真空泵
阅读：281发布：2020-05-12
专利汇可以提供真空泵专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 真空 泵 ，特别是干式压缩泵，其包括 转子 (12)，转子(12)被设置在 泵壳 体(16)中以将输送介质从 真空泵 的入口(22)输送到出口(24)。控制装置能控制该真空泵的转子(12)的旋转速度。此外，用于测量输送介质的导热性的装置(28、42、44)和/或 温度 测量装置(26、46)被连接至该控制装置。，下面是真空泵专利的具体信息内容。
1.一种真空泵，特别是干式压缩泵，其包括：
转子，所述转子被设置在泵壳体中以将输送介质从入口输送至出口；
控制装置，所述控制装置用于控制所述转子的旋转速度；以及
被连接至所述控制装置的用于测量所述输送介质的导热性的装置和/或温度测量装置。
2.根据权利要求1所述的真空泵，其中所述温度测量装置被设置在所述转子中，并探测所述转子的温度。
3.根据权利要求1所述的真空泵，其中所述温度测量装置通过所述转子的热辐射来间接地测量所述转子的温度。
4.根据权利要求1所述的真空泵，其中所述温度测量装置特别是在所述出口侧上探测靠近所述转子的输送介质的温度。
5.根据权利要求1所述的真空泵，其中另一个温度测量装置被设置在所述泵壳体处，并探测所述泵壳体的温度。
6.根据权利要求1所述的真空泵，其中用于测量所述导热性的所述装置被设置在所述出口的区域中。
7.一种用于控制根据权利要求1所述的真空泵的旋转速度的方法，其中所述转子的旋转速度通过所述控制装置依据探测得的温度和/或探测得的导热性来改变。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述转子的所述旋转速度随着温度的升高而降低。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述转子的所述旋转速度随着温度下降而增加。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述转子的所述旋转速度随着导热性的增加而增加。
11.根据权利要求7所述的方法，其中所述转子的所述旋转速度随着导热性的下降而降低。
12.根据权利要求7所述的方法，其中附加地探测壳体温度，在控制所述旋转速度时考虑所述壳体温度。
真空泵
技术领域
背景技术
[0002] 真空泵具有泵壳体，该泵壳体具有泵室，转子元件以可旋转的方式被设置并被支承在该泵室中，转子元件由马达驱动。由于转子元件的旋转，待被泵送的介质从真空泵的抽吸侧被输送至压力侧。特别是在双轴泵的情况下，转子元件是两个螺旋轴或爪。除了其他原因之外，这些泵的性能受沿与输送方向相反的方向通过转子元件与泵室之间的间隙的被输送的介质的回流限制。为了使回流最小，分别在转子元件之间之间以及在转子元件与壳体之间提供窄的间隙，其中有必要意识到泵壳体的温度膨胀，特别是转子元件的温度膨胀。因此，当转子与壳体之间的温度差太小时，形成太大的间隙，并且回流较大地增加。仅当温度差最佳时，在转子元件与泵室之间形成最小的间隙。然而，如果温度差进一步增加，则可能发生转子元件接触部分泵室，这将导致对泵的损坏，或者甚至导致泵的破坏。转子和壳体的温度可能受转子元件的旋转速度影响。然而，旋转速度必须设计用于具有特定的导热性并且处于特定的工作点的特定气体，以便实现最佳泵送性能。一般来说，泵设计用于空气，即，特别是氮气。
[0003] 然而，还可能发生的是，被优化用于泵送空气的泵被提供用于泵送除空气之外的其他气体，特别是氦气、氢气、氩气、氪气或氙气。氦气和氢气具有高导热性，由此转子的热量可以被良好地排出。然而，这具有如下效果，即转子的温度低并且在转子元件与泵室之间形成大间隙，使得泵中的回流加剧。因此，对于具有高导热性的气体，泵送性能降低。与此相反，气体氩气、氪气或氙气具有较差的导热性。转子的热量不能够通过那些气体被很好地耗散，导致高转子温度。由于引起的转子元件的热膨胀，热间隙可以窄至临界程度，使得泵的操作安全性存在风险。
[0004] 对于具有高导热性的气体，可能使用载体气体，然而，由此泵的现有成本增加。对于具有低导热性的气体而言，通常需要操作者手动调节旋转速度，并因此调节泵送性能，以便防止对泵的损坏。为此，需要操作者尽可能准确地了解输送介质的成分，从而能够达到真空泵的最佳泵送性能。
[0005] 从DE102008034073中已知罗茨泵(Roots pump)，其包括在泵的可能的过热发生之前打开的阀。然而，这个泵也是设计用于空气的。虽然泵的性能针对氢气和氦气下降，可能发生的是，当氩气、氪气或氙气被输送时，无论阀装置如何，泵都过热，因为阀装置通过压力触发。然而，由于气体氩气、氪气或氙气具有比空气的导热性低的导热性，在达到设定压力之前可能已经发生泵的过热。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种真空泵，特别是干式压缩真空泵，当不同的气体或气体的混合物被输送时，通过该真空泵实现真空性能和操作安全性的改进。
[0008] 本发明的真空泵包括泵壳体，泵室设置在泵壳体中，本发明的真空泵，特别是干式压缩真空泵，其被构造为例如爪式泵、螺旋式泵或多级罗茨泵。转子元件被设置在泵室中，在罗茨泵的情况下，转子元件是罗茨活塞。转子元件被可旋转地支承。转子元件的旋转运动使得输送介质通过入口从真空泵的抽吸侧被抽到泵室中并通过出口从泵室被输送到压力侧。输送介质可以是空气，例如，即基本上是氮气，或者是诸如氦气、氢气、氪气、氩气或氙气的其他气体。还可能的是，输送介质由这些气体或其他气体或蒸汽的混合物组成。
[0009] 本发明的真空泵的转子元件由被连接至控制装置的马达驱动，该控制装置用于控制转子的转数。该控制可以通过合适频率的转换器或泵控制装置实现。
[0010] 根据本发明，真空泵包括用于测量输送介质的导热性的装置。例如，这可以是皮拉尼(Pirani)热导计，其测量通过在热丝与周围的冷壁之间的输送介质的热通量。因此，有可能直接确定输送介质的导热性，即使输送介质是未知的不同气体的混合物。产生的热量通过输送介质从泵室排出。如果输送介质具有非常高的导热性，则热量的排出是有效的，并且温度差降至设定值以下。例如，具有非常高的导热性的气体是氢气或氦气。然而，如果输送介质是具有很差的导热性的气体，或者如果输送介质的较大部分由这种气体组成，则在泵中积累的热量仅被非常弱地被排出，并且泵中的转子温度上升到设定值以上。如上所释，太低的转子温度降低了泵的输出，而太高的转子温度承受转子接触泵壳体并且在该过程中被损坏的风险。因此，根据本发明，用于测量导热性的装置被连接至用于控制转子的旋转速度的控制装置。当用于测量导热性的装置探测到导热性增加时，转子的旋转速度被调节以抵消输出的降低。当用于测量导热性的装置测量到减小的导热性时，控制装置调节转子的旋转速度，使得防止转子接触泵壳体或防止被损坏。
[0011] 在另一实施例中，用于测量导热性的装置被设置在出口区域中。由于导热性仅轻微地取决于温度，因此，变化的进气温度、变化的环境温度或冷却条件不会导致测量值的显著变化。因此，受控制的旋转速度以及受控制的抽吸能力也独立于外界条件。
[0012] 根据本发明，真空泵包括温度测量装置。除了用于测量导热性的装置之外，可以提供温度测量装置。通过两个装置的组合，真空泵的操作安全性可以进一步增加，因为两个装置的测量值可以进行组合或比较。然而，还可能仅提供用于测量导热性的装置或温度测量装置。
[0013] 通过温度测量装置和/或用于测量导热性的装置，有可能在操作期间调节真空泵以改变泵送状况，例如，输送介质的成分变化，该调节特别地以自动方式进行。
[0014] 如本发明所提供的，通过探测温度，不确定的输送介质的输送性质可以被确定，以及输送介质进入真空泵的变化温度可以被确定。而且，也考虑到由在转子元件上的隔离灰尘层引起的通过输送介质从转子排出的热量减少。因此，所有相关参数作为整体考虑，产生一种容错型方案，该容错型方案提供增强的操作安全性，并且总是提供最佳泵送性能。
[0015] 温度测量装置优选地探测转子的温度。在泵中产生并且加热转子的热量倾向于通过输送介质排出。如果输送介质整体上或在大致的程度上是例如氦气或氢气的具有很高的导热性的气体，则转子的热量可以被很好地排出。结果，转子的温度下降，这通过温度测量装置探测。然而，如果输送介质整体上或在大致的程度上是具有较差的导热性的气体，则转子的热能积聚，并且转子的温度上升。温度测量装置被连接至用于控制转子的旋转速度的控制装置。转子的旋转速度依据探测到的温度调节。
[0016] 可选地，与额定旋转速度的偏差可以通过光或电子的形式传送至泵用户或泵控制装置。
[0017] 根据本发明的真空泵可以实施不同的泵送原理，根据本发明的真空泵特别被设计为干式压缩真空泵。在特别优选的实施例中，具有双轴泵，诸如罗茨泵、爪式泵、螺旋式泵或多级罗茨泵。类似地，也可以有涡旋泵、活塞泵、涡轮分子泵以及径向涡轮鼓风机。还可设想使用多入口涡轮分子泵。
[0018] 为了转子温度的测量，温度测量装置具体地与数据传输单元一起被设置在转子中，该数据传输单元通过例如遥测滑环、无线电发射或RFID传输数据。由此，有可能在转子处直接确定温度。
[0019] 作为替换，温度测量装置可以通过转子的热辐射间接地测量转子温度。为此，温度测量装置被设置在转子附近或被设置在转子的可视范围内，使得转子的热辐射可以具体地通过高温计探测。在两种情况下，即，在转子中设置温度测量装置，以及使用热辐射的间接温度测量，执行转子温度的直接确定。因此，转子上的隔离的灰尘层可以被考虑到。
[0020] 在可替换的实施例中，温度测量装置测量输送介质的温度，特别是测量靠近转子的输送介质的温度。因此，有可能以简单的方式探测转子温度的增加。在这点上，优选将温度测量装置设置在出口侧。
[0021] 优选地，真空泵在泵壳体处具有另外的温度测量装置，该温度测量装置探测泵壳体的温度。还优选通过温度测量装置探测冷却水温度。因此，壳体的热膨胀可以依据输送的介质进行考虑，并且，除了之前的实施例之外，壳体的热膨胀可以通过由控制装置实现的旋转速度的调节来补偿。
[0022] 此外，有可能提供用于测量导热性的多于一个的装置和/或一个温度测量装置。
[0023] 如果真空泵是具有另外的入口的多入口泵，则有可能在第二或另外的入口区域中提供具体是另外的温度测量装置，以便确定进气温度。如果多入口泵具有多于两个的入口，则温度测量装置可以设置在每个入口处或仅设置在单独的入口处。
[0024] 用于测量导热性的所有装置和所有温度测量装置被连接至控制装置，使得转子的旋转速度依据探测得的数据调节，使得通过泵实现可能最大的输出，同时保持操作安全性。
[0025] 本发明还涉及用于控制真空泵的旋转速度的方法，其中控制装置依据探测的温度和/或探测的导热性改变转子的旋转速度。
[0026] 具体地，当转子和/或输送介质的温度上升时，转子的旋转速度降低。转子温度和/或输送介质温度的上升是由输送介质的导热性降低引起的。为了防止真空泵过热，转子的旋转速度通过控制装置降低。由此，引入的热通量(热量/时间)减小，并且温度被控制回到设定值。当输送氢气或氦气时，转子和输送介质的温度通过氦气和氢气的改进的导热性降低。由此，发生较大的回流。为了对付这种增加的回流，转子的旋转速度被增大，而不引起热通量增加，影响或损坏真空泵。
[0027] 因此，当输送例如氦气和氢气的气体时，在导热性增加时，具体地提供增加转子的旋转速度。在相反的情况下，当输送减小的导热性的介质时，例如在气体氩气、氪气或氙气的情况下，降低转子的旋转速度。附图说明
[0028] 下面是参考优选实施例以及附图对本发明的详细描述。
[0029] 在附图中:
[0030] 图1是罗茨泵的示意性剖视图，以及
[0031] 图2是多入口涡轮分子泵的示意性剖视图。
具体实施方式
[0032] 类似的或相同的部件用相同的附图标记表示。
[0033] 根据本发明的罗茨泵包括被设置在泵室10中的两个罗茨活塞12。罗茨活塞12绕垂直于附图平面延伸的旋转轴14旋转。罗茨活塞12被设置在壳体16中。罗茨活塞12沿箭头18的方向通过入口22从抽吸侧20朝向通过出口24的压力侧30输送输送介质。罗茨活塞12沿箭头15的方向以确定的旋转速度旋转。
[0034] 当输送介质被罗茨活塞12泵送时，罗茨活塞加热。由于热膨胀，在罗茨活塞12与壳体16之间或在罗茨活塞本身之间的间隙变小，使得在设定温度下优选存在小间隙。如果温度差太小，则间隙是大的，并且沿与箭头18相反的方向的输送介质的回流增加。另一方面，+如果罗茨活塞12的温度太高，则罗茨活塞12可能相互接触，或者接触壳体16。这引起对泵的损坏，或者甚至导致泵的破坏。
[0035] 罗茨活塞12设有温度传感器26，温度传感器26直接测量罗茨活塞12的温度。探测得的温度经由使用遥测、无线电发射或RFID的传输装置(未示出)传输。由此，温度传感器26被链接至泵的马达控制装置，用于控制旋转速度。
[0036] 用于测量导热性的装置28也被设置在邻近出口24的泵室10中，装置28例如被构造为皮拉尼计。流入的输送介质通过罗茨活塞12被朝向出口24输送，并流过皮拉尼计28。皮拉尼计28确定输送介质的导热性。皮拉尼计28与泵控制装置连接，用于依据确定的导热性控制罗茨活塞12的旋转速度。
[0037] 此外，用于测量壳体温度的传感器29能被设置在泵壳体16上。能在依据由传感器28测量的导热性执行的旋转速度控制中考虑壳体温度。
[0038] 在另一实施例中(图2)，真空泵被构造为多入口涡轮分子泵。真空泵具有由马达32驱动的旋转轴14。为此，旋转轴14由轴承装置34可旋转地支承。在涡轮分子泵中，转子元件12被设计为叶片，该叶片啮合到定子元件36中并被设置在泵室10中。转子元件12与定子元件36一起通过入口22从抽吸侧20将输送介质输送到压力侧30上的出口24。此外，多入口涡轮分子泵具有另一个入口38。
[0039] 在入口22的区域中，可以提供温度传感器40以探测进气温度。
[0040] 由于输送介质也通过第二入口38到达泵室10，然后输送介质通过定子元件36和转子元件12被输送至出口24，优选在第二入口38的区域中提供用于确定温度的另一个传感器44。
[0041] 此外，温度传感器46靠近转子12被设置在出口24的区域中，通过用温度传感器46测量已经流过泵的输送介质的温度来间接地确定转子的温度。除了或替代温度传感器
46，用于测量导热性的装置可以以与图1中所示的实施例类似的方式被设置在出口24的区域中。
46，用于测量导热性的装置可以以与图1中所示的实施例类似的方式被设置在出口24的区域中。
[0042] 所有传感器或测量装置被连接至泵控制装置(未示出)，并使马达被控制，使得转子的旋转速度依据获取的数据被调节为各自的泵送情形，其中在泵控制装置中传感器或测量装置被评估。
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