专利名称：包括润滑流体密封装置和装配有这种装置的离心元件的干真空泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种干真空泵，如旋转叶轮真空泵，特别是多级类型的真空泵，例如罗 茨(Roots)真空泵或爪式(Scroll)真空泵，或者如涡形真空泵或者螺旋形真空泵。
背景技术：
通常，这些泵包括串联布置的一级或多级，其中将被泵送的气体在气体入口和气 体出口之间行进或移动。 在公知的真空泵中，在具有旋转凸轮或叶轮的那些真空泵(也被称为具有两个或 三个凸轮(双凸轮，三凸轮)的"罗茨(Roots)"泵)之间，或具有两个凸榫(tongue)的那 些真空泵(也被称为"爪形(Claw)"泵)之间进行区别。 这些泵在例如文献US6， 572， 351、 US5， 234， 323、 EPO， 365， 695、 US4， 789， 314和 EPl， 227， 246中描述了。 —般而言，罗茨旋转凸轮泵包括具有相同的截面的两个转子，它们以相反的方向 在定子(该泵的主体)中转动。当转子转动时，吸入的气体被捕获在转子和定子之间建立 的开放空间内，并且随后通过出口排出或溢出。这种泵运转时在转子和泵的主体之间不存 在任何机械接触，这使得压縮腔中能够完全不存在油。 两个凸榫的爪形泵也包括叶状转子，转子在汽缸中以相反的方向转动，吸入气体 并压縮它。然而，凸轮是特定成形的，以确保干压縮。 转子由转轴支撑，转轴由至少一个润滑的轴承支撑，所述轴承例如可以由油或油 脂润滑。 当运转时，所述轴在轴承内的旋转产生污染物质，如油脂粒子或油块，当它们经受 压力变化时，会移向泵级。 因此，没有油或油脂的痕迹留在泵级中对所谓的"干燥"应用(如对制造半导体基 板的工艺或过程)是必须的。 因此，合适的是采用密封装置将润滑的轴承与干泵级隔离，所述轴通过该密封装 置还能够转动。 为了对此进行补救，所谓的〃 唇状(lip) 〃密封环是已知的。 然而，倚靠转轴的接合处的摩擦使它们变得磨损，并且很快导致密封特性的损耗， 这要求频繁地维护真空泵，每次维护请求都要求半导体制造设备和真空泵关闭，这是非常 昂贵的。 而且，泵级内的压力在高压和低压之间频繁变化，会引起轴承和泵级之间的压力 产生明显或显著的差异。 在接合处两端上的这些压力的重复差异还使得它们遭受过早的磨损。 其它技术也是公知的，它们采用动态非接触接合，允许压力在轴承和干泵级之间
的密封区域的任一侧上保持平衡。
那些非接触的动态接合采用气体湍流作为密封手段。然而，这些装置不能使油或 油脂雾状物和蒸汽移向泵送区域。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种干真空泵，其密封装置极少要求或不要求对该泵 的维护任务，同时确保泵级不存在油或油脂，且更特别地，不存在这些污染物质的雾状物或蒸汽。 最终，本发明公开了一种干真空泵，包括至少一个转轴，其安装在至少一个润滑的
轴承上，和至少一个密封装置，其用于密封能够从所述轴承进入轴通道的润滑流体，所述密
封装置安装在所述润滑的轴承和一个干泵级之间，其特征在于，所述密封装置包括离心元
件，所述离心元件安装为以便在所述轴上一致地旋转并包括能够将所述润滑流体与可以从
所述轴承行进或移动至所述干泵级的流体分离的至少一个直通管线。 优选地，所述离心元件还包括放置在所述直通管线内的过滤体，如纤维材料。 优选地，所述直通管线比所述离心元件的圆周面更靠近所述转轴。 所述直通管线的孔在轴承端的直径大于在干泵级端的直径。 例如，所述直通管线设计为形状形成为类似锥形筒，其尖端位于所述干泵级端旁 边。 替换地，所述直通管线的一部分可以设计为具有瓶颈，或者所述直通管线可以由
所述离心元件中的形状形成为类似锥形筒的凹进形成，锥形筒的旋转轴线与所述离心元件
的转动轴的旋转轴线相同，并且其尖端开口进入泵级端上的预定数量的孔中。 此外，所述直通管线的流导或传导性设计成大于形成在所述离心元件的圆周面和
所述定子的内壁之间的外围流体通道的流导或传导性。 优选地，所述密封装置包括止回阀，所述止回阀布置为面向所述直通管线的位于 泵级端的孔。 优选地，所述止回阀由安装为沿所述转轴滑动的圆盘形成。
例如，所述外围通道可以设计成包括曲径密封垫片。 所述曲径密封垫片可以包括安装在所述定子内的多个环，并且所述离心元件的圆 周面具有多个对应的凹陷。 有利地，每个环都是开口的且具有弹性，使得其能够安装在所述定子内。 优选地，在静止时每个环的外径大于所述定子的内壁的直径，使得在所述环插入
所述定子中之后，通过环的弹力环被保持紧靠在所述定子的内壁上。 所述密封装置还可以设计为包括安装在轴上位于所述轴承和所述离心元件之间 的偏转装置。 本发明还公开了一种润滑的流体密封装置离心元件，其设计为安装成以便在润滑 的轴承和干泵级之间在干真空泵的转轴上一致地旋转，其特征在于，其至少一个直通管线， 流体能够通过至少一个直通管线从所述轴承行进或移动至所述干泵级以便将润滑流体与 所述流体分离。
通过阅读本发明的说明书及附图，其它优点和特征将变得明显，在附图中 图1为本发明的真空泵的一部分的纵向截面图， 图2为本发明的离心元件的示例性实施方式的示意性正视图， 图3为图1的真空泵的一部分的纵向截面图， 图4、5和6为图1的真空泵的变形实施方式的纵向截面图。 在这些附图中，相同的元件采用相同的附图标记。
具体实施例方式
本发明用于一种干真空泵，干真空泵包括至少一个转轴干真空泵，所述至少一个
转轴由至少一个润滑的轴承支撑，和至少一个密封装置，其用于密封能够从轴承进入轴通
道的润滑流体，所述密封装置安装在润滑的轴承和干泵级之间。 有利的是，，为真空泵中每个靠近轴承的泵级设置一个密封装置。 在真空泵中，特别是多级类型的真空泵(例如罗茨或爪形泵或基于类似原理的
泵)中，这种真空泵包括两个旋转叶状轴，因而在该泵的四个轴承处设置四个密封装置。
自然，本发明还用于任何类型的干真空泵，例如涡形真空泵或螺旋真空泵。
图1表示根据本发明的第一实施方式的真空泵1的一部分。 真空泵1的定子3内部包括轴承5、泵级7和润滑的流体密封装置9，其用于转轴 11的通道、安装在轴承5和泵级7之间。 轴承5包括由诸如油脂或油的流体润滑的滚柱轴承13。为此目的，有利地，轴承5 与将油均匀地分配给轴的齿轮的油盘9 (未图示)连接在一起。 在泵1内较远的下游，能够围绕旋转轴线14转动的轴11延伸进入泵级7中，在那 里轴11支撑转子15(例如具有旋转叶片的转子)。 泵级7被称为"干的(dry)"，因为当其运行时，在转子15和泵l的主体3之间不存 在任何机械接触的情况下，转子15以相反的方向在定子3内转动，这使得能够完全没有油。
密封装置9使得能够在极大地限制来自轴承5的诸如油脂或油之类的润滑流体进 入干泵级7的通道，同时能够在真空泵1运行时使轴11转动。 在本发明中，密封装置9包括安装为以便与轴11 一致地旋转的离心元件17，并包 括至少一条直通管线19，所述直通管线能够将润滑流体与可以从轴承行进或传递到干泵级 7的流体分离或隔离。 可能从轴承行进或移动到干泵级的流体包括润滑流体和气体的混合物。 在这种方式中，当真空泵1运转时，离心元件17将以与轴11相同的旋转速度旋
转，例如，对初级的罗茨真空泵(Roots vaccum pump)为每分钟6000转。 因此，由离心元件17承载的直通管线19也将围绕泵1的轴11的旋转轴线14旋
转，并以相同的旋转速度旋转。 当润滑流体为雾状物形式时，液体或残留粒子具有大于气体的质量或密度，在直 通管线19内循环的液体或残留粒子将保持远离离心元件17的中心14。
事实上，由离心元件17的快速旋转产生的离心力将润滑流体投射到管线19的内 侧表面21上，由此通过离心使润滑流体与所述流体分开或分离。
更具体地，密封装置将润滑剂的雾状物和/或蒸汽与所述流体分开或分离。
有利地，直通管线19的孔39在轴承5端的直径大于在干泵级7端的直径。
例如，在图1中，直通管线19的一部分具有瓶颈53，其通过离心元件17中的形状 形成为类似锥形筒的凹进形成，锥形筒的旋转轴线与离心元件17的旋转轴线14相同并且 尖端与在泵级7端的预定数量的孔39连通。 特别地，锥形筒的形状使得可以通过离心力引导沿着壁收集的润滑剂的蒸汽和雾 状物，以便将它们通过管线19排出。 由此润滑流体被引导朝向离心元件17的底部，使得密封装置能够自清洁。
随后将描述直通管线19的其它实施方式。 此外，提供多条直通管线19，用这样的方式以便优化气体的流动。 因此，图2给出离心元件17，其具有直通管线19的8个孔39以及位于离心元件
17中心的用于轴11的通道的开口 25。 为了进一步改善装置9密封润滑流体的能力，有利地，离心元件17可以设计为包
括设置在直通管线19内的过滤体，如纤维材料(未图示)。 纤维材料可以例如是基于钢棉或钢绒的或基于玻璃棉或玻璃绒的。 以这种方式，无论何时流体在管线19中行进或移动，润滑剂残留物都被捕获在过
滤体的纤维中。 随后，通过离心力，被捕获在过滤体中的油蒸汽和/或雾状物将被投射朝向离心
元件17的壁，且随后被引导向离心元件17的底部。 以这种方式，与直通管线19 一起，过滤体进行自清洁。 此外，有利地，密封装置可以被设计为包括安装轴11上轴承5和离心元件17之间 的偏转装置27。 偏转装置27使得能够改变从轴承5开始的流体的流动，以形成初步地或粗略地分 离或隔离来自轴承5的液体、油脂和粒子状态或形式的润滑剂的第一装置。
在定子3内设置对应的沟槽29，其设置为从偏转装置27的周缘边缘31跨过。
以这种方式，无论何时流体从流体5行进或移动至泵级7，大的粒子和液体被偏转 装置27偏转到沟槽29中，这形成流体的第一初步或粗略过滤。 优选地，管道或通道(canal)(未图示)从沟槽29延伸进入泵1的定子3中。
这种管道可以与润滑轴承的油盘连接在一起。在沟槽29内行进或移动的润滑剂 随后被引入到管道中，随后引向油盘。 有利地，直通管线19比离心元件17的圆周面33更靠近轴ll，如图2所示。
这种恰当地倚靠轴11的旋转轴线14的配置使得装置9能够尽可能多地从离心效 应禾口互补旋转效应(complementary rolling effect)中受益。 互补旋转效应由偏转装置27和离心元件17之间的局部高压产生。它是偏转装置
27和离心元件17之间的较小的空间产生的结果。 旋转效应还使得能够将润滑剂分散到偏转装置27的外缘。 在本发明的一种非常有利的方面，直通管线19的流导或传导性大于形成在离心
元件17的圆周面33和定子3的内壁35之间的外围流体通道的流导或传导性。 在采用这种设计的情况下，只要轴承5端的压力较高，流体都优选流过离心元件
717的直通管线19，而不是围绕其外围或外缘。 以这种方式，流体由离心元件17很好地过滤，并且离心元件17两侧的压力差被限
制或抑制了，因为通过外围通道的流量由于所述高的流导或传导性而被极大地降低了。
对于相反的情形，即只要泵级端的压力较高，密封装置9包括面向直通管线19的 孔39、位于泵级7端的止回阀37。 阀37的位置使得能够根据压力差取向或定向流体的优选的通路。 当阀37保持远离孔39时，流体优选流过直通管线19，因为直通管线19具有更大
的流导或传导性。 当它保持紧靠孔39时，流体优选流过离心元件17的外围通道。 通过阀37进行的管线19的打开和关闭由管线两侧的压力差自然地控制。 当轴承5端的压力大于泵级7中的压力时，阀37以这种方式被放置在轴11上，使
得阀位于离开孔39 —定距离的位置上。 通过这种创新的装置，密封装置9被优化了 ，避免了直通管线19内的气体和润滑
剂的湍流或紊流运动，因为通过直通管线19的流动仅沿一个方向行进或流动。 因此，密封装置9两侧的压力可以通过两个不同的通道自动地达到平衡，这取决
于流体是否注有润滑剂。 在止回阀的路径由离心元件17和连接至轴11的止动装置41限定的情况下，止回 阀37可以设计为简单的圆盘形式(如金属圆盘)，安装成沿轴11轴向滑动。
阀37的半径设计为足够大，以便能够阻塞在泵级7端腾空的直通管线19的孔39。
以这种方式，在轴承5处的压力大于在泵级7处的压力时，阀37被流体的流动朝 向泵级7推动，并且被止动装置41保持(见图1)，由此允许流体流过离心元件17的直通管 线19。 相反，在轴承5处的压力小于在泵级7处的压力时，阀37被流体的流动拉向离心 元件17，这阻止流体通过直通管线19。 以这种方式，在密封装置9两侧的压力之间达到平衡，并且此外，在外围通道内的
清洁气体的循环使得能够引导已经收集或捕获在那里的润滑剂残留物。 事实上，气体的外围通道的低流导或传导性使它们加速，这将残留物引向定子3
的沟槽29。 优选地，外围流体通道由曲径密封垫片43形成。 曲径密封垫片包括限定定子3和离心元件17之间通道的流导或传导性的一连串 折流板或挡流物(baffle)。 按照惯例，折流板由分别由定子和旋转元件支撑的沟槽和对应的凹陷形成，并居
中朝向它们而不接触它们以便避免在旋转元件处于高旋转速度时的显著的摩擦。 由此在本发明中，外围通道构造在离心元件17的圆周面33和泵1的定子3之间，
这使得能够避免在离心元件17处于高旋转速度时的摩擦。 然而，常规的曲径密封垫片具有难以组装的缺点。 事实上，为了组装这些密封垫片，必须设计两部分定子，其围绕带有对应的凹陷的 转子进行组装和对中。 为了克服这种缺陷，有利地，本发明提供独立于管线19的曲径密封垫片43，其特征在于其包括安装在定子3内部的多个环45，并且其特征在于离心元件17的圆周面33具 有多个对应的凹陷47。 环45是与定子3不同的元件，并且设计为是开口的且具有弹性，使得它们能够安 装在定子3内部。 这种结构使得组装较为容易。 事实上，每个环45在静止时的外径大于定子3内壁35的直径，使得环45插入在 定子3内之后，它们通过环45的弹力保持紧靠在定子3的内壁35上。
在组装时，首先，开口环45滑入离心元件17的凹陷47中。 然后，辅助安装管围绕支撑环45的离心元件17设置，使得在每个环45的端部彼 此接触的情况下压縮环45。 接下来，包括环45和离心元件17的所述管滑入定子3中。
最后，去除所述管，这允许被释放的环45在定子3内解除压縮。
选择环45的弹性使得它们保持稳固地固定到定子3上。 以这种方式，在定子3和离心元件17获得曲径密封垫片43，离心元件17的凹陷 47和沟槽45容易制造、对中和组装。 自然，这种类型的曲径密封垫片43良好地应用于本发明的离心元件17，也可以良 好地应用于在定子内转动的任何旋转元件，例如转子或转轴。 在如前所述的真空泵运转期间，当轴承5处的压力大于泵级7处的压力时，流体经 过图1中的箭头49所示的通路。 首先，来自轴承4的流体的流动由偏转装置27偏转，初步分离润滑液体和粒子。
同时，阀37被推向泵级7，由此打开到直通管线19的通道，以这种方式大部分流体 流过离心元件17。 由此，通过离心，气体与润滑流体分离。 这些润滑流体随后通过离心力从直通管线19中排出。 随后，如果轴承处的压力变为小于泵级7处的压力，则流体流过外围通道，其路径 由图3的箭头51表示。 阀37被拉向离心元件17，防止流体通过直通管线19，以这种方式使得大部分流体 通过外围通道，弓I导润滑残留物。 如上所述，直通管线19的其它实施方式是可以预见的。 例如，直通管线19的瓶颈53可以由管线19中的阻塞门形成(未图示)。 图4和5描述了本发明的其它有利的实施方式，其中直通管线19的孔39在轴承
5端的直径大于在干泵级7端的直径。 在图4中，直通管线19具有通过形成直径部分减小的台阶堵塞通向干泵级7的嘴 部的的截面。 这种变形例具有非常容易构造的优点。 事实上，这种管线19例如可以通过采用阶梯钻头钻孔而获得。 替换地，如图5所示，直通管线19形状形成为类似锥形筒，其尖端位于干泵级7处。 直通管线19的部分或连续的瓶颈53使得能够减缓投射到管线19的内侧表面21上的润滑剂残留物。 这种残留物将随后沿着管线19的内表面行进或移动，直到返回到轴承5。 当这种残留物到达偏转装置27时，它们被弓I导进入定子3的沟槽29中，并引导至
通向油盘的管道。 在另一变形例中，直通管线19为管状(图6)。 在这种方式中，可以理解到，真空泵1包括至少一个润滑流体密封装置9，其包括 离心元件17，离心元件17安装成以便在轴11上一致地旋转，并且所述润滑流体密封装置9 包括至少一个直通管线19，使得能够在不存在任何摩擦部件由此不存在磨损、需要很少的 维护的情况下确保润滑剂被密封。
权利要求
一种干真空泵，包括至少一个转轴(11)，所述至少一个转轴(11)安装在至少一个润滑轴承(5)上；和至少一个密封装置(9)，所述至少一个密封装置(9)用于密封能够从所述轴承(5)进入轴通道的润滑流体，所述密封装置(9)安装在所述润滑轴承(5)和干泵级(7)之间，其特征在于，所述密封装置(9)包括离心元件(17)，所述离心元件安装为以便在所述轴(11)上一致地旋转并包括能够将所述润滑流体与能够从所述轴承(5)行进或移动至所述干泵级(7)的流体分离的至少一个直通管线(19)。
2. 根据权利要求l所述的真空泵，其特征在于，所述离心元件(17)还包括布置在所述 直通管线(19)内的过滤体。
3. 根据权利要求2所述的真空泵，其特征在于，所述过滤体为纤维材料。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的真空泵，其特征在于，所述直通管线(19)比所述 离心元件(17)的圆周面(33)靠近所述转轴(11)。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的真空泵，其特征在于，所述直通管线(19)的一部 分具有瓶颈(53)。
6. 根据权利要求5所述的真空泵，其特征在于，所述直通管线(19)的孔(39)在轴承 (5)端的直径大于在干泵级(7)端的直径。
7. 根据权利要求6所述的真空泵，其特征在于，所述直通管线(19)形状形成为类似锥 形筒，锥形筒的尖端位于所述干泵级(7)端。
8. 根据权利要求6所述的真空泵，其特征在于，所述直通管线(19)由所述离心元 件(17)中的形状形成为类似锥形筒的凹进形成，所述锥形筒的旋转轴线与所述离心元件 (17)的旋转轴线(14)相同并且其尖端通入泵级(7)端处的预定数量的孔(39)中。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的真空泵，其特征在于，所述直通管线(19)的流导 或传导性大于形成在所述离心元件(17)的圆周面(33)和所述定子(3)内壁(35)之间的 外围流体通道的流导或传导性。
10. 根据权利要求9所述的真空泵，其特征在于，所述密封装置(9)包括止回阀(37)， 所述止回阀(37)布置为面向所述直通管线(19)的位于泵级(7)端的孔(39)。
11. 根据权利要求10所述的真空泵，其特征在于，所述止回阀(37)由安装为沿所述转 轴(11)滑动的圆盘形成。
12. 根据权利要求9至11中任一项所述的真空泵，其特征在于，所述外围通道包括曲径 密封垫片(43)。
13. 根据权利要求12所述的真空泵，其特征在于，所述曲径密封垫片(43)包括安装在 所述定子(3)内的多个环(45)，并且其特征在于所述离心元件(17)的圆周面(33)具有数 个对应的凹陷(47)。
14. 根据权利要求13所述的真空泵，其特征在于，每个环(45)都是开口的且具有弹性， 使得其能够安装在所述定子(3)内。
15. 根据权利要求14所述的真空泵，其特征在于，在静止时每个环(45)的外径大于所 述定子(3)的内壁(35)的直径，使得在所述环(45)插入所述定子(3)中之后，环(45)由 环(45)的弹力保持紧靠在所述定子(3)的内壁(35)上。
16. 根据前述权利要求中任一项所述的真空泵，其特征在于，所述密封装置(9)还包括 安装在转轴(11)上的位于所述轴承(5)和所述离心元件(17)之间的偏转装置(27)。
17. —种用于润滑的流体密封装置的离心元件，所述密封装置设计为安装成位于润滑 轴承(5)和干泵级(7)之间、在干真空泵(1)的转轴(11)上一致地旋转，其特征在于，其包 括至少一个直通管线(19)，通过至少一个直通管线(19)流体能够从所述轴承(5)行进或移 动至所述干泵级(7)以便将润滑流体与所述流体分离。
全文摘要
本发明涉及一种干真空泵，包括至少一个转轴(11)，其安装在至少一个润滑轴承(5)上，和至少一个密封装置(9)，其用于密封能够从所述轴承(5)进入轴通道的润滑流体，所述密封装置(9)安装在所述润滑轴承(5)和干泵级(7)之间，其特征在于，所述密封装置(9)包括离心元件(17)，所述离心元件安装为以便在所述轴(11)上一致地旋转并包括能够将所述润滑流体与可以从所述轴承(5)行进或移动至所述干泵级(7)的流体分离的至少一个直通管线(19)。
文档编号F04C27/00GK101784824SQ200880104028
公开日2010年7月21日 申请日期2008年6月16日 优先权日2007年8月23日
发明者弗朗索瓦·乌泽, 阿尔贝·卡卡 申请人:阿尔卡特朗讯