出口。排气段止回阀、中间段止回阀、排气通道和消音器优选的作为排气单元整体地连接。多级变容干式真空泵优选的包括五级干式真空泵，中间的释放出口与五级干式真空泵的第二级连接。消音器优选的包括复合消音器，其包括共振消音器和膨胀消音器，并且共振消音器相对气流通过消音器的方向布置在消音器的上游区域，膨胀消音器相对气流通过消音器的方向布置在消音器的下游区域。多级变容干式真空泵优选的包括单个多级变容干式真空泵或多个串联的多级变容干式真空泵。在上述干式真空泵装置中，排气段止回阀与多级变容干式真空泵的末端出口连接，中间段止回阀与多级变容干式真空泵的释放出口连接，排气通道与排气段止回阀的出口和中间段止回阀的出口连接，消音器与排气通道连接，并具有通气至大气的末端排气通道相连接的出口。因此，有可能到有效地抑制(降低)由末端出口排出的气体的噪音和由中间释放出口排出的过度压缩的气体的噪音。为了达到上述第二个目的，该发明提供另一种干式真空泵装置，其包括多级罗茨干式真空泵，其具有在最后一级内用于排放气体的末端出口，和在中间级内排放过度压缩气体的中间释放出口，排气段止回阀与末端出口连接并通气至大气中，中间段止回阀与中间的释放出口连接并通气至大气中。优选地，多级罗茨干式真空泵包括五级罗茨干式真空泵，其包括在五级内的转子腔，和各自地布置于转子腔内的转子，中间段止回阀在第二级与转子腔连通，布置在第一级转子腔内的转子具有的轴向宽度是布置在第二级转子腔内的转子的轴向宽度的两倍或更
多 ο
优选地，第二种干式真空泵装置还包括排气通道，其与排气段止回阀的出口和中间段止回阀的出口连接，以及与排气通道连接的消音器，其具有与通气至大气的最后的排气通道连接的出口。排气段止回阀、中间段止回阀、排气通道和消音器优选的作为排气单元整体地连接。优选地，多级罗茨干式真空泵包括增压泵和主泵，该增压泵具有与主泵的进口连接的末端出口，并且排气单元与主泵连接。上述干式真空泵装置中，多级罗茨干式真空泵在中间级内具有中间释放出口，用于排出过度压缩的气体，并且中间段止回阀与中间的释放出口连接并通气至大气。从而，防止干式真空泵过载时在低转速下运行，因此，可以降低排出压缩气体需要的时间。优选地，多级罗茨干式真空泵包括五级罗茨干式真空泵，中间段止回阀在第二级与转子腔连通，布置在第一级转子腔内的转子具有的轴向宽度是布置在第二级转子腔内的转子的轴向宽度的两倍或更多。中间段止回阀与中间释放出口连接，该释放出口与具有高压缩比的第二级转子腔连接，并通气至大气。因此，防止干式真空泵过载时在低转速下运行，因此，可以降低排出压缩气体需要的时间。排气段止回阀的出口和中间段止回阀的出口与排气通道连通，并且消音器与排气通道连接。消音器的出口与末端排气通道连接，该排气通道与通气至大气的排气口连接。因此，可以有效地抑制(降低)由末端出口排出的气体的噪音和由中间释放出口排出的过度压缩的气体的噪音。由于排气段止回阀、中间段止回阀、排气通道和消音器优选地作为排出单元整体地连接，干式真空泵的排出系统的部件的数目减少以缩小排出系统，因此，干式真空泵装置可以减小尺寸并经济地制造。为了达到上述第三个目的，本发明提供适合与多级真空泵连接的排气单元，其具有在最后一级内用于排出气体的末端出口，和在中间级内排出过度压缩气体的中间释放出口。排气单元包括适合与多级真空泵的末端出口连接的排气段止回阀、适合与多级真空泵的中间释放出口连接的中间段止回阀，和与排气段止回阀和中间段止回阀的下游连接的消音器。排气段止回阀、中间段止回阀和消音器整体地互相连接。由于排气段止回阀、中间段止回阀和在排气段止回阀和中间段止回阀的下游连接的消音器在排气单元内整体地互相连接，排气单元由少量的部件组成，可以减小尺寸，并可以经济地制造。简单地，当排气单元安装在多级真空泵上，使得末端出口与排气段止回阀连接，中间释放出口与中间段止回阀连接时，多级真空泵与排气段止回阀、中间释放出口和消音器连接。因此，它们可以容易地装配到干式真空泵装置中，如降低排气单元的尺寸和费用一样降低干式真空泵装置的尺寸和费用。为了达到上述第四个目的，本发明提供一种消音器，其包括布置在相对气流通过消音器的方向上游区域的共振消音器，和布置在相对气流通过消音器的方向下游区域的膨胀消音器。共振消音器和膨胀消音器整体地互相连接。本发明还提供一种消音器，其包括盖，和用厚板形成的消音器壳体，消音器壳体具有用作共振消音器的共振腔，用作膨胀消音器的膨胀腔，和气体通道，其限定在端面上并在端面上开口。共振腔通过共振口与气体通道连通，相对气流通过消音器壳体的方向，膨胀腔通过共振口节流喉部下游与气体通道连通。消音器壳体的端面由盖覆盖，由此共振消音器和膨胀消音器整体地互相连接。由于共振消音器相对气体流过消音器的方向布置在上游区域，膨胀消音器相对气体流过消音器的方向布置在下游区域，其中，共振消音器和膨胀消音器整体地互相连接，消音器能够在宽的频率范围内抑制(降低)噪音，并可以减小尺寸。复合消音器的消音器壳体可以具有用作共振消音器的共振腔，用作膨胀消音器的膨胀腔，和限定在其端面并在该端面开口的气体通道。共振腔通过在端面开口的共振口与气体通道连通，相对气流通过消音器壳体的方向，膨胀腔通过共振口节流阀喉部下游与气体通道连通。消音器壳体的端面由盖覆盖，由此共振消音器和膨胀消音器整体地互相连接。 在这种装置中，消音器能够在宽的频率范围内抑制(降低)噪音并可以减小尺寸。膨胀腔可以分成第一膨胀腔和第二膨胀腔。共振腔和第一个膨胀腔可以共享壁面，第一膨胀腔和第二膨胀腔可以共享壁面。这使得进一步减小消音器的尺寸成为可能。共振消音器相对气体流过消音器的方向布置在上游区域，膨胀消音器相对气体流过消音器的方向布置在下游区域。因此，该消音器能够在宽的频率范围内抑制从干式真空泵排出的气体的噪音，以保持带有干式真空泵和消音器的干式真空泵装置周围安静的环境。由于消音器可以减小尺寸，干式真空泵装置也可以减小尺寸。本发明还可以提供另一种干式真空泵装置，包括泵单元，其包括转子壳体、在转子壳体内转动支撑的一对转轴、固定安装在一对转轴上的多级中的两组转子、和限定在转子壳体内多级中的多个转子腔，转子组布置在转子腔内；电机单元，其包括用于转动转轴的电机，以将由在转子腔中的转子压缩的气体连续地输送通过转子腔；和法兰，其将电机单元和泵单元整体地连接，该法兰具有用于冷却剂在其内流通的冷却剂通道。在上述干式真空泵装置中，当冷却剂流过布置于连接电机单元和泵单元的法兰内的冷却剂通道时，从泵单元传递到电机壳体的热量被吸收，并通过冷却剂流过冷却剂通道阻碍热量向电机传递。因此，电机壳体不需要用于从泵单元消散热量的其它冷却方法。因此，该电机壳体的横向尺寸小于常规的在其内部限定冷却剂通道的电机壳体。本发明还可以提供另一种干式真空泵装置，包括泵单元，其包括转子壳体、在转子壳体内转动支撑的一对转轴、固定安装在一对转轴上的多级中的两组转子、和限定在转子壳体内多级中的多个转子腔，转子组布置在转子腔内，转子壳体具有多个气体通道；和用于转动转轴的电机单元，以将由在转子腔中的转子压缩的气体连续地输送通过转子腔和气体通道；转子壳体包括一对独立的部件，其具有互相抵靠的各自的接合面，并通过多个轴向间隔布置的螺栓连接在一起，在气体通道之外和气体通道之间的区域，螺栓穿过所述的独立的部件，接近限定气体通道的圆周位置。上述干式真空泵装置中，由于转子壳体的独立部件通过螺栓连接在一起，在气体通道之外和气体通道之间的区域，这些螺栓穿过独立部件，接近限定气体通道的圆周位置。 因此，螺栓穿过独立的部件的区域可以接近转子壳体的内圆周面。因此，可以减小转子壳体的横向尺寸，使得减小泵单元的尺寸成为可能。


图1是根据本发明的实施方式的干式真空泵装置的垂直剖面前视图；图2为沿图1中A-A线的剖视图；图3是转轴和多级罗茨真空泵的转子的前视图，其位于显示在图1中的干式真空泵装置中；图4是显示在图1中的干式真空泵装置的示意图，其中显示了气体流动；图5是图1中干式真空泵装置的排气单元的结构示意图；图6A是图1中干式真空泵装置的排气单元的结构俯视图；图6B是图1中干式真空泵装置的排气单元的结构前视图；图7A是图1中干式真空泵装置的排气单元的消音器的结构侧面剖面图；图7B是沿图7A中B-B线的剖视图；图8是另一种真空泵装置的垂直剖面图；图9是沿图8中C-C线的剖视图；图10为显示螺钉插入孔的位置的视图，该插入孔用于在多级罗茨干式真空泵的转子壳体内贯穿插入紧固螺栓，其位于图8显示的干式真空泵装置中，以及根据对比的例子的螺钉插入孔的位置；和图11是根据本发明的另一种实施方式的干式真空泵装置的示意图。
具体实施例方式本发明的优选实施方式将参照附图随后具体描述。图1是根据本发明的实施方式的干式真空泵装置的垂直剖面前视图，图2为沿图1中A-A线的剖视图。干式真空泵装置包括多级罗茨干式真空泵(以下简单地称为“干式真空泵”)10。干式真空泵10为五级干式真空泵，并在五级中具有多个罗茨转子12a、12b、12c、12d、12e,它们固定安装在两个转轴 11a、lib上，这两个转轴通过轴承20、21在转轴11a、lib相对的端部转动地支撑。转子12a、 12b、12c、12d、12e在下面还集体地称为“转子12”。具有限定在转子12自身之间以及在转子12和转子壳体14的内部圆周面之间的小间隙，转子12转动地容纳在转子壳体14中，以便当转轴IlaUlb围绕它们自身的轴线旋转时，围绕转轴IlaUlb彼此不接触地转动转子12。转子壳体14在其中限定转子腔13a、 13b、13c、13d、13e，它们容纳相应的转子对12a、12b、12c、12d、12e。通过干式真空泵10泵送的气体通过转子腔13a、13b、13e、13d、13e输送。转子腔13a、13b、13c、13d、13e在转子壳体 14内沿转轴IlaUlb串联布置。转子壳体14有被覆盖部件(未显示)覆盖的顶面。转子壳体14具有限定在它的顶面的进口 17，其在第一级与转子腔13a连通。转子壳体14还具有出口侧表面，其由固定到其上的第一侧壳体沈覆盖。轴承壳体23，在其中容纳轴承21， 远离转子壳体14固定到第一侧壳体沈的端面上。第一侧壳体沈具有限定在它的端面的末端出口 18;其面向转子壳体14，并且在最后一级与转子腔1 连通。末端出口 18通过排气单元止回阀和消音器将气体排放到大气，如随后所描述的那样。如图1所示，电机(例如，无刷直流电机)22远离转子壳体14布置在轴承20的一端。电机22具有固定到转轴11a、lib之一的端部的电机转子22a，和围绕电机转子2 布置的电机定子22b。电机22具有来自电力供应的变频电能，例如换流器装置或类似物(未显示)，包括干式真空泵10软启动方式的旋转速度受到控制。电机22容纳在电机壳体M内。如果电机22包括无刷直流电机，那么转子12由无刷直流电动机通过转轴IlaUlb在相反的方向上同时旋转。特别地，互相保持啮合的定时齿轮四远离电机22固定到旋转轴 IlaUlb相应的端部。定时齿轮四和轴承21容纳在轴承壳体23内。轴承20、21通过相应的轴承箱40、41容纳，它们分别容纳在电机壳体M和轴承壳体23内。在转子腔13a_13e的每一个中，限制在安装在转轴IlaUlb上的转子12和转子壳体14的内圆周表面之间的气体，由转子腔的进口端到出口端传输。转子壳体14包括双壁面壳体，其包括内部和外部圆周壁面，所述壁面在其间限定围绕相应的转子腔13a、13b、13c、 13d、13e的气体通道15a、15b、15c、15d、15e。转子腔13a的出口端通过气体通道15a与转子腔12b的进口端连通。同样地，转子壳体13b、13c、13d、13e的出口端通过相应的气体通道15b、15c、15d、15e与转子腔13c、13d、13e的进口端连通。因此，在转子腔13a内由转子 1 压缩的气体由转子腔13a的出口端通过气体通道1 输送到转子腔1 的进口端。因此，气体在转子腔13a_13e内连续地压缩，并通过气体通道Ife-Ke输送到末端出口 18。通常，在多级在罗茨干式真空泵中，首级内的转子腔的容积通过设计的真空泵的排气速度来确定。因此，如果真空泵设计用于高的排气速度，那么需要在首级增加转子腔的容积。另一方面，最后一级转子腔的容积需要降低，以便降低由在最后一级中的转子腔前后压力之间的压力差产生的热量(压缩热)，还减少抵抗压力差转动转子的电机的电力消耗。 然而，如果最后一级转子腔的容积减小，那么它不能顺畅地排出气体。由于在容积比和热量产生之间具有权衡关系，是否增加或降低容积比(压缩比)依据在真空泵设计中强调容积比和热量产生的哪一个而进行确定。在该实施方式中，第一级中的转子腔13a的轴向宽度是第二级中的转子腔13b的轴向宽度的两倍或更多。特别地，如图3所示，第一级中的转子1 轴向宽度Wa是第二级中的转子12b的轴向宽度Wb的两倍或更多(Wa > 2ffb)。在第三级中的转子12c的轴向宽度Wc、在第四级中的转子12d的轴向宽度W和在最后一级中的转子12e的轴向宽度We以描述的比率逐渐变小。转子腔13a_13e的轴向宽度大体上等于转子12a_12e的轴向宽度。此外，在该实施方式中，第一级中的转子12a的轴向宽度Wa设置为最后一级中的转子12e的轴向宽度We的九倍或更多(Wa ^ 9ffe)，以便对泵是有效的，即在泵中第一级中的转子腔13a的容积是最后一级中的转子腔1 的容积的九倍或更多。第一级中的转子12a 的轴向宽度Wa和最后一级中的转子12e的轴向宽度We的比等于第一级中的转子腔13a和最后一级中的转子腔13e的容积比。如果电机22包括无刷直流电机，那么当使得最后一级中的转子腔1 的容积尺寸小时，可以控制电机22的旋转速度来增加排气速度，以及减少电机22产生的热量和电机22 消耗的电能。换句话说，干式真空泵10可以达到和常规的使用普通电机的真空泵相同的排气速度，其具有更大的容积比(压缩比)并比常规的真空泵产生更少热量。用于转动两个转轴IlaUlb的用作电机22的无刷直流电机是高效的，其可以处理大的负荷变化，并可以在干式真空泵10驱动时产生大的压缩功率。轴承21接近干式真空泵10的末端出口 18布置。转轴IlaUlb通过轴承21和接近进口 17的轴承20转动地支撑。轴承21容置在轴承壳体23内，侧壳体沈布置在轴承壳体23和转子壳体14之间。0型环密封件(密封单元)，未显示，插入到轴承壳体23和侧壳体沈之间，由此密封在轴承壳体23和侧壳体沈之间的小间隙。另一 0型环密封件(密封单元)，未显示，还插入到侧壳体沈和转子壳体14之间，由此密封在侧壳体沈和转子壳体 14之间的小间隙。轴承20容纳在电机壳体24内。另一侧壳体30布置在电机壳体M和转子壳体14之间。0型环密封件(密封单元)，未显示，插入到侧壳体30和转子壳体14之间。另一 0型环密封件(密封单元)，未显示，也插入到侧壳体30和电机壳体M之间。按照以上已描述结构的干式真空泵，当驱动电机22转动转轴lla、llb，转子12a、 12b、12c、12d、Ue转动以压缩从进口 17吸入在转子腔13a、13b、13c、13d、13e内的气体。随着其逐渐压缩的气体通过气体通道Ife-Ke连续地输送到末端出口 18，压缩气体由此引入到与末端出口 18连接的排气单元50。排气单元50将气体排出到大气。排气单元50包括排气段止回阀(末端止回阀)51、中间段止回阀52和消音器53。排气段止回阀51通过气体通道M与末端出口 18连接。中间段止回阀52通过气体通道55与限定在转子壳体14 内并与第二气体通道1 连通的中间释放出口 19(图4)连接。中间释放出口 19用于从第二气体通道将气体释放到大气而减少干式真空泵10的能量损耗，该气体已压缩为比大气压力更高的压力级别。图4示意性地显示了干式真空泵10和干式真空泵装置的排气单元50，并且气体在其内部流动。如图4所示，当干式真空泵10运行时，吸入到进口 17内的气体流过气体通道和末端出口 18进入排气单元50，随即流过排气段止回阀(末端止回阀)51和消音器53并排出到大气。例如，如果当干式真空泵10运行时气体在干式真空泵10内过度压缩，那么气体从中间释放出口 19流入到排气单元50，所述释放出口连通在第二级与转子腔1 连通的气体通道15b。在排气单元50中，气体流过中间段止回阀(过度压缩防止止回阀)52进入到消音器53。如随后所描述的，排气段止回阀51、中间段止回阀52和消音器 53整体地布置在排气单元50内。因此，当排气单元50安装在干式真空泵10内时，排气段止回阀51、中间段止回阀52和该消音器53安装在干式真空泵10内。图5示意性地显示了排气单元50的结构。如上所述，干式真空泵10包括转子腔 13a、13b、13e、13d、13e。如图 1 所示，转子 12a、12b、12c、12d、12e 分别布置在转子腔 13a、 13b、13c、13d、13e内。气体在干式真空泵10的转子腔13a_13e内压缩，并由在最后一级与转子腔1 连通的末端出口 18排出，其流过位于排气单元50内的气体通道M进入到排气段止回阀51。排气段止回阀51流出的气体流过位于排气单元50内的排气通道进入消音器 53。在干式真空泵10内与第二转子腔1 连通的中间释放出口 19通过位于排气单元50 内的气体通道55与中间段止回阀52连通。当气体在干式真空泵50内过度压缩时，过度压缩的气体流过中间段止回阀52和排气通道56进入消音器53内。图6A显示了排气单元50的结构的俯视图，和图6B显示了排气单元50的结构的前视图。如图6A和图6B所示，排气单元50包括阀段50a和消音器段50b。阀段50a在其内部容置排气段止回阀51和中间段止回阀52。如图4和图5所示，排气段止回阀51具有通过气体通道M与末端出口 18连通的进口。中间段止回阀52具有通过气体通道55与中间释放出口 19连通的进口。排气段止回阀51和中间段止回阀52具有与排气通道56连通的相应的出口，该排气通道与限定在消音器段50b内的气体通道61连通。消音器段50b，其内容置消音器53，具有限定在其内的末端排气通道56a，该排气通道从消音器53的出口向下游延伸。末端排气通道56a与通气至大气的装置的排气口 58连接，如图4所示。流过排气段止回阀51和中间段止回阀52的气体流入消音器53。在噪音由消音器53降低之后，气体由排气单元50排出。图7A显示了消音器段50b内消音器53的结构的侧面剖面图，图7B是沿图7A中B-B线的剖视图。如图7A和7B所示，消音器53包括一种复合消音器，其包括整体地相互连接的共振消音器53-1和膨胀消音器53-2。壁面70插入在共振消音器53-1和膨胀消音器53-2之间。共振消音器53-1和膨胀消音器53_2与气体通道61连通，该气体通道与排气通道56连通。共振消音器53-1关于气体流过消音器53的方向布置在膨胀消音器53-2的上游。换句话说，共振消音器53-1关于气体流过消音器53 的方向布置在消音器段50b的上游区域，膨胀消音器53-2关于气体流过消音器53的方向布置在消音器段50b的下游区域。消音器53包括用厚板形成的消音器壳体60和盖69。消音器壳体60具有限定在其端面的、类似于槽的气体通道61，该气体通道在端面上向外开口并与排气通道56连通， 凹的共振腔62，其在端面上向外开口并用作共振消音器53-1，和凹的第一膨胀腔63以及凹的第二膨胀腔64，它们在端面上向外开口并用作膨胀消音器53-2。消音器壳体60还具有类似于凹槽的共振口 65，其在端面上向外开口并与带有气体通道61的共振腔62连通，类似于凹槽的第一节流喉部66，其在端面上向外开口并与带有气体通道61的膨胀腔63连通，第二节流喉部67，其与带有第二膨胀腔64的第一膨胀腔63连通，和第三节流喉部68，其与带有外部空间的第二膨胀腔64连通。限定气体通道61、共振腔62、第一膨胀腔63和第二膨胀腔64的消音器壳体60由盖69覆盖，其闭合气体通道61、共振腔62、第一膨胀腔63和第二膨胀腔64的开口侧。共振腔62和第一膨胀腔63分别通过共振口 65和第一节流喉部66与气体通道61连通。第一膨胀腔63和第二膨胀腔64通过第二节流喉部67相互连通。第二膨胀腔64通过该第三节流喉部68通气至大气。如上所述，消音器53包括一种复合消音器，其包括共振消音器53-1和膨胀消音器 53-2，它们容置在以厚板形成的消音器壳体60内，该壳体具有由盖69覆盖的开口。由于其由用厚板形成的消音器壳体60和盖69构成，消音器53具有扁平状和减小的尺寸。从阀段 50a内的排气通道56流入消音器段50b内的气体通道61的气体的噪音，用由共振口 65和共振腔62构成的共振消音器53-1的固有频率抑制(减小)共振。然后，气体流过第一节流喉部66进入第一膨胀腔63内，其中气体膨胀使其噪音抑制(减小)。然后，气体流过第二节流喉部67进入第二膨胀腔64内，其中气体膨胀使其噪音抑制(减小)。此后，气体流过第三节流喉部68流出消音器50进入大气，其中气体膨胀使其噪音抑制(减小)。共振消音器53-1在减小尺寸且不妨碍通过气体通道61气体的流动方面是有利的。然而，通过共振消音器53-1抑制的噪音的频率范围与膨胀消音器相比相对狭窄。另一方面，膨胀消音器53-2能够在宽的频率范围内抑制噪音。然而，由于可以通过膨胀消音器 53-2抑制的频率范围与它的长度成反比，如果要在较低的频率范围内抑制噪音，要增大膨胀消音器53-2的长度。根据该实施方式，可以用减小尺寸的共振消音器53-1来抑制低频率范围内的气体噪音，用长度与抑制的频率范围成反比的膨胀消音器53-2来在其余较高的频率范围内抑制气体的噪音。因此，共振消音器53-1和膨胀消音器53-2两者都可以减小尺寸，因此，使得减小消音器53的总尺寸并在宽的频率范围内抑制(降低)噪音成为可能。共振消音器53-1不妨碍流入气体通道61的气体的流动。即使复合消音器53位于排气单元50内气体通道的排放段内，由于共振消音器53-1位于气体通道61的上游部分， 可以最小化任何对排气单元50的气体排放能力的削弱。排气单元50的阀段50a和消音器段50b整体地互相连接，并作为干式真空泵装置的一个组件。因此，排气单元50不需要包括管道和配件的部件，否则它们需要将排气段止回阀51与干式真空泵10的末端出口 18连接，而管道和配件还需要将中间段止回阀52与中间释放出口 19连接，并且管道和配件再需要将消音器段50b内的气体通道61与阀段50a 内的排气通道56连接。因此，排气单元50由减少数量的部件构成，并可以经济地生产。如上所述，排气段止回阀51与干式真空泵10的末端出口 18连接，中间段止回阀 52与干式真空泵10的中间释放出口 19连接。排气段止回阀51的出口和中间段止回阀52 的出口与排出通道56连通，并且消音器53与排出通道56连接。末端排气通道56a从消音器53向下游延伸通气至大气。以这种结构，从末端出口 18排出的气体的噪音和从中间释放出口 19排出的过度压缩的气体的噪音可以有效地抑制(减小)。中间释放出口 19位于干式真空泵10的中间级，此处压缩比相对较高，并且中间段止回阀52与中间释放出口 19连接，用于将过度压缩的气体通气至大气。从而，防止干式真空泵10过载时以低的旋转速度运行，由此可以降低排出压缩气体需要的时间。在排气单元50中，阀段50a内的排气段止回阀51和中间段止回阀52整体地与消音器53连接，该消音器布置在排气段止回阀51和中间段止回阀52的下游。因此，排气单元50由减少数量的部件构成，并且尺寸小。共振消音器53-1相对气体流过消音器53的方向布置在消音器段50b的上游区域，膨胀消音器53-2相对气体流过消音器53的方向布置在消音器段50b的下游区域。共振消音器53-1和膨胀消音器53-2整体地互相连接。因此，消音器53能够在宽的频率范围内抑制(降低)噪音并可以减小尺寸。通过利用该消音器53作为与干式真空泵结合的消音器，包括消音器的排气单元可以减小尺寸，干式真空泵也可以减小尺寸，并能够在宽的频率范围内抑制噪音。图8是另一种干式真空泵装置的垂直剖面图，图9是沿图8中C-C线的剖视图。干式真空泵装置的那些显示在图8和9中的与图1至7中显示的干式真空泵装置中的相同或相应的那些部件由相同或相应的参考标记进行表示，并且以下不再赘述。该实施方式的干式真空泵装置包括多级罗茨干式真空泵(此后简单地称为“干式真空泵”)，其包括泵单元P和电机单元Mo干式真空泵的泵单元P包括五级泵，电机单元M 包括电机(例如，无刷直流电动机)22。在图8中，气体通道15a、15b、15c、15d限定在双壁面转子壳体14的外部和内部圆周壁面之间，以及在附图中省略的气体通道15e。省略的内容还在接下来描述的附图10中适用。依据该干式真空泵，电机单元M具有电机壳体M，其通过连接到泵单元P —侧的法兰31与泵单元P的侧壳体30连接。换句话说，电机单元M和泵单元P通过法兰31彼此连接。通过泵单元P内连续的转子12压缩的气体经过气体通道连续地输送到出口端。由于气体由转子12压缩，其产生压缩热，该压缩热通过泵单元P的转子壳体14、侧壳体 30和与电机单元M连接的法兰31传递到电机壳体24。压缩头还通过泵单元P的侧壳体沈传递到轴承壳体23。如上所述，由泵单元P过度压缩的气体产生的压缩热传递到电机单元M的电机壳体M。因此电机壳体M的温度升高，从而反过来影响容置在电机壳体M内的电机22的特性。在该实施方式中，为了防止电机22的特性受到热量的不利影响，冷却剂管道32嵌入法兰31中，提供冷却剂，例如冷却水，流过由冷却剂管道32提供的冷却剂通道，用于吸收并阻止热量从泵单元P的转子壳体14传递到电机单元M的电机壳体M。电机单元M的电机壳体M不需要任何其它用于消散由泵单元P传递来的热量的冷却方法。由电机壳体M本身产生的热量由电机壳体M自然地散发。不采用法兰31中嵌入的冷却剂管道32，冷却剂通道可能直接地限定在法兰31中。在此以前，已经广泛地习惯于在电机壳体M内嵌入流动冷却剂的冷却剂管道以阻止电机壳体M的温度由于从泵单元P到电机壳体M传递的热量造成的上升。因此，电机壳体M要求具有大的壁厚，其已成为试图降低电机壳体M的尺寸的障碍。依据该实施方式，冷却剂管道32嵌入法兰31内，其固定到泵单元P上时相对厚。随着冷却剂管道32 嵌入法兰31，无需为电机壳体M设置其它冷却装置，由此电机壳体M的壁厚可以减小从而减小电机单元M的尺寸和重量。如图9所示，泵单元P具有转子壳体14，其包括独立的上和下部件14-1、14-2，它们具有互相抵靠的结合面，并由多个螺栓34连接在一起。由仅显示了下部件14' -2的图 10中虚线所示，常规的转子壳体14'包括独立的部件14' -1,14' -2，它们比该实施方式中独立的部件14-1、14-2多出Ad的壁厚，它们由多个(在图10中每一侧4个)螺栓34穿过限定在独立的部件14' -1,14' -2中气体通道15a-15d的外部的圆周的区域上的螺栓插入孔互相固定。虽然独立部件14' -1未在图10中说明，螺栓34在独立的部件14' -1 上如同独立的部件14' -2上相同的位置限定的对应的螺栓插入孔内穿过。因此，常规的转子壳体14'中，独立部件14' -1,14' -2的壁厚比这个实施方式的独立的部件14-1、14-2 的壁厚多出△(!的壁厚。依据该实施方式，干式真空泵装置使其压缩功率降低，并且它的电机效率提高从而降低能量消耗。并入干式真空泵装置的干式真空泵为多级罗茨干式真空泵，其通过连续的级从真空向大气压缩，并排出压缩气体。干式真空泵在各个级通过降低压缩功率优化压缩比用于降低功率消耗。为了在各个级优化压缩比，干式真空泵设定旋转速度用于保持期望的排气速度，并最小化由此产生的机械损失。使用无刷直流电机来减少能量消耗是有效的。根据该实施方式，此外，电机效率通过改变电机铁心的材料和改善电机的绕组来提高。依据该实施方式，如上所述，优化干式真空泵的压缩比，并且降低由泵产生的热量。因此，改变布置螺栓34紧固独立的部件14-1、14-2到一起的位置成为可能，由此降低转子壳体14的壁厚。此外，干式真空泵使它的旋转速度设置为减小由于在干式真空泵的各个级中优化压缩比导致的机械损失。旋转速度这样设置以允许改变电机的铁心的材料并允许改善电机的绕组以提高电机效率。因此，由电机22产生的热量减少了，并且由电机22产生的热量可以仅通过嵌入到法兰31内的冷却剂管道32的冷却剂流消散。因此，如图10中实线所示，用于插入螺栓34的螺栓插入孔限定在独立部件14-1、 14-2上，在气体通道15a-15d以外的区域，在气体通道15a和1 之间、在气体通道1 和 15c之间、在气体通道15c和15d之间、远离气体通道1 的气体通道1 的一端，限定在接近气体通道15a-15d的圆周位置。螺栓34插入相应的螺栓插入孔，相互紧固独立部件14-1、 14-2。螺栓插入孔比图10中虚线表示的常规的转子壳体14'的那些孔更加靠近转子壳体14的内圆周面。因此，转子壳体14的独立的部件14-1、14-2可以在转子壳体14的横向减小壁厚，由此减小干式真空泵的横向尺寸进而减小干式真空泵装置的尺寸。泵单元P的轴承壳体23中容置轴承(例如，结合的径向止推滚珠轴承)21和定时齿轮四，由于机器损失，它们在干式真空泵装置运行时产生热量。为了降低由机器损失产生的热量造成的干式真空泵装置的温升，冷却剂管道33嵌入轴承壳体23内，用于冷却剂流过冷却剂管道33内的冷却剂通道。不采用轴承壳体23中嵌入的冷却剂管道33，冷却剂通道可以直接地限定在轴承法兰23中。如上所述，冷却剂管道32嵌入法兰31，通过该法兰电机单元M与泵单元P连接，当冷却剂流过冷却剂管道32，吸收并阻碍从泵单元P传递到电机壳体M的热量，以防热量由冷却剂管道32内的冷却剂流传递到电机22。由电机22产生的热量从电机壳体M自然地消散。因此，电机壳体M不需要任何其它冷却装置用于消散来自泵单元P的热量。电机壳体对的横向尺寸因此小于在其内部限定冷却剂通道的常规的电机壳体。因此，干式真空泵装置的电机单元M可以减小尺寸和重量。图11是根据本发明的另一种实施方式的干式真空泵装置的示意图。如图11所示，干式真空泵装置包括主泵单元MP，其包括多级罗茨干式真空泵10-2，和增压泵BP，其包括多级罗茨干式真空泵10-1。主泵MP具有连接到增压泵BP的末端出口 18的进口 17。主泵MP与排气单元50连接，其包括排气段止回阀51、中间段止回阀52和消音器53。主泵MP 包括末端出口 18，其与排气段止回阀51连接，并且中间释放出口 19与中间段止回阀52连接。在图示的实施方式中，消音器53包括复合消音器，其包括共振消音器53-1和膨胀消音器53-2。然而，消音器53可以为任何有效地抑制从中间释放出口 19排出的过度压缩的气体的噪音和从末端出口 18排出的气体的噪音的消音器。另外进一步地，中间释放出口 19和末端出口 18可以分别连接不同的消音器。干式真空泵装置的干式真空泵不限于罗茨变容干式真空泵，还可以为任何各种其它的干式真空泵。尽管对本发明的某些优选实施方式进行了详细表示和描述，可以理解的是，本领域技术人员可在这些实施方式中进行各种变化和修改，这些变化和修改均落在附加权利要求的范围内。
权利要求
1.一种干式真空泵装置，其包括多级变容干式真空泵，其具有在最后一级内用于排出气体的末端出口，和在中间级内用于排出过度压缩气体的中间释放出口 ；排气段止回阀，其与所述末端出口连接并具有出口 ；中间段止回阀，其与所述中间释放出口连接并具有出口 ；排气通道，其与所述排气段止回阀的出口和所述中间段止回阀的出口连接；和消音器，其与所述排气通道连接，并具有与通气至大气的末端排气通道连接的出口。
2.根据权利要求1所述的干式真空泵装置，其特征在于，所述排气段止回阀、所述中间段止回阀、所述排气通道和所述消音器作为排气单元整体地结合。
3.根据权利要求1所述的干式真空泵装置，其特征在于，所述多级变容干式真空泵包括五级干式真空泵，所述中间释放出口与所述五级干式真空泵的第二级连接。
4.根据权利要求1所述的干式真空泵装置，其特征在于，所述消音器包括复合消音器， 所述复合消音器包括共振消音器和膨胀消音器，其中，共振消音器相对气体流过消音器的方向布置在消音器的上游区域，而膨胀消音器相对气体流过消音器的方向布置在消音器的下游区域。
5.根据权利要求1所述的干式真空泵装置，其特征在于，所述多级变容干式真空泵包括单个多级变容干式真空泵或多个串联的多级变容干式真空泵。
6.一种干式真空泵装置，其包括多级罗茨干式真空泵，其具有在最后一级内用于排出气体的末端出口，和在中间级内用于排出过度压缩气体的中间释放出口；排气段止回阀，其与所述末端出口连接并通气至大气；和中间段止回阀，其与所述中间释放出口连接并通气至大气。
7.根据权利要求6所述的干式真空泵装置，其特征在于，所述多级罗茨干式真空泵包括五级罗茨干式真空泵，其包括在五级内的转子腔和分别布置在所述转子腔内的转子，所述中间段止回阀与第二级内的转子腔连通，并且 布置在第一级转子腔内的转子具有一轴向宽度，其是布置在第二级转子腔内的转子的轴向宽度的两倍或更多。
8.根据权利要求6所述的干式真空泵装置，其特征在于，所述干式真空泵装置还包括 排气通道，其与所述排气段止回阀的出口和所述中间段止回阀的出口连接；和消音器，其与排气通道连接，并具有与通气至大气的末端排气通道连接的出口。
9.根据权利要求8所述的干式真空泵装置，其特征在于，所述排气段止回阀、所述中间段止回阀、所述排气通道和所述消音器作为排气单元整体地结合。
10.根据权利要求9所述的干式真空泵装置，其特征在于，多级罗茨干式真空泵包括增压泵和主泵，增压泵具有与主泵的进口连接的末端出口，并且所述排气单元与主泵连接。
11.一种用于连接至多级真空泵的排气单元，其具有在最后一级内用于排出气体的末端出口，和在中间级内用于排出过度压缩气体的中间释放出口，所述排气单元包括排气段止回阀，其适于与所述多级真空泵的末端出口连接； 中间段止回阀，其适于与所述多级真空泵的中间释放出口连接；和消音器，其与所述排气段止回阀和所述中间段止回阀的下游连接， 其中，所述排气段止回阀、所述中间段止回阀和所述消音器整体地互相结合。
12.—种消音器，其包括共振消音器，其相对气体流过消音器的方向布置在上游区域；和膨胀消音器，其相对气体流过消音器的方向布置在下游区域， 其中，共振消音器和膨胀消音器整体地互相结合。
13.一种消音器，其包括 盖；和呈厚板形式的消音器壳体，消音器壳体具有用作共振消音器的共振腔、用作膨胀消音器的膨胀腔和限定在其端面并在所述端面开口的气体通道，其中，所述共振腔通过共振口与气体通道连通，膨胀腔相对气体流过消音器壳体的方向通过共振口下游的节流喉部与气体通道连通，和其中，所述消音器壳体的端面由所述盖覆盖，从而共振消音器和膨胀消音器整体地互相结合。
全文摘要
本发明涉及一种干式真空泵装置，其包括可以减小尺寸的消音器，以用于有效地在从低到高频率的宽频率范围内降低从干式真空泵的末端出口和中间释放出口排出气体的噪音。干式真空泵装置包括干式真空泵(10)，其具有末端出口(18)和中间释放出口(19)、连接至末端出口(18)并具有出口的排气段止回阀(51)、连接至中间释放出口(19)并具有出口的中间段止回阀(52)、以及连接至排气段止回阀(51)的出口和中间段止回阀(52)的出口的排气通道(56)、连接至排气通道(56)并具有出口的消音器(53)，所述消音器(53)的出口连接至通气至大气的末端排气通道(56a)。
文档编号F04C29/06GK102220981SQ20111013233
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月19日 优先权日2010年4月19日
发明者伊东一磨, 臼井克明 申请人:株式会社荏原制作所