涡旋泵的制作方法

1.本发明涉及涡旋泵。


背景技术：

2.涡旋泵是一种已知类型的泵，用于各种不同的行业中以泵送流体。涡旋泵通过使用两个相互啮合的涡盘(称为固定涡盘和绕动涡盘)的相对运动来操作，以泵送流体。
3.一种特定类型的涡旋泵利用两个涡盘(scroll，或涡旋件)之间的加载轴向密封件。加载通常由弹簧提供，弹簧经由轴向密封件将两个涡盘抵靠彼此偏压。通常希望改进这种类型的涡旋泵的设计。


技术实现要素：

4.在第一方面，提供了一种涡旋泵，包括：入口和出口；彼此相互啮合的固定涡盘和绕动涡盘，其中，固定涡盘和绕动涡盘在它们之间限定空间，用于将流体从入口通过涡旋泵泵送到出口。所述涡旋泵还包括：配置成将绕动涡盘抵靠固定涡盘偏压的偏压装置；流体再循环通道，所述流体再循环通道从所述空间通过固定涡盘或绕动涡盘延伸到入口；以及设置在流体再循环通道中的流体再循环阀。当处于打开状态时，流体再循环阀配置成允许流体从所述空间通过流体再循环通道流动到入口。当处于关闭状态时，流体再循环阀配置成阻止流体流动通过流体再循环通道。流体再循环阀配置成当跨过流体再循环阀的压力差等于或超过特定阈值时从关闭状态切换到打开状态。
5.固定涡盘可包括第一基部和从第一基部延伸的第一螺旋壁。绕动涡盘可包括第二基部和从第二基部延伸的第二螺旋壁。涡旋泵还可以包括设置在第一基部和第二螺旋壁之间的第一密封件。涡旋泵还可以包括设置在第二基部和第一螺旋壁之间的第二密封件。偏压装置可配置成经由第一密封件和第二密封件将绕动涡盘抵靠固定涡盘偏压。
6.第一密封件和/或第二密封件可以至少部分地由聚合物材料形成。第一密封件和/或第二密封件可以至少部分地由聚四氟乙烯形成。
7.第一密封件和/或第二密封件可以是通道密封件。
8.偏压装置可包括一个或多个弹簧。
9.涡旋泵可包括配置成驱动绕动涡盘旋转的驱动轴。偏压装置可配置成经由驱动轴在绕动涡盘上施加力。偏压装置可以配置成直接在将绕动涡盘联接到驱动轴的轴承上施加力。
10.流体再循环阀可以是止回阀。
11.涡旋泵还可包括位于涡旋泵的出口处的止回阀。
12.特定阈值可以在100mbar和400mbar之间。特定阈值可以在200mbar和300mbar之间。特定阈值可以是200mbar。
13.涡旋泵可包括致动器和驱动轴，驱动轴联接到绕动涡盘，其中，致动器配置成致动驱动轴以使驱动轴旋转，以驱动绕动涡盘的绕动，其中，固定涡盘位于致动器和绕动涡盘之
间。
14.涡旋泵可包括致动器和驱动轴，驱动轴联接到绕动涡盘，其中，致动器配置成致动驱动轴以使驱动轴旋转，以驱动绕动涡盘的绕动，其中，绕动涡盘位于致动器和固定涡盘之间。
15.在第二方面，提供了第一方面的涡旋泵用于泵送流体的用途。
附图说明
16.图1是示出了涡旋泵的横截面图的示意图(未按比例)；
17.图2是示出了另一涡旋泵的横截面图的示意图(未按比例)；
18.图3是示出了又一涡旋泵的横截面图的示意图(未按比例)；
19.图4是示出了又一涡旋泵的横截面图的示意图(未按比例)；
20.图5是示出了又一涡旋泵的横截面图的示意图(未按比例)；
21.图6是示出了图1的涡旋泵的另一视图的示意图(未按比例)。
具体实施方式
22.图1是示出了根据实施例的涡旋泵100的横截面图的示意图(未按比例)。
23.涡旋泵100包括外壳110、固定涡盘120、绕动涡盘130、驱动轴140、致动器150、多个轴承160、偏压装置170、第一轴向密封件180a、第二轴向密封件180b和流体再循环机构190。
24.在该实施例中，外壳110和固定涡盘120一起形成涡旋泵100的总体壳体，涡旋泵100的其余部件位于该总体壳体内。然而，将理解的是，在其它实施例中，固定涡盘120可以不形成涡旋泵100的总体壳体的一部分，而是可以完全位于总体壳体内。
25.绕动涡盘130位于涡旋泵100的总体壳体内并与固定涡盘120相互啮合。绕动涡盘130配置成相对于固定涡盘120绕动，以将流体(例如，气体)从涡旋泵100的入口(未示出)泵送到涡旋泵100的出口(未示出)。涡旋泵100可包括位于出口处的止回阀(其可称为排放止回阀)。排放止回阀配置成当涡旋泵100关闭时防止流体重新进入涡旋泵100。这继而减少了可以从涡旋泵100的入口返回的流体量，这会导致由涡旋泵100泵送的系统中的不希望压力升高。排放止回阀还配置成防止排放流体和/或空气/氧气进入涡旋泵100，其可能会与泵送的流体发生反应。
26.通过绕动涡盘130相对于固定涡盘120的绕动而泵送流体的物理机制是众所周知的并且将不在本文中描述。
27.固定涡盘120包括第一基部122和第一螺旋壁124。绕动涡盘130包括第二基部132和第二螺旋壁134。第一螺旋壁124从第一基部122朝向第二基部132垂直延伸。第二螺旋壁134从第二基部132朝向第一基部122垂直延伸。在该实施例中，第一基部122与第一螺旋壁124彼此一体形成。另外，在该实施例中，第二基部132与第二螺旋壁134彼此一体形成。
28.第一螺旋壁124和第二螺旋壁134彼此相互啮合，使得第一螺旋壁124的端表面与第二轴向密封件180b的相对表面接触，且第二螺旋壁134的端表面与第一轴向密封件180a的相对表面接触。以这种方式，第一轴向密封件180a、第一螺旋壁124、第二轴向密封件180b和第二螺旋壁134一起限定固定和绕动涡盘120、130之间的空间，该空间在操作期间由涡旋泵100使用以泵送流体。第一和第二螺旋壁124、134每个在螺旋壁的圈或绕圈(wrap)之间限
定了相应的螺旋形通道。
29.驱动轴140联接到绕动涡盘130，并配置成旋转以驱动绕动涡盘130的绕动。驱动轴140位于涡旋泵100的总体壳体内。在该实施例中，驱动轴140经由多个轴承160联接到绕动涡盘130和外壳110，轴承160有利于驱动轴140的旋转。在该实施例中，驱动轴140延伸通过固定涡盘120并且绕动涡盘130安装在驱动轴140的端部处。在该实施例中，固定涡盘120位于致动器150和绕动涡盘130之间。
30.致动器150(例如马达)联接到驱动轴140并配置成致动驱动轴140以使驱动轴140旋转以驱动绕动涡盘130的绕动。致动器150位于涡旋泵100的总体壳体内。
31.多个轴承160将驱动轴140机械地联接到绕动涡盘130和涡旋泵100的总体壳体，使得驱动轴140能够在涡旋泵100内旋转以驱动绕动涡盘130。在该实施例中，多个轴承160包括位于驱动轴140的第一端部和涡旋泵100的总体壳体之间(并且机械地联接其)的轴承160、位于固定涡盘120和驱动轴140之间(并且机械地联接其)的轴承160、以及位于绕动涡盘130和驱动轴140的与第一端部相对的第二端部之间(并且机械地联接其)的轴承160。
32.偏压装置170配置成将固定和绕动涡盘120、130抵靠彼此偏压。更具体地，偏压装置170配置成将绕动涡盘130朝向固定涡盘120偏压，使得绕动涡盘130经由第一轴向密封件180a和第二轴向密封件180b抵靠固定涡盘120轴向加载。更详细地，偏压使得第一螺旋壁124的端表面压靠第二轴向密封件180b的相对表面，并且第二螺旋壁134的端表面压靠第一轴向密封件180a的相对表面。因此，固定和绕动涡盘120、130上的轴向载荷至少部分地由第一和第二轴向密封件180a、180b支撑。由偏压装置170引起的轴向加载保持第一和第二螺旋壁124、134的端表面与第一和第二轴向密封件180a、180b的相应相对表面之间的密封。这趋向于用于防止流体在固定和绕动涡盘120、130之间的空间的不同径向部分之间发生不希望的泄漏。在该实施例中，偏压装置170包括多个弹簧，所述弹簧配置成经由多个轴承160和驱动轴140在绕动涡盘130上施加力，以便将绕动涡盘130朝向固定涡盘120偏压。具体地，在该实施例中，多个弹簧包括配置成在位于驱动轴140的第一端部和涡旋泵100的总体壳体之间的轴承160上施加力的弹簧，以及配置成在位于固定涡盘120和驱动轴140之间的轴承160上施加力的弹簧。然而，在其它实施例中，偏压装置170包括仅仅一个弹簧(例如上述弹簧中的任一个)。
33.第一和第二轴向密封件180a、180b是位于由固定和绕动涡盘120、130的螺旋壁124、134限定的通道中的密封件。这些密封件也可称为通道密封件。第一和第二轴向密封件180a、180b中的每一个都是螺旋形材料件，其尺寸被设计成紧贴地配合在由螺旋壁124、134限定的通道中。第一轴向密封件180a邻近第一基部122并且完全延伸跨过由第一螺旋壁124限定的通道的宽度。第一轴向密封件180a位于第二螺旋壁134和第一基部122之间。第二轴向密封件180b邻近第二基部132并且完全延伸跨过由第二螺旋壁134限定的通道的宽度。第二轴向密封件180b位于第一螺旋壁124和第二基部132之间。在该实施例中，第一和第二轴向密封件180a、180b均由聚四氟乙烯(ptfe)形成。然而，通常将理解的是，第一和第二轴向密封件180a、180b中的一个或两者可以由一种或多种其它类型的材料(例如，可以填充有碳或玻璃纤维以减少磨损的其它类型的聚合物)形成。
34.流体再循环机构190包括流体再循环通道190a和位于流体再循环通道190a中的流体再循环阀190b。在该实施例中，流体再循环通道190a从固定和绕动涡盘120、130之间限定
的空间通过固定涡盘120延伸到涡旋泵100的入口。更具体地，在该实施例中，流体再循环通道190a延伸通过第一轴向密封件180a和固定涡盘120的第一基部122。流体再循环阀190b设置在流体再循环通道190a中，并配置成在打开时允许流体流动通过流体再循环通道190a，并且在关闭时阻止流体流动通过流体再循环通道190a。当跨过流体再循环阀190b的流体压力差低于特定阈值时，流体再循环阀190b配置成处于关闭状态。然而，当跨过流体再循环阀190b的流体压力差等于或超过特定阈值时，流体再循环阀190b配置成从关闭状态切换到打开状态，以允许流体流出涡盘之间的空间，从而减少在固定和绕动涡盘120、130之间限定的空间中的压力。阈值是在100mbar-400mbar范围内的值。在如图中所示的涡旋泵中，测试表明100mbar趋向于为将提供涡盘提离力(1ift-off force)的显著而有效降低的最低压力差。此外，测试表明400mbar趋向于为将由图中所示类型的涡旋泵产生的最高压力差。优选地，阈值为200mbar-300mbar范围内的值。更优选地，阈值为200mbar。
35.流体再循环通道190a的进口流体地连接到涡盘之间的空间，流体再循环通道190a的出口流体地连接到涡旋泵100的入口，流体再循环阀190b设置在流体再循环通道190a中在流体再循环通道190a的进口和出口之间。当流体再循环阀190b处于关闭状态时，跨过流体再循环阀190b的流体压力差等于从涡盘之间的空间到流体再循环通道190a的进口处的压力与涡旋泵100的入口处的压力之间的压力差(即，压力差等于流体回流通道190a的进口处的压力减去涡旋泵100的入口处的压力)。因此，流体再循环阀190b实质上用作泄放阀，其在需要时激活以释放涡旋泵100中的高内部压力。在该实施例中，流体再循环阀190b是弹簧加载的止回阀，其利用弹性体球来抵靠开口密封。然而，将理解的是，总体上可以使用任何适当类型的阀，例如利用不同形状的垫来抵靠开口密封的止回阀。
36.图2是示出根据另一实施例的涡旋泵100的横截面图的示意图(未按比例)。图2的涡旋泵100与上文参考图1描述的涡旋泵相同，除了流体再循环机构190在绕动涡盘130中而不是固定涡盘120中。更具体地，在该实施例中，流体再循环通道190a从固定和绕动涡盘120、130之间限定的空间通过绕动涡盘130延伸到涡旋泵100的入口。特别地，流体再循环通道190a延伸通过第二轴向密封件180b和绕动涡盘130的第二基部132。
37.图3是示出根据又一实施例的涡旋泵100的横截面图的示意图(未按比例)。图3的涡旋泵100与上文参考图1描述的涡旋泵100相同，除了固定涡盘120位于绕动涡盘130的另一侧上。换句话说，不是固定涡盘位于致动器150和绕动涡盘130之间，在图3的实施例中，绕动涡盘130位于致动器150和固定涡盘120之间。在该实施例中，驱动轴140不延伸通过固定涡盘120。
38.图4是示出根据又一实施例的涡旋泵100的横截面图的示意图(未按比例)。图4的涡旋泵100与上文参考图3描述的涡旋泵100相同，除了流体再循环机构190在绕动涡盘130中而不是在固定涡盘120中。更具体地，在该实施例中，流体再循环通道190a从固定和绕动涡盘120、130之间限定的空间通过绕动涡盘130延伸到涡旋泵100的入口。特别地，流体再循环通道190a延伸通过第二轴向密封件180b和绕动涡盘130的第二基部132。
39.图5是示出根据又一实施例的涡旋泵100的横截面图的示意图(未按比例)。图5的涡旋泵100与上文参考图1描述的涡旋泵100相同，除了偏压装置170包括仅仅一个弹簧，在一个端部处附接到驱动轴140，在另一端部处附接到将绕动涡盘130机械地联接到驱动轴140的轴承160。在该实施例中，偏压装置170(具体为弹簧)配置成直接在将绕动涡盘130机
械地联接到驱动轴140的轴承160上施加偏压力。偏压力用于将绕动涡盘130朝向固定涡盘120推动以将固定和绕动涡盘120、130偏压在一起。
40.图6是示出图1的涡旋泵的另一视图的示意图(未按比例)。如图所示，流体再循环通道190a的进口300位于固定涡盘120中并从固定和绕动涡盘120、130之间限定的空间通过固定涡盘120延伸到涡旋泵100的入口310。如图所示，在该实施例中，流体再循环通道190a的进口300位于涡旋泵100的由驱动轴140限定的中心线径向向外的位置处。更具体地，进口300位于使得进口和中心线之间的螺旋壁在径向方向上有三圈(或绕圈)的位置。然而，总体上将理解的是，进口300可以位于涡盘上的任何其它合适的位置处，只要它能够提供上述功能即可。
41.在上述类型的涡旋泵中，在涡旋泵操作的各个点处，在固定和绕动涡盘之间的空间中趋向于存在高内部压力(例如，由于涡旋泵暴露于变化的入口压力、变化的环境排放压力、以及排放止回阀的使用)。这些压力作用在绕动涡盘上，抵靠偏压装置向后推动。如果由这些高内部压力产生的力克服了由偏压装置提供的偏压力，则绕动涡盘可以被迫离开固定涡盘，从而固定和绕动涡盘的螺旋壁不再接触轴向密封件的相对表面(称为“提离”的效果)。这会导致径向泄漏和泵性能损失。因此，由偏压装置提供的偏压力趋向于高以防止绕动涡盘提离。这种高轴向加载趋向于导致使用大的绕动涡盘轴承和轴向密封件的高磨损率。然而，在上述涡旋泵100中，使用流体再循环机构190来释放固定和绕动涡盘120、130之间的空间中的压力趋向于有利地避免这些上述问题。特别地，流体再循环机构190趋向于能够使用在绕动涡盘130上提供更小偏压力的偏压装置170，这继而趋向于能够使用更小的绕动涡盘轴承并且还趋向于减少轴向密封件180a、180b上的磨损。
42.此外，流体再循环机构190的存在趋向于利于排放止回阀的使用。这是因为排放止回阀的存在趋向于增加涡盘之间的空间中的压力(这趋向于导致提离可能性更大)，流体再循环机构190的存在抵消了这种风险。
43.附图标记列表
44.100：涡旋泵
45.110：外壳
46.120：固定涡盘
47.122：第一基部
48.124：第一螺旋壁
49.130：绕动涡盘
50.132：第二基部
51.134：第二螺旋壁
52.140：驱动轴
53.150：致动器
54.160：轴承
55.170：偏压装置
56.180a：第一轴向密封件
57.180b：第二轴向密封件
58.190：再循环机构
59.190a：再循环通道
60.190b：再循环阀
61.300：再循环通道的进口
62.310：入口

技术特征：
1.一种涡旋泵，包括：入口和出口；彼此相互啮合的固定涡盘和绕动涡盘，其中，固定涡盘和绕动涡盘在它们之间限定空间，用于将流体从入口通过涡旋泵泵送到出口；配置成将绕动涡盘抵靠固定涡盘偏压的偏压装置；流体再循环通道，所述流体再循环通道从所述空间通过固定涡盘或绕动涡盘延伸到入口；以及设置在流体再循环通道中的流体再循环阀，其中：当处于打开状态时，流体再循环阀配置成允许流体从所述空间通过流体再循环通道流动到入口，当处于关闭状态时，流体再循环阀配置成阻止流体流动通过流体再循环通道，以及流体再循环阀配置成当跨过流体再循环阀的压力差等于或超过特定阈值时从关闭状态切换到打开状态。2.根据权利要求1所述的涡旋泵，其中：固定涡盘包括第一基部和从第一基部延伸的第一螺旋壁，绕动涡盘包括第二基部和从第二基部延伸的第二螺旋壁，涡旋泵还包括设置在第一基部和第二螺旋壁之间的第一密封件，涡旋泵还包括设置在第二基部和第一螺旋壁之间的第二密封件，以及其中，偏压装置配置成经由第一密封件和第二密封件将绕动涡盘抵靠固定涡盘偏压。3.根据权利要求2所述的涡旋泵，其中，第一密封件和/或第二密封件至少部分地由聚合物材料形成，其中，聚合物材料优选为聚四氟乙烯。4.根据权利要求2至3中任一项所述的涡旋泵，其中，第一密封件和/或第二密封件是通道密封件。5.根据任一项前述权利要求所述的涡旋泵，其中，偏压装置包括一个或多个弹簧。6.根据任一项前述权利要求所述的涡旋泵，其中，涡旋泵包括配置成驱动绕动涡盘旋转的驱动轴，其中，偏压装置配置成经由驱动轴在绕动涡盘上施加力。7.根据权利要求1至5中任一项所述的涡旋泵，其中，涡旋泵包括配置成驱动绕动涡盘旋转的驱动轴，其中，偏压装置配置成直接在将绕动涡盘联接到驱动轴的轴承上施加力。8.根据任一项前述权利要求所述的涡旋泵，其中，流体再循环阀是止回阀。9.根据任一项前述权利要求所述的涡旋泵，还包括位于涡旋泵的出口处的止回阀。10.根据任一项前述权利要求所述的涡旋泵，其中，特定阈值在100mbar和400mbar之间。11.根据权利要求10所述的涡旋泵，其中，特定阈值在200mbar和300mbar之间。12.根据权利要求11所述的涡旋泵，其中，特定阈值是200mbar。13.根据任一项前述权利要求所述的涡旋泵，其中，涡旋泵包括致动器和驱动轴，驱动轴联接到绕动涡盘，其中，致动器配置成致动驱动轴以使驱动轴旋转，以驱动绕动涡盘的绕动，其中，固定涡盘位于致动器和绕动涡盘之间。14.根据权利要求1至12中任一项所述的涡旋泵，其中，涡旋泵包括致动器和驱动轴，驱动轴联接到绕动涡盘，其中，致动器配置成致动驱动轴以使驱动轴旋转，以驱动绕动涡盘的
绕动，其中，绕动涡盘位于致动器和固定涡盘之间。15.根据前述权利要求中任一项所述的涡旋泵用于泵送流体的用途。

技术总结
涡旋泵包括：入口和出口；与绕动涡盘(130)相互啮合的固定涡盘(120)，以在它们之间限定空间，用于将流体从入口泵送到出口；配置成将绕动涡盘(130)抵靠固定涡盘(120)偏压的偏压装置(170)；从所述空间通过固定涡盘(120)或绕动涡盘(130)延伸到入口的流体再循环通道(190a)；以及设置在流体再循环通道(190a)中的流体再循环阀(190b)。流体再循环阀(190b)配置成当处于打开状态时允许流体从所述空间通过流体再循环通道(190a)流动到入口，当处于关闭状态时阻止流体流动通过流体再循环通道(190a)，以及当跨过流体再循环阀(190b)的压力差等于或超过特定阈值时从关闭状态切换到打开状态。开状态。开状态。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：爱德华兹有限公司
技术研发日：2021.10.28
技术公布日：2023/7/12