具有反向旁通回路的多級(jí)泵的制作方法
【專利摘要】公開了一種具有反向旁通回路的多級(jí)泵。多級(jí)泵(1)包括泵(1)頭和反向液體旁通回路(290)，其中，泵頭具有相對(duì)于液體通過泵(1)的流向串聯(lián)布置的至少兩個(gè)壓縮級(jí)(270a)，反向液體旁通回路包括液體通道(295)，通過液體通道(295)在壓縮級(jí)(270a)中的上游壓縮級(jí)和下游壓縮級(jí)之間流動(dòng)的液體可以被循環(huán)返回到上游壓縮級(jí)(270a)的上游。在通過液體通道(295)的壓力差低于預(yù)定值的情況下，反向液體旁通回路(290)可以限制或停止液體流動(dòng)通過液體通道(295)。為此，反向液體旁通回路(290)可以被配置為當(dāng)液體處于過渡或分子流態(tài)時(shí)限制液體的流動(dòng)，并且當(dāng)液體處于粘性流態(tài)時(shí)允許液體的流動(dòng)。
【專利說明】具有反向旁通回路的多級(jí)栗

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括多級(jí)渦旋型真空泵在內(nèi)的多級(jí)容積泵。具體地說，本發(fā)明涉及包括真空泵在內(nèi)的具有旁路系統(tǒng)的多級(jí)容積泵，其中，該旁路系統(tǒng)用于促使離開某級(jí)的液體偏離液體通過泵的正常流動(dòng)路徑。

【背景技術(shù)】
[0002]各種類型的容積泵(positive displacement pump)，例如螺桿泵、葉片泵、羅茨爪式泵、渦旋型泵，可以被配置為多級(jí)泵。多級(jí)泵提供多級(jí)壓縮，以為泵提供更大的容量(排量)和/或壓力比性能。多級(jí)渦旋泵的示例在美國專利6068459，5855473，5616015和6884047中被公開，這些專利的內(nèi)容通過引用被全部結(jié)合于此。
[0003]在多級(jí)泵中，液體通過泵的入口被引入到泵的第一(上游)級(jí)，其中在泵的第一級(jí)，液體被壓縮；被壓縮的液體離開第一級(jí)并被定向進(jìn)入第二(下游)級(jí)，其中在泵的第二級(jí)，液體再次被壓縮；然后，在第二級(jí)中被壓縮的液體流出第二級(jí)并隨后流向泵的出口(直接流向泵的出口或經(jīng)由泵的用于進(jìn)一步壓縮的額外的下游級(jí)流向泵的出口)。多級(jí)泵可以裝配有前向旁通回路，在泵的某些異常操作條件下，前向旁通回路使大多數(shù)離開上游級(jí)的液體繞開泵的一個(gè)或多個(gè)下游級(jí)。
[0004]例如，前向旁通回路通常被設(shè)置在多級(jí)真空泵中，其中第一級(jí)的入口排量遠(yuǎn)大于第二級(jí)的入口排量。當(dāng)泵首次被啟動(dòng)時(shí)或當(dāng)泵被連通到大氣時(shí)，在第一級(jí)中會(huì)遇到高入口壓力(即，大氣壓力)。在這種情況下，前向旁通回路將分流泵的第二級(jí)周圍的大多數(shù)液體。
[0005]這樣的旁通回路可以避免在上游級(jí)和一個(gè)或多個(gè)下游級(jí)之間的液體中產(chǎn)生過高壓力，因此可以防止下游級(jí)中的過多功耗和過高溫度。過高功耗可以導(dǎo)致泵的軸承和/或電機(jī)超負(fù)荷以及由過高的溫度引起的軸承中的油脂粘度下降。
[0006]然而，這種分流一個(gè)或一個(gè)以上下游級(jí)周圍的液體的前向旁通回路并沒有解決導(dǎo)致多級(jí)泵中的過多功耗和過高溫度的所有潛在的問題。此外，當(dāng)應(yīng)用到多級(jí)渦旋型真空泵時(shí)，這樣的前向旁通回路可能會(huì)造成額外的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種防止泵的上游級(jí)和緊接著的下游級(jí)成為泵的過大功耗的來源的多級(jí)容積泵。
[0008]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種確保達(dá)到它的設(shè)計(jì)速度的多級(jí)容積泵。
[0009]本發(fā)明的又一個(gè)目的在于，提供一種具有用于其的每個(gè)壓縮級(jí)的末端密封(tipseal)以及確保下游級(jí)的末端密封被加強(qiáng)的裝置的多級(jí)渦旋型真空泵。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種多級(jí)泵，該多級(jí)泵具有入口部分和排出部分，并且包括泵頭和反向液體旁通回路，其中，該泵頭具有相對(duì)于液體通過泵的流向串聯(lián)布置的至少兩個(gè)壓縮級(jí)。
[0011]入口部分具有泵入口并構(gòu)成泵的低壓側(cè)，其中液體在該低壓側(cè)被吸入泵。排出部分具有泵出口并構(gòu)成壓縮側(cè)，其中液體在該壓縮側(cè)被以比液體在低壓側(cè)的壓力高的壓力從泵中排去。泵頭還具有泵入口延伸到的入口開口(inlet opening)、以及通向泵出口的排出開口 (exhaust opening)。
[0012]壓縮機(jī)構(gòu)的每個(gè)壓縮級(jí)都具有導(dǎo)入口和導(dǎo)出口，液體通過導(dǎo)入口進(jìn)入該級(jí)并通過導(dǎo)出口離開該級(jí)。液體從泵入口流到泵出口所經(jīng)過的流動(dòng)路徑在泵中在泵入口和壓縮級(jí)中的上游壓縮級(jí)之間延伸，在壓縮級(jí)中的上游壓縮級(jí)的導(dǎo)出口和壓縮級(jí)中的下游壓縮級(jí)的導(dǎo)入口之間延伸，并且在壓縮級(jí)中的下游壓縮級(jí)的導(dǎo)出口和泵出口之間延伸。反向液體旁通回路(reverse fluid bypass circuit)定義了液體通道，該液體通道與流動(dòng)路徑相分離并且在一個(gè)壓縮級(jí)的導(dǎo)出口和該一個(gè)壓縮級(jí)下游的緊接著的一個(gè)壓縮級(jí)的導(dǎo)入口之間的第一位置、以及該一個(gè)壓縮級(jí)的導(dǎo)入口的上游的第二位置處被連接到流動(dòng)路徑。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，反向液體旁通回路包括液體流動(dòng)控制裝置，用于限制或停止液體流動(dòng)通過液體通道。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，反向液體旁通回路包括液體流動(dòng)控制裝置，用于在液體處于過渡或分子流態(tài)時(shí)限制液體流動(dòng)，并且在流體處于粘性流態(tài)時(shí)允許液體流動(dòng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]從下面參照附圖做出的對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它方面、特征和優(yōu)勢(shì)將變得能更加清楚，其中:
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明的包括反向旁通回路的一個(gè)示例的多級(jí)泵的示意性縱向截面圖；
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明的具有反向旁通回路的多級(jí)渦旋型泵的泵頭組件的示意性縱向截面圖；
[0018]圖3A是圖2的多級(jí)渦旋型泵的泵頭組件的一部分的放大圖；
[0019]圖3B是圖2的多級(jí)渦旋型泵的泵頭組件的另一部分的放大圖；
[0020]圖4A是根據(jù)本發(fā)明的兩級(jí)泵的反向液體旁通回路的布局的示意圖；
[0021]圖4B是根據(jù)本發(fā)明的三級(jí)泵的反向液體旁通回路的布局的示意圖；
[0022]圖4C是根據(jù)本發(fā)明的另一三級(jí)泵的反向液體旁通回路的布局的示意圖；
[0023]圖5A是根據(jù)本發(fā)明的具有另一種版本的反向液體旁通回路的多級(jí)泵的一部分的示意圖；
[0024]圖5B是根據(jù)本發(fā)明的具有另一種版本的反向液體旁通回路的多級(jí)泵的一部分的示意圖；
[0025]圖5C是根據(jù)本發(fā)明的具有另一種版本的反向液體旁通回路的多級(jí)泵的一部分的示意圖；
[0026]圖是根據(jù)本發(fā)明的具有另一種版本的反向液體旁通回路的多級(jí)泵的一部分的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]在下文中將參照附圖對(duì)本發(fā)明構(gòu)思的各種實(shí)施例和實(shí)施例示例進(jìn)行更加充分的描述。在附圖中，為了清晰起見，元件的尺寸和相對(duì)尺寸可能會(huì)被夸大。同樣地，為了清晰和易于理解，元件的形狀可能會(huì)被夸大和/或簡化。并且，貫穿所有附圖相同的數(shù)字和參考字符被用于指定相同的元件。
[0028]此外，這里使用的用于描述本發(fā)明構(gòu)思的具體示例或?qū)嵤├男g(shù)語要放在上下文中考慮。例如，當(dāng)術(shù)語“包括”或“包括”被用在說明書中時(shí)表明存在指定特征或過程但并不排除存在額外的特征或過程。術(shù)語“泵”可以指代驅(qū)動(dòng)、或提升或降低液體等的壓力的裝置。與泵的壓縮機(jī)構(gòu)結(jié)合使用的術(shù)語“上游級(jí)”將指代泵的任何壓縮級(jí)，即相對(duì)于液體通過壓縮機(jī)構(gòu)的流向泵的至少一個(gè)其它壓縮級(jí)的上游壓縮級(jí)。也就是說，如果泵有三個(gè)或更多壓縮級(jí)，那么術(shù)語“上游級(jí)”并不一定指代壓縮機(jī)構(gòu)的第一級(jí)。同樣地，術(shù)語“下游級(jí)”將指代作為泵的至少一個(gè)其它級(jí)的下游的任何壓縮級(jí)。因此，除非另作說明，術(shù)語“上游”和“下游”級(jí)被一起使用時(shí)并不意味著這些級(jí)是直接串聯(lián)的。
[0029]現(xiàn)在參照?qǐng)D1，可以應(yīng)用本發(fā)明的多級(jí)泵I通常包括外殼100和被布置在外殼100內(nèi)的泵頭組件200和泵電機(jī)300。泵還可以包括用于冷卻泵頭組件200和/或泵電機(jī)300的冷卻風(fēng)扇400。在此示例中，外殼100分別在其相對(duì)端定義了進(jìn)氣口 100A和排氣口 100B，且冷卻風(fēng)扇400被設(shè)置在進(jìn)氣口 100A中，以使冷卻空氣通過外殼并從排氣口 100B出去。
[0030]外殼100還可以包括覆蓋泵頭組件200和泵電機(jī)300的整流罩110、以及支持泵頭組件200和泵電機(jī)300的底部120。整流罩110可以有一個(gè)或多個(gè)部分且可拆卸地連接到底部120，從而使得整流罩110可以被從底部120移除以進(jìn)入泵頭組件200進(jìn)行維護(hù)、修理等。
[0031]渦旋真空泵I還具有入口部分和排出部分，其中，入口部分具有泵入口 140并構(gòu)成泵的低壓側(cè)(如真空側(cè))，液體在該低壓側(cè)被吸入泵；排出部分具有泵出口 150并構(gòu)成壓縮偵牝液體被以比液體在低壓側(cè)的壓力高的壓力從泵中排出。泵頭組件200還具有位于泵的入口側(cè)的入口開口(inlet opening) 260、壓縮液體的壓縮機(jī)構(gòu)270、以及排出開口(exhaustopening) 280。入口開口 260將泵的入口 140連接到泵的壓縮機(jī)構(gòu)270。排出開口 280將泵的壓縮機(jī)構(gòu)270連接到泵出口 150。
[0032]壓縮機(jī)構(gòu)270具有多個(gè)壓縮級(jí)，包括相對(duì)于液體沿著由泵定義的流動(dòng)路徑的流向串聯(lián)布置的至少兩個(gè)壓縮級(jí)。每個(gè)壓縮級(jí)都具有引入口和引出口，其中液體通過引入口進(jìn)入該級(jí)并通過引出口離開該級(jí)。在圖1示出的示例中，泵I是具有上游壓縮級(jí)270a和下游壓縮級(jí)270b的兩級(jí)泵。流動(dòng)路徑(如帶箭頭的實(shí)線所示)在泵入口 140和上游壓縮級(jí)270a之間延伸，在上游壓縮級(jí)270a的引出口和下游壓縮級(jí)270b的引入口之間延伸，并且在下游壓縮級(jí)270b的引出口和泵出口 150之間延伸。
[0033]泵I還具有與泵頭組件200結(jié)合在一起的反向液體旁通回路290。反向液體旁通回路290定義了液體通道295，該液體通道與流動(dòng)路徑相分離，并且在一個(gè)(上游)壓縮級(jí)270a的引出口和緊接著的下游壓縮級(jí)270b的引入口之間的第一位置‘A’、以及該一個(gè)(上游)壓縮級(jí)270a的引入口的上游的第二位置‘B’處被連接到流動(dòng)路徑。反向液體旁通回路290還具有液體流動(dòng)控制裝置299。反向液體旁通回路290將在下面進(jìn)行更詳細(xì)地描述。
[0034]首先，然而，根據(jù)本發(fā)明的多級(jí)渦旋型泵的泵頭組件200的示例將參照?qǐng)D2進(jìn)行描述。
[0035]泵頭組件200包括框架210、內(nèi)部(第一)固定板渦殼(scroll) 220A、軌道運(yùn)行板渦殼(orbiting plate scroll) 230、外部(第二 )固定板渦殼220B、作為電機(jī)300的旋轉(zhuǎn)輸出的結(jié)果被驅(qū)動(dòng)的偏心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)240、管狀構(gòu)件250、以及將固定板渦殼220A和220B固定到框架210以及將管狀構(gòu)件250固定到框架210和軌道運(yùn)行板渦殼230的緊固件(未示出)。如圖所示，外部固定板渦殼220B可以通過內(nèi)部固定板渦殼220A這個(gè)媒介物被固定到框架210。
[0036]內(nèi)部固定板渦殼220A包括泵的第一固定渦形葉片(scroll blade) 221和具有外(前)側(cè)和內(nèi)(后)側(cè)的第一固定板222。第一固定渦形葉片221從第一固定板222的外側(cè)開始在第一方向沿軸向伸出(與泵的縱軸平行)。外部固定板渦殼220B包括泵的第二固定渦形葉片223和具有外(后)側(cè)和內(nèi)(前)側(cè)的第二固定板224。第二固定渦形葉片223從第二固定板224的內(nèi)側(cè)開始在與第一方向相對(duì)的第二方向沿軸向伸出。
[0037]軌道運(yùn)行板渦殼230在泵的軸向上被插入在內(nèi)部固定板渦殼220A和外部固定板渦殼220B之間并且被耦合到偏心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)240，以便由偏心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)240在圍繞泵的縱軸的軌道上被驅(qū)動(dòng)。軌道運(yùn)行板渦殼230包括具有外側(cè)和內(nèi)側(cè)的軌道運(yùn)行板231、從軌道運(yùn)行板231的內(nèi)側(cè)開始沿軸向在第二方向伸出的第一軌道運(yùn)行渦形葉片232、和從軌道運(yùn)行板231的外側(cè)開始沿軸向在第一方向伸出的第二軌道運(yùn)行渦形葉片233。第一軌道運(yùn)行渦形葉片232與第一固定渦形葉片221在泵的徑向上并列，從而使得第一固定渦形葉片221和第一軌道運(yùn)行渦形葉片232是嵌套的。第二軌道運(yùn)行渦形葉片233與泵的第二固定渦形葉片223在泵的徑向上并列，從而使得第二固定渦形葉片223和第二軌道運(yùn)行渦形葉片233是嵌套的。在這些方面，固定和軌道運(yùn)行渦形葉片223、233和221、232被以空隙和預(yù)定的相對(duì)角位置嵌套，從而使得一個(gè)或多個(gè)小空間(pocket)被嵌套的渦形葉片限定在嵌套的渦形葉片之間。
[0038]偏心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)240包括傳動(dòng)軸和軸承246。在此示例中，傳動(dòng)軸是具有連接到電機(jī)300并被電機(jī)300圍繞泵100的縱軸旋轉(zhuǎn)的主要部分242、以及其中心縱軸在徑向偏離縱軸的曲柄243的曲柄軸。軸承246可以包括多組滾動(dòng)構(gòu)件。
[0039]另外，在此示例中，曲柄軸的主要部分242通過一組或多組軸承246由框架210支撐，從而可以相對(duì)于框架210旋轉(zhuǎn)。軌道運(yùn)行板渦殼230通過另一組或多組軸承246被安裝到曲柄243。因此，軌道運(yùn)行板渦殼230被曲柄243承載，以在主軸242被電機(jī)300旋轉(zhuǎn)時(shí)在泵的縱軸周圍沿軌道運(yùn)行，且軌道運(yùn)行板渦殼230被曲柄243支撐，從而可以圍繞曲柄243的中心縱軸旋轉(zhuǎn)。
[0040]由多組嵌套的渦形葉片221、232和223、233限定的小空間的體積隨著軌道運(yùn)行渦形葉片232、233分別相對(duì)于固定渦形葉片221、223移動(dòng)而變化。軌道運(yùn)行渦形葉片232、233的運(yùn)動(dòng)還使在多組嵌套的渦形葉片221、232和223、233之間限定的一個(gè)或多個(gè)小空間在泵頭組件200內(nèi)移動(dòng)，從而使得小空間有選擇地與泵入口(通過入口開口 260)和泵出口(通過排出開口 280)開放相通地放置。因此，如圖中的箭頭所示，液體沿延伸通過泵頭組件200的流動(dòng)路徑被吸取。
[0041]在此示例中，有至少兩個(gè)發(fā)生泵送的壓縮級(jí)。例如，泵的下游壓縮級(jí)(對(duì)應(yīng)于圖1中的級(jí)270b)可以被定義在軌道運(yùn)行板渦殼230和內(nèi)部固定板渦殼220A之間。泵的上游壓縮級(jí)(對(duì)應(yīng)于圖1中的壓縮級(jí)270a)可以被定義在軌道運(yùn)行板渦殼230和外部固定板渦殼220B之間。
[0042]替代地，同樣的泵可以被配置為三級(jí)泵。例如，泵的上游(或第一)壓縮級(jí)和中間(或第二)壓縮級(jí)可以被定義在軌道運(yùn)行板渦殼230和外部固定板渦殼220B之間。在這方面，可以參照上述美國專利6，884，047，該專利示出了在軌道運(yùn)行板渦殼和固定板渦殼之間提供兩個(gè)級(jí)。在第一級(jí)中，液體通過固定和軌道運(yùn)行渦形葉片的徑向外部的動(dòng)作被泵送。在第二級(jí)中，液體通過固定和軌道運(yùn)行渦形葉片的徑向內(nèi)部的動(dòng)作被泵送。固定和軌道運(yùn)行渦形葉片的徑向內(nèi)部具有小于固定和軌道運(yùn)行渦形葉片的徑向外部的高度。因此，第一級(jí)具有大于第二級(jí)的軸向深度。
[0043]另一方面，泵的下游(或第三)壓縮級(jí)可以被定義在軌道運(yùn)行板渦殼230和內(nèi)部固定板渦殼220A之間。因此，在下游壓縮級(jí)中，液體通過內(nèi)部固定板渦殼220A的固定渦形葉片221和軌道運(yùn)行板渦殼230的第一軌道運(yùn)行渦形葉片232的動(dòng)作被泵送。
[0044]仍參照?qǐng)D2，管狀構(gòu)件250具有第一末端和第二末端，其中該管狀構(gòu)件在第一末端被固定到軌道運(yùn)行板渦殼230，并且在第二末端被固定到框架210。管狀構(gòu)件250還在偏心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)240的曲柄軸243的一部分和軸承246周圍延伸。這樣，管狀構(gòu)件250還可以密封軸承246和軸承表面。因此，可以防止軸承246使用的潤滑劑和/或由軸承表面生成的微粒物質(zhì)進(jìn)入流動(dòng)路徑。管狀構(gòu)件250足夠徑向靈活來允許當(dāng)它的第二末端仍固定在框架210時(shí)它的第一末端能跟隨軌道運(yùn)行板渦殼230運(yùn)動(dòng)。
[0045]在圖示的示例中，管狀構(gòu)件250是金屬波紋管，其扭轉(zhuǎn)剛度防止它的第一末端圍繞波紋管的中心縱軸顯著地旋轉(zhuǎn)，即當(dāng)波紋管的第二末端仍固定在框架210時(shí)防止它的第一末端在它的圓周方向顯著旋轉(zhuǎn)。因此，金屬波紋管250可以在泵的操作期間，分別在固定渦形葉片221與223和第一與第二軌道運(yùn)行渦形葉片232與233之間提供角同步。
[0046]另外，雖然為簡單起見未在圖2中示出，但是渦旋泵是包括末端密封(tip seal)的干渦旋泵，其中每個(gè)末端密封都被密封在沿相應(yīng)的一個(gè)渦形葉片的末端(軸向末端)的長度延伸的槽中。
[0047]圖3A示出了分別與第一固定板渦殼220A和軌道運(yùn)行板渦殼230相關(guān)聯(lián)的末端密封220AS、230S。圖3B示出了分別與第二固定板渦殼220B和軌道運(yùn)行板渦殼230相關(guān)聯(lián)的末端密封220BS、230S。此示例中的每個(gè)末端密封都是插入在第一固定和軌道運(yùn)行板渦殼220A、230其中之一的渦形葉片221、232的末端和第一固定和軌道運(yùn)行板渦殼220A、230中另一個(gè)的板231、222之間的塑料構(gòu)件。
[0048]多級(jí)渦旋型泵也具有對(duì)應(yīng)圖1中所示的反向液體旁通回路290的反向液體旁通回路。反向液體旁通回路起如下的作用。這里將參照?qǐng)D1中的泵I。
[0049]通常，當(dāng)壓縮級(jí)之間的液體的壓力差(稱為級(jí)間壓力)和第一級(jí)的引入口處的壓力超過預(yù)定值時(shí)，反向旁通液體回路290使沿著直接連接第一和第二壓縮級(jí)的流動(dòng)路徑的分支流動(dòng)的液體循環(huán)返回到第一壓縮級(jí)的引入口的上游。例如，在圖1所示的兩級(jí)泵I的情況下，當(dāng)級(jí)間壓力相對(duì)于入口壓力高出預(yù)定量(例如，高1-2鎊/平方英寸)時(shí)，反向旁通液體回路290將沿著直接連接第一和第二壓縮級(jí)270a、270b的流動(dòng)路徑的分支流動(dòng)的液體循環(huán)返回到第一壓縮級(jí)270a的引入口的上游，進(jìn)而返回到泵的入口 140。
[0050]為此，液體流動(dòng)控制裝置299可以包括閥，諸如裝載彈簧的止回閥，當(dāng)級(jí)間壓力比入口壓力高出預(yù)定值時(shí)該止回閥的開啟壓力被設(shè)置為打開。在上面給出的級(jí)間壓力比入口壓力高1-2磅/平方英寸的示例中，止回閥的開啟壓力可以是1-1.5磅/平方英寸。其它類型的閥，諸如充氣閥或螺管磁鐵操作閥可以替代被使用。在這些情況下，反向液體旁通回路還可以包括一個(gè)或多個(gè)連接到液體通道295且運(yùn)轉(zhuǎn)地連接到閥的壓力傳感器，以便在通道295中檢測(cè)到預(yù)定壓力或壓力差時(shí)打開閥。
[0051]這提供了以下的優(yōu)勢(shì)。第一和第二級(jí)270a、270b中的最大功率消耗都被反向液體旁通回路290的操作約束。約束第一級(jí)270a和第二級(jí)270b中的最大功率消耗，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)力矩大幅減少，使得泵I啟動(dòng)，并且保護(hù)軸承和電機(jī)300受到過載的不利影響。
[0052]其次，如圖2、圖3A和3B中所示且參照?qǐng)D2、圖3A和3B所述的未裝載彈簧的末端密封必須保持“被加強(qiáng)”，意味著它必須與相對(duì)板保持嚙合以提供充分的密封，例如，即使在使用期間末端密封經(jīng)過一定數(shù)量的磨損時(shí)。如果第二及任何額外的下游壓縮級(jí)的末端密封沒有“被加強(qiáng)”，那么與相對(duì)較大的第一級(jí)排量相結(jié)合的穿過第一級(jí)的較大壓力差可能會(huì)使電機(jī)超載。這反過來會(huì)阻止泵啟動(dòng)或損壞泵中諸如軸承之類的其它部件。
[0053]為了加強(qiáng)每個(gè)末端密封，通常要求穿過末端密封的壓力差促使末端密封壓緊將提供所需密封的相對(duì)板。然而，為了生成“加強(qiáng)”末端密封的必要壓力，末端密封必須首先相對(duì)于相對(duì)板向前移動(dòng)以創(chuàng)造充分的密封。因此，當(dāng)泵啟動(dòng)時(shí)末端密封有可能沒有正確加強(qiáng)，特別是在泵配備有阻止壓力在第一和第二級(jí)之間的空間產(chǎn)生的前向液體旁通回路的情況下(否則其將用于加強(qiáng)末端密封)。
[0054]當(dāng)上游壓縮級(jí)的引入口和緊接著的下游壓縮級(jí)的引入口之間存在一定的級(jí)間壓力差時(shí)，通過使液體循環(huán)返回到上游壓縮級(jí)的引入口的上游，本發(fā)明的反向液體旁通回路290有助于確保緊接著的下游壓縮級(jí)和任何額外的下游壓縮級(jí)的末端密封被“加強(qiáng)”。
[0055]圖4A、4B和4C示出了反向液體旁通回路290的不同布局。這些布局中的任意一個(gè)布局都可以被應(yīng)用到圖2中示出且參照?qǐng)D2描述的多級(jí)渦旋型泵，也可以被應(yīng)用到任何其它類型的多級(jí)容積泵。
[0056]圖4A示出了兩級(jí)泵，其中壓縮機(jī)構(gòu)由第一(上游)壓縮級(jí)和第二(下游)壓縮級(jí)組成。在此，反向液體旁通回路290控制的級(jí)間壓力差是第一級(jí)的引入口和第二級(jí)的引入口之間的壓力差。
[0057]圖4B示出了三級(jí)泵，其中第一、第二、第三壓縮級(jí)通過泵的從泵入口延伸到泵出口的連續(xù)流動(dòng)路徑串聯(lián)連接。在此示例中，第二壓縮級(jí)是上游壓縮級(jí)，第三壓縮級(jí)是緊接著的下游壓縮級(jí)，并且反向液體旁通回路使流體循環(huán)返回到第一壓縮級(jí)的引入口的上游位置B，進(jìn)而返回到第二壓縮級(jí)的引入口的上游。在此，反向液體旁通回路290控制的級(jí)間壓力差是第二級(jí)的引出口和第一級(jí)的引入口之間的壓力差。也就是說，此示例示出了上游壓縮級(jí)不一定是沿流動(dòng)路徑的第一壓縮級(jí)。
[0058]圖4C示出了三級(jí)泵，其中第一、第二、第三壓縮級(jí)并列排列。在這種情況下，泵的連續(xù)流動(dòng)路徑從泵入口直接延伸到第二壓縮級(jí)、從第二壓縮級(jí)直接延伸到第三壓縮級(jí)、并且從第三壓縮級(jí)直接延伸到泵出口。在此示例中，第二壓縮級(jí)是上游壓縮級(jí)，第三壓縮級(jí)是緊接著的下游壓縮級(jí)，并且反向液體旁通回路使流體循環(huán)返回到第二壓縮級(jí)的引入口的上游位置B。在此，反向液體旁通回路290控制的級(jí)間壓力差是第二級(jí)的引出口和引入口之間的壓力差。
[0059]當(dāng)然，這些布局可以擴(kuò)展為應(yīng)用到具有多于三個(gè)壓縮級(jí)的多級(jí)泵。
[0060]另外，雖然反向液體旁通回路290在上文被描述為具有諸如裝載彈簧的止回閥之類的閥的形式的流動(dòng)控制裝置，但是圖5A-?示出了流動(dòng)控制裝置的替代形式。
[0061]圖5A示出了包括作為流動(dòng)控制裝置的毛細(xì)管299a的反向液體旁通回路290。
[0062]圖5B示出了包括與液體通道295同軸布置的孔洞299b的反向液體旁通回路290。
[0063]圖5C示出了包括撓性管的反向液體旁通回路290，其中，當(dāng)撓性管內(nèi)的壓力比撓性管外的壓力低一定值時(shí)撓性管內(nèi)陷。當(dāng)內(nèi)部壓力下降到低于預(yù)定值時(shí)，大氣壓或另外的參考?jí)毫μ峁┝α渴箵闲怨軆?nèi)陷。
[0064]圖示出了用于在液體處于過渡或分子流態(tài)時(shí)限制液體流動(dòng)，并且在液體處于粘性流態(tài)時(shí)允許液體流動(dòng)的液體流動(dòng)控制裝置的示例。在此示例中，反向液體旁通回路290包括迷宮式密封299d。然而，其它液體流動(dòng)控制裝置可以被用于限制過渡或分子態(tài)的流動(dòng)，同時(shí)允許粘性態(tài)的流動(dòng)。
[0065]最后，本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例和示例已在上文詳細(xì)描述。然而，本發(fā)明構(gòu)思可以以許多不同形式體現(xiàn)并且不應(yīng)被理解為局限于上述實(shí)施例。當(dāng)然，描述這些實(shí)施例以使本公開透徹和完整，而且向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分表達(dá)了本發(fā)明構(gòu)思。因此，本發(fā)明構(gòu)思的真正精神和范圍不受上述實(shí)施例和示例的限制而是由下述權(quán)利要求限定的。
【權(quán)利要求】
1.一種多級(jí)栗(I)，包括: 入口(140)部分，該入口部分具有泵入口(140)并構(gòu)成泵(I)的低壓側(cè)，其中，液體在所述低壓側(cè)被吸入所述泵(I); 排出部分，該排出部分具有泵出口(150)并構(gòu)成壓縮側(cè)，其中，液體在所述壓縮側(cè)被以比液體在所述低壓側(cè)的壓力高的壓力從所述泵(I)中排出；以及 泵(I)頭，該泵頭具有所述泵入口(140)延伸到的入口開口(260)、通向所述泵出(150)的排出開口(280)、相對(duì)于液體通過所述泵(I)的流向串聯(lián)布置的至少兩個(gè)壓縮級(jí)(270a)、以及液體旁通回路，并且 其中，所述壓縮級(jí)(270a)中的每個(gè)壓縮級(jí)都具有導(dǎo)入口和導(dǎo)出口，其中液體通過該導(dǎo)入口進(jìn)入該級(jí)(270b)并且通過該導(dǎo)出口離開該級(jí)(270b)， 液體從所述泵入口(140)流到所述泵出口(150)經(jīng)過的流動(dòng)路徑在所述泵(I)中在所述泵入口(140)和所述壓縮級(jí)(270a)中的上游壓縮級(jí)之間、在所述壓縮級(jí)(270a)中的所述上游壓縮級(jí)的導(dǎo)出口和所述壓縮級(jí)(270a)中的下游壓縮級(jí)的導(dǎo)入口之間、以及在所述壓縮級(jí)(270a)中的所述下游壓縮級(jí)的導(dǎo)出口和所述泵出口(150)之間延伸，并且 所述液體旁通回路定義了液體通道(295)，該液體通道(295)與所述流動(dòng)路徑相分離，并且在所述壓縮級(jí)(270a)中的一個(gè)壓縮級(jí)的導(dǎo)出口和所述一個(gè)壓縮級(jí)下游的緊接著的壓縮級(jí)(270b)的導(dǎo)入口之間的第一位置、以及所述一個(gè)壓縮級(jí)(270a)的導(dǎo)入口的上游的第二位置處連接到所述流動(dòng)路徑。
2.如權(quán)利要求1所述的泵(I)，其中，所述液體旁通回路包括與所述液體通道(295)同軸布置的閥。
3.如權(quán)利要求2所述的泵(I)，其中，所述閥是加載彈簧的止回閥，其中，當(dāng)通過所述液體通道(295)的、所述第二和第一位置之間的壓力差高于預(yù)定值時(shí)，該止回閥開啟。
4.如權(quán)利要求1所述的泵(I)，其中，所述液體旁通回路包括在所述第一和第二位置之間提供流動(dòng)限制的迷宮式密封(299d)。
5.如權(quán)利要求1所述的泵(I)，其中，所述液體旁通回路包括在所述第一和第二位置之間提供流動(dòng)限制的毛細(xì)管(299a)。
6.如權(quán)利要求1所述的泵(I)，其中，所述液體旁通回路包括在所述第一和第二位置之間提供流動(dòng)限制的被布置在所述液體通道(295)中的孔洞(29%)。
7.如權(quán)利要求1所述的泵(I)，其中，所述液體旁通回路包括撓性管，該撓性管在其內(nèi)部和外部之間的壓力差低于預(yù)定值時(shí)內(nèi)陷。
8.如權(quán)利要求1所述的泵(I)，其中，所述液體旁通回路包括液體流動(dòng)控制裝置，用于在通過所述液體通道(295)的、所述第二和第一位置之間的壓力差低于預(yù)定值的情況下，限制或者停止液體流動(dòng)通過所述液體通道(295)。
9.如權(quán)利要求1所述的泵(I)，其中，所述液體旁通回路包括液體流動(dòng)控制裝置，用于當(dāng)液體在所述一個(gè)壓縮級(jí)(270a)的導(dǎo)出口和所述一個(gè)壓縮級(jí)下游的所述緊接著的壓縮級(jí)(270a)的導(dǎo)入口之間處于過渡或分子流態(tài)時(shí)防止液體從所述第一位置流動(dòng)到所述第二位置，并且當(dāng)液體在所述一個(gè)壓縮級(jí)(270a)的導(dǎo)出口和所述一個(gè)壓縮級(jí)下游的所述緊接著的壓縮級(jí)(270a)的導(dǎo)入口之間處于粘性流態(tài)時(shí)允許液體從所述第一位置流動(dòng)到所述第二位置。
10.如權(quán)利要求1所述的泵(I)，其中，所述一個(gè)壓縮級(jí)(270a)是沿所述流動(dòng)路徑相對(duì)于通過所述泵(I)的流向最接近所述泵(I)的入口(140)位置的壓縮級(jí)。
【文檔編號(hào)】F04C29/12GK104514719SQ201410461237
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】羅納德·J·福尼 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司