真空泵系统和用于操作真空泵系统的方法
【专利摘要】本发明涉及包括真空泵(10)的真空泵系统，该真空泵具体为螺杆泵的形式。所述系统用于排空腔室(16)。当达到腔室(16)中的期望的设定压强时，可以以待机模式来操作所述真空泵系统。为此，出口导管(22)经由旁路导管(24)连接到入口导管(30)。在待机模式中，所述进口阀(18)被关闭而旁路阀(26)被打开，使得回路中的介质可以由真空泵(10)来输送。结果是，基本上以操作温度来维持所述真空泵。
【专利说明】
真空泵系统和用于操作真空泵系统的方法
技术领域
[0001]本发明涉及真空栗系统并且涉及用于操作真空栗系统的方法。
【背景技术】
[0002]真空栗和真空栗系统被频繁地用于在短时间内排空腔室。这通过使用干式压缩真空栗来实现，该干式压缩真空栗例如诸如螺杆栗、爪式栗或多级罗茨栗。也可以使用例如旋叶栗或旋转活塞栗的油密封真空栗。频繁地，多个栗彼此串联和/或并联布置，从而能够在短的时间周期内的栗送大容积的气体。
[0003]典型的应用是例如使用在涂层安装中的闸室。闸室必须在短的时间间隔中从大气压强向下栗送至传输压强。通常这在从20秒到120秒的周期内实现，以达到在0.1毫巴和10毫巴之间的传输压强。此后，可以关闭布置在闸室和真空栗系统之间的阀。阀被关闭一段闲置时间，该闲置时间大约是栗送(pump-down)时间的一到十倍。
[0004]另一典型应用涉及大处理腔室，例如用于金属的热处理或提纯。在该应用的实例中，典型栗送时间范围从2分钟到30分钟。在栗送时间后，处理腔室处于期望的低压强水平。然而，为了维持该压强水平，仍有必要维持相对小的气体量，从而小量气体仍被栗出。这是大约栗送时间的两到十倍的维持时间。
[0005]对于闸室和相应的大处理腔室二者而言，为了实现短的栗送时间，真空栗系统有必要具有很大的尺寸。然而，在闲置时间或在维持时间期间，不需要栗系统的大的抽气容量。这导致大功率输入并且因此导致高功耗。
[0006]例如，如果螺杆栗用于排空腔室(例如闸室或处理腔室)，存在一个问题，即在螺杆和壳体的转子单元之间提供有间隙，而该间隙并未用润滑剂密封，因为栗是干式压缩真空栗。这里，间隙宽度具体取决于转子温度。由于被输送的介质会时常地通过间隙回流，因此仅在达到操作温度并因此当间隙很小时，才能达到栗的最佳输出。一旦在处理腔室中达到设定压强，如果是如此期望的话，则将可以减小栗的旋转速度并且由此减小栗送能力，或甚至钝化栗。然而这是有利的，因为一旦处理腔室中的压强再次超过设定压强，则在实现完全栗送能力前，栗不得不首先达到操作温度。这将导致处理腔室中不可接受的压强波动。有必要的是真空栗在超过设定压强后立即可以被操作在完全栗送能力处，从而避免处理腔室中压强的不期望增加，以及处理腔室中过度的压强波动。当使用闸室时，栗必须优选地被维持在额定速度，因为否则其将在闲置时间的结束处必须被加速。这将延长栗送处理所需的时间。
[0007]由于未能对间隙密封，栗不得不被维持在操作温度以便确保最大输出量的问题仍存在于其他的干式压缩真空栗，例如爪式栗、罗茨栗和类似的。
[0008]已知不同的解决方案试图减小闲置时间和维持时间期间的栗和栗系统的能耗。
[0009]可以使用具有高固有体积比的真空栗。然而，技术上可实现的体积比受加工技术、结构付出和栗级的稳固性和紧密性的需求的限制。特别地，由此仅可以实现稍微减小能量输入。此外，需要这样的解决方案，其避免栗送期间的过压缩至高的内压缩。
[0010]进一步，初级栗与串联的罗茨栗的组合是已知的。利用该解决方案，可以实现整个组合栗的大体积比。然而，不利的是在例如约100毫巴并且更大的进气压强处，罗茨栗仅能向初级栗提供很少的支持。这个的原因在于否则将不得不在罗茨栗上安装很大的马达。结果是，仍需要很大的初级栗以便实现相应的栗送时间。这导致相应的高能耗。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是提供一种真空栗系统和用于操作真空栗系统的方法，其中，在不同的操作状态中，一方面可以确保真空栗或真空栗系统的高输出，具体是最大输出，并且另一方面，可以减小能耗。
[0012]根据利用权利要求1的真空栗系统和利用权利要求10的用于操作真空栗系统的方法的本发明来实现上述目的。
[0013]本发明的真空栗系统已经被具体地开发，以便甚至在待机模式中例如处理腔室的腔室中的所需压强已经被达到时，仍能将真空栗维持在操作温度和额定速度，并且以便一旦处理腔室中的压强超过设定压强时，能够此后立即再次以高的栗送能力来操作真空栗。相应地，本发明的真空栗系统被开发用于闸室中的待机模式，使得一方面可以在闸室中实现短的栗送时间，并且另一方面可以在闲置时间期间节省能量。这里，真空栗的额定转速被维持。为此，真空栗系统包括一个或多个真空栗，具体为干式压缩真空栗，例如螺杆栗。真空栗的进口与将要排空的腔室连接，该腔室例如处理腔室或闸室。真空栗的出口与出口导管连接。后者可以例如与备用栗连接。
[0014]优选地，在出口导管中布置机械止回阀。可以设计为控制阀的止回阀阻止输送的介质回流进真空栗的吸入腔。根据本发明，出口导管经由旁路导管与进口导管连接。旁路阀被布置在旁路导管中，该旁路阀与控制装置连接。由此当在处理腔室或闸室中达到设定压强时，可以打开旁路阀，以便保持真空栗对于使用来说一切就绪，而同时减小电流输入。在这方面，具体减小真空栗的出口压强，而真空栗的操作温度被至少基本上维持。
[0015]旁路导管优选地桥接至少一个真空栗。
[0016]在特别优选的实施方式中，可切换进口阀被布置在进口导管中，该进口导管与腔室和真空栗的进口连接，而阀也与控制装置连接。这具有这样的优势，即当打开旁路阀时，可以关闭进口阀，从而实现处理腔室或闸室的完全解藕。
[0017]如果处理腔室中的压强将要超过预定设置值，则可以关闭旁路阀并且打开进口阀，从而由于事实上真空栗基本上处于其额定速度，其可以以真空栗的高输出(具体为最佳输出)来再次立即输送。处理腔室中的压强波动将因此很低并且栗送时间将最佳地短。
[0018]同样地，可以不将进口阀完全地关闭，从而小的气流时常从处理腔室输送，而同时减小至少一个真空栗的输出。
[0019]因此，在用于排空闸室的真空栗系统中，可以针对下一次传送操作来再次打开进口阀，从而可以在所需栗送时间的框架内，以高的栗送体积来立即实现闸室的排空。
[0020]进一步，本发明的真空栗系统具有由此实现能量的显著节省的优势。这在待机模式中是特别有利的，在该待机模式中，进口阀(如果有的话)优选地被完全关闭而旁路阀优选地被完全打开。
[0021]进一步，本发明的真空栗系统具有这样的优势，S卩，当关闭旁路阀时，实现真空栗的进口侧和出口侧之间的压强补偿。由此，真空栗的出口部中的压强下降，从而真空栗在很短的时间内实现高的栗送能力。
[0022]本发明的真空栗系统总是具有可以由旁路桥接的至少一个真空栗。相应地，也可以提供可以由共同的旁路或多个旁路桥接的多个真空栗。进一步可以的是如果提供多个真空栗，仅一个或若干个真空栗通过共同的旁路和/或多个旁路来桥接。以下将参考提供的一个真空栗来描述本发明。
[0023]优选地，旁路导管与在进口阀和真空栗的进口之间的进口导管连接。也可以将旁路导管与真空栗的进口直接连接。
[0024]特别优选地是真空栗系统被气密封。具体地，在待机模式中，有利的是如果外部泄露尽可能的小。优选的是外部泄露小于10—4毫巴xl/s。如果在待机模式中发生更大的泄露，可以将旁路阀关闭一段短的时间，而同时保持进口阀关闭，从而介质通过止回阀的出口线路来释放。这里，如果必要，可以增加栗的旋转速度。此后，可以在待机模式中再次操作栗，其中进口阀被关闭而旁路阀被打开。通过控制装置可以实现相应的控制，该控制装置除了控制进口阀和旁路阀以外还控制真空栗。为了检测过量泄露流，可以测量例如旁路导管中的压强。还可以测量对真空栗的电流输入，因为相同的电流输入在压强的增加下会增加。
[0025]进一步优选的是所使用的真空栗本身就很紧密。必须将栗设计成使得即使在例如10毫巴到500毫巴的大幅减小的出口压强处，仅发生小的气体泄露。尤其是应该没有气体/空气从外部进入到栗。
[0026]进一步优选的是在待机模式中，真空栗的旋转速度在额定速度的100%和20%之间的范围内。
[0027]进一步，特别优选的是在止回阀和真空栗的出口之间的气体体积Vol22小于在进口阀和真空栗的进口之间的气体体积Vol14。具体地，旨在达到Vol22/Vol14的比值小于1.0、优选地小于0.2。由此，可以在打开旁路阀时，使真空栗的出口侧上的压强到达显著低的水平。通过这种方式，可以实现特别高的能量节省。具体通过以下可以实现相应的体积，即，如果必要的话，使用在出口侧上尽可能短的并且尤其具有小的横截面的导管，而使用在进口侧上具有更长并且具有更大横截面的导管。也可以在进口侧上提供缓冲容器以增加在进口侧上的体积Vo I14。
[0028]优选地，本发明的真空栗系统将以这样的方式来操作，即如果进口阀被关闭，则当在真空栗的进口处的压强P2超过预定的极限值时，旁路阀也将被关闭。由此，介质将通过止回阀24向出口栗出。
[0029]在根据本发明的真空栗系统的另一优选操作模式中，在进口阀处于闭合状态中时，当真空栗的功率或电流输入超过预定的极限值时，旁路阀被关闭。由此，也可以例如避免真空栗上的过载。
[0030]在其中在腔室和真空栗之间布置的连接导管中没有提供进口阀的真空栗系统的另一优选操作模式中，如果存在来自于腔室的小量气流，则当在真空栗的进口处的压强P2或在腔室中的压强pn下降到低于预定的极限值时，打开旁路阀。此后，当针对压强P2或另一极限值被超过时，再次关闭旁路阀。
[0031]进一步，如上所述，本发明涉及一种用于操作具有闸室的真空栗系统的方法。在这方面中，真空栗操作如上所述的待机模式中，从而尤其在进口阀完全关闭而旁路阀完全打开时，真空栗以减小的出口压强并且优选地以其额定速度来操作，借此其最佳地准备下一工作循环，而同时被维持在减小的功率输入处。优选地，本发明的方法有利地如上面参考真空栗系统所述地开发。
【附图说明】
[0032]下文是本发明参照示意图的详细解释。在附图中:
[0033]图1是本发明的第一优选实施方式的示意图，
[0034]图2是本发明的第二优选实施方式的示意图，
[0035]图3是本发明的第三优选实施方式的示意图，以及
[0036]图4是随时间流逝的压强发展的示图。
【具体实施方式】
[0037]图1中示出的真空栗包括螺杆栗10。真空栗的进口12经由进口导管14与腔室连接，该腔室例如闸室或处理腔室16。腔室16具有适于由阀17 (阀Vo)关闭的进口。进口阀18 (阀V1)，具体为可控进口阀布置在进口导管14中。
[0038]真空栗10的出口 20与出口导管22连接，出口导管22中布置有止回阀24。出口线路22可以立即与大气或具有预定系统压强的排气系统连接。该系统压强可以高于或低于大气压强。
[0039]进一步，出口导管22经由旁路导管30与进口导管14连接。旁路阀26(阀V2)具体地为电可切换旁路阀布置在旁路导管30中。进一步，提供控制装置28，其至少与进口阀18和旁路阀26连接以控制这些阀。此外，控制装置28可以与布置在处理腔室中的压力传感器连接。同样地，控制装置28可以用于控制真空栗10。
[0040]为了腔室16的排空，进口阀18被打开而旁路阀26被关闭。要输送的气体由真空栗10通过进口导管14吸入并且由止回阀24经由出口导管22排放。一旦在腔室中达到特定的设定压强，进口阀18由控制装置28关闭而旁路阀26同时被打开，或一定延迟后打开。在该待机模式中，进一步可以减小真空栗10的旋转速度，从而相对小的气体量由真空栗10通过旁路导管30来循环输送。由此，真空栗10可以被维持在完全操作，而能量输入是低的。
[0041]为了避免泄露，真空栗系统被气密封。如果在待机模式中少的泄露仍发生，则可能将旁路阀26关闭一段短的时间，以便经由止回阀24在待机模式中循环输送介质的一部分，可能以栗的增加的旋转速度来输送。此后，旁路阀26可以被再次打开，从而小的气体量可以再次循环输送。
[0042]在图2和图3中，类似的或相同的组件通过相同的参考编号来表示。
[0043]在图2所示的实施方式中，另一真空栗32(例如罗茨栗)被附加地布置在进口导管14中。旁路导管30与连接两个真空栗10、32的入口导管的一部分连接。此类的布置是有用的，例如如果腔室16是处理腔室，而进口阀18在待机模式中并未完全关闭，从而小量的气体也在待机模式中从处理腔室16栗出。
[0044]在图3中示出的实施方式中，另一真空栗34(例如罗茨栗)布置成与真空栗10串联。在该情形下，旁路导管30桥接两个真空栗10、32。利用该栗布置，尤其可以增加整个系统的栗能力。
[0045]图1中示出的真空栗系统的典型循环例如在图4中示出。
[0046]指定为Vo的阀17打开以填充闸室16。在该周期期间，示出为实线的压强pn在腔室16中增加到ρ_，即达到环境气压。同时，具有参考编号18的阀V1被关闭，从而压强?2在真空栗10的进口处普遍存在。相同的在图4中以虚线示出。当由参考编号16标识的被打开时，在图1中以点划线示出的栗进口处的压强P2以及在栗出口处的压强?1首先上升。在打开阀V1前，压强P2下降一段短的时间，因为由参考编号26所标识的阀V2在阀V1打开前不久被关闭。
[0047]在栗送周期期间(在该期间阀V1被打开，而阀VdPV2被关闭)，闸室16被排放至最小压强，其中，当阀乂工被关闭时，压强对应于闸室16中的压强??并且在真空栗10处的进口压强是最小的。由于表示为旁路阀26的阀V2关闭，环境压强在出口区域22中普遍存在。
[0048]在下一周期，即关闭阀化后不久的闲置周期或待机模式，阀V2被打开。由此，经由旁路导管30显著补偿导管14和22的相应区域中的压强。以虚线示出的压强?2在真空栗10的进口处因此稍微上升。同时，在出口 20、22的区域中普遍存在的压强P1(点划线)下降。由于根据本发明，压强下降口!旨在明显大于压强上升P2，体积Vol22必须相应地大于体积Vol14。在该闲置周期期间，这些压强被相应地维持。由于被关闭，进口 14中的压强改变对于闸室16中的压强没有影响。
[0049]在下一周期，即锁定周期，打开阀Vo，而阀化仍被关闭，并且周期重新开始。
【主权项】
1.一种真空栗系统，包括: 真空栗(10)，具体为干式压缩真空栗，例如螺杆栗， 止回阀(24)，其布置在与所述真空栗(10)的出口(20)连接的出口导管(22)中， 旁路导管(30)，其与出口导管(22)和进口导管(14)连接，所述旁路导管优选地桥接所述真空栗(10)， 可切换旁路阀(26)，其布置在旁路导管(30)中，以及 控制装置(28)，其与所述旁路阀(26)连接。2.根据权利要求1所述的真空栗系统，其特征在于，在待机模式中，所述控制装置(28)打开所述旁路阀(26)，以便维持所述真空栗(10)完全操作，而同时减小电流输入。3.根据权利要求1或2所述的真空栗系统，其特征在于布置在进口线路(14)中的可切换进口阀(18)。4.根据权利要求1-3的任意一项所述的真空栗系统，其特征在于，所述控制装置(28)与所述进口阀(14)连接，并且在所述待机模式中，所述控制阀(28)至少部分地、并且优选地全部关闭所述进口阀(18)。5.根据权利要求1-4的任意一项所述的真空栗系统，其特征在于，所述旁路导管(30)与所述进口阀(18)和所述真空栗(10)的进口(12)之间的进口导管(14)连接。6.根据权利要求1-5的任意一项所述的真空栗系统，其特征在于，所述旁路导管(30)与所述止回阀(24)和所述真空栗的出口(20)之间的所述出口导管(22)连接。7.根据权利要求1-6的任意一项所述的真空栗系统，其特征在于，所述待机模式中的所述旋转速度处于额定速度的20%到100%的范围中。8.根据权利要求1-7的任意一项所述的真空栗系统，其特征在于，所述真空栗系统是气密封的。9.根据权利要求1-8的任意一项所述的真空栗系统，其特征在于，至少一个另外的真空栗(32，34)布置成与所述真空栗(10)串联，所述另外一个真空栗优选地通过所述旁路导管(30)来桥接。10.根据权利要求9所述的真空栗系统，其特征在于，所述旁路导管(30)与所述真空栗(10)和另一真空栗(32)之间的连接导管连接。11.根据权利要求1到10的任意一项所述的真空栗系统，其特征在于，所述真空栗(10)的出口和所述止回阀(24)之间的气体体积Vol2^h于所述进口阀(14)和所述真空栗(10)的所述进口(12)之间的气体体积Vol14,体积比Vol22/Vol14优选地小于1.0，并且特别优选地小于 0.2。12.—种操作真空栗系统的方法，该真空栗系统具体为根据权利要求1到11的任意一项所述的真空栗系统，其中在待机模式中，所述控制装置(28)关闭所述进口阀(18)，具体为全部关闭，并且打开所述旁路阀(26)，具体为全部打开，从而所述真空栗以减小的出口压强以及优选地以额定速度来操作。13.根据权利要求12所述的方法，其中当在处理腔室(16)中达到设定压强时，则关闭所述进口阀(18)。14.根据权利要求12或13所述的方法，其中当所述处理腔室中的设定压强被超过时，所述进口阀(18)被打开。15.根据权利要求12到14的任意一项所述的方法，其中，在所述进口阀(18)被关闭时，当在所述真空栗(10)的所述进口(12)处的压强？2超过预定的极限值时，关闭所述旁路阀(26)。16.根据权利要求12到15的任意一项所述的方法，其中，在所述进口阀(18)被关闭时，当所述真空栗(10)的功率输入或电流输入超过预定极限值时，关闭所述旁路阀(26)。17.根据权利要求12到16的任意一项所述的方法，其中，如果没有提供进口阀(18)，当在所述真空栗(10)的进口处的压强?2或在所述腔室(16)中的压强??低于预定极限值时，如果少的气体从所述腔室(16)流出，则打开所述旁路阀(26)，并且当所述压强?2或压强pn的另一极限值被超过时，关闭所述旁路阀(26)。
【文档编号】F04C28/08GK105829723SQ201480062828
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年11月4日
【发明人】克里斯蒂安·拜尔, 托马斯·德赖费特, 罗兰·穆勒, 丹尼尔·施奈登巴赫, 马克思·百利金, 德克·席勒, 德克·施特拉特曼
【申请人】厄利孔莱博尔德真空有限责任公司