CN101052809B - 泵送装置 - Google Patents
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Abstract
一种差动泵送真空系统，其包括第一，第二和第三室，以及抽空所述室的泵送装置。所述泵送装置包括复合泵，所述复合泵包括连接到第一室的出口的第一入口；连接到第二室的出口的第二入口；第一泵送部分和在第一泵送部分下游的第二泵送部分，设置所述泵送部分，以便从第一入口进入复合泵的流体穿过第一和第二泵送部分，从第二入口进入复合泵的流体仅仅穿过所述泵送部分的第二泵送部分。所述泵送装置还包括具有连接到第三室的出口上的入口的增压泵和具有连接到增压泵的排出管道上的入口的前级泵。从复合泵的流体排出物可按照需要传送至第二增压泵入口和前级泵入口。
Description
本发明涉及一种泵送装置，尤其涉及一种用于差动地抽空真空系统的泵送装置。
在差动地泵送质谱仪系统中，样气和载气被引入质量分析器中进行分析。图1已经给出了这种例子。参考图1，在这种系统中，紧跟第一，(依赖于系统的类型)第二和第三抽空的界面室11，12，14有高真空室10。第一界面室在抽空的质谱仪系统中是最高压力的室，其包括孔口或毛细管，离子通过所述孔口或毛细管从离子源中抽入第一界面室11。可选择的第二界面室12包括离子光学，用于将离子从第一界面室11导入第三界面室14，所述第三室14可包括附加的离子光学，用于将离子从所述第二界面室导入高真空室10。在这个例子中，使用时，所述第一界面室的压力大约为1-10毫巴，所述第二界面室(使用时)的压力大约为10-1-1毫巴，所述第三界面室的压力大约为10-2-10-3毫巴，高真空室的压力大约为10-5-10-6毫巴。
所述高真空室10，第二界面室12和第三界面室14可通过复合真空泵16进行抽空。在这个例子中，真空泵具有以两组涡轮分子级(turbo-molecular stages)18，20的形式存在的两个泵送部分和以Holweck牵引机构22形式存在的第三泵送部分；可代替使用一种可选择形式的牵引机构，如Siegbahn或Gaede机构。每一组涡轮分子级18，20包括许多(图1示出了3个，但是可以为任一合适的数量)成对的已知倾斜结构的转子19a，21a和定子叶片19b，21b。所述Holweck机构22包括许多(图1示出了2个，但是可以为任一合适的数量)旋转柱体23a和相应的环形定子23b以及本身为公知的螺旋槽。
在这种例子中，第一泵入口24连接到高真空室10上，通过入口24泵送的流体依次通过两组涡轮分子级18，20和Holweck机构22，并且经由出口30从泵中排出。第二泵入口26连接到第三界面室14上，通过入口26泵送的流体通过单组涡轮分子级20和Holweck机构22，并且经由出口30从泵中排出。在该例子中，泵16还包括第三入口27，其可选择为打开和关闭，例如可以利用内隔板来使流体从可选择的第二界面室12导入泵16。第三入口打开时，通过第三入口27泵送的流体仅仅穿过Holweck机构，并且经由出口30从泵中排出。
在该例子中，为了抽空光谱仪而使所需要的泵的数量减至最小，第一界面室11经由前级管道31连接到前级泵32，该泵也可以泵送复合真空泵16的出口30的流体。所述前级泵一般直接从第一室11比从复合真空泵16的出口30泵送的质量流量更大。当进入每一个泵入口的流体在从泵排出之前穿过各自不同数量的级，所述泵16能够提供室10，12，14内所需的真空值，并且前级泵32能够提供室11所需的真空值。
复合泵16的性能和动力消耗基本上依赖于它的前级压强，因此也依赖于由前级泵32提供的前级压力(第一界面室11内的压力)。这本身主要依赖于两个因素，即从光谱仪进入前级管道31的整个质量流量和前级泵32的泵容量。具有涡轮分子级和分子牵引级结合的一些复合泵只是很理想地适合相当低的前级压强，由于增加的质量流量或更小的前级泵尺寸而导致前级管道31内(在第一界面室11)的压力增加，因而性能降低并且能耗迅速地增加。为了努力增加质谱仪的性能，制造商常常增加光谱仪内的质量流量，因而并联的前级泵的尺寸要求增大或数量要求增多，以适应增加的质量流量。这就增加了要求差动地排空质谱议而导致的整个泵系统的成本、尺寸和能耗。
在至少优选实施例中，本发明设法提供一种相当紧凑、低成本、低功率的泵送装置，其能够充分增加质量流量同时能够保持低的系统压力。
在第一方面，本发明提供一种用于差动地抽吸许多室的泵送装置，所述泵送装置包括复合泵，该复合泵包括用于接收来自第一室的流体的第一入口；用于接收来自第二室的流体的第二入口；第一泵送部分以及设置在第一泵送部分下游的第二泵送部分，设置所述泵送部分以便从第一入口进入复合泵的流体穿过第一和第二泵送部分，从第二入口进入复合泵的流体仅仅穿过所述部分中的第二部分；具有用于接收来自第三室的流体的入口的增压泵，具有用于接收来自增压泵排出的流体的入口的前级泵，用于从复合泵排出的流体传送至增压泵和前级泵中的一个的装置。
与在此使用的一样，术语“增压泵”意思是在使用中以低于大气压的压力排出流体的泵，术语“前级泵”意思是在使用中以大气压或大约为大气压的压力排出流体的泵。
对于一个给定的泵送机构类型来说，各种设计参数通常提供容量和压缩的折中。同样地，如果需要的压缩通常就是这样在增压泵中减小(没有泵送到大气压)，那么能量可能增加。因此，原则上，增压泵比相同机构类型的相当尺寸的大气压排出机器提供更高的抽速和更低的功率。
不同于涡轮分子泵，增压泵不需要特别设计成以分子流动状态来进行操作，而是应当设计成以低粘度到高的过度压力状态来进行操作。通过以串连方式提供增压泵和前级泵，在第三或最高压力室比图1所示的现有技术中的装置提供更高的性能，从而允许进入第三室的质量流量增加，而不会增加第三室的压力。根据第一和第二室的性能要求，从复合泵中的排气被导入增压泵或前级泵，因此本发明提供相当紧凑并且低成本的泵送装置，以用于差动地抽吸第一至第三室(与使用所有排到大气压的更大或多级前级泵的技术方案相比)。
复合泵的每一泵送级优选包括干式泵送级，也就是在操作中没有液体或润滑剂的泵送级。所述复合泵优选包括至少三个泵送部分，每一泵送部分包括至少一个泵送级。在优选实施例中，所述复合泵包括第一泵送部分，第一泵送部分下游的第二泵送部分以及第二泵送部分下游的第三泵送部分，所述泵送部分相对于第一和第二入口设置，以便通过第一入口进入泵的流体穿过第一，第二和第三泵送部分，通过第二入口进入泵的流体仅仅穿过所述泵送部分的第二和第三泵送部分。
第一和第二泵送部分的至少一个优选包括至少一个涡轮分子级。第一和第二泵送部分可包括至少一个涡轮分子级。第一泵送部分的级与第二泵送部分的级可以是不同的尺寸。例如，第二泵送部分的级可以大于第一泵送部分的级，以提供可选择的泵送性能。
第三泵送部分优选包括至少一个分子牵引级。在优选实施例中，第三部分包括具有设置成螺旋状的多个槽的多级Holweck机构。在一个实施例中，为了提高泵的性能，第三泵送部分包括至少一个Gaede泵送级和/或至少一个气动泵送级，以接收从第一，第二和第三室的每一个进入泵的流体，以及设置在至少一个Gaede泵送级和/或至少一个气动泵送级上游的Holweck机构。气动泵送级可以是再生的级，气动泵送级的其它类型可以是侧流，侧槽和周边流机构。在一个优选实施例中，牵引分子泵送级的转子组件围绕再生泵送级的转子组件。通过以这种方式设置泵送部分，可以提高泵的性能而不增加泵的尺寸或泵的尺寸增加很少。
复合泵优选包括驱动轴，所述驱动轴在其上在每一个泵送级安装至少一个转子组件。至少两个泵送部分的转子组件可以设置在安装在驱动轴上的公用叶轮上或者与公用叶轮为一整体。例如，第一和第二泵送部分的转子组件可以与叶轮为一整体。第三泵送部分包括分子牵引级，用于分子牵引级的叶轮可以位于与叶轮为一整体的转子上。例如，转子包括盘状物，其大致与叶轮正交或者优选与叶轮为一整体。第三泵送部分包括再生泵送级，用于再生泵送级的转子组件优选与叶轮为一整体。
使用泵送装置，可以提供到复合泵和增压泵的入口的各种布置以及到需要排空的室的出口的各自的连接。这些例子在下面进行详细地描述。
例如，复合泵包括用于接收来自第四室的流体的可选择的第三入口。优选定位所述第三入口，以便通过所述第三入口进入复合泵的流体仅仅穿过上述部分中的第三泵送部分，以便泵送装置在第四室产生的真空值不同于在第一至第三室的任何一个室中的真空值。
可选择的是，所述复合泵可包括用于接收来自与增压泵并联的第三室的流体的第三入口。这种室的并联泵送在并联的泵送室比使用相同容量的单个泵入口能够提供更大的性能值。设置第三入口，以便通过第三入口进入复合泵的流体仅仅穿过上述部分中的第三泵送部分。在一个优选实施例中，第三泵送部分相对于第二和第三泵吸入口进行定位，以便从第三泵入口通过的流体与从第二泵入口通过的流体具有不同的路径。例如，通过第二入口进入复合泵的流体比通过第三入口进入复合泵的流体穿过更多数量的第三泵送部分的泵送级。
除了第三入口之外，复合泵包括用于接收来自第四室的流体的可选择的第四入口。设置所述第四入口，以便通过第四入口进入复合泵的流体仅仅穿过上述部分中的第三泵送部分。增压泵可包括第二入口，所述第二入口用于接收来自与复合泵的第四入口并联的第四室的流体。
所述增压泵可包括任何适宜的泵送机构。所述增压泵可以是与频率无关的增压泵(也就是说以不依赖于电网供电频率的频率操作的泵)或变换驱动泵，例如涡卷泵。可选择的是，与下面描述的优选实施例一样，增压泵可以是高速，单轴泵送机构，其具有类似于复合泵的泵送级的一个或多个泵送级。换句话说，增压泵优选包括许多泵送级，这些泵送级的泵送机构可以根据前级泵的入口压力，质量流量和第三室的压力需求进行选择。所述增压泵的每一泵送级优选包括干式泵送级。在优选实施例中，所述增压泵包括牵引分子机构。在一个实施例中，增压泵包括至少一个Gaede泵送级和/或至少一个气动泵送级，例如再生泵送机构，其位于分子牵引泵送机构的下游。
分子牵引泵送机构的转子组件优选包括与再生泵送机构的转子组件一起旋转运动的柱体。所述柱体优选形成多级Holweck泵送机构的一部分。虽然在一个优选实施例中，增压泵包括两级Holweck泵送机构，但是通过增加柱体的数量和相应定子组件可提供附加的级。附加的柱体以不同直径以同心方式安装在相同的叶轮盘上，以便柱体的轴向位置大约相同。
分子牵引泵送机构的转子组件和再生泵送机构的转子组件可合适地设置在增压泵的公用转子上。所述转子优选与安装在泵的驱动轴上的叶轮为一整体，并且也通过大致与驱动轴为正交的盘状物提供。再生泵送机构的转子组件可包括以环状排列的方式设置在转子一侧的一系列叶片。所述叶片优选与转子为一整体。采用叶片的这种布置，分子牵引泵送机构的转子组件可合适地安装在转子的相同侧。
所述再生泵送机构包括多于一级，并且也包括以同心环状排列的方式设置在转子的所述一侧的至少两系列的叶片，以便叶片的轴向位置大约相同。
为了使泵的尺寸最小，可以为再生泵送机构和至少一部分分子牵引泵送机构设置公用定子。
在一些实施例中，增压泵包括用于接收来自第三室的流体的第一入口和用于接收从复合泵排出流体的第二入口。依赖于所选择的增压泵和复合泵的结构，这两个入口可在增压泵内合并成一个入口。在这些实施例中，增压泵的泵送级可相对于增压泵的入口设置，以便通过增压泵入口中的一个进入增压泵的流体与通过增压泵入口中的另一个进入增压泵的流体穿过相同数量的泵送级。在这种情况下，增压泵通过单个入口抽吸气流。在其它的实施例中，增压泵包括用于接收来自第三室的流体的第一入口和用于接收来自第四室的流体的第二入口。在这些实施例中，增压泵的泵送级可相对于增压泵的入口设置，以便通过增压泵入口中的一个进入增压泵的流体与通过增压泵入口中的另一个进入增压泵的流体穿过不同数量的泵送级。
为了提供紧凑的泵送装置，复合泵的泵送级优选与增压泵的泵送级同轴，但不是基本上同轴，并且增压泵也合适地安装在复合泵上。这两个泵也可使用公用的电源。
流体传送装置被构造成从复合泵的泵送部分将流体传送至增压泵，所述复合泵的出口可简单地连接到增压泵的入口上，并且流体传送装置单独由复合泵的排出管道提供，而不需要任何另外的管道或管道工程来将流体从复合泵传送至增压泵。可选择的是，流体传送装置被构造成从复合泵的泵送部分将流体传送至前级泵，所述流体传送装置通过将复合泵的出口和增压泵的出口连接到前级泵的入口上的一个或多个管道装置来提供。
本发明扩展至差动泵送真空系统，其包括第一，第二和第三室，以及抽空所述室的上述泵送装置。因此，在第二方面，本发明提供差动泵送真空系统，其包括第一，第二和第三室，以及抽空所述室的泵送装置，所述泵送装置包括复合泵，所述复合泵包括连接到第一室的出口的第一入口；连接到第二室的出口的第二入口；第一泵送部分和在第一泵送部分下游的第二泵送部分，设置所述泵送部分，以便从第一入口进入复合泵的流体穿过第一和第二泵送部分，从第二入口进入复合泵的流体仅仅穿过所述泵送部分的第二泵送部分；具有连接到第三室的出口上的入口的增压泵；具有连接到增压泵的排出管道上的入口的前级泵以及将从复合泵排出的流体直接传送至增压泵和前级泵中的一个上的装置。
所述复合泵可合适地安装在第一和第二室的至少一个上，和/或增压泵可合适地安装在第三室上。
在优选实施例中，所述室形成质谱议系统的一部分。
在第三方面，本发明提供一种差动地抽吸许多压力室的方法，所述方法包括下面的步骤，即提供包括复合泵的泵送装置，所述复合泵包括第一入口；第二入口；出口；第一泵送部分和在第一泵送部分下游的第二泵送部分，设置所述泵送部分，以便从第一入口进入复合泵的流体穿过第一和第二泵送部分，从第二入口进入复合泵的流体仅仅穿过所述泵送部分的第二泵送部分；具有至少一个增压泵入口和增压泵出口的增压泵；具有前级泵入口的前级泵；将泵送装置连接到压力室上以便第一复合泵的入口连接到第一室的出口上，第二复合泵的入口连接到第二室的出口上，增压泵的入口连接到第三室的出口上，将前级泵的入口连接到增压泵的出口上，以及将复合泵的出口连接到前级泵和增压泵的一个上。涉及本发明的泵送装置或系统的上述特征将同样适合方法，反之亦然。
现在仅仅通过实施例并参考附图描述本发明的优选特征，其中：
图1为适合抽空差动地泵送质谱议系统的已知泵送装置的简化剖视图；
图2为适合抽空差动地泵送图1中质谱议系统的泵送装置的第一实施例的简化剖视图；
图3为适合抽空差动地泵送图1中质谱议系统的泵送装置的第二实施例的简化剖视图；
图4为适合抽空差动地泵送图1中质谱议系统的泵送装置的第三实施例的简化剖视图；
图5为适合抽空差动地泵送图1中质谱议系统的泵送装置的第四实施例的简化剖视图；
图6为适合抽空差动地泵送图1中质谱议系统的泵送装置的第五实施例的简化剖视图；
图7为适合抽空差动地泵送图1中质谱议系统的泵送装置的第六实施例的简化剖视图。
图2示出了适合抽空图1中质谱议系统的泵送装置的第一实施例。所述泵送装置包括具有多部件主体102的复合泵100，在所述多部件主体102内安装驱动轴104。所述轴通过马达(未示出)，例如无刷直流电动机进行旋转，该马达设置在轴104的周围。所述轴104安装在相反的轴承(未示出)上。例如，所述驱动轴104可通过混合永久磁铁轴承和润滑油轴承系统来支撑。
所述泵包括至少三个泵送部分106，108，110。第一泵送部分106包括一组涡轮分子级(turbo-molecular stages)。在图2所示的实施例中，这组涡轮分子级106包括具有已知倾斜结构的四个转子叶片和三个定子叶片。转子叶片由107a表示，定子叶片由107b表示。在该实施例中，转子叶片107a安装在驱动轴104上。
第二泵送部分108类似于第一泵送部分106，也包括一组涡轮分子级。在图2所示的实施例中，这组涡轮分子级108也包括具有已知倾斜结构的四个转子叶片和三个定子叶片。转子叶片由109a表示，定子叶片由109b表示。在该实施例中，转子叶片109a安装在驱动轴104上。
在第一和第二泵送部分的下游为第三泵送部分110。在图2所示的实施例中，第三泵送部分110包括以Holweck牵引机构形式的分子牵引泵送机构。在该实施例中，Holweck机构包括两个同轴的旋转柱体116a，116b和具有以本身公知的方式形成在其内的螺旋槽的相应的环状定子118a，118b。在该实施例中，Holweck机构包括三个泵送级，但是依赖于压力，流量和容量需求可提供任何数量的级。
旋转柱体116a，116b优选从碳纤维材料中形成，并且安装在转子组件120上，所述转子组件优选为盘状物120的形式并且设置在驱动轴104上。在该实施例中，盘状物120也安装在驱动轴104上。
在第三泵送部分的下游为排气管道122，其穿过复合泵的主体102并且为来自复合泵100的流体排出物提供出口。
如图2所示，所述复合泵100具有两个入口130，132，虽然在该实施例中仅仅使用两个入口，但是所述泵也可以具有附加的，可选择的入口，由134表示，其能有选择地打开和关闭，例如可以使用内隔板将不同的流体流导入机构的特殊部分。入口130位于整个泵送部分的上游。入口132位于第一泵送部分106和第二泵送部分108的级间。可选择的入口134位于第二泵送部分108和第三泵送部分110的级间，以便分子牵引泵送机构112的所有级与可选择入口134流体相通。
在使用中，将每个入口连接到差动泵送真空系统的各自室的出口上，该实施例与图1中示出的质谱议系统相同。因此入口130连接到低压室10的出口上，入口132连接到中压室14的出口上。另一室12位于高压室11和中压室14之间，通过点划线136所示，可选择入口134打开并且连接到室12的出口。另一更低压力室可增加到系统上，也可以通过独立装置进行泵送。
高压室11经由前级管道138连接到增压泵140和前级泵142的串连连接上。所述复合泵100的排出管道122也连接到增压泵140和前级泵142中的一个上。例如，在图2所示的实施例中，排出管道122连接到前级管道138，以便复合泵100的流体排出物通过增压泵140和前级泵142。可选择的是，如图2中的虚线144所示，排出管道122也可通过合适布置的一个或多个管道连接到前级泵142上，并且与增压泵140分开。阀可设置在排出管道122和管道装置内的任何合适的位置，以便使用者能够选择复合泵100的流体排出物是否输送到增压泵140或前级泵142上。
在使用中，从低压室10通过入口130的流体穿过第一泵送部分106，第二泵送部分108和第三泵送部分110，并且经由排出管道122排出复合泵100。从中压室14通过入口132的流体进入复合泵100，穿过第二泵送部分108和第三泵送部分110，并且经由排出管道122排出复合泵100。如果打开时，从可选择室12通过入口134的流体进入复合泵100，仅仅穿过第三泵送部分110，并且经由排出管道122排出复合泵100。在图2所示的实施例中，复合泵100的所有流体排出物与高压室11中的流体合并，并且以大气压或大约为大气压的压力从泵送装置排出之前通过增压泵140和前级泵142的串联连接。
在该实施例中，在使用中，类似于图1描述的系统，高压室11的压力大约为1-10毫巴，可选择室12(在使用中)的压力大约为10-1-1毫巴，中压室14的压力大约为10-2-10-3毫巴，低压室10的压力大约为10-5-10-6毫巴。然而，由于复合泵100的气体排出物和通过增压泵140从高压室11抽吸的气体的另外压缩，因此增压泵140足以传递比现有技术更低的前级压强到复合泵100，同时适应进入高压室11中的增加的质量流量。这就大大减小了泵送装置的能耗并且提高了整个泵送性能。
增压泵140可包括任何合适的泵送机构，以用于符合泵送装置的性能和功率级需求。例如，增压泵140可以是与频率无关的泵或变换器驱动泵，如涡卷泵(scroll pump)。然而，在下面的实施例中，增压泵140作为具有类似于复合泵100的一个或多个泵送级的高速、单轴泵送机构示出。
参考图3示出的泵送装置的第一至第二实施例，增压泵140具有泵送部分150，其包括以Holweck牵引机构形式的分子牵引泵送机构。在该实施例中，类似于复合泵100，Holweck机构包括两个同轴的旋转柱体152a，152b和具有以本身公知的方式形成在其内的螺旋槽的相应的环状定子154a，154b。在该实施例中，Holweck机构包括三个泵送级，但是依赖于压力，流量和容量需要可提供任何数量的级。旋转柱体152a，152b优选从碳纤维材料中形成，并且安装在转子组件156上，所述转子组件优选为盘状物156的形式并且设置在驱动轴158上。在该实施例中，盘状物156也安装在驱动轴158上。所述驱动轴158通过马达(未示出)，例如无刷直流电动机进行旋转，该马达设置在轴158的周围。所述轴158安装在相反的轴承(未示出)上。例如，所述驱动轴158可通过混合永久磁铁轴承和润滑油轴承系统来支撑。考虑到泵100，140的合理紧密性，用于旋转泵100，140的驱动轴104，158的马达可通过公用的动力源进行驱动。
在该实施例中，增压泵140安装在高压室11上，复合泵100安装在低压室10和中压室14的一个或两个上，以便复合泵100和增压泵140的驱动轴104，158实质上同轴。可选择的是，增压泵140可安装在复合泵100上，反之亦然。同样地，增压泵依赖于间隔要求可以安装在前级泵附近或其上。将增压泵保持在室附近以减小在将增压泵连接到室11上的管道内的电导损失是有利的。
增压泵140具有连接到高压室11的出口的第一入口160和给增压泵140提供第二入口的入口管道162。这两个入口与该实施例中在进入增压泵之前结合的气体流合并成一个入口。在该实施例中，当增压泵140相对于复合泵100安装时，入口管道162大致与复合泵100的排出管道122同轴。这就能使排出管道122直接连接到增压泵140的入口管道162上，而不需要一个或多个管道的任何中间装置来将复合泵100的流体排出物传送到增压泵140。然而，依赖于复合泵100和增压泵140的相对位置，实际上也需要一个或多个管道在泵100，140之间传送流体。
在使用中，从复合泵100通过入口管道162的流体穿过泵送部分150，并且经由排出管道164排出增压泵140。从高压室11通过第一入口160的流体也穿过泵送部分150，并且经由排出管道164排出增压泵140。从排出管道164，流体通过管道装置166传送至前级泵142的入口168。
图4示出了泵送装置的第三实施例。这种泵送装置类似于第二实施例中的泵送装置，除了复合泵100的第三泵送部分110和增压泵140的泵送部分150的每一个除了包括分子牵引泵送机构之外还包括再生泵送机构。
每一个再生泵送机构包括以至少一排环状叶片170，172的形式的许多转子，所述的叶片170，172安装在各自的牵引分子机构的盘状物120，156的一侧或者与盘状物120，156为一整体。在该实施例中，每一个再生泵送机构包括两排同心的环状转子170，172，但是依赖于压力，流量和容量需求可以提供任何数量的环状排。
每个分子牵引泵送机构的最内部的定子部件118b，154b也能够形成再生泵送机构的定子，并且在其内形成环状槽174，176，所述转子170，172在环状槽174，176内旋转。众所周知，除了称作“模板”(stripper)的一小部分槽外，所述环状槽174，176的横截面积比单个叶片170，172的横截面积更大，所述“模板”具有为转子提供狭窄间隙的减小的横截面积。在使用中，所泵送的流体经由入口进入最外的环状槽，所述入口邻近模板的一端设置，所述流体通过转子沿槽推动，直到它到达模板的另一端。然后，所述流体通过端口推入最内的环状槽，在那里它沿槽从所述泵中被推动到排出管道122，164，与第二实施例相比，所述排出管道延伸到再生泵送机构的最内部的槽。
在该实施例中，在使用中，类似于图1中描述的系统，高压室11的压力大约为1-10毫巴，可选择的室12(在使用中)的压力大约为10-1-1毫巴，中压室14的压力大约为10-2-10-3毫巴，低压室10的压力大约为10-5-10-6毫巴。然而，由于通过再生泵送机构穿过所述泵的气体的压缩，因此再生泵送机构足以传递更低的前级压强到牵引分子泵送级机构。这就大大减小了复合泵100和增压泵140的能耗并且提高了整个泵送装置的性能。
另外，如图4所示，再生泵送机构的转子170，172由分子牵引泵送机构的旋转柱体116a，152a包围。因此，再生泵送机构很方便地包括在泵100，140内，从而使真空泵的整个长度或尺寸增加很少或不会增加。
应该注意的是，虽然在该实施例中在复合泵100的第三泵送部分110和增压泵140的泵送部分150包括再生泵送机构，但是只有这些泵送部分的一个设有这种泵送机构。另外，可选择的泵送机构代替再生泵送机构，或者可与再生泵送机构一起使用。例如，再生泵送机构的一级或两级可由Gaede泵送级代替，和/或可在Holweck机构的上游设置另外的泵送级。这种另外的泵送级的例子包括外螺纹转子和涡轮分子级。
另外，为了改变设置在复合泵100和增压泵140的一个或两个内的泵送机构以符合泵送性能和能耗的需求，因此到复合泵100和增压泵140的入口的数量和相对位置可以根据使用泵送装置所抽空的室的数量和在每个室所需求的性能的变化而变化。例如，在每一个泵内可设置另外的入口，当要求从特殊的室连接到出口上时，这些入口可选择性地打开。另外，依赖于气体载荷分配和差动地泵送系统的室的性能需求，也可以提供通过相似或不同的入口泵送的并联的附加室或并联的可选择室。图5至7示出了基于图3示出的第二实施例的这种泵送装置的一些实施例(但是，当然类似的实施例也可以基于图4示出的第三实施例)。这些实施例示出了如果需要的话如何通过下述方式之一抽空差动地泵送系统的室，以符合差动地泵送系统的性能要求，其中所述的方式为：
复合泵，增压泵和前级泵的串连布置；
增压泵和前级泵的串连布置；
复合泵和前级泵的串连布置；
复合泵，增压泵和前级泵的串连布置与增压泵和前级泵的串连布置进行并联；
复合泵和前级泵的串连布置与增压泵和前级泵的串连布置进行并联。
首先参考图5，在泵送装置的第三实施例中，设置复合泵100以便除了低压室10和中压室14之外还能够直接泵送最高压室。象入口130，132和可选择入口134一样，复合泵100包含附加入口180，其位于分子牵引泵送机构的级的上游或如图5所示的级间，以便分子牵引泵送机构的所有级与入口130，132流体相通，同时，在图5所示的布置中，只有一部分(一个或多个)级与附加入口180流体相通。另外，在第三实施例中，复合泵100的排出管道122连接到增压泵140的排出管道164或管道布置166的一个上，以便从复合泵100的流体排出物传送到前级泵142而不是传送到增压泵140。
在使用中，入口130连接到低压室10的出口，入口132连接到中压室14的出口。可选择室12在高压室11和中压室14之间，如虚线136所示，可选择入口134打开并连接到室12上。附加入口180连接到高压室11的另一出口上。
因此，从高压室11通过附加入口180的流体穿过复合泵100的第三泵送部分110的三级中的两级(但是，实际上依赖于性能需求数量也有所不同)，经由排出管道122从复合泵100排出并进入前级泵142。相反，从高压室11通过增压泵140的第一入口160的流体在由排出管道164从增压泵140排出之前穿过增压泵140的泵送机构150的所有级。
因此，在上面的实施例中，所述室中的一个的并连泵送通过将两个泵的不同的入口(也就是复合泵100的附加入口180和增压泵140的第一入口160)连接到相同的室来提供，如高压室11所示出的这种情况。对于将附加气体载荷引入高压室11引起的附加泵送需求和差动地泵送质谱议系统的每一个其它室，这种布置使泵送装置的泵送性能最佳。室的这种并连泵送在所并联泵送的室中比使用相同容量的单个泵入口提供更大的性能值。
在图6所示的第四实施例的泵送装置中，复合泵100具有相同布置的入口和从室10，11，12，14连接到出口的连接，如第三实施例的复合泵所示。在第四实施例中，增压泵140的入口的布置存在的，以便第一入口160与复合泵100的附加入口180位于同等位置，也就是在增压泵140的多级Holweck机构的级数之间，可选择的第二入口190与复合泵100的可选择入口134位于同等位置，也就是在增压泵140的多级Holweck机构的所有级数的上游。如图6的192所示，设置流体导管或管道，以用于将增压泵140的可选择入口190连接到可选择的室12上。
在使用中，增压泵140的第一入口160连接到高压室11的出口上，复合泵100的附加入口180连接到最高压室11的另一出口上。因此，从高压室11通过附加入口180的流体穿过复合泵100的第三泵送部分110的三级中的两级(在该实施例中)，经由排出管道122从复合泵100排出并传送到前级泵142。通过增压泵140的入口160的流体同样穿过增压泵140的泵送机构150的三级中的两级，经由排出管道164从增压泵140排出并传送到前级泵142。
另外，室12处于高压室11和中压室14之间，增压泵140的可选择入口190经由流体导管192连接到第四室12上，复合泵100的可选择入口134连接到室12的另一出口上。因此，从所述室12通过可选择入口134的流体穿过复合泵100的第三泵送部分110的所有级，经由排出管道122从复合泵100排出并传送到前级泵142。通过增压泵140的可选择入口190的流体同样穿过增压泵140的泵送机构150的所有级，经由排出管道164从增压泵140排出并传送到前级泵142。
因此，这种布置提供高压室11的“真正的”并连泵送，并且也提供可选择室12，因为增压泵140的入口160处的泵送性能与复合泵的入口190处的相同。
在图7所示的泵送装置的第五实施例中，增压泵140具有与图6所示的第四实施例类似的入口布置。但是，与第五实施例的复合泵相反，在第五实施例中，复合泵100仅仅包括第一入口130和第二入口132。因此，高压室11和提供的可选择室12通过增压泵140和前级泵142的串连连接进行抽空，同时低压室10和中压室14通过复合泵100和前级泵142的串连连接进行抽空。
Claims (42)
1.一种用于差动地抽吸许多室的泵送装置，所述泵送装置包括复合泵，该复合泵包括用于接收来自第一室的流体的第一入口；用于接收来自第二室的流体的第二入口；第一泵送部分以及设置在第一泵送部分下游的第二泵送部分，所述泵送部分被设置以便从第一入口进入复合泵的流体穿过第一和第二泵送部分，而从第二入口进入复合泵的流体仅仅穿过所述泵送部分中的第二泵送部分；具有用于接收来自第三室的流体的入口的增压泵；及具有用于接收来自增压泵排出的流体的入口的前级泵；以及用于将流体从复合泵的所述泵送部分传送至增压泵和前级泵中的一个的装置。
2.如权利要求1所述的泵送装置，其特征在于：所述复合泵的每一泵送级包括干式泵送级。
3.如权利要求1或2所述的泵送装置，其特征在于：所述复合泵包括至少三个泵送部分，每一泵送部分包括至少一个泵送级。
4.如权利要求3所述的泵送装置，其特征在于：所述复合泵还包括第二泵送部分下游的第三泵送部分，所述泵送部分相对于第一和第二入口设置，以便通过第一入口进入复合泵的流体穿过第一、第二和第三泵送部分，通过第二入口进入复合泵的流体仅仅穿过所述泵送部分的第二和第三泵送部分。
5.如权利要求4所述的泵送装置，其特征在于：第一和第二泵送部分的至少一个包括至少一个涡轮分子级。
6.如权利要求5所述的泵送装置，其特征在于：第一和第二泵送部分二者都包括至少一个涡轮分子级。
7.如权利要求6所述的泵送装置，其特征在于：第三泵送部分包括至少一个分子牵引级。
8.如权利要求7所述的泵送装置，其特征在于：第三泵送部分包括具有设置成螺旋状的多个槽的多级Holweck机构。
9.如权利要求8所述的泵送装置，其特征在于：第三泵送部分包括至少一个Gaede泵送级和/或至少一个气动泵送级，以接收从第一、第二和第三室的每一个进入复合泵的流体。
10.如权利要求9所述的泵送装置，其特征在于：Holweck机构设置在至少一个Gaede泵送级和/或至少一个气动泵送级的上游。
11.如权利要求10所述的泵送装置，其特征在于：所述复合泵包括用于接收来自第四室的流体的第三入口。
12.如权利要求11所述的泵送装置，其特征在于：设置第三入口，以便通过第三入口进入复合泵的流体仅仅穿过上述部分的第三泵送部分。
13.如权利要求10所述的泵送装置，其特征在于：所述复合泵包括用于接收来自与增压泵并联的所述第三室的流体的第三入口。
14.如权利要求13所述的泵送装置，其特征在于：设置第三入口，以便通过第三入口进入复合泵的流体仅仅穿过上述部分的第三泵送部分。
15.如权利要求14所述的泵送装置，其特征在于：第三泵送部分相对于第二和第三入口设置，以便从第三入口通过的流体与从第二入口通过的流体具有不同的路径。
16.如权利要求15所述的泵送装置，其特征在于：所述复合泵包括用于接收来自第四室的流体的第四入口。
17.如权利要求16所述的泵送装置，其特征在于：设置所述第四入口，以便通过第四入口进入复合泵的流体仅仅穿过上述部分中的第三泵送部分。
18.如权利要求16所述的泵送装置，其特征在于：增压泵包括第二入口，所述第二入口用于接收来自与复合泵的第四入口并联的所述第四室的流体。
19.如权利要求18所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵包括许多泵送级，其相对于增压泵的入口布置，以便通过增压泵入口中的一个进入增压泵的流体与通过增压泵入口中的另一个进入增压泵的流体穿过不同数量的泵送级。
20.如权利要求19所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵包括至少一个分子牵引级。
21.如权利要求20所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵包括具有设置成螺旋状的多个槽的多级Holweck机构。
22.如权利要求18所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵是与频率无关的增压泵或变换驱动泵。
23.如权利要求22所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵是涡卷泵。
24.如权利要求17所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵包括许多泵送级。
25.如权利要求24所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵的每一泵送级包括干式泵送级。
26.如权利要求24所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵包括分子牵引泵送机构。
27.如权利要求26所述的泵送装置，其特征在于：所述分子牵引泵送机构包括具有设置成许多螺旋状的多个槽的多级Holweck机构。
28.如权利要求26所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵包括至少一个Gaede泵送级和/或至少一个气动泵送级，其位于至少一个分子牵引级的下游。
29.如权利要求28所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵包括用于接收来自第三室的流体的第一入口和用于接收从复合泵排出流体的第二入口。
30.如权利要求29所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵的泵送级相对于增压泵的入口设置，以便通过增压泵入口中的一个进入增压泵的流体与通过增压泵入口中的另一个进入增压泵的流体穿过相同数量的泵送级。
31.如权利要求28所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵包括用于接收来自第三室的流体的第一入口和用于接收来自第四室的流体的第二入口。
32.如权利要求31所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵的泵送级相对于增压泵的入口设置，以便通过增压泵入口中的一个进入增压泵的流体与通过增压泵入口中的另一个进入增压泵的流体穿过不同数量的泵送级。
33.如权利要求31所述的泵送装置，其特征在于：用于传送流体的所述装置包括设置成将复合泵的排出管道和增压泵的排出管道连接到前级泵的入口上的管道装置。
34.如权利要求2或24所述的泵送装置，其特征在于：所述复合泵的泵送级与增压泵的泵送级同轴。
35.如权利要求1所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵安装在所述复合泵上。
36.如权利要求1所述的泵送装置，其特征在于：所述增压泵安装在所述前级泵上。
37.一种差动泵送真空系统，其包括第一、第二和第三室以及上述权利要求任一项所述的用于抽吸许多室的泵送装置。
38.一种差动泵送真空系统，其包括第一，第二和第三室，以及抽吸所述室的泵送装置，所述泵送装置包括复合泵，所述复合泵包括连接到第一室的出口的第一入口；连接到第二室的出口的第二入口；第一泵送部分和在第一泵送部分下游的第二泵送部分，所述泵送部分被设置，以便从第一入口进入复合泵的流体穿过第一和第二泵送部分，而从第二入口进入复合泵的流体仅仅穿过所述泵送部分的第二泵送部分；具有连接到第三室的出口上的入口的增压泵；具有连接到增压泵的排出管道上的入口的前级泵；以及将流体从复合泵的所述泵送部分直接传送至增压泵和前级泵中的一个上的装置。
39.如权利要求37或38所述的系统，其特征在于：所述复合泵安装在第一和第二室的至少一个上。
40.如权利要求39所述的系统，其特征在于：所述增压泵安装在所述第三室上。
41.如权利要求40所述的系统，其特征在于：所述第一、第二和第三室形成质谱议的一部分。
42.一种差动地抽吸许多压力室的方法，所述方法包括下面的步骤：提供包括复合泵的泵送装置，所述复合泵包括第一入口；第二入口；出口；第一泵送部分和在第一泵送部分下游的第二泵送部分，所述泵送部分被设置，以便从第一入口进入复合泵的流体穿过第一和第二泵送部分，而从第二入口进入复合泵的流体仅仅穿过所述泵送部分的第二泵送部分；具有至少一个增压泵入口和增压泵出口的增压泵；具有前级泵入口的前级泵；将泵送装置连接到压力室上以便所述复合泵的第一入口连接到第一室的出口上，所述复合泵的第二入口连接到第二室的出口上，增压泵的入口连接到第三室的出口上，将前级泵的入口连接到增压泵的出口上，以及将复合泵的出口连接到前级泵和增压泵的一个上。
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