JP2006518827A - ロータリー・ピストン・ポンプ - Google Patents

Abstract

関連する駆動軸２６を備えた少なくとも２つのロータ８を有するロータリー・ピストン・ポンプを開示する。関連するロータ８中に突き出た軸受管２８であって、該軸受管を通って関連する駆動軸２６が延びる軸受管２８が、各ロータ８に組み合されている。第１のギャップ６４は、各ロータ８の内側の面２４と軸受管２８の外側の面の間に設けられる。第１のギャップ６４は、動作中冷却液を含み、冷却液回路の一部となる。

Description

本発明は、関連する駆動軸を備えた少なくとも２つのロータを有するロータリー・ピストン・ポンプであって、ロータごとに、関連するロータ内に延在し、且つ、関連する駆動軸が通る関連した軸受管が設けられ、第１のギャップがロータの内側と軸受管の外側の間に設けられた、ロータリー・ピストン・ポンプに関する。

本発明は、詳細には、乾式圧縮真空スクリュー・ポンプ又はこの種のルーツ・ポンプに関する。

これらの真空ポンプでは、１ミリバール（ｍｂａｒ）より小さい絶対圧力を有する圧縮可能な媒体が大気圧に圧縮されるが、その場合、機構空間には、油及び摩耗がないものとするべきである。

平行な駆動軸は、伝達装置によって、通常１：１の比率で互いに同期されている。軸の回転速度はいずれもモータのものと対応し、或いはモータ回転速度は追加の平歯車の対によって上昇する。非接触かみ合い逆回転ロータは室を形成し、この室は吸込み側から圧力側に運ばれてより小さい体積を呈するが、それはロータのピッチを変えることで実現される。

生じた圧縮熱は、例えば外側のハウジング壁を介して放散させることができる。内側からロータを冷却することも可能である。しかし、それはさらに相当な設計努力を伴う。一方、各部分の熱膨張は最小限に抑えるべきであり、それは冷却によってのみ実現することができ、それによってロータ間のより小さいギャップが実現することができ、ギャップの漏れの減少をもたらす。さらに、冷却は効率を高めることができるだけでなく、圧縮の結果として、冷却なしでは２００℃を超える温度に至るであろう媒体、例えば、ガスを、この温度よりはるかに低い温度で供給することができる。最後に、より低い温度は、ロータリー・ピストン・ポンプの部分の設計及び耐用年数にも有利な効果がある。

ロータの取り付けに関する限りでは、一般的な国際公開第９７／０１０３８号パンフレットが、いわゆる突き出した取り付けを提供する概念を開示している。本発明は、かかるロータの突き出した取り付けを用いるロータリー・ピストン・ポンプに関する。各ロータの軸受管は、該ロータの軸方向開口部内に延在する。軸受管は、通常、一端部で、好ましくは、ポンプ・ハウジングに連結することによって静止状に取り付けられる。駆動側端部とロータに連結された端部とを有する関連する駆動軸が、次いで軸受管を通って延びる。

一般的な国際公開第９７／０１０３８号パンフレットは、軸受管自体が冷却通路を備え、それを通って冷却液が流れるロータの複雑な冷却方式を開示する。また、放射熱は、ロータから軸受管に、ロータと軸受管の間のギャップを通って伝達されると記載されている。シール・ガスは、ギャップ中に導入することもでき、軸受及び駆動領域を冷却するために、またそれらをポンプでくみ出す媒体の、又はポンプでくみ出す媒体内に含まれた物質の進入から保護するために備えられる。

簡単な設計で、また、あまりメンテナンスのいらない設計のロータリー・ピストン・ポンプ、具体的には真空スクリュー・ポンプを提供することが本発明の目的である。

上記のようなロータリー・ピストン・ポンプでは、この目的は、動作中に、第１のギャップが冷却液を含む、すなわち、冷却液は、ギャップを通って運ばれ、然も冷却液回路の一部となることで実現される。第１のギャップは冷却液入口と、空間的に独立した、すなわち物理的に独立した冷却液出口とを有する。本発明のロータリー・ピストン・ポンプでは、第１のギャップを介する冷却方式は、ロータにおける熱の良好な放散を直接可能にする冷却液がこのギャップ中に導入されるので、ずっと有効である。この冷却液は冷却液回路の一部であり、そのため、より冷えた液体が常にロータに供給される。独立した入口及び出口により、冷却液が再び出たり入ったりして流れなければならない冷却ギャップ部分を通る一流れ方向のみが存在し、すなわち止まり穴のようなデッド・スペースは存在しない。

従って、従来技術により、軸受管の壁面内に、又は駆動軸内に設けられる冷却通路は省略することができ、それにより本発明によるポンプの製造及び保守が簡単になる。ロータの内側のその他の管、ポケット、空隙なども省略することができる。

好ましくは、軸受管の各内側と駆動軸の関連する外側の間には、冷却液回路の一部である第２のギャップが備えられる。これは、非常に簡単にもたらされる２つのギャップが、お互いに流れ連結であることを意味する。

これに関しては、冷却液回路は、好ましくは、冷却液が最初に第２の径方向の内側のギャップ中に流れ、次いでそれから第１のギャップ中に流れるように設計される。

軸受管は、静止状に取り付けられた端部及びロータ内に延在する対向した自由端を有する。

ある態様によれば、本発明は、固定状に取り付けられた端部において、第２のギャップが関連する冷却液入口を有し、軸方向に反対側の端部で、軸受管の自由端における第１のギャップの冷却液入口と流れ連結している冷却液出口を有することを提供する。直立の軸受管では、これは、冷却液が、第２のギャップ内にポンプでくみ出されて軸受管の自由端に至り、その後に径方向に外側に放出されて第１のギャップに入り、最後にロータの内側に沿って下方に流れるということを意味する。固定軸受管と回転ロータの間では、ロータから液体への熱の最適な伝達が保証されるように剪断流が生み出される。

各軸受管の自由端の端面とロータの隣接する壁面の間には、２つのギャップ（すき間）間に連結通路が備えられる。

本発明は、幾つかの別の利点を提供する。従来技術では、すべての軸受は、高価であり、密封され、恒久的に注油された軸受であるべきであり、高価な追加のガスケットが求められるのに対し、本発明は反対である。例えば、各軸受管と関連する駆動軸の間に、少なくとも１つの軸受が取り付けられ、それを通って冷却液の流れが完全に又は部分的に通過し、その結果、軸受が冷却され然も注油される。

任意選択で或いは付加的に、軸受管と関連するロータの間の少なくとも１つの軸受内でもこれは行うことができる。

軸受と隣接する部分の間には、冷却液用の１つ以上のバイパス（側路）を備えることができる。これらのバイパスにより流量が増加し、又は軸受が上記で説明したものとは反対に密封されるべきである場合、対応する軸受点の付近で冷却液の通行を可能にする。

流れの点からは、冷却液回路は、伝達装置の冷却及び潤滑液に対して開放していることが好ましい。

本発明の特定の利点は、ロータを駆動するための伝達装置の冷却及び潤滑液が、ロータの冷却液も構成することにある。従って、従来技術で行われる気密封止を省略することができ、ポンプ全体がよりはるかに簡単な設計となる。つまり、冷却及び潤滑液で充填される伝達装置内部の一部が、冷却液回路の一部を構成するのである。

本発明によるポンプの簡単な設計は、伝達装置自体によって駆動される冷却液ポンプが伝達ハウジング内に収容され、そのポンプが冷却液をギャップ中に供給するということによっても明らかである。

本発明によれば、駆動軸は、少なくとも駆動側端部（伝達端部）の付近、特にその全長さに沿って冷却通路なしで設計され、それにより製造費が減少し安定性が向上する。

冷却液用のリザーバ、例えば冷却及び潤滑液を中に含んだ伝達ハウジングは、駆動軸の外側に配置した通路を介して第１又は第２のギャップと流れ連結している。

好ましい実施例によれば、本発明によるロータリー・ピストン・ポンプは、シール・ガスなしで設計される。

本発明の他の機能及び利点は、以下の説明及び参照する添付図面から理解することができる。

図１は、真空側に吸込口１０を有し、圧力側に吐出口１２を有する、真空スクリュー・ポンプの形の乾式圧縮ロータリー・ピストン・ポンプを示し、吸込口１０及び吐出口１２は、両方とも機構空間１４によって互いに連結されている。機構空間１４内には、下方へ向かって徐々にピッチの減少する螺旋１６を持つ２つの平行なロータ８が収容されている。ロータ８は、互いにかみ合っており、反対方向に回転し、ロータ８の回転中に吸込側から圧力側に運ばれる室１８を形成し、すなわちポンプが上部から底部まで静止した状態で、その結果、室内に封入されたポンプ媒体は、圧力側に向かって圧縮される。

２つのロータ８は、中空の内部を有し、突き出して取り付けられ、また、それらのベアリングに関して内部に同一の幾何形状及び同一の構造体を有しており、そのため、説明を簡単にするために、右回りのロータ８だけをそのベアリングと共に説明する。

ロータ８は、より小さい直径の上部２０と、内側２４によって画定されたより大きい直径の隣接する部分とを備えた軸方向の貫通穴を有する。駆動軸２６が部分２０内に圧入され、その結果、ロータと駆動軸２６が互いに連結されて、共同回転する。内側２４によって画定された、貫通穴のより大きな直径の部分内に、軸受管２８が延び、軸受管２８は伝達ハウジング３０に、すなわちその下部の固定状に取り付けられた端部３１で、固定状に取り付けられている。この軸受管２８を通って、駆動軸２６が、伝達ハウジング３０の内部３４中に延びている。下端部では、曲り歯傘小歯車３８が駆動軸２６と連結され、その小歯車は曲り歯傘歯車４０とかみ合い、曲り歯傘歯車４０は図示されていないモータによって回転させられる軸４２にしっかり取り付けられている。２つの駆動軸２６は、それぞれ、曲り歯傘小歯車３８又は曲り歯傘歯車４０のそれ自体の対を有するが、曲り歯傘歯車４０は共通の軸４２上に取り付けられている。軸４２は、さらには伝達ハウジング３０内で回転可能に取り付けられている。伝達方法は、軸４２が平行した駆動軸２６に対して直角となるいわゆる立軸方法である。この方法によって、駆動軸２６の回転速度を増すことができるが（曲り歯傘歯車４０のピッチ円は、曲り歯傘小歯車３８のより大きい）、同時に、駆動軸２６の回転方向が同期される。

駆動軸２６に連結された歯車の周速度は伝達ノイズの決め手となる。従来技術によれば、傘歯車を備えることによって、周速度は軸方向距離に依存していた。本発明によるポンプでは、そうではない。この場合は、曲り歯傘歯車４０及び曲り歯傘小歯車３８の周速度は軸方向距離に影響されず、曲り歯傘小歯車３８の直径はそれどころか駆動軸２６の間の軸方向距離より極めて小さい。本発明の設計の他の利点は、さまざまなロータ８が使用されているとき、同一の歯車でさまざまな軸方向距離を実現できることにある。

下端部の付近では、駆動軸２６は、軸受管２８内に、開放軸受を構成する、すなわち、恒久的には注油されず密封されない位置決め軸受５０を介して位置決めされ、また軸受管２８の自由上端部では、軸方向及び径方向に浮動の軸受４２を介して配置されている。従って、ロータ８も軸方向及び周方向に支持される。さらに、軸受４２も密封されず、開放軸受を構成する。

各ロータ８を冷却するために、各ロータはそれ自体の冷却液回路を有し、それを介して、伝達ハウジング３０内部に備えられた、歯車を注油し冷却するための冷却及び潤滑液６０が供給される。伝達ハウジング内の冷却及び潤滑液６０は、ロータ８の冷却液用のリザーバを構成する。

従って、冷却液回路は伝達ハウジング３０の内部からでて、開放位置決め軸受５０及び／又はそこに備えられたバイパス３２、すなわち駆動軸２６の外側に備えられた通路を通して延在する。駆動軸２６と軸受管２８の間には、軸受４２まで延びる円筒状の環状ギャップが用意される。以下、このギャップ６２を径方向内側の第２のギャップと称する。それは、ロータ８の内側２４と軸受管２８の外側の間に形成された第１の径方向外側のギャップ６４と流れ連結している。ギャップ６２とギャップ６４の間の流れ連結は、開放浮動軸受４２、任意選択で備えられたバイパス７０、並びに軸受管２８の自由端の端面とロータ８の隣接した端面壁の間の溝のような連結通路又は環状ギャップ８０を介して行われる。この連結通路８０は、次いで、第１のギャップ６４の冷却液入口８１（上端）に至る。第１のギャップ６４の冷却液出口８３はその下端部に設けられ、そこでは通路９０が、収集リングに至り、そこから図示しない油だめ内に又は伝達装置の内部３４に至る。

ギャップ６２の下端部の液体入口では、冷却液は、従って、可能であれば、軸受５０を冷却し注油した後で、前記ギャップ内に流れ、軸受４２及び／又はバイパス７０に向かって上方に流れて液体出口まで至り、次いで連結通路８０を介してギャップ６４に達し、その中で既存の遠心力によってロータの内側２４に押し付けられ、剪断流が生み出される。圧縮時に加熱されるロータ８は冷却液に熱をほとんど放散し、次いで冷却液は冷却液源に流れ、そこで冷えた冷却液６０と混合される。

図示したポンプは、非常に簡単な封止も特徴としている。真空側には、封止はまったく必要ない。シール９２は、真空ポンプの圧力側に、ロータ８の下端部と伝達装置の間でのみ必要である。しかし、そこにポンプの吐出口１２との、従って大気との連結部があるため、シール９２には圧力が作用せず、それによりそれらの耐用年数及びそれらの密封性が向上する。シール・ガスは省略することもできる。

図２から４に示す実施例は、図１に示すものにほぼ対応し、従って、違いのみを検討する。以下で検討するこれらの特徴的な機能は、図示した実施例の範囲内で望み通りに互いに組み合わせることができることも強調するべきである。

図２に示す実施例では、この場合伝達装置の内部３４内に収容され、然も冷却液６０を第２のギャップ６２のそれぞれにポンプで汲み出す一体型の冷却液ポンプ１１０用の駆動装置として軸延長部１００が備えられているので、軸４２の左端部は、伝達ハウジング３０内に取り付けられていない。対応する管路を１２０で示す。曲り歯傘歯車４０の間には、伝達ハウジング３０のリブ１３０が延びており、その中にさらに軸４２が取り付けられている。対応する位置決め軸受を１３２で示す。

曲り歯傘歯車４０の間の位置決め軸受１３２は、熱の供給を受けて、軸４２が両方の軸端部に向かって自由に膨張することができるので有利である。

図３及び４に示す実施例では、開放浮動軸受１５０が、再度、各ロータ８の下端部で内側２４と軸受管２８の間に設置され、それによって対応するロータ８の軸受が下端部でさらに安定する。軸受１５０は、軸受管２８内の長手方向の溝の形をしたバイパス１６０を通って、冷却液の一部分が迂回する比較的簡単な設計の平軸受であることが好ましい。

冷却液は油であることが好ましい。

図示した真空スクリュー・ポンプの代替形態として、ギャップ６２、６４内の冷却回路を含む設計を、ルーツ・ポンプ内にも設けることができる。

本発明のポンプは、ロータ、軸受管、及び駆動軸の内側の複雑な通路がない、非常に簡単な構造体、並びに熱を放散させるための熱の速い伝達に役立つ非常に大きな表面を特徴とする。

図示のように、ロータ８を取り囲むハウジング１７０は、当然、冷却液を含む追加の冷却通路１８０を備えることもできる。

真空スクリュー・ポンプとして設計された本発明のロータリー・ピストン・ポンプに関する第１の実施例を通る縦断面図である。 真空スクリュー・ポンプとして設計された本発明のロータリー・ピストン・ポンプの第２の実施例を通る縦断面図である。 前記実施例と比べて変更されたロータの軸受領域を通る縦断面図である。 図３に示す枠で囲った領域Ｘの拡大図である。

Claims (20)

1. ロータリー・ピストン・ポンプであって、
   関連する駆動軸（２６）を備えた少なくとも２つのロータ（８）を含み、
   ロータ（８）ごとに、この関連するロータ（８）中に延び、関連する駆動軸（２６）が通る関連する軸受管（２８）を設け、
   第１のギャップ（６４）が、各ロータ（８）の内側（２４）と軸受管（２８）の外側の間に設けられ、
   動作中に第１のギャップ（６４）が、冷却液を含み、冷却液回路の一部となり、冷却液入口（８１）と、空間的に独立した冷却液出口（８３）とを有することを特徴とする、ロータリー・ピストン・ポンプ。
2. 前記軸受管（２８）の内側と前記駆動軸（２６）の外側の間に、前記冷却液回路の一部である第２のギャップ（６２）が設けられることを特徴とする、請求項１に記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
3. 冷却液が最初に前記第２のギャップ（６２）中に流れ、次いで前記第１のギャップ（６４）中に流れるように、前記冷却液回路が形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
4. 前記ロータ（８）中に延びる各軸受管（２８）は、固定状に取り付けられた端部と自由端を有し、該固定状に取り付けられた端部には、前記第２のギャップ（６２）が関連する冷却液入口を有し、該第２のギャップの軸方向に対向した端部には、前記軸受管（２８）の自由端における前記第１のギャップ（６４）の冷却液入口と流れ連結している冷却液出口を有することを特徴とする、請求項３に記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
5. 前記各軸受管（２８）の自由端の端面と前記ロータ（８）の隣接する壁面の間には、前記第１のギャップ（６４）と前記第２ギャップ（６２）の間の少なくとも一つの連結通路（８０）が形成されることを特徴とする、請求項４に記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
6. 前記各軸受管（２８）と関連する駆動軸（２６）との間には、冷却液の流れが通過する少なくとも一つの軸受（４２、５０）が設けられることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
7. 前記ロータ（８）中に延びる各軸受管（２８）が、固定状に取り付けられた端部と自由端を有し、該自由端の付近に、軸受（４２）が、前記軸受管（２８）と関連する駆動軸（２６）との間に設けられることを特徴とする、請求項６に記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
8. 前記各軸受管（２８）と関連するロータ（８）との間には、冷却液の流れが通過する少なくとも一つの軸受（１５０）が配置されることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
9. 前記ロータ（８）中に延びる各軸受管（２８）が、固定状に取り付けられた端部と自由端を有し、該固定状に取り付けられた端部に関連したそれ自体の端部の付近では、前記ロータ（８）が、前記軸受管（２８）に軸受（１５０）で径方向に支持されることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
10. 一方で前記各軸受管（２８）と関連する駆動軸（２６）との間には、そして／又は他方で前記各軸受管（２８）と関連するロータ（８）との間には、少なくとも一つの軸受（４２、５０、１５０）と、関連するバイパス（３２、７０、１６０）とが設けられ、それによって冷却液が、前記軸受（４２、５０、１５０）を通り越して、前記バイパス（３２、７０、１６０）を通って流れることができることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
11. 前記冷却液回路が、前記ロータ（８）を連結する伝達装置に対して、並びに該伝達装置用にロータ内に含まれた冷却及び潤滑液に対して密封されないことを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
12. 前記ロータ（８）が、伝達ハウジング（３０）内に収容された伝達装置を介して互いに連結され、該伝達装置の冷却及び潤滑液（６０）が、前記冷却液回路中に流れることを特徴とする、請求項１１に記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
13. 前記ロータ（８）が、伝達ハウジング（３０）内に収容された伝達装置を介して互いに連結され、該伝達ハウジング（３０）内には、前記伝達装置によって駆動され、前記ギャップ（６２、４０）中に冷却液を供給する冷却液ポンプ（１１０）が収容されることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
14. ロータリー・ピストン・ポンプが、真空スクリュー・ポンプ又はルーツ・ポンプであることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
15. 前記ロータ（８）を前記軸受管（２８）に、そして／又は前記駆動軸（２６）を前記軸受管（２８）内に支持するための軸受（４２、５０、１５０）が、開放軸受を構成することを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
16. 前記軸受管（２８）が、その壁面内に冷却通路を設けずに設計されることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
17. 少なくともその駆動側端部の付近に、好ましくはその全長さにわたって、前記駆動軸（２６）が、冷却通路なしで軸を構成することを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
18. 冷却液用のリザーバが設けられ、前記駆動軸（２６）の外側に配置された通路（３２）を介して、冷却液が前記ギャップ（６２、４０）に達することを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
19. 前記第１のギャップ（６４）の冷却液入口と出口が、前記軸受管（２８）の両端の付近に設けられることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のロータリー・ピストン・ポンプ。
20. ロータリー・ピストン・ポンプが、シール・ガスなしで設計されることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載のロータリー・ピストン・ポンプ。

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