CN101517240B - 分子拖曳泵送机构 - Google Patents

Abstract

一种真空泵，包括驱动轴以及Siegbahn泵送机构。该Siegbahn泵送机构包括位于所述驱动轴上的转子元件以及绕所述驱动轴设置并且接近所述转子元件的环状定子元件，所述定子元件包括朝向所述转子元件延伸的并且限定多个螺旋通道的多个壁。所述定子元件包括多个节段，例如弹性构件的装置绕所述节段设置从而驱使所述节段在一起，并且从而阻止所述定子元件的所述节段之间的气体泄漏。所述弹性构件也可以在定子节段和绕所述泵送机构设置的外壳之间形成密封。

Description

分子拖曳泵送机构

技术领域

本发明涉及分子拖曳泵送机构，并且更具体地涉及Siegbahn泵送机构。

背景技术

分子拖曳泵送机构在以下总体原则下工作：即在低压下碰撞高速运动表面的气体分子能从该运动表面获得速度分量。结果，分子趋向于获得与其所碰撞的表面相同的运动方向，这驱使分子通过泵并且在泵排气口(pump exhaust)附近产生相对较大的压力。

这些泵送机构一般包括转子和定子，该定子具有与转子相对的一个或多个盘旋或螺旋的通道。分子拖曳泵送机构的一种类型是Siegbahn泵送机构，该Siegbahn泵送机构包括与盘状定子元件相对的旋转平面元件，该定子元件限定了从定子的外周界朝向定子中心延伸的螺旋通道。

图1是包括多级Siegbahn泵送机构的真空泵的部分的横截面图。该真空泵包括被多组轴承12支撑以通过马达16而绕纵轴线14旋转的驱动轴10。叶轮18被安装在驱动轴10上以随其旋转。叶轮18包括Siegbahn泵送机构的多个转子元件20，转子元件20是基本与轴线14正交的从驱动轴10向外延伸出的平面盘状构件的形式。Siegbahn泵送机构的多个定子元件22位于转子元件20之间。如图2更详细示出的，每个定子元件22均包括位于其每个相应侧面上的多个壁24、25。壁24在定子元件22的一个侧面上限定多个螺旋流动通道26，并且壁25在定子元件22的另一个侧面上限定多个螺旋流动通道27。

螺旋流动通道26被构造成随着驱动轴10的旋转并因而随着位于流动通道26邻近的转子元件的旋转而产生泵送作用，从而在定子元件22的一个侧面上产生从定子元件22的外边缘28朝向定子元件16的中心孔口30的气体流动。相反地，螺旋流动通道27被构造成产生泵送作用，该泵送作用在定子元件22的另一个侧面上产生从中心孔口30朝向定子元件22的外边缘28流回的气体流动，气体从此流向泵送机构的下一级。

在泵组装期间，叶轮18被安装在驱动轴10上，并且定子元件22被逐步组装在叶轮18的转子元件20之间。在一个公知组装技术中，通过在直径上分割定子元件22将每个定子元件22分成两个半环节段32、34。每个定子元件22的两个节段32、34被径向地插入到叶轮18的相应一对转子元件20之间，这样节段32、34再次形成环状定子元件22，一个定子元件22的外边缘28靠在邻近定子元件22的外边缘28上。之后，绕定子元件22组装外壳36从而相对叶轮18保持定子元件22。

分割定子元件22在组装的真空泵中的每个定子元件22的两个节段32、34的分割面之间产生气隙40。这个气隙40打开了泄漏路径，该泄漏路径在图1和图2中以箭头42示出并且在流动通道27、25之间通过定子元件22的厚度以及环绕定子元件22，即在定子元件和外壳36之间。为了最小化定子元件22的节段32、34之间的气隙40的尺寸，昂贵的金属丝腐蚀(wire erosion)技术被用于分割定子元件22，从而将气隙的尺寸减小到100至150μm之间。然而，已经发现这种尺寸的气隙的存在仍然能够严重地损害Siegbahn泵送机构的压缩性。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种Siegbahn泵送机构，该Siegbahn泵送机构包括转子元件和设置于接近所述转子元件的定子元件，所述转子元件和所述定子元件中的一个包括朝向所述转子元件和所述定子元件中的另一个延伸并且限定多个螺旋通道的多个壁，所述定子元件包括多个节段以及用于使所述节段相接触的装置。

通过提供使定子元件的节段相接触的装置，可以减小在节段之间的气隙的尺寸，并且因而可以减少在定子元件的节段之间的气体泄漏速率。这可以显著地提高泵送机构的气体压缩性。

例如，刚性滑动环或链可绕定子元件的节段设置，从而使得节段接在一起。或者，可以方便地通过用于驱使节段接在一起的装置来提供用于使得节段相接触的装置。例如，弹性构件可绕节段的周界设置从而驱使所述节段相接触。这个弹性构件可以包括环绕所述节段的O形环密封元件。将上述使得节段相接触的装置围绕节段的周界进行设置也可以提供绕定子元件延伸以接合绕Siegbahn泵送机构设置的外壳的内表面的密封，从而阻止外壳和定子元件之间的气体流动。

可以通过铸造和/或通过机加工来制造所述转子元件和所述定子元件之一。所述多个壁优选地在定子元件内形成，不过可替换地所述多个壁可以在转子元件内形成。

本发明也提供包括至少一个如上所述的Siegbahn泵送机构的真空泵。在第二方面，本发明提供包括驱动轴和Siegbahn泵送机构的真空泵，该Siegbahn泵送机构包括位于所述驱动轴上的转子元件以及绕所述驱动轴设置且接近所述转子元件的环状定子元件，所述转子元件和所述定子元件中的一个包括朝向所述转子元件和所述定子元件中的另一个延伸并且限定多个螺旋通道的多个壁，所述定子元件包括多个节段以及用于使得所述节段相接触的装置。

Siegbahn泵送机构可以包括位于驱动轴上的多个转子元件以及位于所述转子元件之间的多个定子元件，每个定子元件均包括用于使得所述定子元件的节段相接触的装置。用于使得所述定子元件或每个定子元件的节段接在一起的装置可以是如关于本发明的第一方面中所描述的装置。

真空泵可以包括在Siegbahn泵送机构上游的至少一个涡轮分子泵送级。真空泵也可以包括在Siegbahn泵送机构下游的附加分子拖曳和/或流体动力级。这些下游级的示例包括Holweck、Gaede和/或再生泵送机构。

附图说明

现在，结合附图通过示例的方式将描述本发明的优选特征，其中：

图1是包括Siegbahn泵送机构的公知真空泵的部分的横截面图；

图2是图1机构的定子元件的立体图；以及

图3是包括Siegbahn泵送机构的真空泵的一个示例的一部分的横截面图。

具体实施方式

图3示出了真空泵的一部分。该真空泵包括驱动轴100，该驱动轴100由多组轴承102支撑成通过马达106绕纵轴线104旋转。叶轮108被安装在驱动轴100上以随其旋转。叶轮108包括Siegbahn泵送机构的多个转子元件110、112、114。在这个示例中，转子元件是基本与轴线104正交的从驱动轴100向外延伸的平面盘状构件的形式。

Siegbahn泵送机构的多个定子元件位于转子元件之间。在这个示例中，Siegbahn泵送机构包括三个转子元件110、112、114和两个定子元件120、122，不过可以根据需要提供任意数量的转子元件和定子元件以满足真空泵的所需泵送性能。

每个定子元件120、122均是环状定子元件的形式，并且包括朝向邻近转子元件延伸的多个壁。例如，参考定子元件120，定子元件120包括位于其每个相应侧面上的多个壁124、125。壁124朝向转子元件110延伸，并且在定子元件的一个侧面上限定多个螺旋流动通道126。壁125朝向转子元件112延伸，并且在定子元件的另一个侧面上限定多个螺旋流动通道127。定子元件122以与定子元件120类似的方式构造。

定子元件120、122的壁的高度沿Siegbahn泵送机构轴向减小，即从泵送机构的入口130朝向泵送机构的出口132轴向地减小，这样流动通道的容积朝向出口132逐渐减小从而压缩经过泵送机构的气体。

每个定子元件均被分割成绕驱动轴100组装的多个节段。在这个示例中，每个定子元件均包括两个半环节段。可以通过适当工艺，例如通过金属丝腐蚀，来分割定子元件。

为了组装泵送机构，叶轮108被安装在驱动轴100上，并且定子元件120、122被逐步组装到叶轮18的转子元件之间。定子元件122的节段140、142首先被设置于转子元件112、114之间，使定子元件122的外边缘的下表面接合绕马达106延伸的外壳136的上表面134。之后，通过弹性构件144使得定子元件122的节段140、142相接触，该弹性元件144绕定子元件122的外周界146设置并且朝向驱动轴100驱动节段140、142并因而使得节段140、142沿节段140、142的分割面相接触。在这个示例中，通过弹性O形环密封构件提供弹性构件144，该弹性O形环密封构件优选地由弹性体材料制成。可以绕定子元件122的周界设置槽从而有助于弹性元件144绕其定位。

之后，定子元件120的节段150、152被设置于转子元件110、112之间，定子元件120的外边缘的下表面接合定子元件122的外边缘的上表面。之后，通过绕定子元件120的外周界156设置的弹性构件154使得定子元件120的节段150、152相接触。再次，可以通过弹性O形环密封构件来提供这个弹性构件154。

在Siegbahn泵送机构的组装之后，并且在位于该泵送机构上游的任意泵送机构(例如涡轮分子泵送机构)的组装之后，外壳160被组装在定子元件120、122周围以便相对叶轮108保持定子元件120、122。如图3所示，外壳160的内表面接合弹性构件144、154。

在泵使用期间，气体通过入口130被送入Siegbahn泵送机构。转子元件110相对于定子元件120的旋转产生泵送作用，该泵送作用促使气体沿着在定子元件120的一个侧面上的流动通道126从定子元件的外边缘朝向定子元件120的中心孔口170流动。转子元件112相对于定子元件120的旋转产生类似的泵送作用，该类似的泵送作用促使气体在定子元件120的另一个侧面上沿流动通道127从中心孔口170朝向定子元件120的外周界流回，从此处气体流入定子元件122的流动通道中从而以类似方式朝向泵送机构的出口132被泵送。

提供弹性构件144、154可适用于多个目的。首先，通过使得每个相应定子元件120、122的节段相接触，可以显著地减少节段之间的气体泄漏，从而提高Siegbahn泵送机构的压缩性。其次，通过绕每个定子元件设置并且接触泵送机构的外壳160的内表面的环状密封构件，可以阻止在定子元件和外壳之间的气体泄漏。

Claims (12)

1.一种Siegbahn泵送机构，包括转子元件和设置于接近所述转子元件的定子元件，所述转子元件和所述定子元件中的一个包括朝向所述转子元件和所述定子元件中的另一个延伸的并且限定多个螺旋通道的多个壁，所述定子元件包括多个节段以及用于使得所述节段相接触的装置，其中所述用于使得所述节段相接触的装置绕所述节段延伸并且与围绕所述转子元件和定子元件的外壳形成密封。

2.根据权利要求1所述的泵送机构，其中所述用于使得所述节段相接触的装置包括用于驱使所述节段相接触的装置。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的泵送机构，其中所述用于使得所述节段相接触的装置包括绕所述节段延伸的弹性构件。

4.根据权利要求3所述的泵送机构，其中所述弹性构件包括O形环密封元件。

5.一种包括至少一个根据前面任意一项权利要求所述的Siegbahn泵送机构的真空泵。

6.一种真空泵，包括驱动轴以及Siegbahn泵送机构，该Siegbahn泵送机构包括位于所述驱动轴上的转子元件以及绕所述驱动轴设置并且接近所述转子元件的环状定子元件，所述转子元件和所述定子元件中的一个包括朝向所述转子元件和所述定子元件中的另一个延伸的并且限定多个螺旋通道的多个壁，所述定子元件包括多个节段以及用于使得所述节段相接触的装置，其中用于使得所述节段相接触的装置包括用于朝向所述驱动轴驱动所述节段的装置，其中所述用于使得所述节段相接触的装置绕所述节段延伸并且与围绕所述转子元件和定子元件的外壳形成密封。

7.根据权利要求6所述的真空泵，其中所述用于使得所述节段相接触的装置包括绕所述节段延伸的弹性构件。

8.根据权利要求7所述的真空泵，其中所述弹性构件包括弹性O形环密封元件。

9.根据权利要求6所述的真空泵，其中所述Siegbahn泵送机构包括位于所述驱动轴上的多个所述转子元件以及位于所述转子元件之间的多个所述环状定子元件，每个定子元件包括用于使得该定子元件的节段相接触的装置。

10.根据权利要求6所述的真空泵，包括在所述Siegbahn泵送机构上游的至少一个涡轮分子泵送级。

11.根据权利要求6所述的真空泵，包括在所述Siegbahn泵送机构下游的至少一个泵送机构。

12.根据权利要求11所述的真空泵，其中所述至少一个泵送机构包括Holweck泵送机构、Gaede泵送机构和/或再生泵送机构。

Images