CN103089647A - 多级干式真空泵 - Google Patents

Abstract

揭示一种多级干式真空泵，结构简单、紧凑，仅需少量部件，冷却性能最佳，材料廉价，设备不会热变形，能通过增加背压完全排放气体，且设施真空度增大。多级干式真空泵包括：多级缸体，有内部容纳空间、一侧的抽吸部分和另一侧的排出部分；成对转子，容纳在缸体内部容纳空间内并彼此啮合地转动；成对泵轴，使转子啮合；马达，驱动至少一根泵轴；成对齿轮，安装在泵轴处并与轴同步转动；气体通道，与多级缸体内部容纳空间连通并沿每个缸体外表面形成螺旋形；内部冷却通道，在气体通道内侧形成同心形状，并呈围绕内部容纳空间两侧的弧形轴向穿过缸体；外部冷却通道，形成同心地围绕气体通道外侧的弧形；冷却风机，安装在马达和泵轴的连接部分处。

Description

多级干式真空泵

技术领域

本发明涉及一种多级干式真空泵，且具体涉及一种干式螺杆型真空泵，该干式螺杆型真空泵由两根轴和固定至轴并一起转动的两个转子形成，因此改进由设计成顺次增加压缩比的多个缸体形成的多级干式真空泵的冷却结构。

背景技术

真空泵通常是指如下设备，它用于排出密封容器内气体分子并用于以如下方式增加容器内真空度：在低于大气压的压力下抽吸和压缩气体并排放到空气中。真空泵分类为由干式类型以及湿式类型形成的机械真空泵和蒸气泵。扩散泵是使用油来实现高度真空的湿式类型；而机械真空泵是具有低真空度且不使用油的干式类型，所以其结构相对简单且具有良好的耐久性和稳定的真空度，且使用者能用较低的维护成本方便地运用，因此这使得其在工业中得到较广泛的应用。

近些年，与真空领域相关的技术快速发展，且其应用领域扩展到半导体沉积、电子工业、金属和化学领域、制药以及原子领域。

产生真空的这些类型的真空泵分类为水柱式、油旋转式、罗茨式、油扩散式、物理吸收式、化学吸收式等，但真空泵可大体分为干式和湿式。由水柱式和油旋转式形成的湿式(将水或油注入真空泵)通常不用于如半导体领域、食品领域、化学领域以及制药领域的工业领域，在这些领域中不允许引入杂质。近年来，干式真空泵(不将水或油输入泵内)被广泛使用。为了防止油分子泄漏到工艺腔室，通常在半导体制造工艺中使用无油干式真空泵。

在容积型干式真空泵的情况下，用一个泵进行气体抽吸不可能实现低于1×10^-3托的高真空度。将多个泵串联以增加气体的排放效率，由此实现高真空度。随着真空泵的连接级数量增加，真空泵的热辐射会相应地由于降低每一级的压缩比而被抑制；但伴随的部件和电机等的数量增加，这致使成本较高。不利地，需要较大的泵安装区域。在具有适用于逐渐增加压缩比的多个泵缸体的多级真空泵的情况下，由每个压缩级产生的热量彼此不同，所以从泵的抽吸部分至出口部分施加越来越高的温度和压力，所以根据位置会有较高温差。于是，真空泵的整个壳体和内部构件会变形。这种变形会带来使泵的耐久性变差的主要因素。在更糟的情况下，除非有适当或高效的冷却措施，在泵处可能会发生燃烧，且设备可能由于所产生热量的不均匀分布而变形。

从真空泵产生的压缩热量可通过泵壳体壁辐射，换言之，能够从外部对转子进行冷却，但这需要长时间的设计诀窍。可使部件的热膨胀最小，从而通过缩窄转子之间的间距来减少通过间隙的泄漏。可仅通过冷却来实现以上最小化。冷却有助于增加泵吸效率，且强制通过压缩而温度会增加到200℃以上的诸如气体的介质具有比以上温度低得多的温度，且该介质被排放到泵设备外部。因此，借助于泵的冷却而降低的温度对于真空泵的构造和寿命延长都是有益的。

在常规真空泵中，借助于通过冷却水通道循环的冷却水来冷却各摩擦部件；但在冷却水循环方法的情况下，真空设施可能由于冷却水从泵泄漏而被污染，因此造成环境污染，增加维护成本。

考虑到水冷却型的上述问题而提出了一种借助于空气吹送的空气冷却型；但在常规空气冷却型真空泵的情况下，由于空气流过泵缸体的部件，由此进行冷却，冷却效率较差，且由于使用具有良好传热功能的铝等来制造泵体，所以常规设备成本高，且由于冷却结构的缺陷，需要在缸体与转子之间提供具有足够间隔的间隙。对于上述构造，在运行期间，由于较差的冷却性能，泵的真空度可能降低或泵可能燃烧。于是，考虑空气冷却型在实践中不能作为适当的冷却方法来使用。

发明内容

因而，本发明克服上述问题且其目的是提供一种多级干式真空泵，其特征在于，冷却结构非常简单，且该设备尺寸紧凑，且需要较少数量的部件，且可高效地设计冷却回路，所以使冷却性能最大，且可使用廉价材料，而可防止热变形，且通过增加背压可获得对残余气体的完全排放，并可增大设施的真空度。

为了实现上述目的，提供一种多级干式真空泵，包括：多级缸体，该多级缸体具有内部容纳空间、在一侧的抽吸部分以及在另一侧的排出部分，从而压缩比从前级向后级增加；成对转子，该成对转子容纳在缸体的内部容纳空间内并彼此相啮合地转动；成对泵轴，该成对泵轴使转子相啮合；马达，该马达驱动泵轴中的至少一个；成对齿轮，该成对齿轮安装在泵轴处并与轴同步转动；气体通道，该气体通道与多级缸体的内部容纳空间连通并沿每个缸体的外表面形成螺旋形，从而引导经由多级缸体顺次被压缩和传送的气体的排放；内部冷却通道，该内部冷却通道在气体通道的内侧形成同心形状，并呈围绕内部容纳空间两侧的弧形而沿轴向穿过缸体；外部冷却通道，该外部冷却通道形成为同心地围绕气体通道外侧的弧形；以及冷却风机，该冷却风机安装在马达和泵轴的连接部分处并依靠泵轴的转动而从外部抽吸空气，并借助于内部和外部冷却通道沿轴向吹送空气。

根据泵设备的结构，用于容纳气体通道和转子的内部和外部冷却通道的内部容纳空间形成为弧形，从而使用于空气的热交换面积最大，由此增强冷却性能，且各缸体由铸钢制成，这致使冷却性能增强，从而能够获得所希望的冷却性能，由此克服曾经由于常规空气冷却系统中使用铝合金而造成的高成本问题。

此外，冷却风机在容纳在连接至较高级缸体的马达凸缘内的同时配合在泵轴处，马达凸缘的内部空间与内部和外部冷却通道连通，且为抽吸外部空气而在马达凸缘一侧设置空气抽吸部分。

设置有使内部冷却通道与至少一个缸体的内部容纳空间相连通的连接通道，该至少一个缸体包括在多个多级缸体中具有较高压缩比的最高级缸体。

多个冷却翅片形成在内部和外部冷却通道处以增强与所流入的空气的热交换效率。

在设置于缸体后侧的支承轴承的辅助下，后盖配合在具有抽吸部分或支承泵轴的缸体后侧，且后盖包括将内部和外部通道组合成一个的冷却通道，由此将空气排放至外部。

齿轮壳体配合在后盖处，从而容纳齿轮和用于润滑的油，且多个冷却翅片设置在齿轮壳体的外表面处，并且，与组合冷却通道连通的冷却通道形成在齿轮壳体处，且经由齿轮壳体的冷却通道排放的空气穿过齿轮壳体的冷却翅片。

齿轮壳体的冷却通道具有坡度，该坡度有助于将空气朝向齿轮壳体的冷却翅片排放。

有益效果

根据本发明的多级干式真空泵具有如下的有益效果。

呈圆形围绕缸体的内部容纳空间的气体通道和冷却通道形成在缸体气体通道的内侧和外侧，从而冷却泵体。将从与泵轴的转动相协作的冷却风机产生的空气风引导穿过内侧和外侧的冷却通道，由此冷却从泵缸体产生的热量和从作业气体所流过的气体通道的处理气体产生的热量，所以泵缸体和转子可在轴的整个部分中均匀地冷却，籍此转子与缸体之间或转子之间的接触间隙可最小，由此形成达10^-3托的高真空度。

由于冷却风机借助于来自马达的驱动力转动，泵的结构由确保自冷却系统的空气冷却泵形成，由此克服诸如在水冷却型泵的情况下发生的由于冷却水造成的泄漏、环境污染、由于使用冷却水造成的成本和维护成本之类的问题，由此提供对环境友好的泵和改进的作业环境。

在本发明中，具有较高压缩级的缸体设计成直接引入借助于冷却风机经由与冷却通道连通的连接通道吹送的冷空气，因此进行冷却，从而在增加的排放压力辅助下促进气体排放，由此加速气体的排放，以籍此提供具有良好效率的真空泵，且能够用相对廉价的铸钢来制造泵。

在本发明中，冷却风机安装在泵轴处，且不需要另外的驱动马达，且泵结构简单，且可制造紧凑尺寸的产品。

在齿轮壳体处设置辐射翅片，在冷却通道处设置一定坡度，从而将已经冷却缸体并排放的空气引向辐射翅片，由此高效地冷却齿轮和轴承部分。

附图说明

本发明可参照仅以示例方式给出并因此不对本发明构成限制的附图而得到更好的理解，附图中：

图1是示出根据本发明的多级干式真空泵的正剖视图；

图2是沿根据本发明的多级干式真空泵的线A-A截取的平面剖视图；

图3是沿根据本发明的多级干式真空泵的线B-B截取的平面剖视图；

图4是沿根据本发明的多级干式真空泵的线C-C截取的平面剖视图；

图5是沿根据本发明的多级干式真空泵的线D-D截取的平面剖视图；

图6是沿根据本发明的多级干式真空泵的线E-E截取的平面剖视图；

图7是沿根据本发明的多级干式真空泵的线F-F截取的平面剖视图；以及

图8是示出根据本发明的多级干式真空泵的左侧视图。

具体实施方式

将参照附图来描述本发明的一些较佳实施例。

图1至8是示出根据本发明多级干式真空泵的视图，且干式真空泵是多级罗茨型，其中一对泵转子容纳在每个缸体(壳体)的内部容纳空间内。

如图2所示，真空泵设备包括成对转子10、11、12、13、14和10a、11a、12a、13a、14a、15a(此后由附图标记60所指)和由轴承17和18可转动地支承的轴33和33a，成对转子布置在形成于缸体1、2、3、4中的花生形内部容纳空间80内。每个缸体1、2、3、4(由附图标记70所指)内的转子以规则间距布置，并安装在轴33和33a上。

真空泵包括抽吸端口15和排出端口16，抽吸端口15布置在缸体1内具有最大宽度的转子10、10a的上侧，而排出端口16布置在覆盖转子14、14a的前侧的前盖5的上侧。排出端口16也可形成在第四缸体4而不是前盖5处。驱动泵设备的马达9连接至泵主轴33的位于排出端口16侧的端部处，而定时齿轮34、34a固定地安装在轴33、33a的位于抽吸端口15侧的端部处。定时齿轮34、34a用于连接成对相向的泵转子60。后盖6配合至第一缸体1，且齿轮壳体7配合至后盖6，且定时齿轮34、34a安装成容纳在齿轮壳体7内。马达凸缘8配合至前盖5，而马达9配合至马达凸缘8。

如图2和3所示，在每对相向转子10、10a、11、11a、12、12a、13、13a、14、14a和15、15a(60)之间以及转子60与缸体70之间形成间隙53、52，这允许转子60以非接触方式旋转。成对相向转子60沿相反方向同步旋转。从真空设施经由抽吸端口15引入的气体聚集在转子60与缸体70之间的空间内，且随着依靠转子60的转动而逐渐压缩气体，使气体移动至排出端口16。当气体以上述方式连续被压缩和传递时，气体向上移动至抽吸部分34的上侧，且气体被强制从与抽吸部分34连通的真空设施吸入并排出。为了进行以上操作，缸体1、2、3、4构造成结构逐渐减小(由于转子安装在缸体前后，所以整个压缩级的数量是5级)。

具有马达9的主轴33借助于马达联接件30连接至马达9以接收驱动力。冷却风机31配合在主轴33的与马达凸缘8连接的端部。当马达9被驱动时，该冷却风机借助于主轴33的转动而转动，将空气吹送至前部位置，即朝向前盖5和第四缸体4吹送。为了进行以上操作，空气抽吸部分32形成在马达凸缘8处，从而将空气引入马达凸缘8内部。

气体通道19、21、23、25、27围绕成对转子60呈圆形设置，这些气体通道引导气体流至每个缸体1、2、3、4压缩端部处压缩比更高的相邻下侧缸体。圆形气体通道19、21、23、25和27通过抽吸通道20、22、24、26彼此连通，所以气体呈衬套形状流至下侧。

泵缸体1、2、3、4的长度从第一级向第五级逐渐缩短，从而增加压缩比。在从第一级向第五级抽吸和压缩作业气体的过程中，压缩量逐渐增加，所以泵的温度朝向第五级增加得越来越多。从缸体内压缩气体产生的热量传递至缸体70和转子60，造成热膨胀，这可能使泵性能变差。

为了克服上述问题，本发明旨在将泵的冷却结构变成空气冷却系统，在该空气冷却系统中，冷却通道在泵体的缸体1、2、3、4和前盖5处设置在作业气体所穿过的气体通道19、21、23、25、27、29的内侧和外侧，所以内侧的冷却通道36、38、40、42、44、45和外侧的冷却通道35、37、41、43、47、48可吸收从缸体和气体通道产生的热量。可从前盖5和具有更高压缩比和温度的第四缸体4吸收更多热量，所以每个缸体和转子借助于冷却而具有均匀的温度分布，与基于轴方向的位置无关，由此获得在类似热膨胀温度条件下的运行。

如图3至6所示，内侧和外侧的冷却通道36、38、40、42、44、45和35、37、41、43、47、48与气体通道19、21、23、35、27同心地形成。从侧面看时，围绕成弧形的弧形通道沿轴向穿过前盖、缸体70的本体和后盖6，且多个冷却翅片55和54以间隔件的形状安装在前盖5、缸体70、后盖6以及齿轮壳体7的每个冷却通道36、38、40、42、44、45和35、37、41、43、47、48。前盖5和冷却通道36、38、40、42、44和35、37、41、43以及缸体70与马达凸缘8的空间56和齿轮壳体7的通道48连通，而冷却通道的内侧和外侧通过后盖6处的连接通道46与一个冷却通道47组合。齿轮壳体7的与该组合的冷却通道47相连通的冷却通道48朝向从齿轮壳体表面伸出的冷却翅片49开口。

如图3所示，在具有所要传送的气体的高气体压缩温度的缸体2、3、4处，设有具有较小直径的连接通道50和50a，连接通道50和50a与内侧的冷却通道38、40、42以及每个缸体2、3、4的空间连通，所以冷空气经由连接通道50和50a输入缸体2、3、4内部，由此通过直接冷却转子11、11a、12、12a、13、13a、14、14a而防止过热，同时通过增加背压来帮助排出残留气体。

在附图中，附图标记51表示缸体内部的排出方向，附图标记52表示缸体与转子之间的间隙，而附图标记53表示转子之间的间隙。

将描述根据本发明泵设备的运行。

当马达9就绪时，与马达联接件30配合的冷却风机31转动，且齿轮壳体7内固定在泵主轴33处的齿轮34转动，且同时泵从动轴33a借助于与齿轮34啮合的齿轮34a沿相反方向转动。缸体70内的转子60在其转动期间抽吸并排出气体。经由第一缸体1的抽吸端口15从真空设施(未示出)抽吸的气体集聚在转子10、10a的裙部与缸体之间并沿排出方向传送。气体沿气体通道19输入第二缸体2的抽吸部分20内，且气体集聚在转子11和11a的裙部与缸体2之间并被压缩，且然后经由气体通道21传送至下一级的第三缸体3的抽吸部分22。抽吸到第三缸体3的气体借助于转子12和12a被压缩和传送，并沿气体通道23被抽吸到下一级的第四缸体抽吸部分24内。抽吸到第四缸体4内的气体通过转子13和13a被压缩和传送，并沿气体通道25被传送至下一级的第五缸体(具有与第四缸体相同的本体，但为了更容易理解称其为第五缸体)的抽吸部分26。抽吸到第五缸体内的气体通过转子14和14a被压缩并传送至排放部分侧，并最终经由与气体通道27连接的前盖5的排出通道28和29通过排出端口16排放至外部。

当马达9被驱动时，配合至转子联接件30的冷却风机31转动，且空气被抽吸到马达壳体8的空气抽吸部分32内，由此形成空气风。形成的空气风撞击高温压缩气体所穿过的前盖5的外表面，由此冷却该热量，且空气穿过与前盖的外部冷却通道35连接的冷却通道37、39、41、43、47、48，由此冷却空气通道的热量，且空气风穿过与前盖5的内部冷却通道36连接的冷却通道38、40、42、44、46、47、48，即空气从具有较高温度的缸体向具有较低温度的缸体顺次穿过，由此顺次冷却缸体和转子的热量。在传送冷风的同时，通过每个连接通道50、50a将冷风引入具有较高压缩比的缸体4、3、2的内部容纳空间80内，由此直接冷却转子，并增加背压，这有助于将气体排放到外部。由于泵的主轴33和冷却风机31依靠一个马达9的驱动力而转动，因而能够高效地进行冷却。由于冷却风机31安装在主轴33处，需要最小的安装空间。与系统安装在除了主轴之外某处、且需要额外的马达和额外的安装空间时相比，本发明提供紧凑的尺寸的设备。由于增大排出力，可增加对残余气体的排放性能，由此获得更高真空度。

当空气风穿过冷却通道时空气风所接触到的热传递横截面面积可在如下结构的辅助下显著增加：冷却翅片54、55形成在缸体的内部冷却通道处和外部冷却通道处，由此改进冷却效率。或者，泵体可由铸钢制成，由此获得相同的冷却效果。

后盖6的内部冷却通道45和外部冷却通道47通过连接通道46组合，所以从后盖6的轴承17产生的热量可有效地辐射，而从冷却风机产生的空气风可排放至冷却通道47。

齿轮壳体7是来自冷却通道48的空气最终穿过的泵体。冷却翅片49形成在该壳体的外侧，从而存储油57，油57为齿轮34、34a和轴承17提供润滑功能和冷却功能。冷却通道48具有朝向冷却翅片49的坡度，并具有开口，所以空气风在高效地与冷却翅片接触的同时朝向冷却翅片49高效地前进，由此增强辐射性能并降低油57的温度。被冷却的油为齿轮34、34a和轴承17提供冷却效果，由此获得安静且平稳的泵运行。

本发明通过将罗茨型应用于多级干式真空泵而进行了描述，因为考虑到内侧和外侧两级通道形成的冷却结构，有助于压缩空气移动至下一级的气体通道可最有效地应用于罗茨型转子的冷却，而该罗茨型转子分开形成在缸体内。

由于本发明可以若干形式来实施而不会背离其精神或实质特征，所以应理解的是，前述示例不受以上说明书的任何细节的限制，除非另有说明，否则应被宽泛地理解为在如所附权利要求所限定的其精神和范围内，因此落在权利要求的边界和界限内、或者落在这些边界和界限的等效形式内的所有改变和变形都应理解为被所附权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种多级干式真空泵，包括：

多级缸体，所述多级缸体具有内部容纳空间、在一侧的抽吸端口以及另一侧的排出端口，从而压缩比从前级向后级增加；

成对转子，所述成对转子容纳在所述缸体的所述内部容纳空间内并彼此相啮合地转动；

成对泵轴，所述成对泵轴与所述转子相配合；

马达，所述马达驱动所述泵轴中的至少一根；

成对齿轮，所述成对齿轮安装在所述泵轴处并与轴同步转动；

气体通道，所述气体通道与所述多级缸体的所述内部容纳空间连通，并沿每个缸体的外表面形成螺旋形，从而引导经由所述多级缸体顺次被压缩和传送的气体的排放；

内部冷却通道，所述内部冷却通道在所述气体通道的内侧形成同心形状，并呈围绕所述内部容纳空间两侧的弧形而沿轴向穿过所述缸体；

外部冷却通道，所述外部冷却通道形成同心地围绕所述气体通道外侧的弧形；以及

冷却风机，所述冷却风机安装在所述马达和所述泵轴的连接部分处并依靠所述泵轴的转动而从外部抽吸空气，并借助于所述内部和外部冷却通道沿轴向吹送空气。

2.如权利要求1所述的泵，其特征在于，所述冷却风机在容纳在连接至较高级缸体的马达凸缘内的同时配合在所述泵轴处，所述马达凸缘的内部空间与所述内部和外部冷却通道连通，且空气抽吸部分设置在所述马达凸缘的一侧以抽吸外部空气。

3.如权利要求1所述的泵，其特征在于，设置有使所述内部冷却通道与至少一个缸体的内部容纳空间连通的连接通道，所述至少一个缸体包括在多个多级缸体中具有较高压缩比的最高级缸体。

4.如权利要求4所述的泵，其特征在于，多个冷却翅片形成在所述内部和外部冷却通道处以增强与流入空气的热交换效率。

5.如权利要求1所述的泵，其特征在于，后盖在设置于缸体后侧的支承轴承的辅助下配合在具有抽吸部分或支承所述泵轴的所述缸体后侧，且所述后盖包括将所述内部和外部通道组合成一个的冷却通道，由此将空气排放至外部。

6.如权利要求5所述的泵，其特征在于，所述齿轮壳体配合在所述后盖处，从而容纳所述齿轮和用于润滑的油，且多个冷却翅片设置在所述齿轮壳体的外表面处，且与组合的冷却通道相连通的冷却通道形成在所述齿轮壳体处，且经由所述齿轮壳体的所述冷却通道排放的空气穿过所述齿轮壳体的冷却翅片。

7.如权利要求6所述的泵，其特征在于，所述齿轮壳体的所述冷却通道具有坡度，所述坡度有助于将空气朝向所述齿轮壳体的冷却翅片排放。

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