改进的泵送装置以及所述泵送装置的控制方法 |
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| 申请号 | CN201380012783.9 | 申请日 | 2013-03-05 | 公开(公告)号 | CN104204518A | 公开(公告)日 | 2014-12-10 |
| 申请人 | 阿特利耶博世股份有限公司; | 发明人 | P·阿勒斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 泵 送装置(IP)，其至少包括：一个第一正 排量 机器(10)和一个第二正排量机器(20)，以及控 制模 块 (MC)，在所述装置中，借助于该第一正排量机器(10)和/或该第二正排量机器(20)将气体(G)从封闭体积(VE)排出。此外，该泵送装置(IP)包括受该 控制模块 (MC)控制的至少一个控制 阀 (VC)和用于在该第一正排量机器(10)的出口处感测压 力 的值的压力 传感器 (CP)和/或用于在该第一正排量机器(10)的出口处感测 温度 的值的温度传感器(TP)，从而控制气体(G)在该封闭体积(VE)和该泵送装置(IP)的该出口之间的流动。 | ||||||
| 权利要求 | 1.泵送装置(IP)，至少包括：一个第一正排量机器(10)和一个第二正排量机器(20)，以及控制模块(MC)，在所述泵送装置(IP)中，借助于该第一正排量机器(10)和/或该第二正排量机器(20)将气体从封闭体积(VE)排空， |
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| 说明书全文 | 改进的泵送装置以及所述泵送装置的控制方法技术领域[0001] 总体上，本发明涉及正排量机器(machine volumétrique)和包括这样的正排量机器的装置的领域。本发明尤其涉及用来接收可压缩流体(诸如，空气)且能够被用作泵送机器的正排量机器。 [0002] 具体地，但非排他地，本发明涉及至少包括一个第一正排量机器和一个第二正排量机器的泵送组或泵送装置的领域以及此类型的泵送装置的控制方法的领域。 背景技术[0005] 现在已知有不同类型的真空泵。在最为人熟知的和最常见的真空泵中尤其被提及的可以是叶片型泵(pompe à palettes)、液体环式泵(pompe à anneau liquide)、螺杆泵(pompe à vis)、螺旋泵(pompe à spirale)(或涡旋泵(pompe Scroll))以及凸轮泵(pompe à lobes)(或罗茨泵(pompe àRoots))。这些不同类型的真空泵中的每个具有某些优点(和缺点)，使得它们特别适合于用在特定应用中。因为不同类型的真空泵的特征是本领域技术人员众所周知的，所以我们似乎没有必要对不同的特性进行详细说明。 [0006] 为了改进真空泵的某些性能，长时间以来还已知的是，创建泵送组或泵送装置，特别是通过结合两种或更多种真空泵。这样的配置通常由被称为“初级”的泵构成，该初级泵被连接到必须被排空的腔室且该初级泵首先实现被称为“初级”的真空，因此具有约介于13 巴(10 毫巴)和1毫巴的范围内的压力。然后通过此初级泵创建的初级真空由被称为“次级”的泵接管，该次级泵与初级泵串联连接，该次级泵实现更强真空。在次级泵的出口处的-4 压力通常介于1毫巴和10 毫巴的范围内，即使更低的压力也是可能的。 [0007] 典型的包括两个泵的装置是罗茨泵与另一个泵(例如，螺杆泵)的组合。应理解，具有三个(或更多个)泵的配置同样是可能的，甚至具有并联连接的泵的装置或具有串联或并联连接的组合的装置也是可能的。 [0008] 除了所述泵以外，这样的泵送组通常包括一个或多个阀以及一个电子和/或机械控制模块，用于控制气体在系统的入口和出口之间的流动。常规泵送组中不同元件的安装和配合特征同样是真空技术领域中的技术人员的常识的一部分，使得在此似乎没必要进行详细描述。 [0009] 然而，所有被用作真空泵的正排量机器具有在其运行期间升温的特性。一方面，大部分真空泵的运行原理使得被泵送的气体在系统的入口和出口之间升温，这是由于被迫的体积减小和随后气体压力的增加。这种气体温度的增加是由物理定律直接导致的，且它不能被完全消除。另一方面，次级效应(诸如，泵中的旋转元件之间的摩擦)也导致同一个泵的温度增加。这种升温再次导致泵内的气体的温度增加。 [0010] 泵送组内的升高的温度是不期望的。它在正排量机器运行期间尤其可以导致严重问题，例如，由于被泵送的气体的化学和/或物理反应。某些气体显著地含有在升高的温度下会升华或凝结的元素，因此产生泵内的残余物。随着时间推移，这些残余物可以导致泵的堵塞或其他运行故障。另外，因为泵内的太高温度可以导致金属元件的大膨胀，所以泵内的太高温度对于泵的最佳效率是非常不利的。 [0011] 为了克服这些缺点，已经将不同的冷却方式实施在多种真空泵中。因此存在用空气冷却的泵，尤其在它们的外表面上具有肋状物或其他类似的元件，从而增加暴露于空气的表面上的空气且从而借助于环境空气促进泵的机械冷却。其他泵具有借助于液体(尤其是水或油)的冷却。例如，在润滑叶片型泵中，叶片在用油润滑的表面上滑动。此油在润滑接触表面从而实现更容易的滑动的同时进行对泵的冷却。 发明内容[0013] 因此，本发明的目的是在不使用复杂冷却系统的前提下提出对真空泵和/或泵送组中的升高的温度的此问题的解决方案。 [0014] 本发明旨在实现的另一个结果是一种其性能随时间被保持的泵送装置。 [0016] 更具体地，本发明涉及一种泵送装置，该泵送装置至少包括：一个正排量机器和一个第二正排量机器，以及一个控制模块，在所述泵送装置中，借助于第一正排量机器和/或第二正排量机器将气体从封闭体积排空，且其中泵送装置还包括至少一个控制阀，由该控制模块控制该控制阀，从而调节气体在该封闭体积和该泵送装置的出口之间的流动。 [0017] 本发明的主要优点是：所提出的泵送装置具有能够以精确方式控制待被泵送的气体在系统的入口和出口之间的流动的手段。以此方式，正排量机器之间的协作可以适于情况的具体需要，这使得对该系统的性能的控制非常容易。因此，还能够且容易地控制正排量机器的升温。 [0019] 参照概略地表示的附图，从阅读以非限制实施例方式给出的下面的描述，将更好地理解本发明： [0020] -图1：根据本发明的第一实施方案的泵送装置的方框图； [0021] -图2：示出单独用第一正排量机器排空的封闭体积中的泵送能力(也被称作“泵送速率”)的发展的示意图； [0022] -图3：示出对应于图2中的泵送能力的发展的第一正排量机器的温度的发展的示意图； [0023] -图4：示出单独用第二正排量机器排空的封闭体积中的泵送能力的发展的示意图； [0024] -图5：示出对应于图4中的泵送能力的发展的第二正排量机器的温度的发展的示意图； [0025] -图6：示出根据本发明的、同时用第一正排量机器和第二正排量机器排空的封闭体积中的泵送能力的发展的示意图； [0026] -图7：示出对应于图6中的泵送能力的发展的第一正排量机器和第二正排量机器的温度的发展的示意图； [0027] -图8：根据本发明的第二实施方案的泵送装置的方框图； [0028] -图9：根据本发明的第三实施方案的泵送装置的方框图；以及 [0029] -图10：根据本发明的第四实施方案的泵送装置的方框图。 具体实施方式[0030] 图1表示根据本发明的一个实施方案的泵送装置IP的方框图。在图1中，第一正排量机器以简化的方式由带有参考符号10的矩形表示，而第二正排量机器由带有参考符号20的另一个矩形表示。在图1中还以示意的方式示出封闭体积VE，借助于泵送装置IP排空封闭体积VE。此封闭体积VE可以对应于洁净室(即，这样一个室：为了创建和维持不同工业或研究应用所必需的环境条件而控制该室中的温度、湿度和/或压力)、生产封闭空间(例如在机器工具(machine-outil)中)或者必须以精确的方式控制其中的压力的任何其他体积。 [0031] 在根据本发明的泵送装置IP中，第一正排量机器10可以尤其是螺杆泵。螺杆泵主要包括两个平行的螺杆，这两个螺杆被反向旋转驱动。由于此旋转，可以在泵的入口和出口之间输送位于泵内部的气体。螺杆泵是干泵，因此在其中泵送气体的泵从不与可以导致玷污的润滑液体接触。由于此特征，螺杆泵可以被用在卫生程度要求高的应用(例如，食品工业中)。当然，可以通过任何其他合适类型的泵实现正排量机器10。 [0032] 此第一正排量机器10借助于导管(或压力线路)LP1被连接至封闭体积VE。此导管LP1可以尤其对应于金属或任何其他合适材料制成的常规管道。当然其他类型的管道或管LP1也是可行的。第一正排量机器10因此被布置且被配置成直接排空空气(或封闭体积VE内部的任何其他气体)且在其出口处将其排出，这通常是通过排气孔口实现的。 [0033] 另一个导管LP2被连接到第一正排量机器10的排气孔口。像将封闭体积VE连接到第一正排量机器10的导管LP1一样，导管LP2可以是常规管道，但是也可以以任何其他适当方式实现。导管LP2因此将接受到正排量机器10的出口的气体且然后经由第三导管LP3将它们引导向第二正排量机器20。 [0034] 经由导管LP3接收通过第一正排量机器10从封闭体积排空的气体流的第二正排量机器20可以尤其是叶片型泵。叶片型泵包括定子和具有滑动叶片的转子，滑动叶片相对于定子沿切线方向转动。在旋转期间，叶片保持与定子的壁接触。在一个区域中定子的壁覆盖有油浴，油浴同时确保泵的气密性和移动零件的润滑。因此，叶片型泵不是干泵，且泵送的气体可以与润滑剂接触。因此，这些泵通常不被用在具有升高的卫生学标准的应用中。另外，正排量机器20在此不必须是叶片型泵，且可以通过其他合适类型的泵实现。 [0035] 第二正排量机器20的出口(排气孔口)被连接到第四导管LP4，第四导管LP4用于将通过第二正排量机器20泵送的气体排空到泵送装置IP的出口。导管LP4也可以对应于金属或任何其他合适材料制成的常规管道。当然，其他类型的管道或管是可设想的，甚至其中不提供导管LP4且从正排量机器20离开的气体被直接导引向泵送装置IP的出口的方案也是可设想的。 [0036] 在根据本发明的泵送装置IP中，控制阀VC被连接在导管LP2和LP3之间，因此在第一正排量机器10和第二正排量机器20之间。此控制阀VC主要用于控制气体的流动且尤其用于防止泵送的气体在“向后的”方向——换言之，朝向正排量机器10——的流动。这样的控制阀是本领域已经已知的且它们的运行原理可以是尤其基于止回阀或单向阀。当然，如果任何其他类型的控制阀满足上述条件，则也可以使用它们。 [0037] 就控制阀VC而言，可以通过外部控制模块MC控制控制阀VC。控制模块MC是电子和/或机械设备，其能够控制控制阀VC的运行，从而控制气体在导管LP1和导管LP2之间且因此在封闭体积VE和泵送装置IP的出口之间的流动。为此，直接通向泵送装置IP的出口的第五导管LP5还被连接到控制阀VC。 [0038] 根据本发明的泵送装置IP，诸如图1中示出的，以下面的方式起作用：一启动第一正排量机器10，就从封闭体积VE泵送气体。图2以示意的方式表示单独用此第一正排量机器10排空的封闭体积VE中的泵送能力(它也被称为泵的“泵送速率”)的发展。 [0039] 可以容易地看到，泵送能力在第一运行范围内增加、在第二运行范围内降低且最后在取得一个压力限值之后维持恒定。同时，图3表示第一正排量机器10中的温度的发展，直接对应于诸如图2中所表示的第一正排量机器的泵送能力。当分析此图时，容易注意到，从压力限值开始正排量机器10的温度明显增加。如在介绍中已经提及的，温度的大的增加通常是不利的。 [0040] 图4也示出了封闭体积VE中的泵送能力的发展的示意图，但是在此真空是单独用第二正排量机器20排空的。通常，此第二正排量机器20示出相当恒定的发展。然而，第二正排量机器20中的温度以类似于正排量机器10中的温度的方式发展，即，示出超出压力限值范围的温度净增加。 [0041] 为了完全克服此问题，本发明提出借助于控制模块MC来调节控制阀VC，从而在第一过程和第二过程之间切换气体的流动，在该第一过程中单独通过第一正排量机器10泵送气体，而在该第二过程中，同时用第一正排量机器10和第二正排量机器20泵送气体。 [0042] 在第一种情况下，从封闭体积VE排空的气体经过导管LP1和第一正排量机器10，通过导管LP2到达控制阀VC处，且然后借助于导管LP5被直接导引向泵送装置IP的出口。与之相反，在第二种情况下，从封闭体积VE排空的气体首先经过导管LP1、第一正排量机器 10和第二导管LP2以到达控制阀VC，控制阀VC不将它导引向该出口，而是将它导引向第二正排量机器20。然后，通过第二正排量机器20泵送的气体借助于导管LP4离开泵送装置IP。 [0043] 通常地，以时间的方式控制此切换。例如，在第一运行阶段，泵送装置IP可以运行在如上文所描述的第一种情况下，即其中通过第一过程泵送气体。然后，在某一时间间隔之后，泵送装置IP可以运行在如上文所描述的第二种情况下，即其中通过第二过程泵送气体。 [0044] 可以以“静态”方式对第一过程和第二过程之间的切换进行编程。可能的是，例如在20或30秒的第一运行模式(过程VE->LP1->10->LP2->VC->LP5)的运行之后编程一切换。在此情况下，控制模块将对从泵送装置的启动起经过的时间计数且在已经达到预编程的时间之后给予控制阀指令，以改变气体通过的过程。 [0045] 然而，除了使用静态切换之外，还可能的是，在第一正排量机器10的出口处使用压力传感器CP且在第一正排量机器10的出口处检测到某一压力之后切换气体的流动。可以实践的方式为每个具体应用确定此压力限值且将其存储在控制模块MC中，从而该压力限值能够被用在对控制阀VC的调节中。 [0046] 图6和7以示意的方式示出当同时用第一正排量机器10和第二正排量机器20排空封闭体积VE时封闭体积VE中的泵送能力的发展，以及相应温度的发展。 [0047] 最后，图8示意性地示出本发明的第二实施方案。与在图1中表示的第一实施方案相比，本发明的此第二实施方案包括第三正排量机器30，该第三正排量机器被插入封闭体积VE和第一正排量机器10之间。为此，导管LP1被分成两部分，即，导管LP1’和LP1”。当然，用于互连的其他选项是完全可设想的。 [0048] 此第三正排量机器30通常可以是罗茨泵。其运行对应于以常规方式用在迄今已知的泵送装置中的“升压”泵的运行。当然，在不偏离本发明的精神的前提下，还可能使用另一类型的正排量机器或添加它们中的多个。 [0049] 图9和10分别示出本发明的第三实施方案和第四实施方案。本发明的这两个实施方案在一个重要点上不同于本发明的第一实施方案和本发明的第二实施方案，这将在下文中进一步解释。 [0050] 在图9中所表示的本发明的第三实施方案中，泵送装置IP也包括被用来排空封闭体积VE(尤其是洁净室、生产封闭空间或必须以精确的方式控制其中的压力的任何其他体积)的第一正排量机器10和第二正排量机器20。如关于本发明的第一实施方案(图1中所表示的)已经提及的，第一正排量机器10可以是干泵，例如螺杆泵，而且还可以是任何其他合适的正排量机器。就第二正排量机器20而论，它尤其可以是叶片型泵，而且当然还可能借助于其他合适的正排量机器实现此第二正排量机器20。 [0051] 导管或压力线路LP1(例如，常规管道)将此第一正排量机器10连接到封闭体积VE。第一正排量机器10的出口(在此情况下，通常是泵的排气孔口)在其一侧被连接到另一个导管LP2，导管LP2同样可以是常规管道，而且还可以是其他合适的导管。此第二导管LP2接受到正排量机器10的出口的气体且经由控制阀VC将它们引导向第二正排量机器20。为此，第三导管LP3还被提供以将控制阀VC连接到第二正排量机器20。 [0052] 如在根据本发明的第一实施方案或根据本发明的第二实施方案的泵送装置中一样，第二正排量机器20的出口被连接到第四导管LP4，第四导管LP4用于将通过第二正排量机器20泵送的气体排空到泵送装置的出口。同样，此导管LP4也可以对应于金属或任何其他合适材料制成的常规管道。自然地，其他类型的导管同样是可设想的，甚至其中不提供导管LP4且从正排量机器20离开的气体被直接导引向泵送装置IP的出口的方案也是可设想的。 [0053] 如已经提及的，控制阀VC被连接在第一正排量机器10和第二正排量机器20之间。另外，在本发明的此第三实施方案中，此控制阀VC的运行主要是控制气体的流动且尤其防止泵送的气体在“向后的”方向——即，朝向正排量机器10——的流动。为了控制此控制阀VC，根据本发明的此第三实施方案的泵送装置IP同样包括控制模块MC。此控制模块MC指引控制阀VC的运行，使得它可以调节气体在导管LP1和导管LP2之间且因此在封闭体积VE和泵送装置IP的出口之间的流动。为此，直接通向泵送装置IP的出口的第五导管LP5还可以被设置在控制阀VC的出口处。 [0054] 因此明了的是，根据本发明的此第三实施方案的泵送装置IP在其结构上大体上对应图1中所表示的根据本发明的第一实施方案的泵送装置IP。然而，根据此第三实施方案的泵送装置IP的运行显著不同于根据本发明的第一实施方案的泵送装置IP的运行。 [0055] 事实上，在图9中所表示的根据本发明的此第三实施方案的泵送装置IP的启动期间，控制阀VC是关闭的，换言之，它被布置成不允许气体在第一正排量机器10和第二正排量机器20之间通过导管LP3流动。此时，可以根据已知程序启动正排量机器10和正排量机器20。因此，由于正排量机器10被直接连接到封闭体积VE，可以借助于正排量机器10排空封闭在封闭体积VE中的气体。在此时间期间，所有这些被泵送的气体借助于导管LP5离开泵送装置IP。 [0056] 图2中所表示的图示出单独用第一正排量机器10排空的封闭体积VE中的泵送能力(或泵的“泵送速率”)的发展，且在图3中示出对应于图2的此第一正排量机器10的泵送能力的第一正排量机器10中的温度的发展的示意性表示。这两个图因此还对应于在关于本发明的第一实施方案描述的情况下所获得的数据。 [0057] 返回到这两个图，可以注意到，泵送能力在第一运行范围内增加，泵送能力在第二运行范围内降低，在已经取得压力限值之后泵送能力维持恒定。就图3和第一正排量机器10内的温度的发展而论，容易注意到从压力限值开始正排量机器10的温度明显增加。如在介绍中已经提及的，温度的大的增加通常是不利的。 [0058] 为了克服此温度问题，本发明的第三实施方案，同本发明的第一实施方案一样，也提出借助于控制模块MC来控制控制阀VC，以在第一过程和第二过程之间切换气体的流动，在该第一过程中，单独通过第一正排量机器10泵送气体，而在该第二过程中，同时通过第一正排量机器10和第二正排量机器20泵送气体。然而，在根据本发明的第三实施方案的泵送装置IP中实现此控制的方式不同于在根据本发明的第一实施方案的泵送装置IP中使用的方式。 [0059] 然而，代替压力传感器，根据本发明的第三实施方案的泵送装置IP使用被放置在第一正排量机器10的出口处的温度传感器TP。此温度传感器能够在第一正排量机器10的出口处测量气体的温度且将此热数据传输至控制模块MC，使得它能够控制控制阀VC。 [0060] 对控制阀VC的控制以下面的方式起作用：当在第一正排量机器10的出口处感测到的温度保持低于一个预定值时，控制阀VC保持在初始位置，换言之，导管LP3是关闭的，且来自封闭体积VE的被泵送的气体通过导管LP5释放。当然，可以以“动态”方式选择温度限值，换言之，可以根据泵送的气体选择温度限值，以确保第一正排量机器10的出口处的温度不超过一个临界值，该温度超过该临界值可以导致泵送的气体的化学和/或物理反应和在正排量机器10内产生残余物。尤其可以实践的方式为每种具体应用确定此温度限值且将其存储在控制模块MC中，从而该温度限值能够被用在对控制阀VC的控制中。 [0061] 必须注意的是，在泵送装置IP的此第一运行阶段期间，第二正排量机器20也在运行，即使它被连接到不含有待被泵送的气体的导管LP3(因为这时控制阀VC将此导管关闭)。因此，此第二正排量机器20倾向于升温。 [0062] 当借助于在第一正排量机器10的出口处的温度传感器TP检测到温度高于预定温度限值时，控制模块MC可以控制控制阀VC，使得它打开导管LP3用于从第一正排量机器10离开且经过导管LP2的气体通过。同时，导管LP5被关闭。从此时刻开始，同时通过第一正排量机器10和第二正排量机器20泵送气体。因此，此第二正排量机器20停止从空导管LP3泵送，从而其温度倾向于下降以获得最佳工作温度。 [0063] 当然，第二正排量机器20在这样的配置中易于过热，这由于通常期望使用具有减小至尽可能小的尺寸的“小”机器而更甚。为了防止此问题，此第二正排量机器20可以包括复杂程度或高或低的冷却机构。尤其可使用“常规”的空气冷却系统、水(或其他合适的液体)冷却系统或任何其他已知的系统。此冷却机构还可以是动态的，即，借助于温度传感器(独立于传感器TP)进行控制，以只要第二正排量机器的温度超过一个预定值就释放冷却剂。 [0064] 可以在图6和7中看到关于封闭体积VE中的泵送能力的发展的此控制的结果(其还对应于根据本发明的第一实施方案的泵送装置IP的行为)。 [0065] 为了完成此描述，必须提及的是，在图10中示出本发明的第四实施方案。相比于本发明的第三实施方案，本发明的此第四实施方案，如本发明的第二实施方案(参见图8)一样，还包括第三正排量机器30(通常是罗茨泵)，第三正排量机器30被插入封闭体积VE和第一正排量机器10之间。第三正排量机器30的运行对应于以常规方式用在迄今已知的泵送装置中的“升压”泵的运行。当然，在不偏离本发明的精神的前提下，还可能使用另一类型的正排量机器或添加它们中的多个。 [0066] 自然地，当实施本发明时，本发明易发生多种变化。尽管已经描述了一些实施方案，但应理解，不设想以穷举方式识别所有可能的实施方案。当然，设想在不偏离本发明的范围的前提下用等同手段替换所描述的手段。同样地，绝对有可能组合关于具体实施方案所描述的元件，从而创建本发明的新的实施方案。我们希望陈述的是，无疑可以组合本发明的不同的实施方案以创建其他合适的实施方案。尤其，容易地可行的是，实现同时包括两个第一实施方案的主要特征(即，压力传感器)与诸如本发明的第三实施方案和第四实施方案所提出的温度传感器的新的泵送装置。 |
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