螺杆泵
专利汇可以提供螺杆泵专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种具有安装在壳体中的 定子 和至少一个 转子 的 泵 。所述壳体包括沿所述转子周围延伸的第一 流体 通道，所述转子包括至少一条第二流体通道。第一 传感器 配置成输出指示着所述定子 温度 的 信号 ，第二传感器配置成输出指示着所述转子温度的信号。根据所述传感器输出的信号大小控制所述通道中流体的温度。，下面是螺杆泵专利的具体信息内容。
1.一种泵，包括：
定子；
安装在壳体中的至少一个转子，所述壳体包括沿所述转子周围延 伸的第一流体通道，所述转子包括至少一条第二流体通道；
第一传感器，配置成输出指示着所述定子温度的信号；
第二传感器，配置成输出指示着所述转子温度的信号；
热控制装置，用于在所述通道中存在流体时根据传感器输出的信 号大小控制该流体的温度。
2.根据权利要求1所述的泵，其特征在于：所述第一温度传感 器位于所述定子上。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的泵，其特征在于：所述 第二传感器位于齿轮箱中。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的泵，其特征在于：所述 第二温度传感器位于所述壳体中，使用的时候与所述转子的排气部分 中的处理气体流体接触。
5.根据任一项前述权利要求所述的泵，其特征在于：所述热控 制装置包括：
第一控制装置，其用于控制第一流体通道中的流体温度；
第二控制装置，其用于控制所述至少一条第二流体通道中的流体 温度。
6.根据权利要求5所述的泵，其特征在于：所述第一控制装置 包括：
至少一个流量泵；
至少一个控制阀；和
至少一个热交换器。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的泵，其特征在于：所述 第一控制装置安排成根据第一传感器输出的信号大小去控制第一流 体通道中的流体温度。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的泵，其特征在于：所述 第二控制装置包括：
至少一个流量泵；
至少一个控制阀；和
至少一个热交换器。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的泵，其特征在于：所述 第二控制装置安排成根据至少所述第二传感器的输出信号大小去控 制所述至少一条第二流体通道中的流体温度。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的泵，其特征在于：所述 第二传感器安排成根据所述第二传感器和额外传感器输出的信号大 小去控制所述至少一条第二流体通道中的流体温度，所述额外传感器 配置为输出指示着所述定子温度的信号。
11.根据权利要求5至9中任一项所述的泵，其特征在于：所述 第二控制装置安排成根据所述第一和第二传感器输出的信号大小去 控制所述至少一条第二流体通道中的流体温度。
12.根据权利要求5至11中任一项所述的泵，其特征在于：包 括微处理器，其用于控制所述第一和第二控制装置中的至少一个。
13.根据权利要求5至12中任一项所述的泵，其特征在于：包 括微处理器，其用于控制所述第一和第二控制装置。
14.根据权利要求12或权利要求13中所述的泵，其特征在于： 包括第三传感器，配置成输出信号给所述微处理器，所述信号指示着 所述泵的压力和能量消耗中的一个，其中微处理器安排成根据所述信 号的大小控制至少所述第二控制装置。
15.根据从属于权利要求8的权利要求9到12中任一项所述的 泵，其特征在于：第二控制装置的所述至少一个控制阀包括机械式温 度差动器。
16.根据权利要求15所述的泵，其特征在于：所述机械阀包括：
第三流体通道，其与所述的至少一条第二流体通道热连通；
流量限制器，其可在所述第三流体通道中移动，以控制流过的流 体流量；和
两个信号接收器，用于分别从所述第一和第二传感器接收信号， 并根据从所述第一和第二传感器接收的信号大小控制所述流量控制 器在所述第三通道中的位置。
17.根据权利要求16所述的泵，其特征在于：每个信号接收器 包括密封部件，工作的时候，所述每个部件随接收到的信号大小而缩 胀，从而控制所述限制器在第三流体通道中的相关位置。
18.根据权利要求17所述的泵，其特征在于：每个信号接收器 包括可膨胀的波纹管。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的泵，其特征在于：所 述流量限制器包括：
心轴；和
阀座，工作的时候，所述心轴和所述阀座相配合工作以打开和关 闭孔口，从而控制流过其中的流体流量。
20.根据前述任一项权利要求所述的泵，其特征在于：所述泵是 螺杆泵，爪式泵和罗茨泵中的一种。
21.根据前述任一项权利要求所述的泵，其特征在于：所述壳体 包括内壳和外壳，所述内壳形成了第一空腔，所述转子安装在其中， 所述壳体的内壳和外壳之间形成了所述第一流体通道，所述通道沿着 所述转子的长度方向延伸并环绕所述转子。
22.根据权利要求21所述的泵，其特征在于：使用的时候，所 述壳体的内壳提供了所述定子。
23.一种双端泵，包括：
至少一个转子，其具有一个入口部分和两个排气部分；
定子；和
壳体，其包括内壳和外壳，所述内壳形成了第一空腔，所述转子 安装于其中，和所述壳体的内壳和外壳之间形成的第二空腔，使用的 时候，流体通过该空腔流动，其中所述第二空腔沿着所述转子的长度 方向延伸并环绕所述转子。
24.一种阀，包括：
流体通道；
流量限制器，其可在所述流体通道中移动，以控制流过的流体流 量；和
两个信号接收器，用于分别接收信号和根据接收到的信号大小控 制所述流量限制器在所述通道中的位置。
25.一种松开由于物质沉淀物的出现而卡住的泵转子的方法，该 沉淀物是在冷却的时候形成在泵的内部工作表面上的，所述方法包括 以下步骤：
将热流体引入到在所述泵的外壳中的空腔中，所述空腔环绕着转 子部件；
将在所述空腔中的热流体加热到一个预定的温度，该温度足以令 所述沉淀物软化；和
对泵的转子施加转矩以克服由泵的内部工作表面上的沉积物而 引起的任何存在的阻力。
26.一种控制权利要求1至22中任一项所述的泵中的转子和定 子之间的间隙的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)利用传感器的输出信号记录每个转子和定子的温度；
(b)计算定子和转子之间的温度差；
(c)将该温度差与一预定值相比较；
(d)决定第一和第二流体通道中的流体的适当流量和温度的 值，以获得预定的温度差；和
(e)控制热控制装置以实现步骤(d)中的值
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：所述方法步骤 在预定的时间间隔自动重复，以随时间控制泵的结构中的扰动。
28.根据权利要求26或27所述的方法，其特征在于：所述预定 的温度差在预定的时间间隔修改以改变部件间的间隙，从而将积聚的 沉积物从泵的部件的表面上除去。
29.一种计算机程序，当安装在计算机上时，使计算机执行如权 利要求26、27、或28所述的方法。
30.一种计算机可读载体介质，其载有如权利要求29所述的计 算机程序。
31.根据权利要求30所述的计算机可读载体介质，其特征在于： 所述介质从软盘，光盘，迷你盘或数字磁带中选择。
技术领域
本发明涉及真空泵领域。具体是具有螺杆类型结构的真空泵的热 控制。
技术背景
一般螺杆泵包括有二个平行的相互隔开的转轴，每根转轴都带有 具有外螺纹的转子，所述转轴安装在泵体中从而转子的螺纹相互啮 合。在啮合点处的转子螺纹之间的紧公差与当作定子的泵体的内表面 一起，使在入口和出口之间抽吸的气体量限制在转子的螺纹和所述内 表面之间，从而随着转子转动而迫使该气体通过泵。
现有技术的螺杆泵在机器(泵)的部分周围使用水冷外套以散去 因压缩而产生的热。但是，由于在低温的时候，在入口处并没有因压 缩而产生的热需要散去，所以所述机器的入口并没有冷却系统。当压 力升高的时候，由流过入口的增加了的气体将多余的热量从该入口散 去。当泵设置在较冷的环境下，在泵的入口内的表面温度可以显著地 降低和形成冷部位，从而从抽气室来的气态废弃产品在这些较冷区域 凝聚为液体积聚物。这些积聚物可能是由高腐蚀酸性物或碱性液体组 成，可以引起泵部件的损坏，从而缩短设备的寿命。
己知双端螺杆泵中一个入口供应两个出口，并且转子以共线的形 式安装。在这种泵中其入口部分和出口部分之间的温度差异更为显 著，从而壳体部件中孔的同心度变得重要。如果壳体部件偏离了准 线，由于已经很小的公差减少得更小或没有了，转子很可能会与定子 发生碰撞。
螺杆泵正越来越多的在更广泛的应用中使用。例如在制药过程领 域中同一个的泵可能需要实现许多种不同的用途。同时泵的结构可能 是针对一个具体应用而设计的，当该应用改变了，设想的环境就不再 存在，泵就不能在最高/优化的效率下运作。
发明内容
根据本发明的一个特征，提供了一种泵，包括：
定子；
安装在壳体中的至少一个转子，所述壳体包括在转子周围延伸的 第一流体通道，所述转子包括至少一条第二流体通道；
第一传感器，配置成输出指示着所述定子温度的信号；
第二传感器，配置成输出指示着所述转子温度的信号；和
热控制装置，用于在所述通道中存在流体时根据传感器输出的信 号大小控制该流体的温度。
第一温度传感器可以设置在定子上，而第二温度传感器可以设置 在排气压力区或壳体内的转子的排气部分的与处理气体发生流体交 换处，或者设置在泵的齿轮箱中。
所述热控制机构可以包括第一和第二控制机构，用于分别控制在 第一和第二通道中的任何流体的温度。任一个热控制机构包括至少一 个变速流量泵，一个恒温控制阀和一个热交换器。它们可以设置成依 据一个或多个传感器的输出大小去控制相应通道中流体的温度。热控 制机构可以包括微处理器或由微处理器控制。
其中一个恒温控制阀可以包括机械式的温度差动阀。该阀可以包 括与第二流体通道热连通的第三流体通道。流量限制器可以设置在所 述第三流体通道中以控制流过该通道的流体比率。所述流量限制器的 位置可以由通过信号接收器从所述第一和第二传感器接收到的信号 控制，所述信号接收器可以是所述阀的一部分。每个信号接收器可以 包括一个密封部件，使用的时候该密封部件的体积可以膨胀。膨胀的 程度取决于接收到的信号的大小，并决定了所述限制器在第三流体通 道中的相关位置。信号接收器的密封部件可以包括可膨胀的波纹管。 流量限制器可包括心轴和阀座，心轴与阀座相互配合以打开和关闭一 个孔口从而控制流过的流体流量。
泵可以是任意的已知结构，例如但并不严格限于螺杆泵、爪式泵 (claw pump)和罗茨泵(双转子鼓风机)。
本发明的另一个特点是提供了包括至少一个转子的双端泵，包 括：
一个入口部分和两个排气部分；
定子；和
壳体，其包括内壳和外壳、由内壳构成的第一空腔、所述壳体的 所述内壳和外壳之间构成的第二空腔，转子安装在所述第一空腔中， 流体通过所述第二空腔而循环，使用的时候，所述第二空腔延伸并环 绕所述转子。
本发明的另一个特点是提供了一种阀，其包括；
流体通道；
在所述流体通道中可以移动的用于控制流过的流体流量的流量 限制器，和
两个信号接收器，用于接收相应信号，和根据接收到的信号的大 小控制流量限制器在所述通道中的位置。
本发明的另一个特点是提供一种松开卡住的泵转子的方法，所述 转子是由于冷却的时候出现了凝固在泵的内部工作表面上的沉积物 质而卡住的，所述方法包括：
引入热流体到位于泵壳体中的空腔里，所述空腔环绕着所述转子 部件；
将位于所述空腔中的热流体加热到一个预定温度，该温度足够高 以软化所述沉积物；和施加转矩给泵的转子以克服由位于泵的内部工 作表面的沉积物而引起的所有剩余的阻力。
本发明的另一个特点是提供一种控制本发明的泵中转子和定子 之间的间隙的方法，包括：
(a)通过传感器记录每个定子和转子的温度；
(b)计算所述定子和所述转子之间的温度差；
(c)将所述温度差与预定值相比较；
(d)决定在所述第一和第二流体通道中的流体的适当流量和温 度的值以达到预定的温度差；和
(e)控制所述热控制机构以实现步骤(d)中的值。
所述方法步骤可以在预定的时间间隔自动重复，以随时间控制泵 的结构中的扰动。所述预定的温度差可以在预定的时间间隔修改以使 部件间的间隙变化，从而累积的沉积物可以从泵的部件的表面除去。
所述热控制器可以包括微处理器，所述微处理器可以包含在计算 机里，从而可以随意地由计算机软件编程控制，当该软件安装在所述 计算机上的时候，使计算机执行上述(a)到(e)的方法步骤。
本发明使泵具有改良的热控制水平。这使到在所述设备运作的过 程中在以下方面获得益处：提供优化的运行间隙提高了泵的公差以尽 量排除反压、减少泵的入口处的冷部位的出现、减少设备中的热滞 (thermal lag)和当存在因冷却而形成的沉积物的时候提高重新启 动的可能性。
附图说明
现在将参照附图对本发明的一个示例进行描述，其中：
图1是本发明的螺杆泵的示意性剖面图；
图2是本发明的双端螺杆泵的剖面图；
图3是本发明的温度控制线路的示意图；
图4示出了图2中的泵转子和定子之间的交界面的进一步细节；
图5示出了本发明一个更完善的方案；
图6示出了本发明用于更严格的环境下的另一个示例；
图7示出了用在图6的泵中的温度差动阀的细节；
图8示出了本发明的执行热控制的罗茨鼓风机。
具体实施方式
壳体2设置成双壳结构。内壳作为泵的定子。在壳体2的内外壳 之间设置了空腔6，从而冷却流体例如水可以在定子周围流通以将热 从泵的工作区传走。该空腔6环绕了所述定子的整个长度，即同时覆 盖了入口定子4和排气定子5。冷却流体在所述空腔中循环以将热从 热表面传走。通过在定子的长度上提供水外套，产生的朝向所述转子 排气端的热量在有需要的时候可以重新分配到较前部分。这样可以减 少温度梯度和允许在泵的表面上保持更均匀分布的温度。因此，在现 有技术中出现的冷部位就可以避免，和可能腐蚀性物质在转子入口中 的凝聚会显著减少。另外，由于存在的完全的水外套例如通过风冷却 效果有效防止了定子和转子表面的快速温度变化，因此系统引进了热 滞，保持平均分布的温度使所有定子部件从中心基面(所述转轴)膨 胀相同的比率从而可以保持同心，因此，转子保持在定子中的相关位 置上并避免了部件之间的碰撞。
带有热外套的传统泵一般使用对流使热液体流通过定子。这样会 引起泵上的温度分布不均，特别是，较冷的部分位于泵的下部而较热 的部分位于上部。这种局部化的冷部位会使处理气体凝结而变得愈加 具有腐蚀性。通过在热流体中使用循环泵可以达到一致的热控制，从 而温度的局部变化可以变得最小。
在一些情况下，通过泵的废弃产品包含有腊性的或高度黏性的物 质，并在运转过程中在泵的表面上形成沉积物。在泵停机的时候，这 些沉积物冷却并且可能固化。当这样的沉积物是位于部件之间的间隙 区域时，就会使泵卡住。发动机就可能不能提供足够的转矩去克服这 个额外的摩擦力而使泵转动。通过将杠杆杆件插入到转轴上的插口中 可以提供额外的转矩，从而泵可以人为转动。然而这种技术在转子上 施加了较大的作用力而可能引起损坏。但是，也可能不能施加足够的 作用力释放该装置而令转轴转动，在这种情况下，该设备就可能需要 因替换或维修而停止使用和服务。在泵由于冷却而卡住的情况下，可 以选择使用本发明的水外套。在壳体2的空腔6中的流体可以加热以 提高定子4、5和转子1的温度。这样可以提高残留物的柔软性和可 以有助于松开所述装置。
图3示出了流体线路11、12、12a和15是如何可以用来控制泵 中的热状态的。通过循环泵17在第一闭环线路11提供了冷却流体， 典型是水和抗结冰物的混合物。第二流体线路12包含有具有压力的 水流线路和恒温控制阀13。典型地，主水流从入口25提供给该线路 而从出口26排出。在这两个流体线路11和12之间设置了热交换部 件14。阀13从设置在定子上的热传感器21接收输入信号，并利用该 信号以在第二线路12中保持适当的流量，从而控制热交换部件14上 的温度梯度。而该温度梯度保持了第一线路11的温度。
如图2所示，转子1包括带螺纹部分9和分开的转轴部件8。螺 纹部分9提供了内部冷却空腔7，分开的转轴8的主体插入到该空腔 里。转轴8的主体在直径上稍小于位于转子主体内的冷却空腔7的直 径。因而提供了冷却通道，冷却剂物质典型是油可以通过该通道。该 通道保持小以使所述冷却剂的流动速度尽可能高，以便通过保持所述 转子和所述冷却剂之间的温度差以及将热传回冷却剂储蓄器从而提 高冷却功能。所述冷却系统的入口和出口由所述转轴部件8提供。
返回到图3，可以看出，所述油保持在另一个闭环线路15中。 该线路15包括循环泵19、过滤器20和热交换部件14a。该热交换部 件与第二冷却线路12a相连接，并包括另外的恒温控制阀16。恒温控 制阀16从第二热传感器22接收输入信号，该传感器通过线路15中 的油或转子的末尾部分中的处理气体指示着转子的温度。可以监控排 气压力区(即位于转子的端部和定子壁之间的空腔)里的温度，但是 在这里温度会很快低于转子的温度。
通过引入两个已描述的恒温控制器，相对于定子的温度而控制泵 转子的温度成为可能。控制螺杆泵中转子和定子间的间隙d(如图4 所示)是转子和定子之间的所述温度差的一个功能。通过对所述部件 的温度控制，控制该间隙d的大小成为可能。另外，该间隙d决定了 转子和定子间的处理气体的泄漏程度，从而如《现代真空实务》 (Modern Vacuum Practice)(Nigel Harris著，McGraw Hill出版) 第231页所示，对于中间的过渡的流动，泄漏量与d3成正比。由于泄 漏影响泵的性能，因此泵的性能可以通过控制这些部件的温度而优 化。此外，能保持间隙d是有益的，这样处理气体的任何微粒含量都 不会在这些间隙中形成障碍而限制了转子的自由转动。由于流过的处 理气体的限制，还有为了保持适当的转子的转动速度而由发动机施加 的额外的转矩，这些障碍会严重影响泵的性能。
通过在转子中提供温度控制电路，相对于定子温度的转子温度的 恒温控制成为可能，从而优化转子/定子的间隙d。在本发明最简单的 实施中，本发明被用来简单地避免冷部位，因此消除了上述讨论的由 于形成凝结而产生的腐蚀。在更复杂的实施中，可以从安装在每个定 子4、5和转子1上的传感器获得输入信号，这些信号可以由闭环控 制系统分析/处理以保持一个温度系列，例如是小于135°。这样允许 使用本发明的泵安全地处理具有己知自燃温度的物质。
但是，如上面讨论的，本发明可以用于复杂程度更高的情况下以 选择具体的温度，从而达到和保持具体的间隙d。图5示出了处理器 或中央处理单元(CPU)27是如何可以结合在所述系统中以接收信号 的，所述信号来自于传感器22a和21a并分别指示着转子和定子的温 度。这些信号提供输入以使处理器27能决定每个部件所需的温度。 然后处理器27控制电子启动的阀13a和16a以给热交换部件14、14a 提供合适的冷却流体水平，从而达到所要求的热平衡和由此而得到的 间隙d。
在正常稳定的运转情况下，转子和定子之间的间隙决定了干燥泵 的具体抽送速度。如果到泵的入口压力增大，更多的气体就会进入泵 里。该额外的气体会令转子相对于定子冷却下来，从而这两个部件之 间的间隙d就会增大。接着，在较高的压力下会在转子周围出现大的 泄漏量。当抽送气体种类例如氦气的时候，这就会特别麻烦，当接近 大气气压的时候，典型地导致低的抽送速度和气体抽送量。通过本发 明的控制特性，人为减少转子和定子之间的间隙d是可能的。因此转 子周围的泄漏可以减少，泵的效率可以明有效地提高。在上面的例子 中，当抽送氦气的时候，为了防止泄漏，保持小的缝隙是希望得到的。 然而，在另一个应用上，同样的泵可能用来抽送氩气而需要较大的缝 隙。通过提供一种泵，其在运转过程中可以基本上优化以便在各种变 化的条件下有效率地工作，从而得到一种多用途泵。在各种领域上该 多功能性可以达到很好的效果，例如在配药或化学加工工业上，一个 泵需要使用相同工具而用于不同的应用。
在具体的过程中温度的控制是可变的。由于相关部件的热质量的 较大差别，转子的温度以比定子快的速度增加，因此在启动的时候一 般存在较大的温度差。然而，当泵达到稳定状态的时候该温度差就会 减少。通过动态控制温度，可以最小化该早期的差别，因而间隙d可 以保持在近似的稳定值。从而导致泵效率的更稳定水平。
当泵在正常条件下运作的时候，所述间隙的动态控制可以以循环 的方式实施。在预定的时间间隔，热条件可以修改以在一段短时间内 减少转子和定子间的间隙。这具有将已粘附在部件上的过程沉积物移 走/除去的效果。如果该过程在一定时间间隔重复，会大大减少固体 物质在泵的内表面上的累积形成，从而防止泵的卡住。
通过提供额外的传感器检测泵中的压力或泵的能量消耗，可以进 一步避免泵的卡住。如果这些值中的一个较大地增加，这可能指示着 所述间隙正变得阻塞而将会发生卡住。通过检测这些值，使初始化转 子部件的最大冷却条件以最大化转子1和定子4、5之间的间隙成为 可能，从而防止泵的卡住。
另外，热控制机构可以由如图6和图7所示的纯粹的机械机构提 供，其中可以自动维持定子和转子之间的具体温度差。在这种情况 下，在泵中设置较为简单的但是更坚固的装置，所述泵暴露在尤其恶 劣的条件下。机械热控制装置24直接连接到传感器22和23上，所 述传感器22安放成如上述描述的一样以通过在工作容积中的处理气 体指示着转子的温度或齿轮箱中油的温度，所述传感器23安放在泵 的定子中。该后述传感器23可以设置在与图3中为热控制阀13提供 输入的传感器21相似的位置上。温度差动阀的每一端从每个传感器 获得不同的温度而使密封传感器/波纹管装置被加热，从而使波纹管 膨胀。这两个波纹管装置联合运作以定位内部的阀。该阀的位置控制 了可以通过热线路的冷却流体量，从而改变热交换单元14a的散热 量。这样就可以通过改变泵部件的温度而控制泵里的间隙。这个较为 简单的例子仅保持了转子1和定子4、5之间的温度差，而不是主动 单独控制每个部件。但是，通过保持这些相关的温度，一致的间隙就 可以保持。阀24可以物理地改变，例如，为了调整转子1和定子4、 5之间温度差的大小而限制其中一个波纹管部件的膨胀，从而适应不 同的过程。
本发明并不仅限于应用在螺杆泵上，还可以容易地应用于其他类 型的泵例如爪式泵或罗茨泵。实际上在一些罗茨鼓风机中，会碰到相 当高的排气压力(有些时候达到2到3个巴)。这些增大的压力导致 泵里部件温度的显著升高，从而在保持适当间隙时存在问题。通过使 用根据本发明的动态热控制，这些间隙可以保持在一致的水平从而在 不同工作条件下提高泵的公差。
图8示出了罗茨鼓风机的转子35，为了引入本发明的热控制， 需要在转子35中引入类似在图2螺旋转子1中的冷却通道34。为了 通过保持转子35和冷却剂之间的温度差以及将热传回冷却剂储蓄 器，典型是齿轮箱(未示出)，从而提高冷却功能，所述通道同样保 持小以使所述冷却剂的流动速度尽可能高。通过转子转轴部件31提 供了冷却通道的入口32和出口33。冷却通道通入到罗茨鼓风机的转 子35上的每个凸起部分30中，位于转子上的凸起部分可以是如图所 示的2个，也可以是3个、4个或更多个。
要注意的是前述的描述仅是本发明的几个实施例，毫无疑问，在 不脱离本发明的真正范围的前提下，技术熟练的阅读者可以想到其他 实施例，本发明的范围由所附的权利要求限定。
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