軸向柔度繞轉(zhuǎn)板式渦旋件及包括該渦旋件的渦旋泵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種軸向柔度繞轉(zhuǎn)板式渦旋件及包括該渦旋件的渦旋泵。渦旋泵(100)的繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(230)包括繞轉(zhuǎn)板(230)，其具有第一側(cè)面和第二側(cè)面；繞轉(zhuǎn)渦旋葉片(221)，其沿軸向從繞轉(zhuǎn)板(230)的第一側(cè)面突出；以及彎曲部(500)，該彎曲部的柔度在軸向上。彎曲部(500)在繞轉(zhuǎn)板(230)的第二側(cè)面連接到繞轉(zhuǎn)板(230)，并且將繞轉(zhuǎn)板(230)和繞轉(zhuǎn)渦旋葉片(221)連接到軸承(246)，該軸承允許繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(230)圍繞縱軸自由旋轉(zhuǎn)，并且限制繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(230)在其它自由度上的運(yùn)動(dòng)。
【專利說明】軸向柔度繞轉(zhuǎn)板式渦旋件及包括該渦旋件的渦旋泵

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括板式渦旋件和末端密封件的渦旋泵，其中，該板式渦旋件具有嵌套的渦旋葉片，并且該末端密封件在板式渦旋件中的一者的渦旋葉片的末端和其它板式渦旋件的板之間提供密封。

【背景技術(shù)】
[0002]渦旋泵是包括靜止板式渦旋件和繞轉(zhuǎn)板式渦旋件的泵的一種類型，其中，靜止板式渦旋件具有螺旋靜止渦旋葉片，并且繞轉(zhuǎn)板式渦旋件具有螺旋繞轉(zhuǎn)渦旋葉片。靜止渦旋葉片和繞轉(zhuǎn)渦旋葉片嵌套成具有間隙和預(yù)定的相對(duì)角度的定位，從而由渦旋葉片限定容器(或多個(gè)容器)并將容器限定在渦旋葉片之間。渦旋泵還具有固定靜止板式渦旋件的框架和由框架支撐的偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。這些零件通常構(gòu)成能被稱為渦旋泵的泵頭(組件)的組件。
[0003]繞轉(zhuǎn)板式渦旋件，并且因此繞轉(zhuǎn)渦旋葉片連接到偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)并由偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，以便圍繞經(jīng)過靜止渦旋葉片的軸心的泵的縱軸繞轉(zhuǎn)。由泵的渦旋葉片限定的(多個(gè))容器的容積隨著繞轉(zhuǎn)渦旋葉片相對(duì)于靜止渦旋葉片的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生改變。繞轉(zhuǎn)渦旋葉片的繞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還使得(多個(gè))容器在泵頭組件內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而(多個(gè))容器被有選擇地放置為與渦旋泵的入口和出口開放式連通。
[0004]在這種渦旋泵的示例中，繞轉(zhuǎn)渦旋葉片相對(duì)于靜止渦旋葉片的運(yùn)動(dòng)使得與泵的出口密封隔開并與泵的入口開放式連通的容器膨脹。因此，流體通過入口被引到容器中。然后，將容器移動(dòng)到它與泵的入口密封隔開并且與泵的出口開放式連通的位置，并且同時(shí)容器收縮。因此，容器中的流體被壓縮，并且從而通過泵的出口排放。靜止繞轉(zhuǎn)渦旋葉片的側(cè)壁表面不需要互相接觸來形成符合要求的(多個(gè))容器。更確切地說，在(多個(gè))容器的端部的側(cè)壁表面之間可以留有微小的間隙。
[0005]如上所述的渦旋泵可以為真空型，在這種情況下，泵的入口連接到將要被排空的腔室。
[0006]此外，可以使用油在靜止板式渦旋葉片和繞轉(zhuǎn)板式渦旋葉片之間產(chǎn)生密封，S卩，形成和渦旋葉片一起限定(多個(gè))容器的(多個(gè))密封件。另一方面，因?yàn)橛涂赡芪廴居杀眠M(jìn)行做功的流體，所以某些類型的渦旋泵(被稱為“干式”渦旋泵)避免了油的使用。替代油，干式渦旋泵采用各自位于凹槽內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)末端密封件，該凹槽沿渦旋葉片中的各自一者的末端(軸端)的長(zhǎng)度方向延伸(凹槽因此也具有螺旋的形式)。更具體地，每個(gè)末端密封件設(shè)置在板式渦旋件中的各自一者的渦旋葉片的末端和其它板式渦旋件的板之間，以便產(chǎn)生維持靜止渦旋葉片和繞轉(zhuǎn)渦旋葉片之間的(多個(gè))容器的密封。
[0007]如上所述的類型的渦旋泵通常在零件中的各自一者中通常需要某種程度的軸向柔度，以便維持板式渦旋件之間的有效密封。一種已知的提供軸向柔度的技術(shù)為在末端密封件和葉片之間插入彈簧，其中，該末端密封位于葉片內(nèi)。然而，在傳統(tǒng)領(lǐng)域中，末端密封件時(shí)常偏置成抵靠相對(duì)的板式渦旋件的板。因此，末端密封件不斷磨損并且因此，必須被相當(dāng)頻繁得更換。已知實(shí)心塑料末端密封件與傳統(tǒng)彈簧偏置末端密封件相比具有較長(zhǎng)的使用壽命。然而，實(shí)心末端密封件的使用存在自身的一些問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服在渦旋泵中使用實(shí)心末端密封件引起的一個(gè)或者多個(gè)問題、缺點(diǎn)和/或限制。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種繞轉(zhuǎn)板式渦旋件，該繞轉(zhuǎn)板式渦旋件包括繞轉(zhuǎn)板，其具有第一側(cè)面和第二側(cè)面；繞轉(zhuǎn)渦旋葉片，其沿軸向從所述繞轉(zhuǎn)板的所述第一側(cè)面突出；以及彎曲部，其在所述繞轉(zhuǎn)板的所述第二側(cè)面連接到所述繞轉(zhuǎn)板，并且其中所述彎曲部的柔度基本只在軸向上。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用在渦旋泵中的繞轉(zhuǎn)板式渦旋件，該繞轉(zhuǎn)板式渦旋件包括繞轉(zhuǎn)板，其具有第一側(cè)面和第二側(cè)面；繞轉(zhuǎn)渦旋葉片，其沿軸向從所述繞轉(zhuǎn)板的所述第一側(cè)面突出；以及連接裝置，其將所述繞轉(zhuǎn)板和所述繞轉(zhuǎn)渦旋葉片連接到軸承，所述軸承允許所述繞轉(zhuǎn)板式渦旋件圍繞縱軸自由旋轉(zhuǎn)，并且其中，所述連接裝置是具有柔度的彎曲部，所述柔度基本僅在所述軸向上。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種渦旋泵，該渦旋泵包括框架；相對(duì)于所述框架固定的靜止板；靜止渦旋葉片，其沿與所述泵的縱軸平行的方向從所述靜止板軸向突出；繞轉(zhuǎn)板；繞轉(zhuǎn)渦旋葉片，其沿與所述縱軸平行的方向從所述繞轉(zhuǎn)板軸向突出，并且與所述靜止渦旋葉片嵌套；至少一個(gè)末端密封件，所述至少一個(gè)末端密封件中的每一者插入到所述靜止板式渦旋件和所述繞轉(zhuǎn)板式渦旋件中的相應(yīng)一者的所述渦旋葉片的軸端部、與所述靜止板式渦旋件和所述繞轉(zhuǎn)板式渦旋件中的另一者的所述板之間；偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其由所述框架支撐并且可旋轉(zhuǎn)地支撐所述繞轉(zhuǎn)板，使得所述繞轉(zhuǎn)板能夠圍繞與所述縱軸平行的轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)；以及彎曲部，其插入到所述繞轉(zhuǎn)板和所述偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間并且將所述繞轉(zhuǎn)板連接到所述偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且其中，所述偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿圍繞所述縱軸的軌道操作驅(qū)動(dòng)所述繞轉(zhuǎn)板和從所述繞轉(zhuǎn)板延伸的所述繞轉(zhuǎn)渦旋葉片，所述彎曲部被連接到軸承，并且所述彎曲部的柔度基本只在與所述旋轉(zhuǎn)軸一致的軸向上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]參照附圖，通過以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，可以更好地理解本發(fā)明的這些以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0013]圖1是本發(fā)明可以應(yīng)用到的渦旋泵的示意縱剖視圖；
[0014]圖2是圖1的渦旋泵的泵頭組件的示意縱剖視圖；
[0015]圖3A是圖1和2的渦旋泵的靜止板式渦旋件的放大剖視圖；
[0016]圖3B是靜止板式渦旋件的前視圖；
[0017]圖4是圖2所示的泵頭的一部分的剖視圖，示出靜止板式渦旋件和繞轉(zhuǎn)板式渦旋件之間的末端密封件；
[0018]圖5是根據(jù)本發(fā)明的渦旋泵的繞轉(zhuǎn)板式渦旋件的剖視圖；以及
[0019]圖6是對(duì)應(yīng)于圖2的渦旋泵的部分A、根據(jù)本發(fā)明的圖5的繞轉(zhuǎn)板式渦旋件的一部分的放大視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]參照附圖，將在下文中對(duì)本發(fā)明概念的各種實(shí)施例和實(shí)施例的示例進(jìn)行更全面地描述。在附圖中，為了清楚，可以放大元件的尺寸和相對(duì)尺寸。同樣地，為了清楚，可以放大和/或簡(jiǎn)化元件的形狀，并且為了易于理解，可以示意性示出元件。此外，相同的數(shù)字和附圖標(biāo)記用于指代附圖中相同的元件。
[0021]此外，空間相關(guān)術(shù)語(諸如“前”和“后”等)用于描述附圖所示的元件與另一個(gè)元件的關(guān)系。因此，空間相關(guān)術(shù)語可以應(yīng)用到使用時(shí)與附圖所示的方向不同的方向中。顯然，雖然為了易于說明，所有這些空間相關(guān)術(shù)語指的是附圖所示的方向并且不必限制為根據(jù)本發(fā)明的裝置，但是使用時(shí)可以假設(shè)方向與附圖中所示的方向不同。
[0022]為了描述本發(fā)明概念的特定示例或者實(shí)施例在本文中采用的其它術(shù)語應(yīng)當(dāng)在上下文背景下理解。例如，術(shù)語“包括”用在說明書中時(shí)，表示存在所述的特征或方法，并且不排除附加特征或方法的存在。術(shù)語例如“固定”可以用來描述以零件/元件相對(duì)于彼此不能運(yùn)動(dòng)的方式將兩個(gè)零件/元件直接連接到彼此，或者通過一個(gè)或多個(gè)附加零件作為媒介物來連接零件/元件。同樣地，術(shù)語“連接”可以用于描述以允許一些相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式將兩個(gè)零件直接或間接彼此連接。用于描述渦旋葉片的術(shù)語“螺旋”用在最普遍的意義中，并且指的是領(lǐng)域中公認(rèn)為具有多個(gè)匝或“回旋”的各種形式的渦旋葉片中的任一者。最后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，作為彎曲部的內(nèi)在特性的術(shù)語“柔度”具有與彈簧的內(nèi)在特性相似的含義。即，術(shù)語“柔度”是與彈簧的位移矢量相似的、代表彎曲部可壓縮的(多個(gè))方向的矢量。因此，術(shù)語“彎曲部的柔度在軸向上”表示軸向?yàn)樽鳛槭┘拥牧Φ慕Y(jié)果彎曲部將沿著彎曲的方向，并且表示在非柔度自由度上的運(yùn)動(dòng)將受到彎曲部的約束。在本發(fā)明的情況下，彎曲部的那種關(guān)系或特性(即，由力-彎曲曲線所表示的)可以是非線性的。具體地，彎曲部可以包括貝勒維爾(Bellenille)彈簧或碟形彈簧。
[0023]現(xiàn)在，參考圖1，渦旋真空泵1可以包括泵罩100、以及設(shè)置在泵罩100內(nèi)的泵頭組件200、泵電機(jī)300、和冷卻風(fēng)扇400，其中，本發(fā)明能夠應(yīng)用于該渦旋真空泵。此外，泵罩100將進(jìn)氣口 100A和出氣口 100B分別限定在泵罩的兩端。泵罩100還可以包括覆蓋泵頭組件200和泵電機(jī)300的蓋110，以及支撐泵頭組件200和泵電機(jī)300的基座120。蓋110可以是一個(gè)或者多個(gè)零件并且可拆卸地連接到基座120，使得蓋110可以從基座120上移除以便訪問栗頭組件200。
[0024]參考圖2，泵頭組件200包括框架210、靜止板式渦旋件220、繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230、以及偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)240。
[0025]框架210可以是一個(gè)單個(gè)工件，或者框架210可以包括彼此固定的多個(gè)集成零件。
[0026]該示例中的靜止板式渦旋件220被可拆卸地安裝到框架210。靜止板式渦旋件220包括具有前(或第一)側(cè)面220F和后(或第二)側(cè)面220B的靜止板，以及從板的前側(cè)面220F軸向突起的靜止渦旋葉片221。如圖3A和3B所示，靜止渦旋葉片221為具有多個(gè)回旋的螺旋形式。繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230包括具有前(或第一)側(cè)面230F和后(或第二)側(cè)面230B的繞轉(zhuǎn)板，以及從板的前側(cè)面230F軸向突起的繞轉(zhuǎn)渦旋葉片231。繞轉(zhuǎn)渦旋葉片231具有與靜止渦旋葉片221的那些回旋互補(bǔ)的回旋。
[0027]如圖2所示，靜止渦旋葉片221和繞轉(zhuǎn)渦旋葉片231嵌套成具有間隙和預(yù)定的相對(duì)角度和軸向定位，使得將在下面詳細(xì)描述的泵的操作期間，由靜止渦旋葉片221和繞轉(zhuǎn)渦旋葉片231界定容器并且將容器界定在靜止渦旋葉片221和繞轉(zhuǎn)渦旋葉片231之間。在該方面，渦旋葉片221和231的側(cè)面可以實(shí)際上不互相接觸來密封容器。相反，渦旋葉片221和231的側(cè)壁表面之間的微小間隙以及末端密封件(將隨后描述)產(chǎn)生足以形成符合要求的容器的密封。
[0028]偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)240包括驅(qū)動(dòng)軸241和軸承246。在該示例中，驅(qū)動(dòng)軸241為具有主部242和曲柄243的曲軸，其中，該主部242連接到電機(jī)300以便在電機(jī)的作用下圍繞泵100的縱軸L旋轉(zhuǎn)，并且該曲柄的中心縱軸在徑向上從縱軸L偏移。軸承246包括多組繞轉(zhuǎn)元件。
[0029]此外，在該示例中，曲軸的主部242通過一組或多組軸承246由框架210支撐，以便可以相對(duì)于框架210旋轉(zhuǎn)。繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230通過另一組或另一些組的軸承246安裝到曲柄243。因此，繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230由曲柄243承載，以便當(dāng)主軸242在電機(jī)的作用下旋轉(zhuǎn)時(shí)圍繞泵的縱軸L繞轉(zhuǎn)，并且繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230由曲柄支撐，以便可以圍繞曲柄243的中心縱軸旋轉(zhuǎn)。
[0030]在泵的正常操作期間，由于容器中的液體被壓縮，所以施加到繞轉(zhuǎn)渦旋葉片231的載荷傾向于以使得繞轉(zhuǎn)渦旋板230圍繞曲柄243的中心縱軸旋轉(zhuǎn)的方式動(dòng)作。然而，端部251和252分別連接到繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230和框架210的管狀構(gòu)件250，和/或其它機(jī)構(gòu)(例如，十字滑塊聯(lián)軸器)以以下方式約束繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230:當(dāng)抑制繞轉(zhuǎn)板式渦旋件圍繞曲柄243的中心縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，允許它圍繞泵的縱軸L繞轉(zhuǎn)。
[0031 ] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)構(gòu)為以金屬波紋管形式的管狀構(gòu)件250。金屬波紋管具有徑向柔性，當(dāng)波紋管的第二端部252保持固定到框架210時(shí)，該柔性足以允許其第一端部251跟隨繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230運(yùn)動(dòng)。此外，管狀金屬波紋管在軸向上(即，在它的中心縱軸上)具有柔性。另一方面，金屬波紋管可以具有扭轉(zhuǎn)剛度，當(dāng)波紋管的第二端部252保持固定到框架210時(shí)，該扭轉(zhuǎn)剛度防止波紋管的第一端部251圍繞波紋管的中心縱軸大幅旋轉(zhuǎn)，即，防止在它的周向上大幅旋轉(zhuǎn)。因此，在泵的操作期間，金屬波紋管可以實(shí)質(zhì)上是在靜止渦旋葉片221和繞轉(zhuǎn)渦旋葉片231之間分別提供角度同步的僅有裝置。
[0032]管狀構(gòu)件250還圍繞偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)240的曲軸243和軸承246的一部分延伸。以這種方式，管狀構(gòu)件250將軸承246和軸承表面密封隔離開在徑向上限定在管狀構(gòu)件250和框架210之間的空間，其中該空間可以構(gòu)成由泵進(jìn)行做功的流體經(jīng)過的工作室C，S卩，泵的真空室。因此，管狀構(gòu)件250可以防止軸承246采用的潤(rùn)滑油和/或軸承表面產(chǎn)生的顆粒物進(jìn)入工作室C。
[0033]重新參考圖1，渦旋真空泵1還具有泵入口 140和泵出口 150，其中，泵入口 140構(gòu)成將流體引入泵中的泵的真空側(cè)，并且泵出口 150構(gòu)成將流體從真空泵排放到大氣中或者使流體處于壓力下的壓縮側(cè)。泵頭組件200還具有將泵的入口 140連接到真空室C的進(jìn)氣口 270，和引到泵出口 150的排氣口 280。此外，在圖1中，附圖標(biāo)記260指的是由限定在靜止板式渦旋件220和繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230之間的容器構(gòu)成的泵的壓縮機(jī)構(gòu)。
[0034]參考圖4，泵頭組件200還具有(多個(gè))末端密封件290，該末端密封件在繞轉(zhuǎn)板式渦旋件和靜止板式渦旋件中的一者的渦旋葉片、與繞轉(zhuǎn)板式渦旋件和靜止板式渦旋件中的另一者的(層或板)之間產(chǎn)生密封。更具體地，末端密封件290是位于槽內(nèi)的實(shí)心塑料件，其中該槽位于并且沿著靜止板式渦旋件220和繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230中的一者的渦旋葉片221、231的末端的長(zhǎng)度方向，以便該末端密封件插入在渦旋葉片221、231的末端、與靜止板式渦旋件220和繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230中的另一者的板之間。圖4示出與渦旋葉片221、231的兩者分別相關(guān)的實(shí)心塑料末端密封件290。此外，在圖4中，附圖標(biāo)記P指的是上面提及的容器中的任意一個(gè)。
[0035]具有上述結(jié)構(gòu)的渦旋真空泵1如下進(jìn)行操作。
[0036]繞轉(zhuǎn)渦旋葉片221相對(duì)于靜止渦旋葉片231的繞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使得領(lǐng)先容器P的容積膨脹，該容器P與泵的出口 150密封隔離并且與泵的入口 140開放式連通。因此，流體通過泵入口 140、經(jīng)過泵頭組件200的進(jìn)氣口 270和真空室C被引入領(lǐng)先容器P中。繞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還使容器P在曲軸241進(jìn)行一次或多次旋轉(zhuǎn)之后有效地運(yùn)動(dòng)到使容器與腔室C密封隔離，并且因此與泵的入口 140密封隔離，以及與泵出口 150開放式連通的位置。然后，使容器P有效地運(yùn)動(dòng)成與泵頭組件280的出氣口 280開放式連通。在此期間，容器P的容積減小。因此，容器P中的流體被壓縮，并且從而通過出口 150從泵中排放。此外，在此期間(對(duì)應(yīng)于繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230的一次或多次繞轉(zhuǎn))，多個(gè)連續(xù)的或一串容器P可以形成在靜止板式渦旋件221和繞轉(zhuǎn)板式渦旋件231之間，并且實(shí)際上類似地和連續(xù)地移動(dòng)并使它們的容積減小。因此，在該示例中的壓縮機(jī)構(gòu)260由一系列容器P構(gòu)成。在任一情況下，如圖1中的箭頭線示意地示出，由于繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230相對(duì)于靜止板式渦旋件220的繞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，流體被迫通過泵。
[0037]此外，通過上述操作，流體流到末端密封件290的后邊并且“激勵(lì)”末端密封件290，意味著流體使得末端密封件抵靠相對(duì)的板式渦旋件的葉片。泵可以組裝成具有比末端密封件的軸向高度小的軸向間隙，這還使得末端密封件抵靠相對(duì)的板式渦旋件的板。一個(gè)產(chǎn)生的問題為由末端密封件290和相對(duì)的板式渦旋件的板之間的摩擦產(chǎn)生的熱量使渦旋泵的一部分熱變形。這些熱變形反過來可以顯著改變繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230的相對(duì)軸向位置，并且可能沿著使摩擦和熱量進(jìn)一步增加的方向改變。在任一情況下，這種現(xiàn)象可能減小靜止板式渦旋件220和繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230之間的軸向密封的壽命，并且此外當(dāng)軸承246中的油脂的粘度由于溫度增加而減少時(shí)，這種現(xiàn)象可能使軸承246過載。此外，當(dāng)渦旋真空泵長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，末端密封件290開始磨損，最終阻止泵產(chǎn)生合適水平的真空。
[0038]實(shí)心末端密封件帶來的另一個(gè)問題是因?yàn)檫@樣的末端密封件相對(duì)不可壓縮，所以無法提供足夠的軸向柔度。然而，在軸向上可能需要80磅(lbs)的力以在實(shí)心塑料末端密封件中產(chǎn)生0.001英寸的必要的變形。該力除了被施加到末端密封件，還被傳遞到軸承(圖2中的246)。因此，軸承可能過載，以及油脂在增加的摩擦的作用下被過度加熱，并且結(jié)果軸承的使用壽命減少。
[0039]又一個(gè)問題為繞轉(zhuǎn)板式渦旋件必須被放置在泵中精確的軸向位置(通常在參照位置的約0.001英寸內(nèi))以防止軸承過載或者過度泄露由板式渦旋件進(jìn)行做功的流體。
[0040]參考圖2，5和6，本發(fā)明提供固定到繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230的板的后側(cè)面230B上的彎曲部(圖5中的500)，并且彎曲部的柔度被設(shè)計(jì)為僅在軸向上，并且對(duì)其它5個(gè)自由度(即，2個(gè)平移和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng))提供足夠的約束，以便避免上述的一個(gè)或多個(gè)問題。
[0041 ] 彎曲部500包括中心縱軸沿軸向延伸的圓柱轂510，和從轂510徑向延伸并且將轂510連接到繞轉(zhuǎn)板的凸緣520。反過來，凸緣520包括腹板522和接頭524，其中，當(dāng)彎曲部放松時(shí)，腹板522與繞轉(zhuǎn)板軸向隔開，使得在腹板522和繞轉(zhuǎn)板(的后側(cè)面230B)之間存在間隙G，并且接頭524與腹板522成為一體。彎曲部500可以由招制成并且可以是單一的，即，轂510和凸緣520可以是一體的。減震液(例如油脂)可以占用腹板522和繞轉(zhuǎn)板的第二側(cè)面230B之間的間隙G。
[0042]接頭524是使彎曲部500與繞轉(zhuǎn)板集成的裝置。例如，過盈配合將凸緣520和繞轉(zhuǎn)板彼此連接。過盈配合可以大約為0.002”(英寸)-0.004”。通過將彎曲部收縮嵌套到繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230可以實(shí)現(xiàn)過盈配合。在所示的示例中，圓形凹槽設(shè)置在繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230的板的后側(cè)面230B。在這種情況下，圓形凹槽由繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230的環(huán)形壁232限定。因此，例如，可以冷卻彎曲部500以便使凸緣520的外徑收縮，然后，凸緣520插入到圓形凹槽，并且隨后使得彎曲部500返回到室溫，直到凸緣520徑向向外延伸成與環(huán)形壁232緊密接合。除了或者替代過盈配合，可以設(shè)置保持器550(例如環(huán)形夾)以確保彎曲部500的接頭524固定到繞轉(zhuǎn)板式渦旋件。
[0043]在所示的示例中，彎曲部500的腹板522成盤形，接頭524為環(huán)形構(gòu)件，并且腹板522在軸向上的厚度h小于接頭524的厚度t2，從而提供了上述的間隙G。此外，腹板522可以沿所示的垂直于軸向的方向或者沿相對(duì)于軸向傾斜的方向從轂510延伸到接頭524。
[0044]通過圖1所示的圍繞縱軸的至少一組軸承246將轂510安裝到偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)240的曲柄243。因此，彎曲部500將繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230連接到偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)240，并且繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230圍繞與圓柱轂510的縱軸一致的縱軸自由旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在其它四個(gè)自由度(兩個(gè)平移和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng))被充分約束。管狀結(jié)構(gòu)250 (即，波紋管)對(duì)相對(duì)于框架210的第三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度提供了轉(zhuǎn)動(dòng)約束。
[0045]彎曲部500還可以包括止擋件526。止擋件526從轂510徑向向內(nèi)延伸。當(dāng)彎曲部放松(未變形)時(shí)，沿軸向、在止擋件526和繞轉(zhuǎn)板230 (的后側(cè)面230B)之間存在間隙C1，并且沿軸向的間隙C1的尺寸小于腹板522和繞轉(zhuǎn)板之間的間隙G的尺寸。止擋件的目的在于將彎曲部的最大變形限制為預(yù)定的最大值。過大的變形可能超過用于彎曲部的材料的屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致材料永久變形或可能出現(xiàn)裂縫。
[0046]上述說明中清楚的是，通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)(例如，選擇彎曲部500的材料以及彎曲部500的腹板522的直徑和厚度h)，并且由于間隙G，彎曲部500可以以與貝勒維爾彈簧或碟形彈簧的變形相似的方式在軸向上變形。在本實(shí)施例的示例中，厚度為0.001”。因此，繞轉(zhuǎn)板式渦旋件230可以與在將適當(dāng)?shù)妮S向力施加到末端密封件290的必需量下(沿朝著繞轉(zhuǎn)板的后側(cè)面230的方向)輕微變形的彎曲部500組裝，通過該軸向力，末端密封件290可以被打磨或磨損。適當(dāng)?shù)妮S向力為不需要破壞末端密封件290和軸承246而致使充分密封的一種力。此外，一旦打磨操作完成，并且密封件290已被磨損，彎曲部500不再在末端密封件上提供將減少末端密封件的壽命的力。在這點(diǎn)上，致使末端密封件290的額外磨損的僅存軸向力來自末端密封件下的氣體壓力。
[0047]另外還要考慮在渦旋泵的工作期間，彎曲部不應(yīng)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)。具體地，當(dāng)泵工作時(shí)，應(yīng)該調(diào)整包括彎曲部的系統(tǒng)的固有頻率(Wn=(彎曲常數(shù)/繞轉(zhuǎn)板式渦旋件的質(zhì)量)的平方根)以避免共振。如果發(fā)生激發(fā)共振時(shí)，一種防止過度噪聲和振動(dòng)的方式將為在腹板522和繞轉(zhuǎn)板之間提供上述的減震液(例如，油脂)。
[0048]除上述優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還提供下述優(yōu)點(diǎn)。
[0049]因?yàn)閺澢?00和，具體地，彎曲部的腹板522具有貝勒維爾彈簧或碟形彈簧的形式，彎曲部自然可以具有非線性力-變形特性，該特性本質(zhì)上致使大致恒定的力，而無需考慮彎曲部500在至少某個(gè)變形范圍內(nèi)的軸向變形。如果這種非線性力-變形特性是有利的，腹板522可以形成為圓錐形結(jié)構(gòu)而不是扁平盤形，并且形成為設(shè)計(jì)成給定期望的力-變形的具體的幾何形狀。非線性力-變形特性將會(huì)是有利的原因在于打磨過程期間大致恒定的彎曲力將會(huì)減少磨損時(shí)間并且防止如果反過來彎曲部具有線性力-變形特性時(shí)將會(huì)產(chǎn)生的過大的軸向力。
[0050]此外，假定有效彈簧常數(shù)大于在下文進(jìn)一步解釋的臨界預(yù)定最小值，當(dāng)末端密封件磨損的量大于彎曲部在組裝期間原始沿軸向變形的量之后，彎曲部不會(huì)繼續(xù)“激勵(lì)”末端密封件，而不考慮彎曲部遵循的力-變形曲線。因此，末端密封件290不必頻繁更換。在本發(fā)明應(yīng)用到通常的渦旋泵的示例中，發(fā)現(xiàn)彎曲部500被設(shè)計(jì)為使得彎曲部500的彈簧剛度在30，000磅/英寸到6，000, 000磅/英寸之間。由于管狀構(gòu)件250內(nèi)、將會(huì)增加末端密封件上的摩擦的氣體壓力，彈簧剛度必須大于預(yù)定最小值，使得繞轉(zhuǎn)渦旋230不會(huì)朝向靜止渦旋220過量移動(dòng)。同樣地，彈簧常數(shù)不必大于預(yù)定最大值，大于預(yù)定最大值將需要過量的力使彎曲部變形，還會(huì)增加末端密封件上的摩擦。設(shè)置與繞轉(zhuǎn)板接合以限制彎曲部500變形的程度的止擋件526將會(huì)防止在意想不到的過量軸向載荷的情況下破壞彎曲部，例如，如果泵的排放口 150被意外堵塞時(shí)可能出現(xiàn)該情況。在此方面，間隙C1的適當(dāng)?shù)闹档氖纠秊?.006”，也可以將其它的間隙設(shè)置為特定的情形。
[0051]此外，雖然彎曲部500允許繞轉(zhuǎn)板和繞轉(zhuǎn)葉片在軸向(在笛卡爾系統(tǒng)中的Z-軸方向)上移動(dòng)，彎曲部500的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為約束繞轉(zhuǎn)板和繞轉(zhuǎn)葉片的其它五個(gè)自由度(沿X-軸和Y-軸的平移運(yùn)動(dòng)和在X-Y、X-Z和Y-Z平面上的轉(zhuǎn)動(dòng))。管狀結(jié)構(gòu)250 ( S卩，波紋管)提供相對(duì)于框架210在X-Y平面上的轉(zhuǎn)動(dòng)約束。彎曲部500在固定到彎曲部500的轂510中的繞轉(zhuǎn)板230和(多個(gè))軸承246的外環(huán)之間提供X-Y平面上的轉(zhuǎn)動(dòng)約束。
[0052]最后，已在上文詳細(xì)描述了本發(fā)明概念的實(shí)施例及其示例。然而，本發(fā)明概念可以以許多不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)該被解釋為限制于上述實(shí)施例。更確切地說，這些實(shí)施例描述為使得這些公開將本發(fā)明概念徹底地、完全地、并且充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。因此，本發(fā)明概念的真正精神和范圍不受上述實(shí)施例和示例的限制，而受限于所附的權(quán)利要求。
【權(quán)利要求】
1.一種繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(230)，包括: 繞轉(zhuǎn)板(230)，其具有第一側(cè)面和第二側(cè)面； 繞轉(zhuǎn)渦旋葉片(221)，其沿軸向從所述繞轉(zhuǎn)板(230)的所述第一側(cè)面突出；以及彎曲部(500)，其在所述繞轉(zhuǎn)板(230)的所述第二側(cè)面連接到所述繞轉(zhuǎn)板(230)，并且其中所述彎曲部(500)的柔度基本只在軸向上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(230)，其中，所述彎曲部(500)包括中心縱軸沿所述軸向延伸的圓柱轂(510)，以及從所述轂(510)延伸并將所述轂(510)連接到所述繞轉(zhuǎn)板(230)的凸緣(520)，并且 其中，所述凸緣(520)包括腹板(522)和接頭(524)，當(dāng)所述彎曲部(500)放松時(shí)，所述腹板(522)與所述繞轉(zhuǎn)板(230)軸向隔開，使得所述腹板(522)和所述繞轉(zhuǎn)板(230)之間存在間隙，所述接頭(524)與所述腹板(522)成為一體并且所述彎曲部(500)通過所述接頭(524)與所述繞轉(zhuǎn)板(230)集成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(230)，其中，所述腹板(522)呈橫跨所述轂(510)和所述接頭(524)的盤形，所述接頭(524)為環(huán)形構(gòu)件，并且所述腹板(522)在所述軸向上的厚度小于所述接頭(524)的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(230)，其中，所述腹板(522)沿垂直于所述軸向的方向從所述轂(510)向所述接頭(524)延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(230)，其中，過盈配合將所述凸緣(520)和所述繞轉(zhuǎn)板(230)彼此連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(230)，其中，所述彎曲部(500)還包括止擋件(526)，當(dāng)所述彎曲部(500)放松時(shí)，沿所述軸向在所述止擋件(526)和所述繞轉(zhuǎn)板(230)之間存在間隙，并且沿所述軸向、在所述止擋件(526)和所述繞轉(zhuǎn)板(230)之間的所述間隙的尺寸小于所述腹板(522)和所述繞轉(zhuǎn)板(230)之間的所述間隙的尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(230)，其中，所述腹板(522)從所述轂(510)徑向向外延伸，并且所述止擋件(526)設(shè)置在所述腹板(522)的徑向向內(nèi)的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(230)，其中，所述彎曲部(500)還包括占用所述腹板(522)和所述繞轉(zhuǎn)板(230)之間的所述間隙的減震液。
9.一種繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(230)，包括: 繞轉(zhuǎn)板(230)，其具有第一側(cè)面和第二側(cè)面； 繞轉(zhuǎn)渦旋葉片(221)，其沿軸向從所述繞轉(zhuǎn)板(230)的所述第一側(cè)面突出；以及連接裝置，其將所述繞轉(zhuǎn)板(230)和所述繞轉(zhuǎn)渦旋葉片(221)連接到軸承(246)，所述軸承(246)允許所述繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(230)圍繞縱軸自由旋轉(zhuǎn)，并且 其中，所述連接裝置包括具有柔度的彎曲部(500)，所述柔度基本只在所述軸向上。
10.一種渦旋泵(100)，包括: 框架(210)； 相對(duì)于所述框架(210)固定的靜止板； 靜止渦旋葉片(221)，其沿與所述泵(100)的縱軸平行的方向從所述靜止板軸向突出； 繞轉(zhuǎn)板(230)； 繞轉(zhuǎn)渦旋葉片(221)，其沿與所述縱軸平行的方向從所述繞轉(zhuǎn)板(230)軸向突出，并且與所述靜止渦旋葉片(221)嵌套， 至少一個(gè)末端密封件(290)，所述至少一個(gè)末端密封件(290)中的每一者插入到所述靜止板式渦旋件和所述繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(220)中的相應(yīng)一者的渦旋葉片(221)的軸端部、與所述靜止板式渦旋件和所述繞轉(zhuǎn)板式渦旋件(220)中的另一者的板之間； 偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(240)，其由所述框架(210)支撐并且可旋轉(zhuǎn)地支撐所述繞轉(zhuǎn)板(230)，使得所述繞轉(zhuǎn)板(230)能夠圍繞與所述縱軸平行的轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)；以及 彎曲部(500)，其插入到所述繞轉(zhuǎn)板(230)和所述偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(240)之間并且將所述繞轉(zhuǎn)板(230)連接到所述偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(240)，并且 其中，所述偏心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(240)沿圍繞所述縱軸的軌道操作驅(qū)動(dòng)所述繞轉(zhuǎn)板(230)和從所述繞轉(zhuǎn)板(230)延伸的所述繞轉(zhuǎn)渦旋葉片(221)， 所述彎曲部(500)被構(gòu)造為允許所述繞轉(zhuǎn)板(230)圍繞平行于所述縱軸的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并且 所述彎曲部(500)具有基本僅在與所述旋轉(zhuǎn)軸一致的軸向上的柔度。
【文檔編號(hào)】F04C2/02GK104343676SQ201410306269
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】羅納德·J·弗尼 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司