(57)【要約】  ポンプ室と、軸受上に各々が装着された２つの回転可能シャフトと、を含むツインシャフトポンプが開示されている。２つの回転可能シャフトの各々は、少なくとも１つのロータ要素、ポンプ室内にあるロータ要素、及びポンプ室を越えて支持部材まで延びる２つの回転可能シャフトを含む。支持部材は、互いから所定の距離で軸受を装着するための装着手段を含み、該所定の距離が２つのシャフト間の距離を定める。ポンプ室と支持部材との間の断熱部は、ポンプ室及び支持部材を異なる温度に維持できるように、ポンプ室と装着手段との間の熱伝導性を妨げるために提供される。支持部材及びロータ要素は、異なる材料で形成され、支持部材を形成する材料の熱膨張係数は、ロータ要素を形成する材料の熱膨張係数よりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツインシャフトポンプであって、
ポンプ室と、
軸受上に各々が装着された２つの回転可能シャフトと、
を備え、
前記２つの回転可能シャフトの各々が、前記ポンプ室内にある少なくとも１つのロータ要素を含み、前記２つの回転可能シャフトが前記ポンプ室を越えて支持部材まで延びており、
前記支持部材が、互いから所定の距離で前記軸受を装着するための装着手段を含み、前記所定の距離が前記２つのシャフト間の距離を定め、
前記ツインシャフトポンプが更に、
前記ポンプ室と前記装着手段を接続する構造要素に沿った少なくとも１つの熱経路と、
前記ポンプ室及び装着手段を異なる温度に維持できるように、前記ポンプ室と前記装着手段との間の熱伝導性を妨げるための前記少なくとも１つの熱経路の少なくとも１つにおける断熱部と、
を備え、
前記断熱部は、少なくとも１つの物理的特性が前記熱経路の隣接する部分の物理的特性と異なる前記熱経路の一部分を含み、前記断熱部の熱伝導係数が、前記隣接する部分の同等の熱経路長さの前記熱伝導係数よりも２０％を超えて低くなるようにし、
前記断熱部は、前記ポンプ室と前記軸受との間に前記回転可能シャフトの各々の中空部分を含む、
ことを特徴とするツインシャフトポンプ。
【請求項２】
前記支持部材及び前記ロータ要素が異なる材料で形成され、前記支持部材を形成する材料の熱膨張係数が、前記ロータ要素を形成する材料の熱膨張係数よりも高い、ことを特徴とする請求項１に記載のツインシャフトポンプ。
【請求項３】
前記支持部材を形成する材料の前記熱膨張係数は、前記ロータ要素を形成する材料の熱膨張係数よりも３分の１よりも大きい、ことを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記支持部材を形成する材料の前記熱膨張係数は、前記ロータ要素を形成する材料の熱膨張係数の２倍よりも大きい、ことを特徴とする請求項２又は３に記載のポンプ。
【請求項５】
前記支持部材は、前記ポンプのヘッドプレートを含む、ことを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載のポンプ。
【請求項６】
前記支持部材と前記ポンプ室の端壁との間にギャップを含む更なる断熱部を備える、ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のポンプ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの熱経路における前記断熱部は、前記熱経路の隣接する部分を形成する材料よりも低い熱伝導性の材料及び中空の前記構造要素の部分のうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のポンプ。
【請求項８】
前記断熱部は、低熱伝導性でセラミックを含む材料を含む、ことを特徴とする請求項７に記載のポンプ。
【請求項９】
前記断熱部は、前記装着手段と前記ポンプ室との間にセラミックセパレータを含む、ことを特徴とする請求項８に記載のポンプ。
【請求項１０】
前記断熱部は、前記ポンプ室と前記軸の残りの部分よりも低熱伝導性の材料で形成された前記軸受との間に前記軸の各々の一部分を含む、ことを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載のポンプ。
【請求項１１】
前記ポンプは、前記支持部材の温度を制御するための温度制御手段を更に含む、ことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載のポンプ。
【請求項１２】
前記温度制御手段は、前記ポンプ室の温度及び前記支持部材を形成する前記材料と前記ロータ要素を形成する前記材料の熱膨張係数の比率に基づいて、前記支持部材の前記温度を制御するように作動可能であり、前記支持部材の温度は、前記支持部材の膨張と実質的に同じ前記ポンプ室内の前記ロータ要素の膨張を提供するように制御されている、ことを特徴とする請求項１１に記載のポンプ。
【請求項１３】
前記軸受は、ハウジング内に転動要素を含む、ことを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載のポンプ。
【請求項１４】
前記軸受を潤滑して冷却するのに十分な油の流れを提供する手段を含む、ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のポンプ。
【請求項１５】
前記装着手段は、前記軸受が装着される前記支持部材に凹部を含む、ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のポンプ。
【請求項１６】
前記装着手段は、前記ポンプ室から前記支持部材の向こう側において前記支持部材から延びるハウジングを含み、該ハウジングは、前記軸受を収容するように構成される、ことを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載のポンプ。
【請求項１７】
前記ハウジングは、低熱伝導性の分離部材によって前記支持部材から分離される、ことを特徴とする請求項１６に記載のポンプ。
【請求項１８】
前記シャフトの長さは、前記支持部材が前記ポンプ室から所定の距離にあるようなものであり、前記回転可能シャフトの半径方向制御を提供する前記軸受が、前記回転可能シャフトの少なくとも１つの端部に向けて装着され、前記ポンプは前記回転可能シャフトの軸方向制御を提供するための更なる軸受を含み、前記更なる軸受が、半径方向制御を提供する前記軸受よりも前記ポンプ室に近接している、ことを特徴とする請求項１〜１７の何れかに記載のポンプ。
【請求項１９】
前記更なる軸受は、前記ポンプ室に隣接して位置付けられる、ことを特徴とする請求項１８に記載のポンプ。
【請求項２０】
前記更なる軸受は、空気軸受を含む、ことを特徴とする請求項１８又は１９に記載のポンプ。
【請求項２１】
前記ポンプは、前記ポンプ室の両側に２つの支持部材を含み、前記回転可能シャフトは、前記支持部材の各々に装着された軸受によって支持され、前記支持部材の各々は、断熱部によって前記ポンプ室から分離される、ことを特徴とする請求項１〜２０の何れかに記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ツインシャフトポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一部のポンプの内部表面は、プロセス前駆体又は副生成物の凝縮を回避するために、高温に維持することが必要な場合がある。多くの場合、２２０°Ｃを超える表面温度が望ましい。しかしながら、ポンプの他の構成要素は、このような高温では良好に動作しない場合がある。
【０００３】
例えば、軸受の材料は、これらの信頼性を損なうことなく、約１７０°Ｃまでの温度に耐えるように特別に処理することができる。特別な熱処理はコストがかかり、軸受温度を約１２０°Ｃ未満にまで低下させることができる場合には、このような処理は必要ではなくなる。
【０００４】
従って、これらの信頼性を保つために、ポンプの高い内部温度から軸受を隔離することが望ましい。しかしながら、ツインシャフトポンプでは、ポンプが高温で作動するとロータの直径が大きくなり、ロータに対して同様の温度に維持された支持部材上にシャフトが装着される場合、一般的に、軸は、ロータが膨張するのと同じ量だけ離れて移動することになる。しかしながら、軸受を保持する支持部材が低温に維持された場合には、軸線がロータ径の膨張よりも小さい量だけ離れて移動する場合があり、これは、高温でのロータ接触か、又はこれが回避される場合には、差異に適応するために低温状態におけるクリアランスの増大の何れかにつながることになる。クリアランスの増大は、性能に好ましくない影響を及ぼし、ポンプの動作効率が阻害される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軸受をポンプ室よりも低温に維持することができるツインシャフトポンプを提供することが望ましいことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様は、ポンプ室と、軸受上に各々が装着された２つの回転可能シャフトと、を備えたツインシャフトポンプであって、２つの回転可能シャフトの各々が、ポンプ室内にある少なくとも１つのロータ要素を含み、２つの回転可能シャフトがポンプ室を越えて支持部材まで延びており、支持部材が、互いから所定の距離で軸受を装着するための装着手段を含み、所定の距離が２つのシャフト間の距離を定め、ツインシャフトポンプが更に、ポンプ室と装着手段を接続する構造要素に沿った少なくとも１つの熱経路と、ポンプ室及び装着手段を異なる温度に維持できるように、ポンプ室と装着手段との間の熱伝導性を妨げるための少なくとも１つの熱経路の少なくとも１つにおける断熱部と、を備え、断熱部は、少なくとも１つの物理的特性が熱経路の隣接する部分の物理的特性と異なる熱経路の一部分を含み、断熱部の熱伝導係数が、隣接する部分の同等の熱経路長さの熱伝導係数よりも２０％を超えて低くなるようにする、ツインシャフトポンプを提供する。
【０００７】
少なくとも１つの熱経路の少なくとも１つにおける断熱部は、上記ポンプ室と上記軸受との間に上記回転可能シャフトの各々の中空部分を含むことができる。ポンプの様々な部品にわたって異なる温度領域を維持する能力は、ポンプ室内の高温及び軸受位置に対する低温などのこれら様々な領域に好適な作動条件を提供するのに役立つことができる。本発明の発明者らは、このような能力が軸受支持部材とポンプ室との間に断熱部を挿入することによって提供できることを認識した。ポンプ室の温度と比較して軸受を低温に保持することは公知であるが、ツインシャフトポンプにおける断熱部の使用は、固有の問題、特に様々な構成要素の異なる熱膨張に起因して生じる問題を生む。
【０００８】
これに関して、ポンプは、可動部品が互いに正確に協働するために、注意深く設計及び製造する必要がある。例えば、半径方向クリアランスは、これらが小さ過ぎるとポンプの可動部品の固着を生じる可能性があり、これらが大き過ぎると不十分な性能をもたらす可能性がある。ポンプの様々な構成要素間の熱膨張の差は、これらのクリアランスに悪影響を与える可能性があり、協働するロータが共に回転するツインシャフトポンプにおいて特に問題となる場合がある。２つのロータの間のクリアランスは、ロータ要素のサイズ及びシャフト間の距離の影響を受ける。シャフト間の距離が１つの温度で支持部材によって固定され、ロータが有意に異なる温度でポンプ室内に存在する場合、ポンプ作動中に温度が変化すると、ロータ要素間のクリアランスが影響を受ける場合がある。
【０００９】
従って、ツインシャフト機械のシャフトを装着するポンプ室及び軸受をそれほど大きくは異ならない温度で維持する分野において、技術的不利益がある。しかしながら、発明者らは、一部の事例では、クリアランスの増大を受入れ可能とすることができ、他の事例では、他の特徴を用いて温度差に起因する影響を軽減できることを認識した。従って、発明者らは、ポンプ室と軸受の装着手段との間に延在するあらゆる物理的要素である構造要素に沿った熱経路において断熱部を備えたポンプを提案する。断熱部は、少なくとも１つの物理的特性が構造要素の隣接する部分の物理的特性と異なる構造要素の一部分から構成され、熱経路の当該部分の熱伝導係数が、隣接する部分の同等の熱経路の長さの熱伝導係数よりも２０％を超えて、好ましくは３０％を超えて低くなるようにする。
【００１０】
物理的特性は、例えば、材料のタイプとすることができ、材料の厚みとすることができ、又は固体ではなく中空のものとすることができる。従って、構造要素は、軸受を装着する支持部材とポンプ室との間に何らかの熱隔離を提供するために、低熱伝導係数に適合された部分を有する。
【００１１】
一部の実施形態において、上記支持部材及び上記ロータ要素は、異なる材料で形成され、上記支持部材を形成する材料の熱膨張係数は、上記ロータ要素を形成する材料の熱膨張係数よりも高い。
【００１２】
これ迄述べたように、異なる温度に維持されたポンプの様々な構成要素の間の熱膨張差は、回転部品の間のクリアランスに悪影響を与える可能性があり、協働するロータが共に回転するツインシャフトポンプにおいて特に問題となる場合がある。ロータ温度が、例えば、動作中に２００°Ｃを超えて上昇し、軸受ハウジングが、ポンプ室から熱的に隔離され、及び／又はわずか１００°Ｃだけ上昇する場合、他の全てが等しければ、ロータ径は、ロータ軸線の分離の増大の２倍よりも大きく膨張することになる。１００ｍｍ公称シャフト分離を有する機械に対して、当該膨張差を可能にするのに０．１２ｍｍのクリアランスを必要とする。
【００１３】
発明者らは、熱膨張が調和されるように、異なる温度領域の各々において異なる熱膨張係数を有する材料を提供することによってこれに対処している。この調和は、異なる温度領域を補償するように選択された異なる膨張係数によって提供される。
【００１４】
有意に異なる温度領域を熱膨張係数の差が補償するために、これらは、有意に異なる値を有する必要がある。一部の実施形態において、上記支持部材を形成する材料の上記熱膨張係数は、上記ロータ要素を形成する上記材料の熱膨張係数よりも３分の１よりも大きい。
【００１５】
他の実施形態において、上記支持部材を形成する上記材料の上記熱膨張係数は、上記ロータ要素を形成する上記材料の熱膨張係数の２倍よりも大きい。
【００１６】
前記材料の熱膨張係数は、ポンプの予想作動条件及び構造に基づいて選択されることを理解すべきである。
【００１７】
ツインシャフトは、あらゆるタイプの支持部材上に装着することができるが、一部の実施形態において、上記支持部材は上記ポンプのヘッドプレートを含む。
【００１８】
断熱部は、複数の方法で構成することができ、一部の実施形態において、上記断熱部は、隣接する領域の材料よりも高い熱伝導性の材料で形成された上記構造要素の領域を分離するより低い熱伝導性の材料を含む。
【００１９】
一部の実施形態において、上記断熱部は、上記ポンプ室と上記装着手段との間の熱経路において低熱伝導性の材料を含む。
【００２０】
熱経路は、ポンプのハウジングに沿うことができ及び／又はロータシャフトに沿うことができる。
【００２１】
ロータシャフトに沿った熱経路は、より低い熱伝導性を有するロータシャフトの一部分を提供することによって短縮される。これは、これらの長さの一部分についてシャフト中空を作ることによって達成され、低伝導性を有する材料のシャフトの一部分を形成することによって更に向上させることができる。中空の部分は、シャフトがこの支持点で頑丈であることが重要であるので、支持部材と接触する部分ではなくてもよい。
【００２２】
上述したように、断熱部を提供する１つの方法は、ポンプ室と装着手段との間の熱経路において低伝導性の材料を用いることである。この材料はセラミックを含むことができ、一部の実施形態において、支持部材とポンプ室との間に１又は２以上のセラミックセパレータを含む。
【００２３】
これら１又は２以上のセラミックセパレータは、ガスケットの形態にすることができ、一部の実施形態において、複数のガスケットは、ガスケットの間の接触面が縮小されるように、突起部を含む表面と互いに隣り合って装着することができる。
【００２４】
一部の実施形態において、上記ポンプは、上記支持部材と上記ポンプ室の端壁との間にギャップを含む更なる断熱部を含む。
【００２５】
支持部材と端壁との間のギャップは、ポンプ室との直接接触によって支持部材が加熱されることを回避する。ギャップは、２つの表面間の対流を低減するようなサイズで選択することができる。
【００２６】
一部の実施形態において、ポンプは、上記支持部材の温度を制御するための温度制御手段を更に含む。
【００２７】
ポンプ室と同じ速度で又は同じ程度まで加熱しないように、ポンプ室と装着手段との間に断熱部を提供するのに加えて、温度制御手段はまた、所望の温度に支持部材を維持するために設けることができる。
【００２８】
一部の実施形態において、このような温度制御手段は、上記ポンプ室の温度、及び上記支持部材を形成する材料と上記ロータ要素を形成する材料の熱膨張係数の比率に基づいて、上記支持部材の上記温度を制御するように作動可能であり、記支持部材の温度は、支持部材の膨張と実質的に同じ上記ポンプ室内のロータ要素の膨張を提供するように制御されている。
【００２９】
温度制御手段を用いて、比較的低いクリアランスで製造されるにもかかわらず、これらの温度が上昇するときこの膨張が補償されてロータ要素が接触しないように、支持手段によって生じる膨張がロータ要素のものと実質的に同じであるように、支持手段の温度を制御することができる。これに関して、温度制御手段は、装着された温度センサからポンプ室の温度を決定することができ、支持部材及びロータ要素の異なる熱膨張係数によって決定された一定の割合であるように支持部材温度を制御することができる。このようにして、ポンプ室及び支持部材内の熱膨張は、互いに基づいて制御され、異なる膨張に関連する問題が回避され又は少なくとも軽減される。
【００３０】
一部の実施形態において、温度は、支持手段によって生じる膨張がロータ要素のものの１０％未満、好ましくは５％内であるように制御される。
【００３１】
一部の実施形態において、上記軸受は、ハウジング内に転動要素を含む。
【００３２】
一部の実施形態において、ポンプは、上記軸受を潤滑し冷却するのに十分な油の流れを提供する手段を更に含む。
【００３３】
ポンプ室の温度領域よりも低い温度領域において支持部材を提供するのに加えて、軸受は、油で冷却することによって高温から更に保護することができる。これに関して、油を軸受に供給してこれらを潤滑することができ、場合によっては、軸受を潤滑するのに加えて、軸受の幾らかの冷却も受けるように追加の油を用いることができる。軸受に幾分かの冷却が提供されて、支持部材の温度を下回る温度に維持される場合、ポンプ室に対して異なる温度にある支持部材に起因して、高温から保護される軸受の問題及び異なる膨張の問題は、支持部材が軸受自体よりも高い温度であるので軽減することができるが、依然としてポンプ室よりも低い温度にある。このようにして、支持部材とポンプ室との間の温度差を縮めることができるが、軸受は依然として保護される。
【００３４】
一部の実施形態において、上記装着手段は、上記軸受が装着される支持部材に凹部を含む。このような場合、断熱部は、支持部材とポンプ室との間にあり、装着手段は、ポンプ室と実質的に同じ温度にある。
【００３５】
他の実施形態において、上記装着手段は、上記ポンプ室から上記支持部材の向こう側において上記支持部材から延びるハウジングを含み、該ハウジングは、上記軸受を収容するように構成される。
【００３６】
支持部材よりも低い温度に軸受を維持する方法は、支持部材から外へ延びるポンプ室から向こう側にこれらを収容することによる。このような配列では、装着手段と支持部材との間の断熱部は、支持部材よりも低い温度に軸受を維持することを可能にすることができる。この配列は、支持部材の温度がポンプ室の温度により密接に従うことを可能にし、その結果、ロータ間のクリアランスは、作動中過度に変化しなくなる。
【００３７】
一部の実施形態において、上記ハウジングは、低熱伝導性分離部材によって上記支持部材から分離される。
【００３８】
軸受は、セラミックなどの低熱伝導性分離部材を用いることによって支持部材の温度と比較して低温に維持され、支持部材からある程度までハウジングを熱的に隔離することができる。
【００３９】
一部の実施形態において、上記シャフトの長さは、上記支持部材が上記ポンプ室から所定の距離にあるようなものであり、上記回転可能シャフトの半径方向制御を提供する上記シャフトは、上記回転可能シャフトの少なくとも１つの端部に向けて装着され、上記ポンプは上記回転可能シャフトのシャフト方向制御を提供するための更なる軸受を含み、上記更なる軸受は半径方向制御を提供する上記軸受よりも上記ポンプ室に近接している。
【００４０】
支持部材とポンプ室との間に異なる温度を提供する更なる方法は、ポンプ室からある距離で装着することである。これは、シャフトを延伸する必要があり、これらの長さの増加に起因して、増大する軸の軸方向熱膨張に関連する固有の問題につながる可能性がある。これは、ポンプ室にきんせつして位置付けられた軸受において回転可能シャフトの軸方向制御を提供することによって対処することができるが、半径方向制御は、ポンプ室から離れたより低い温度に維持された軸受によって提供される。従って、軸方向制御軸受は、半径方向制御軸受よりも高温で作動することになり、従って、このような温度に耐えることができる軸受を選択すべきである。場合によっては、これらの軸受は、高温で確実に作動することができるので空気軸受である。
【００４１】
一部の実施形態において、これら更なる軸受は、ポンプ室に隣接して位置付けられる。
【００４２】
ツインシャフトは、１つの支持部材上の軸受を介して支持することができるが、一部の実施形態において、ポンプは、上記ポンプ室の両側に２つの支持部材を含み、上記回転可能シャフトは上記支持部材の各々上に装着された軸受によって支持され、上記支持部材の各々は、断熱部によって上記ポンプ室から分離される。
【００４３】
シャフトが、ポンプ室の両側の上の２つの支持部材で支持される場合、これらの支持部材には両方とも、熱隔離及び／又は温度制御が設けられ、支持部材とポンプ室との間の温度差を維持することができる。
【００４４】
更に、これらは両方とも、ポンプ室内にロータ要素の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する材料で製造することができる。
【００４５】
更なる特定の好ましい態様は、添付の独立クレーム及び従属クレームにて提示されている。従属クレームの特徴は、必要に応じて及びクレームにおいて明示的に提示された以外の組み合わせで独立クレームの特徴と組み合わせることができる。
【００４６】
装置の特徴が機能を提供するように作動可能であると記載されているが、これは、その機能を提供又はその機能を提供するように適応又は構成された装置の特徴を含むことは、理解されるであろう。
【００４７】
本発明の実施形態は、添付図面を参照しながら以下で更に説明されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ツインシャフトポンプの一端を示す図である。
【図２】ポンプのツインシャフトを支持する軸受のためのハウジングを示す図である。
【図３】１つの実施形態による延長シャフトを有するツインシャフトポンプを示す図である。
【図４】ツインシャフトポンプの軸受ハウジングのための温度制御を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
実施形態について更に詳細に検討する前に、最初に概要を提供する。
【００５０】
多くの場合、異なる温度でポンプの様々な部分を維持することが望ましい。ポンプ室は、高温に維持することが必要とすることができるが、軸受及び歯車は、低い温度で良好に作動することができる。ポンプの様々な部分を異なる温度に維持することで、異なる部分が異なる量だけ膨張する結果となる。
【００５１】
これに関して、プロセスの信頼性は、半導体用途におけるポンプ寿命の最大の制限因子である。ポンプ温度を上昇させることが、これを改善する鍵である。しかしながら、これは、機械の固有の信頼性の低下を犠牲にして達成されないことが好ましく、従って、歯車箱及び軸受の温度は、ポンプ室の温度と共に上昇すべきではない。これは、個別に対処しない限り追加のクリアランスを必要とする差のある膨張につながる。これらの追加のクリアランスは、低出力及び良好な真空性能を同時に達成する機会を損なう場合がある。
【００５２】
本発明の技術は、ポンプの様々な部分間に温度差をもたらして、断熱部を用いて所望の作動条件を提供するようにする。
【００５３】
一部の実施形態において、異なる温度領域の異なる熱膨張量に起因して生じる問題は、異なる温度で熱膨張に同期するように構成の異なる材料を用いることによって対処される。このようにして、異なる熱膨張係数及び異なる熱伝導性を有する材料は、ポンプ室内のロータ要素が受けるものと同様の膨張を依然として提供しながら、ツインシャフトポンプの１部分をポンプのポンプ室よりも低い温度に維持することを可能にするように選択される。これにより、温度差が２つの位置で変化するにもかかわらず、ロータ要素のサイズが大きくなると、ロータの回転軸線が同じ速度で離れて移動するようにポンプを構成することによって、ツインシャフトポンプにおいて異なるシャフト上に装着されたロータ要素の間のクリアランスを実質的に一定に維持することが可能になる。
【００５４】
他の実施形態において、これらの問題は、断熱部によって支持部材から分離された装着手段に軸受を装着することによって対処される。このような配列では、支持部材温度は、２つの間の異なる膨張が低減されるように、ポンプ室の温度により密接に従うことができる。しかしながら、軸受は、より低い動作温度に維持することができる。
【００５５】
好ましい実施形態において、熱伝導が低い材料を用いて、軸受自体をこれらを支持する支持部材から隔離し、シャフト軸線間の軸受支持体の一部を高温にしてこれにより更に膨張することができるが、個々の軸受はより低温である。
【００５６】
一部の実施形態において、シャフトは、軸受がポンプ室からある距離で装着することができるように延びることができ、この距離は、軸受とポンプ室との間の熱隔離に寄与する。このような場合には、シャフトの長さの増加は、シャフトの膨張に関連する問題につながる可能性がある。シャフトが装着される軸受は、シャフトの半径方向制御及び軸方向制御の両方を提供する。軸方向膨張の増大は、ロータとポンプ室の端部との間のクリアランス問題につながる可能性がある。従って、場合によっては、これに対処するために、半径方向及び軸方向位置制御の機能が別個にされ、軸方向制御は、シャフトの軸方向膨張の効果が減少するようにポンプ室に近接して提供される。しかしながら、ここで軸受は、ポンプ室の高温で作動可能である必要があり、従って、軸方向制御を提供する軸受は、高温領域に容易に位置付けることができる非接触加圧空気軸受で達成される。半径方向制御は、遠隔でより低温の位置に位置付けられた従来の転動要素軸受である。
【００５７】
構造内の軸受のために異なる位置を用いて、軸受とポンプ室との間に低い熱伝導が存在する場合に所望の異なる動作温度と、熱勾配を確立する手段とを提供することができる。これは、２つの温度帯における材料の熱膨張度の差と併せて提供される場合、ツインシャフトポンプにおける軸受をポンプ室よりも低温に維持することを可能にしながら、ポンプは小さな半径方向クリアランスを有して製造することができる。
【００５８】
図１は、１つの実施形態によるツインシャフトポンプを示す。ポンプは、ヘッドプレート３０の凹部３２内の軸受２０に装着された２つのシャフト１０を有する。シャフト１０は各々、ポンプ室４０内に位置付けられたロータ要素１２を有する。ロータ要素の間にはクリアランス距離ｃが存在する。このクリアランス距離は、２つの回転可能シャフト１０を装着する軸受２０の間の距離ｄにより決まる。ポンプ室４０の温度が上昇すると、ロータ要素１２の温度が上昇することになり、これらは、膨張してクリアランス距離ｃを短縮する作用をする。同時に、ヘッドプレート３０の温度が上昇する場合、これは膨張してシャフトを更に離して移動させる働きをする距離ｄを増大させ、クリアランス距離ｃを増大させる働きをする。距離ｄの増大を設定してロータ要素の膨張を補償するようにポンプを構成することができる場合、距離ｃは変化することなく、又は少なくともあらゆる変化が低減されることになる。
【００５９】
図１の実施形態において、ヘッドプレート３０は、アルミニウムなどの高熱膨張度の金属で形成される。ロータ要素は、より低い熱膨張度を有する鋳鉄で作られる。本実施形態において、ポンプ室４０とヘッドプレート３０との間に断熱部３３が存在して、２つをある程度まで熱的に隔離する。この断熱部３３は、シャフト１０内及びポンプのステータ４２とシャフト１０を装着するヘッドプレート３０との間に低伝導性の材料によって提供される。ヘッドプレート３０とステータ４２との間にエアギャップ４８がまた存在する。シャフトは、低伝導性の材料を有することに加えて、中空の部分（図示せず）を有する。
【００６０】
上記実施例では、軸受が位置付けられる領域の温度は、断熱部によりポンプ室の温度の上昇のほぼ半分だけ上昇する。ロータ材料の２倍の熱膨張係数を有する材料でヘッドプレート３０を製造することで、ロータ分離の増加がロータ径の増加に一致することを可能にする。本実施例では、ロータは鋳鉄（線膨張係数１．２ｘ１０-5／Ｋ）で作られるが、軸受ハウジングはアルミニウム（線膨張係数２．３ｘ１０-5／Ｋ）で作られる。軸受ハウジングは、ギャップ４８によって及び低熱伝導性３３の材料によってポンプ本体から熱的に隔離される。更に、ヘッドプレート３０はまた、これらの部品の間に熱勾配を維持するのに役立つ幾分かの冷却（図示せず）を有する。エアギャップ４８は、２つの部品の間のあらゆるかなりの対流熱伝達の設定を回避するような大きさにされる（すなわち、十分狭い）。
【００６１】
図２は、ポンプ室４０内の温度変化中にロータ要素の間に実質的に一定の距離ｃを維持するための様々な技術を示す。ここで、軸受２０は、低熱伝導の経路によってヘッドプレート３０から分離されたハウジング５０に収容される。この場合に、この低熱伝導経路は、要素の間にセラミックガスケット６０の形態の低熱伝導性材料を挿入することによって設けられる。この経路の熱伝導性は、薄い断面の壁を有する軸受ハウジング５０を用いることによって更に低下する。個々の軸受ハウジング５０への冷却をまた用いて、それとハウジング３０との間の大きな温度勾配を確立することができる。しかしながら、熱伝導が十分低下する場合、ごく少量の冷却が必要であり、これは、単に軸受２０の上の油の飛散で達成することができる。加えて、この場合も同様にポンプ室から軸受を熱的に隔離するのに役立つ低熱伝導性の材料で形成されたシャフトの部分１７が存在する。図１に関して、シャフトは、中空の部分を追加的に有することができる。
【００６２】
ロータ要素１２の分離ｃは、ロータ要素１２自体の膨張と共に関連する距離ｄの変動を有するヘッドプレート３０の膨張によって制御される。図示の実施例では、シャフト１０を保持するヘッドプレート３０は、高温ポンプのステータであり、従って、大体において、ポンプ室４０の温度に従い、従って、その膨張は、ロータ要素の膨張に従い、距離ｃはこれによって制御される。その一方で、軸受は、ポンプ室と軸受ハウジングとの間の断熱部及び軸受の冷却によって低温に維持される。
【００６３】
しかしながら、他の実施形態において、ヘッドプレート３０は、おそらくステータからわずかに除去されることによってポンプ室の内部よりもわずかに低い温度に維持することができ、このような場合には、ロータ要素のものよりも高い熱膨張度の材料をヘッドプレートに対して用いて、温度差を補償することができる。これに関して、距離ｃは、ロータ要素１２のものと比較して増大した熱膨張度のヘッドプレート３０を形成する材料の組み合わせによる大きな温度範囲、及びヘッドプレートと軸受との間の、軸受２０を維持する温度よりもポンプ室４０のものに近い高温でヘッドプレート３０を維持することを可能にする温度勾配にわたって維持することができる。
【００６４】
図３は、軸受け２０を装着するヘッドプレート３０とポンプのステータ４２との間の必要な断熱部が２つの間の距離の増大を提供することによって少なくとも一部達成される、更なる実施形態を示す。ここで、軸受２０の形態の半径方向位置制御は、ポンプの油箱の遠端に位置決めされる。しかしながら、軸方向制御がまたそこで位置付けられた場合、ポンプ軸線方向クリアランスは、固定軸点と第１のロータとの間のシャフトの追加の長さを占めるように増大させる必要がある。それゆえ、半径方向及び軸方向位置制御機能は分離される。軸方向制御は、ポンプ室４０に隣接して位置付けられた空気軸受７０を用いて達成される。空気軸受７０は、加圧空気に依存して距離を維持し、高温環境で容易に作動することができる。半径方向制御は、ｃなどの半径方向クリアランスを維持しようとするが、軸方向制御は、ここではｅと示す軸線方向クリアランスを維持しようとする。ヘッドプレート３０とポンプ室４０との間の温度差は、ポンプ室４０とヘッドプレート３０との間に中空部分１４を有するシャフト１０によって更に大きくなる。
【００６５】
図４は、図３のものと類似のシステムを概略的に示すが、本実施形態において、ヘッドプレート３０の冷却が制御されている。ポンプ室内の温度センサ８０及びヘッドプレート３０の上のこれらのもの８２は、ヘッドプレート３０を冷却して、ポンプ室４０とヘッドプレート３０との間に適切な温度差を維持する働きをする冷却要素９５を制御する制御回路９０への入力として用いられる。この温度差は、ロータ要素１２及びヘッドプレート３０の材料の知識に基づいて決定され、これらの相対的膨張が類似しているように選択され、ロータ要素１２の間のクリアランスｃは実質的に一定に維持される。
【００６６】
要約すれば、プロセスの信頼性を改善するために、非常に高い内部温度で一部のポンプが作動することは非常に重要である。この技術はこれを可能にし、一部の実施形態において、そうでなければポンプ性能を劣化させる追加のクリアランスを必要としない解決策を提供する。
【００６７】
本発明の例示の実施形態は、添付の図面を参照して本明細書で詳細に開示されているが、本発明は正確な実施形態に限定されることなく、種々の変更及び修正は、添付の特許請求の範囲及びこれらの均等手段によって定めたように、本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって本明細書で達成することができることは理解される。
【符号の説明】
【００６８】
１０  シャフト
１２  ロータ要素
１４  シャフトの中空部分
１７  低熱伝導性を有するシャフトの部分
２０  軸受
３０  ヘッドプレート
３２  軸受を装着するための凹部
４０  ポンプ室
４２  ステータ
５０  軸受を装着するためのハウジング
６０  セラミックガスケット
７０  軸方向軸受
８０、８２  温度センサ
９０  制御回路
９５  冷却要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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