CN102648351B - 真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供真空泵（10），所述真空泵包括涡轮分子泵送机构（12），所述涡轮分子泵送机构与Siegbahn泵送机构（14）串联。设置第一泵入口（16），气体借助所述第一泵入口能够传送经过所述涡轮分子泵送机构和所述Siegbahn泵送机构。另外，设置级间入口（18），气体借助所述级间入口能够在所述涡轮分子泵送机构和所述Siegbahn泵送机构之间的位置处进入所述泵并且仅传送经过所述Siegbahn泵送机构。存在所述Siegbahn泵送机构的多个第一级中的流动通道（52，62），这些流动通道与所述级间入口（18）流体连通，并且通过所述级间入口进入所述泵的气体沿所述流动通道被平行泵送。

Description

真空泵

技术领域

本发明涉及真空泵，且具体地涉及复合真空泵。

背景技术

已知的复合真空泵包括涡轮分子泵送机构，所述涡轮分子泵送机构与牵引分子泵送机构串联，所述牵引分子泵送机构典型地是Holweck泵送机构。这些机构由同一马达驱动。

牵引分子泵送机构以这样的一般原理运行，在低压下，撞击快速运动表面的气体分子能够被赋予来自运动表面的速度分量。结果，这些分子趋于具有与其所撞击的表面相同的运动方向，这迫使分子穿过该泵并且在泵排出口的附近产生相对较高的压力。

这些泵送机构通常包括转子和定子，所述定子配置有与所述转子相对的一个或多个螺旋形或螺旋线通道。牵引分子泵送机构的类型包括：Holweck泵送机构，所述Holweck泵送机构包括具有不同直径的两个同轴筒体，在这两个筒体之间借助定位在外筒体的内表面上或内筒体的外表面上的螺旋形螺纹来限定螺旋形气体路径；以及Siegbahn泵送机构，所述Siegbahn泵送机构包括与盘状定子相对的旋转盘，从而限定从定子的外围朝向定子的中心延伸的螺旋形通道。牵引分子泵送机构的另一示例是Gaede机构，其中气体绕设置在径向或轴向平面内的同心通道被泵送。在该情况下，气体借助这些通道之间的交点以及每级的相邻入口和出口之间的紧密间隙“气提器（stripper）”部段在各级之间传送。Siegbahn和Holweck泵送机构均不需要交点或紧密间隙“气提器”部段，因为这些泵送机构的入口和出口沿通道长度被设置。

出于制造目的，Siegbahn泵送机构与Holweck和Gaede泵送机构相比可以是优选的。然而，在将牵引分子机构应用到真空泵时，Holweck泵送机构通常被认为在低功率下提供更高水平的性能。

对于给定转子-定子间隙，Siegbahn泵送机构通常需要更多的泵送级以实现与Holweck泵送机构相同的压缩水平和泵送速度。此外，传统采用这种泵送机构的真空泵通常能够控制使得沿径向方向（优选地用于Holweck泵送机构）的间隙比沿轴向方向（优选地用于Siegbahn泵送机构）的间隙更紧密，从而进一步使得需要更多的泵送级来实现相同水平的性能。添加泵送级导致更高水平的能耗。出于这个理由，涡轮分子泵制造商趋向于使用Holweck泵送机构而不使用Siegbahn泵送机构。

通常，需要真空泵以从泵的单个入口泵送到该泵的出口。在其他应用中，真空泵可能需要或优选具有在不同压力下从不止一个入口进行泵送的能力。这种应用的示例是质谱仪系统，其中真空泵有差别地泵送串联连接的多个真空室。主泵入口被连接到低压真空室，级间入口被连接到高压室。进入主入口的气体能够通常传送经过泵的全部泵送级，而借助级间入口进入的气体仅能够传送经过在级间入口下游处的泵送级。这种布置允许借助单个真空泵在不同的压力下泵送。

变得日益增加的客户需求是，真空泵除了气体压缩外能够传送增加的泵送容量（或速度）。例如在质谱仪系统中，增加的泵送速度允许被测试的物质的更大吞吐量，且因此具有改善的总效率。在主泵入口以及在级间入口或每个级间入口处需要增加的泵送容量。

如上所述，Holweck泵送机构提供更大的泵送容量，且因此它是真空泵制造商的选择，以向真空泵提供与Holweck泵送机构串联的涡轮分子泵送机构以及在所述涡轮分子泵送机构与所述Holweck泵送机构之间的级间入口。并不期望结合与Siegbahn泵送机构串联的涡轮分子泵送机构，这是因为Siegbahn泵送机构传送较低的泵送容量，并且在级间入口处能够实现的容量受到Siegbahn机构的泵送容量限制。

发明内容

本发明寻求提供一种对于级间泵送的改善的方案。

本发明提供一种复合真空泵，包括：

涡轮分子泵送机构，所述涡轮分子泵送机构与Siegbahn泵送机构串联；

第一泵入口，气体借助所述第一泵入口能够传送经过所述涡轮分子泵送机构和所述Siegbahn泵送机构；以及

级间入口，气体借助所述级间入口能够在所述涡轮分子泵送机构和所述Siegbahn泵送机构之间的位置处进入所述泵并且仅传送经过所述Siegbahn泵送机构；

其中，所述Siegbahn泵送机构的多个第一级中的流动通道与所述级间入口流体连通，并且通过所述级间入口进入所述泵的气体沿所述流动通道被平行泵送。

本发明的其他优选和/或可选方面在所附的权利要求书中被限定。

附图说明

为了使得本发明可以被很好地理解，现将参考附图来描述仅以示例的方式给出的本发明的实施方式，在附图中：

图1示意性地示出了体现本发明的真空泵；

图2更详细地示出了如图1所示的真空泵的Siegbahn泵送机构的第一级和第二级；以及

图3示出了如图2所示的Siegbahn泵送机构。

具体实施方式

在图1中示出了复合真空泵10。该泵包括单个壳体以及与Siegbahn泵送机构14串联的涡轮分子泵送机构12。借助第一（或主）泵入口16进入该泵的气体能够穿过涡轮分子泵送机构12以及Siegbahn泵送机构14。借助在涡轮分子泵送机构12与Siegbahn泵送机构14之间的位置处的级间入口18进入该泵的气体仅能够穿过该Siegbahn泵送机构。

涡轮分子泵送机构12包括多个泵送级，每级包括安装在驱动轴22上或与驱动轴22一体形成的转子叶片20阵列以及相对于泵壳体26固定的定子叶片24阵列。在该示例中示出了四个泵送级。涡轮分子泵的结构和操作是公知的，且在此将不再进一步描述。

Siegbahn泵送机构14包括多个泵送级，每级包括转子和定子构型。如将在下文更详细地描述的，通常在每级中，转子包括盘28，该盘被安装到驱动轴22上或与该驱动轴22一体形成，定子包括相对于泵壳体26固定的盘30，并且在每级中形成多个螺旋形流动通道。Siegbahn机构14包括五个这样的泵送级32、34、36、38、40，如图1所示。

Siegbahn泵送机构的第一和第二级32、34中的流动通道与级间入口18流体连通，借助级间入口进入到泵中的气体沿所述流动通道被平行泵送。这些流动通道在位置42处会合并且继续沿同一流动路径通过泵送级36、38、40。提供在级间入口处的平行泵送通道增加了Siegbahn泵送机构的泵送容量，这是因为在该示例中两个泵送通道在级间入口处进行泵送而不是如先前已知的Siegbahn布置中的那样仅存在一个泵送通道。此外，由于Siegbahn泵送机构与Holweck泵送机构相比更易于被制造并且更为成本有效，因此本真空泵与现有技术的设计相比提供更低成本的泵。

除了泵送级间进入气18以外，Siegbahn泵送机构14还支持涡轮分子泵送机构12。如所示的，从涡轮分子泵送机构的最终级排出的气体由Siegbahn泵送机构的第一和第二泵送级32、34平行泵送。该涡轮分子泵送机构具有这样的操作范围，在该操作范围中该涡轮分子泵送机构能够排气同时有效地保持在主入口处的压力。如果在级间入口18处的压力在操作范围内，那么该级间压力将不会显著地影响涡轮分子泵送机构的操作。然而，如果在级间入口18处的压力在该操作范围之外，那么该级间压力将影响涡轮分子泵送机构的操作，尤其当该级间入口压力显著高于操作范围时。当然本发明能够应用于这两种情况下，在附图中示出的真空泵具有在大于操作范围的级间入口压力下泵送的能力，而不会显著地影响涡轮分子泵送机构的操作。鉴于此，Siegbahn泵送机构的第一级和第二级每个均包括多个螺旋形流动通道。在每级中的一个或多个螺旋形流动通道被构造用于泵送级间进入气，并且一个或多个螺旋形流动通道构造用于泵送涡轮分子泵送机构的排出气。由此，Siegbahn泵送机构的第一级和第二级沿独立的流动路径平行泵送级间进入气和涡轮分子泵送机构的排出气，使得在一个流动通道中的压力能够不同于另一流动路径中的压力。

现将参考图2和图3来更详细地描述真空泵10，尤其是Siegbahn泵送机构14的第一级32和第二级34。

Siegbahn泵送机构的第一级32和第二级34包括呈单个盘44形式的转子，所述转子被安装到驱动轴22上或与该驱动轴22一体形成，该驱动轴能够由马达（未示出）绕轴线46旋转。在转子盘的上部和下部上的大致平面状表面与相应定子48、51协作，从而形成第一级32和第二级34。第一定子48包括多个壁50，从而限定在定子48内的多个第一螺旋形流动通道52以及多个第二螺旋形流动通道54，这些流动通道产生从定子48的外围56朝向定子48的内部58的气流。类似地，第二定子51包括多个壁60，这些壁限定在定子51内的多个第一螺旋形流动通道62以及多个第二螺旋形流动通道64，这些流动通道产生从定子51的外围66朝向定子51的内部68的气流。

相反，螺旋形流动通道52、54、62、64可以被设计成使得，通过逆置通道的相对角度或轴22的旋转方向能够使得泵送动作从内部58、68朝向外围56、66。还可能的是，逆置旋转和固定特征，使得平面状的盘是固定的，而螺旋形流动通道形成旋转部件的一部分。然而，在本真空泵10中，更实际的是从径向外部位置泵送到径向内部位置，这是因为级间入口18通常处于径向外部位置。

图3是Seigbahn部段14的透视图，以虚线示出了第一泵送级32的定子48的壁。Siegbahn机构的第一级32在转子盘44上方，并且第二级34被部分阻塞并且位于转子盘下方。流动通道52的外围区域与级间入口18气体连通，并且流动通道54的外围区域与涡轮分子泵送机构14的排出口气体连通。类似地，流动通道62的外围区域与级间入口18气体连通，并且流动通道64的外围区域与涡轮分子泵送机构14的排出口气体连通。因此，真空泵10能够沿独立的流动路径平行地泵送级间进入气18和涡轮分子泵送机构14的排出气。使得一个流动路径中的压力能够不同于另一流动路径中的压力。与级间入口18以及涡轮分子泵送机构的排出口连接的螺旋形流动通道的数量能够根据需要进行选择。例如，可以存在与级间入口18连接的一个或多个螺旋形通道52以及与涡轮分子泵送机构的排出口连接的一个或多个螺旋形流动通道54。

呈致动凸缘形式的挡板72从Seigbahn机构的第一级的定子48的外径向部向上延伸。如图所示，挡板围绕定子48延伸通过大约240o。如图2所示的，挡板72抵靠泵壳体的内表面并且用作来自涡轮分子泵送机构的排出口到级间入口18的气流的屏障。挡板72没有完全绕定子48的圆周延伸，由此形成入口以允许来自涡轮分子泵送机构的排出口的气体沿流动通道54、64进入Seigbahn泵送机构。

在使用中，马达使得驱动轴22和转子44旋转。来自级间入口18的气体进入泵10并且沿Seigbahn机构14的第一级32和第二级34中的螺旋形流动通道52、62被平行地泵送。来自涡轮分子泵送机构14的排出口的气体进入泵10，并且沿螺旋形流动通道54、64被平行地泵送。转子包括在转子盘44的径向内部处的多个通孔70，以允许沿第一级32中的螺旋形流动通道52、54被泵送的气体从其穿过以在位置42与沿第二级34中的螺旋形流动通道62、64被泵送的气体会合。如图1所示，在会合之后，气体被泵送通过泵送级36、38、40，并且在泵排出口72处被排出。

Claims (5)

1.一种真空泵，包括：

涡轮分子泵送机构，所述涡轮分子泵送机构与Siegbahn泵送机构串联；

第一泵入口，气体借助所述第一泵入口能够传送经过所述涡轮分子泵送机构和所述Siegbahn泵送机构；以及

级间入口，气体借助所述级间入口能够在所述涡轮分子泵送机构和所述Siegbahn泵送机构之间的位置处进入所述真空泵并且仅传送经过所述Siegbahn泵送机构；

其中，所述Siegbahn泵送机构的多级中的流动通道与所述级间入口流体连通，其中，在使用中，气体沿所述多级中的流动通道从在与所述级间入口接近的径向向外位置处的所述多级中的流动通道的相应入口被泵送到在径向向内位置处的所述多级中的流动通道的相应出口，并且通过所述级间入口进入所述真空泵的气体沿所述多级中的所述流动通道被平行泵送。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其中，所述Siegbahn泵送机构的多级包括第一级和第二级，所述Siegbahn泵送机构的第一级和第二级中的流动通道与所述级间入口流体连通，借助所述级间入口进入所述真空泵的气体沿所述第一级和第二级中的所述流动通道被平行泵送。

3.根据权利要求2所述的真空泵，其中，级间进入气和所述涡轮分子泵送机构的排出气能够借助所述Siegbahn泵送机构在不同的压力下被独立地泵送。

4.根据权利要求3所述的真空泵，其中，所述Siegbahn泵送机构的所述第一级中的一个或多个流动通道构造用于泵送所述级间进入气，并且在所述第一级中的一个或多个流动通道构造用于泵送所述涡轮分子泵送机构的排出气。

5.根据权利要求3所述的真空泵，其中，所述Siegbahn泵送机构的多个所述第一级的每个中的一个或多个流动通道构造用于泵送所述级间进入气，并且在多个所述第一级的每个中的一个或多个流动通道构造用于泵送所述涡轮分子泵送机构的排出气。