润滑剂密封真空泵、润滑剂过滤器和方法与流程

1.本发明的领域涉及润滑剂密封真空泵或油密封真空泵。


背景技术：

2.润滑剂密封真空泵的尺寸在很大程度上取决于用来从由泵排出的流体中过滤润滑剂的润滑剂过滤器的尺寸。
3.润滑剂雾过滤器是泵的重要部分，因为它从来自排出的流体中清除润滑剂。过滤器必须足够大，以允许所需的空气流通过而不引入显著的压降，并且还必须提供期望的过滤效果。这意味着需要显著的交换表面和过滤器尺寸。
4.希望提供一种泵和泵送的方法，该泵和泵送的方法允许尺寸减小的过滤器有效地过滤排气，并且还为这样的泵提供尺寸减小的过滤器。


技术实现要素：

5.第一方面提供了一种配置成将流体从入口泵送到排放口的润滑剂密封真空泵，该润滑剂密封真空泵包括：转子；马达，其用于旋转所述转子；过滤器，其用于从将由所述泵输出的流体中过滤润滑剂；和控制电路，其用于控制所述转子的旋转速度，所述控制电路被配置成控制所述转子的旋转，使得所述转子最初在所述入口处的压力高时以选定的减速速度旋转，并在所述入口处的所述压力降低时以较高操作速度旋转。
6.本发明的发明人认识到，特定泵所需的过滤器尺寸取决于通过过滤器的最大流体流量。他们还认识到，这种情况发生在泵正在从用户室中泵送最大体积的空气时，并且这种情况发生在室抽空开始时，此时室中的压力最高(通常在其处于大气压时)。此外，这只发生在泵的操作时间的一小部分内，泵通常在其大部分操作时间内将室保持在所需的操作真空或接近所需的操作真空。因此，发明人意识到，基于初始抽真空时的流体流量来确定过滤器的尺寸导致对于泵的大部分操作来说尺寸过大的过滤器。
7.他们认识到，如果泵设有控制电路以控制转子的旋转速度，并且特别地降低旋转的初始速度，则可以使用较小尺寸的过滤器。以这种方式，在泵送开始时，当室从其初始的较高压力被抽空时，旋转速度被设定为选定的减速速度，并且由过滤器经历的相应最大流量也相应地减小。这允许选择比常规情况下更小的过滤器。这样做的一个缺点是，将室抽真空到工作压力所需的时间增加。然而，如先前所指出的，这只是泵的总时间或操作的一小部分，并且因此，这通常是完全可接受的折衷方案。
8.尽管转子的旋转速度可以以多种方式(可能地使用齿轮传动或制动机构)控制，但在一些实施例中，所述马达包括用于驱动所述转子的变速马达，所述控制电路被配置成通过控制所述马达的旋转速度来控制所述转子的所述旋转速度。
9.泵可以装配变速马达来驱动转子，并且这可以用来提供转子的受控的降低的初始速度。这样的布置的一个示例是，泵包括用于将单相电源转换为三相电源以向马达供电的频率转换器。这样的频率转换器也可以用来修改马达的速度，并且当这样的转换器存在于
泵内时，这可以在不添加控制电路之外的任何附加部件的情况下完成。改变驱动转子的马达的速度是控制转子速度的便利且有效的方式。
10.在一些实施例中，所述润滑剂密封真空泵包括用于感测被泵送的流体的特性的传感器，所述特性指示在入口处的压力，并且所述控制电路包括用于根据感测的特性控制转子的速度的反馈控制系统。
11.传感器可以是下列中的至少一个：压力传感器，其被配置成感测被泵送的流体的压力；和流量传感器，其被配置成感测被泵送的流体的流量，所述控制电路被配置成响应于来自所述压力传感器和所述流量传感器中的所述至少一个的信号来控制所述转子的所述旋转速度。
12.在转子的旋转速度依赖于被泵送的流体的感测特性来控制的情况下，则需要用于感测流体的特性的传感器。该传感器可以感测流体的泵送速度或流量，其可以是质量流量或体积流量，或者所感测的可以是被泵送的流体的压力。该压力可以可能地在入口处或在出口处直接测量，或者它可以通过例如使用感测供应到马达的电流的电流传感器间接测量，该电流指示所需的扭矩，并且因此指示被泵送的流体的压力。本领域技术人员应当理解，配置成直接测量压力的传感器可以用来导出流量，并且类似地，配置成直接测量流量的流量传感器可以用来导出压力。
13.假定降低转子的初始速度的目的是限制最大流体流量和因此润滑剂过滤器的所需尺寸，则根据与流量有关的因素(诸如流量本身或流体压力)来控制旋转速度使得控制能够提供与特定流量精确地相关联的旋转速度。这使得流量能够保持在期望值以下，并且在一些实施例中保持在最大允许流量或接近最大允许流量，从而不会过度地增加初始抽真空时间，同时仍然将流量保持在过滤器所需的极限内。
14.在一些实施例中，所述减速速度是固定减速速度，并且所述控制电路被配置成控制所述转子以所述固定减速速度旋转预定时段，并在所述预定时段之后将所述速度增加到所述较高操作速度。
15.一种简单的控制机构可以是控制转子以降低的恒定的、固定速度旋转初始预定时段，并且在该时段之后将速度增加到泵的较高的操作稳态速度。以这种方式，泵基本上以两种不同的速度操作，转子加速到较高速度的点决定了泵将泵送的最大流体流量。
16.在一些实施例中，所述预定时段包括预定时间段。
17.控制电路可以被配置成控制泵以用于特定室或特定类型的室的抽空和/或用于特定应用，并且在这种情况下，泵可以被配置成简单地以减速速度泵送预定时间段，该时间根据期望的最大流体流量来选择，并且根据泵和室的特性来确定。以这种方式，不需要附加的传感器，控制电路简单地根据所经过的时间来控制泵。
18.在其它实施例中，所述预定时段包括当压力高于预定值时的时段。
19.备选地，当被泵送的流体的压力高于某个值时，泵可以以减速速度泵送。根据压力传感器的位置，该压力可以是在入口处的压力、在出口处的压力或泵室内的压力，预定值被相应地选择。
20.在其它实施例中，所述预定时段包括当被泵送的所述流体的流量大于预定量时的时段。
21.备选地，泵可以根据被泵送的流体的流量来改变泵送速度。这是一种限制被泵送
流体的流量的便利方式，但确实需要某种类型的流量传感器。
22.尽管在一些情况下，选定的初始减速速度可以在预定时段内保持在恒定值，但在其它实施例中，所述减速速度是可变的减速速度。
23.虽然使用恒定的减速旋转速度可能更容易控制，但可变的减速速度可能更有效，并且允许随着压力减小而逐渐地增加速度。这允许在抽真空期间将流量保持在接近期望值，并减少实现抽真空所花费的时间。
24.在一些实施例中，所述控制电路被配置成根据从所述至少一个传感器接收的信号来设定所述可变的减速速度。
25.减速速度中的变化可以根据测量的流量和/或压力中的变化来控制。以这种方式，随着压力和流量减小，速度可以在不超过最大流量的情况下增加。
26.在一些实施例中，所述至少一个传感器包括所述流量传感器，并且所述控制电路被配置成设定所述可变的减速速度以提供预定的流体流量。
27.如先前所指出的，减速的初始速度的想法是限制最大流量，因此，控制减速速度的一种有效方式是根据流量来控制速度，这允许其保持在低于但接近在一些实施例中过滤器已经被配置成支持的最大水平。
28.在一些实施例中，所述至少一个传感器包括所述压力传感器，并且所述控制电路被配置成根据来自所述压力传感器的信号来设定所述可变的减速速度，所述速度响应于所述压力减小而增加。
29.备选地，速度可以根据压力来设定，流量取决于压力和旋转速度，并且因此可以通过根据压力控制速度来控制。
30.在一些实施例中，所述控制电路被配置成当所述转子的所述旋转速度已经增加到所述较高操作速度时将所述转子速度保持在所述较高操作速度。
31.当选定的初始减速的旋转速度是可变的时，它将被控制为随着室被抽空而逐渐增加。在某一时刻，逐渐增加的速度将达到泵的操作速度，并且此时，速度的增加将停止，并且泵将连续地在该较高操作速度下操作。
32.在一些实施例中，所述过滤器是减小尺寸的过滤器，所述过滤器尺寸设计成过滤由所述润滑剂密封真空泵泵送的预定最大流量的流体，所述控制电路被配置成通过控制所述转子初始地以所述减速速度旋转来将被泵送的流体的所述流量保持在所述最大流量以下。
33.在一些实施例中，所述选定的初始减速速度小于所述较高操作速度的一半。在一些实施例中，所述选定的初始减速速度小于所述较高操作速度的三分之一，在一些情况下，小于所述较高操作速度的四分之一。
34.第二方面提供了一种使用根据第一方面的润滑剂密封泵抽空室的方法，所述方法包括：将所述泵的转子以选定的初始减速速度旋转预定时段；以及在预定时间之后将所述转子的旋转速度增加到较高的操作速度。
35.在一些实施例中，所述方法还包括：感测被泵送的所述流体的压力和流量中的至少一个；以及根据所述流体的所述感测压力和所述感测流量中的至少一个来控制所述转子的所述旋转速度。
36.第三方面提供了一种用于根据第一方面的润滑剂密封真空泵的减小尺寸的过滤
器，所述减小尺寸的过滤器包括过滤表面积，该过滤表面积小于或等于在泵被配置成提供的选定的初始减速速度下的泵的体积流量除以横跨过滤器的渗透率和压降。
37.横跨过滤器的渗透率和压降是过滤器的特性，并且因此，表面积的减少将取决于最大流量的减少。因此，在选定的初始减速速度是操作速度的一小部分的情况下，过滤表面将相应地减小。
38.在所附的独立和从属权利要求中阐述了另外的特定和优选方面。从属权利要求的特征可以适当地与独立权利要求的特征相结合，并且以不同于权利要求中明确阐述的那些的组合结合。
39.在装置特征被描述为可操作来提供功能的情况下，应当理解，这包括提供该功能或者被适配或构造来提供该功能的装置特征。
附图说明
40.现在将参照附图进一步描述本发明的实施例，在附图中：图1示意性地示出了根据实施例的真空泵；图2示意性地示出了根据实施例的真空泵，其中旋转速度根据流量来控制；图3示意性地示出了根据实施例的真空泵，其中旋转速度根据压力来控制；图4示出了根据实施例的受控转子速度的不同示例；图5示出了由以图4所示的转子速度旋转的转子泵送的流体的流量；图6示出了旋转速度与抽真空时间的增加和过滤器尺寸的减小的比较；图7示出了根据实施例的过滤器；和图8示出了示出根据实施例的抽空室的方法的流程图。
具体实施方式
41.在更详细地讨论实施例之前，首先将提供概述。
42.为了减少通过润滑剂密封泵和过滤器的流量，当泵启动时，泵送速度降低，因为此时流量通常在其最高点。这是通过改变转子的旋转速度来实现的。作为示例，我们可以通过两种方式来实现这一点：1.在启动期间恒定的受限速度；2.在启动期间可变的斜升速度；3.在启动时可变的速度响应于被泵送的流体的检测到的特性而调节，以便在排放口处具有恒定的流量。
43.这允许我们通过修改泵的启动速度和以这种方式修改通过泵和过滤器的最大流量来显著减小过滤器的尺寸。
44.图1示出了根据实施例的油密封泵。油密封泵包括用于驱动泵送室(未示出)内的转子10的马达20。转子10将到达由箭头12标记的入口的流体通过泵送室泵送到过滤器30，过滤器30用于从泵送的流体中去除油雾，流体在排放口14处被排出。
45.马达20是变速马达，并且马达的速度和因此转子的旋转速度由控制电路22控制。在该实施例中，控制电路22被配置成控制马达以初始减速速度旋转预定时间，并且然后在该时间之后加速到全操作速度。在该实施例中，初始速度为全操作速度的约四分之一，并且
泵被配置成在启动期间以该减速速度操作大约20秒。其结果是，当被抽空的室中的压力最初较高时，旋转速度较低，并且因此，与常规泵相比，通过泵的流体的流量减小。一旦室中的压力降低，转子的旋转速度就会增加到正常操作速度。此时，当室中的压力降低时，尽管转子开始以更快的速度旋转，但通过泵的流体的流量没有转子最初在该较高速度下旋转时那么高。以这种方式，通过过滤器30的最大流量减小，并且过滤器的尺寸可以相应地减小。
46.由于初始较低的速度，将室抽真空至工作压力的时间增加，然而，这通常是可接受的，因为这只是泵的操作时间的很小一部分。
47.在图1的实施例中，控制电路22被配置成控制转子以恒定的较慢速度操作预定时间。在其它实施例中，控制电路可以被配置成以较慢的初始速度操作，并且随着时间逐渐斜升到较高操作速度。当泵被配置成抽空具有已知规格或具有在某些已知限值内的规格的室时，根据操作的时间限制旋转速度是可接受的，因为可以基于已知规格和泵速度来估计此时发生的压力降低，从而允许选择时间，使得当室内的压力充分下降以使得流量不超过过滤器30已经被配置成支持的某个最大值时操作速度增加。
48.图2示出了备选实施例，其中与控制电路被配置成以减速速度泵送预定时间相反，控制电路被配置成从流量传感器26接收信号。流量传感器26测量在泵的排放口处的流量，并将指示该流量的信号发送到控制电路22。控制电路22被配置成控制马达以在这样的速度下旋转，该速度允许由传感器26测量的流量在初始时段内在过滤器30被配置成支持的最大流量或接近最大流量下基本上恒定。以这种方式，可以减小过滤器的尺寸，但不会过度地增加抽真空时间。
49.流量传感器可以是体积或质量流量传感器。尽管流量传感器26在该实施例中示出在泵的排放口上，但在其它实施例中，它可以位于系统内的其它地方。
50.图3示出了控制电路22从压力传感器24接收信号的备选实施例。在该实施例中，压力传感器直接测量在泵的输入端处的气体的压力。在其它实施例中，压力可以在泵的不同部分处感测，或者它可以通过例如感测由马达施加在转子上的扭矩来间接地感测。控制电路22根据被泵送的流体的压力来控制马达的速度，并且因此控制转子的速度。如先前所指出的，过滤器30被配置成用于特定的最大流量，并且被泵送的气体的流量将取决于其压力和转子的旋转速度。因此，根据压力，可以控制转子的旋转速度，以将流体流量保持在该最大流量以下。同样，马达的这种控制允许有效和准确地控制流量，以保护过滤器免于过载，而不过度地减少初始抽真空时间。
51.图4示出了泵的转子的旋转速度可以被控制以随时间变化的不同方式的示例。曲线40示出了1800 rpm的恒定旋转速度，并且这表示从启动直到泵送循环的结束以1800 rpm的操作速度操作的常规泵。
52.曲线42示出了根据一个实施例的转子速度变化，其中，响应于来自传感器的读数，400 rpm的初始低速度在启动时间内增加，该实施例使用反馈回路在初始启动时间期间提供通过泵的基本上恒定的质量流量直到达到泵的最大操作速度。
53.曲线44示出了备选实施例，其中400 rpm的初始低速度在设定的时间段内提供，并且然后被增加到泵的操作速度。
54.图5示出了图4的不同的泵送速度对通过泵的流量和抽真空时间的影响。除了与图4的曲线相对应的曲线40、42和44之外，还存在曲线41，该曲线是用于常规泵的恒定流量的
理论曲线，它对应于示出用于这种常规泵的测量曲线的曲线40。如从该图可以看到的，根据曲线42的速度的控制在初始启动时段期间提供恒定的最大流量，一旦达到最大操作速度，该流量就减小。
55.曲线44示出了在启动时段期间恒定的减速速度如何提供随着压力降低而逐渐减小的流量。当达到泵速度增加到操作最大速度的点时，出现流量的急剧增加。该速度增加的点被设定为使得该峰值不高于泵的过滤器可接受的最大流量。
56.如可以看到的，抽真空时间对于泵送速度的不同示例不同，对于常规泵来说是最低的。由具有可变减速速度的曲线42所示的抽真空时间低于其中减速速度恒定的曲线44所需的抽真空时间。然而，由曲线42提供的可变泵送速度可能需要传感器来提供反馈以将流量保持在接近减小尺寸的过滤器所能支持的最大值。
57.在图4和图5的示例中，对于两个示例实施例(42, 44)，初始转子速度为400 rpm，并且该初始速度将设定最大流量并确定所需过滤器的尺寸。在该示例中，它小于操作速度的四分之一，并且因此过滤器可以相应地减小尺寸。
58.图6示出了由曲线35示出的过滤器的所需尺寸和抽真空的时间两者是如何随着泵被配置成的最大流量对于质量流量和体积流量限制两者的减少而增加的。这些减小的最大流量通过提供泵的减小的初始旋转速度来提供。曲线46示出了在最大流量受体积流量限制的情况下时间如何增加，而曲线48示出了在流量受质量流量限制的情况下时间如何增加。
59.下面的表1以表格形式提供了该信息。
最大流量过滤器的尺寸(%)时间(s)抽真空时间(s)极限体积流量下的时间增加(%)temps(s)极限质量流量下的时间增加(%)120100,817,80,80092,818,01,01083,818,01,01�75,818,22,01�67,818,64,22p58,819,07,43`50,819,811,86P42,821,219,49@33,823,834 ,415025,829,264",426 17,842,2137&,6498,884,0372A,2131%
60.如从图6的坐标图和表1中可以看到的，其中最大流量设定为120，这对应于常规泵的流量，并且所需的过滤器是常规泵的过滤器，并且这被设定为100%。抽真空时间是常规泵的抽真空时间，这在本例中为17.8秒。当最大流量从120减少到110(因此减少8%)时，过滤器的尺寸相应地减小8%，而对于体积流量和质量流量两者来说抽真空时间都增加1%。随着最大流量不断减小，抽真空时间增加，并且过滤器的尺寸减小。如从图6中可以看到的，存在最佳点，在该点处，过滤器的尺寸显著减小，但抽真空时间没有显著增加。这发生在约30的流量处，这是最大流量的四分之一，并且超过这一点，抽真空时间显着增加。这种减少的流量要求过滤器的尺寸是常规泵的标准过滤器的尺寸的约四分之一。
61.图7示出了根据实施例的过滤器30。
62.图8示出了图示根据实施例的用于抽空室的方法中的步骤的流程图。在初始步骤s10处，转子以初始速度旋转。初始速度被设定为使得最大空气流量小于预定值。该最大空气流量决定了过滤器的尺寸。在该方法中存在反馈回路，由此监测流量，并且转子速度响应
于检测到流量下降而增加。该反馈回路涉及在s15处确定流量是否已降至低于固定值，并且如果有，则在步骤s20处转子速度增加固定增量。以这种方式，转子速度保持基本上恒定。当在步骤s25处确定转子速度已经达到泵的最大操作速度(即在正常泵送过程期间的操作速度)时，停止用于调整速度的控制过程，并且在步骤s30处在泵送过程的其余部分期间将转子的旋转速度保持在该操作最大速度。
63.概括地说，转子的初始旋转速度被限制以减小最大空气流量，并且这反过来减小从由泵输出的流体中清洁润滑剂所需的润滑剂过滤器的尺寸。
64.在这方面，所需过滤器的尺寸通过以下公式与被泵送的流体的最大流量有关：s=q/(渗透率
×
p)其中s：是以m2为单位的过滤表面积(对于圆柱形过滤器s=πr2l)其中l：过滤器的长度(m)，和r：过滤器的半径(m)p：是横跨过滤器的可接受的压降q：空气流量(m3/s)渗透率：是过滤器参数m3/(m
²
xpaxs)。
65.横跨过滤器的压降和过滤器的渗透率是过滤器的特性，并且因此，将泵的最大流量设定到过滤器的尺寸。通过减小转子的旋转速度来将最大流量(其为初始流量)减小到小于常规初始流量的一半允许将过滤器的尺寸相应地减小一半以上。
66.可以使用不同的速度控制模式来控制转子的初始旋转速度，并且因此控制流体的初始流量。这些模式包括：1.初始速度的限制2.初始速度从初始的低值开始斜坡上升，斜坡的斜率取决于被抽空的容器尺寸3.速度在预定时间内可以具有初始低值，该初始低值取决于被抽空的容器尺寸4.初始速度可以通过取决于在一些实施例中在排放口处测量的空气流量的回路反馈控制来调节5.初始速度可以通过取决于在一些实施例中在泵的入口处测量的压力的回路反馈控制来调节。
67.尽管本文已经参考附图详细公开了本发明的说明性实施例，但是应当理解，本发明不限于精确的实施例，并且本领域技术人员可以在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。
68.附图标记10转子12泵入口14泵排放口20马达22控制电路24压力传感器26流量传感器30过滤器35随着初始流量中的变化的所需过滤器尺寸中的变化
40常规泵的曲线41常规泵的理论流量的曲线42可变初始速度泵的曲线44恒定初始速度泵的曲线46随着初始体积流量中的变化的抽真空速度中的变化48随着初始质量流量中的变化的抽真空速度中的变化