CN103939367B - 旋转真空泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转真空泵（30），其包括具有第一直径（D1）转子盘的第一组（I）泵级和具有第二不同直径（D2）转子盘的第二组（II）泵级，并且还包括特别适于匹配泵转子盘直径的所述变化的中间泵级（1）。根据本发明，所述中间泵级包括具有在径向方向上沿轴向从其内径至其外径逐渐变细的外部分的转子盘（5）和包括沿轴向从其周边朝向其中心逐渐变细的隔离环（7）的相应的定子级（3）。

Description

旋转真空泵
技术领域
本发明涉及一种旋转真空泵，这种类型的旋转真空泵包括为获得泵送效果而与静止的定子环相配合的旋转的转子盘。
更具体地，本发明涉及一种涡轮分子真空泵。
背景技术
旋转真空泵是一种包括泵壳体的真空泵，具有入口端口和出口端口以及布置在入口端口与出口端口之间且适于将气体从所述入口泵送至所述出口的的多个泵级。
每个泵级基本上包括与泵壳体集成一体的定子环和与中心地布置在泵壳体中且由电机高速旋转驱动的旋转轴集成一体的转子盘。
取决于泵的种类，可以获得更高或更低的真空度。
涡轮分子泵适于产生10-7mbar（即10-5Pa）的数量级的真空度。
参照图1，涡轮分子泵100包括其中限定有入口端口104和出口端口106的泵壳体102，多个泵级布置在所述入口端口104与所述出口端口106之间的所述壳体102之内。更具体地，涡轮分子泵100通常包括较低压力下的第一区域A和较高压力下的第二区域B，第一区域A布置成更靠近入口端口104并包括多个涡轮分子泵级108a，第二区域B在所泵送的气体的流动方向上布置在所述第一区域A的下游，更靠近出口端口106并包括多个分子拖曳泵级108b。
涡轮分子泵级108a与分子拖曳泵级108b包括与泵壳体102集成一体的相应定子环112a、112b和与中心旋转轴110集成一体的转子盘114a、114b，所述定子环与转子盘相互配合以获得泵送效果。
图2详细地示出了涡轮分子泵级108a。如上所述，这样的泵级包括与由旋转轴110旋转驱动的转子盘114a相配合的静止的定子环112a。
转子盘114a的功能主要是泵送气体分子，而定子环112a的功能主要是在所述气体分子被下面泵级的转子盘114a'截获和泵送之前相继地改变它们的速度分布。
定子环112a与转子盘114a均配有相应的径向叶片116a、118a，这些叶片在圆周方向上等间隔分开并且相对于旋转计划定向成相反的导向，以执行泵送气体分子。
转子与定子叶片的数目及其几何形状强烈地影响泵级的性能。更具体地说，相配合的定子环与转子盘之间的轴向间隙必须保持很窄，以便获得满意的性能，即就可达到的真空度而言。
转子盘114a连同其叶片118a通常是通过铣削而获得的。
定子环112a连同其叶片部116a也可以通过铣削而获得。然而，这种技术是非常昂贵的，从而优选的是定子环通过冲压而获得：虽然使用这种技术对定子环的几何形状强加了许多限制和约束，但使其可以显著地降低制造成本。
在许多涡轮分子泵中，涡轮分子泵级的转子盘都具有相同的直径。
然而，也有其中期望具有不同直径转子盘的特定应用。
图3以非常示意性的方式部分地示出了适于这种应用的现有技术的涡轮分子泵200。该涡轮分子泵200的较低压力下的区域包括带有具有较小直径的转子盘214a'的第一组I涡轮分子泵级208a'，其后（在所泵送的气体的流动方向上）是带有具有较大直径的转子盘214a''的第二组II涡轮分子泵级208a''。
如上所述，转子盘214a'、214a''载有共同的旋转轴210，并且它们配备有转子叶片218a'、218a''。
每个涡轮分子泵级还包括相应的定子级212a'、212a''，其包括与泵壳体202集成一体且支撑相应叶片式定子环216a'、216a''的大致为圆柱形的隔离环220a'、220a''。
显而易见的是，在图3所示的布置中，泵壳体202及与其集成一体的定子级212a'、212a''配置成使得可以容纳转子盘的直径变化。更具体地，在转子直径过渡区域的泵级的定子级包括具有L形横截面的隔离环220a*，以便顺应泵壳壁的轮廓。
然而，这种已知的解决方案受到严重缺点的影响，因为宽轴向间隙222形成在转子直径过渡区域，即在L形隔离环220a*。
这种轴向间隙涉及泵级性能的显著退化。
间隙222的轴向尺寸可以通过减小隔离环220a*的厚度而得到减小；然而，隔离环220a*必须足够厚，以确保其机械稳定性，从而防止任何可能地减小轴向间隙222的轴向尺寸超过一定限度。
为了克服上述缺点，可以在转子直径过渡区域设置定子级，该定子级具有特别设计的几何形状，并且包括隔离环和用于减少至最小轴向间隙而制成单件的叶片式定子环。
然而，为了实施这种解决方案，有必要通过铣削在转子直径过渡区域制造定子级，这将增加制造成本。
因此，本发明的主要目的是提供一种旋转真空泵，其包括具有第一直径转子盘的第一组泵级和具有第二不同直径转子盘的第二组泵级，其中，在转子盘与泵级的配合定子级之间的轴向间隙甚至在转子直径过渡区域可以保持很窄，以优化泵的性能，而不会引起制造成本的增加。
更具体地，本发明的主要目的是通过提供一种旋转真空泵来克服现有技术的缺点，该旋转真空泵包括专门用于匹配泵转子直径变化的泵级。
换句话说，本发明的主要目的是提供一种旋转真空泵，其包括具有第一直径转子盘的第一组泵级和具有第二不同直径转子盘的第二组泵级，并且还包括这样的泵级，也就是其适于布置在所述第一组泵级与所述第二组泵级之间且设计成使得其转子盘和其相配合的定子级之间的轴向间隙——以及与相邻泵级的轴向间隙——可以保持很窄。
这个及其它目的通过如在所附权利要求中所述的旋转真空泵来实现。
发明内容
根据本发明的旋转真空泵包括具有第一直径转子盘的第一组泵级和具有第二不同直径转子盘的第二组泵级，并且还包括中间泵级，其适于布置在所述第一组泵级与所述第二组泵级之间，且包括具有在径向方向上沿轴向从其内径至其外径逐渐变细的外部分的转子盘和包括沿轴向从其周边朝向其中心逐渐变细的隔离环的相应的定子级。
显而易见的是，这样的中间泵级的转子盘的直径将被包括在所述第一直径与所述第二直径之间。
由于转子盘及相应定子级的隔离环的相匹配的逐渐变细的几何形状，所以所述中间泵级的轴向间隙可以保持很窄，从而避免了泵性能的任何恶化。
根据本发明的优选实施例，旋转真空泵是涡轮分子泵，从而泵级的转子盘设置有多个径向叶片；相应地，在所述中间泵级中，在转子盘叶片的径向方向上的外部分沿轴向逐渐变细，并且所述定子级包括叶片式定子环和沿轴向逐渐变细的隔离环。
根据本发明的优选实施例，转子盘和/或定子级的隔离环的逐渐变细是光滑且连续的。
作为替代，转子盘和/或定子级的隔离环的逐渐变细可以通过阶梯状的结构而获得。
作为另一替代，转子盘和/或定子级的隔离环的逐渐变细还可以通过上述解决方案的组合而得到；例如，在图示的例子中，定子级3的隔离环7包括具有阶梯状结构的第一部分7'和光滑且连续地逐渐变细的第二部分7''。
有利的是，由于所述的解决方案，通过冲压而得到的定子环可以用于所有的泵中，包括设置在转子直径过渡区域的中间泵级的定子环，从而完全可以避免需要任何昂贵的制造技术。
附图说明
参照附图，通过给定的非限制性示例，从优选实施例的详细描述中，本发明的其它特征和优点将是显而易见的，其中：
-图1是根据现有技术的涡轮分子泵的剖视图；
-图2是图1的泵的涡轮分子泵级的透视图；
-图3是根据现有技术的另一涡轮分子泵的一个部分的示意性剖视图；
-图4是部分地示出根据本发明的涡轮分子泵的示意性剖视图；
-图5是图4的涡轮分子泵的转子的正视图；
-图6是图4的涡轮分子泵的正视图，部分以剖视图示出。
具体实施方式
图4-6涉及本发明优选的非限制性实施例，其中，根据本发明的旋转真空泵是涡轮分子泵。
与图3所示的相类似，图4所示的是适于布置成更靠近泵入口端口且包括多个涡轮分子泵级的涡轮分子泵的处于较低压力下的区域。
每个涡轮分子泵级8'、8''包括定子级12'、12''，所述定子级与涡轮分子泵的泵壳体集成一体并且与由中心地安装在所述泵壳体中的旋转轴14旋转驱动的转子盘16'、16''相配合。
每个转子盘16'、16''配备有在圆周方向上等间隔分开的径向叶片22'、22''，每个定子级12'、12''相应地包括隔离环18'、18''和配备有在圆周方向上等间隔分开的径向叶片的定子环20'、20''。
图4所示的涡轮分子泵包括具有第一直径D1转子盘16'的第一组I涡轮分子泵级8'，在由箭头F所示的所泵送的气体的流动方向上，其后是具有第二不同直径D2转子盘16''的第二组II涡轮分子泵级8''。
详细地说，在图示的例子中，第一组I涡轮分子泵级的第一直径D1小于第二组II涡轮分子泵级的第二直径D2。
根据本发明，中间涡轮分子泵级1设置在第一组I涡轮分子泵级8'与第二组II涡轮分子泵级8''之间。
所述中间泵级包括定子级3和相配合的转子盘5，定子级3与泵壳体集成一体并包括隔离环7和叶片状的定子环9，转子盘5与泵旋转轴集成一体。
转子盘5具有包括在第一组I转子盘的第一直径D1与第二组II转子盘的第二直径D2之间的直径D。
转子盘5设置有在圆周方向上等间隔分开的多个径向叶片11。定子级3相应地包括与泵壳体的壁集成一体的隔离环7和由所述隔离环携载的且具有在圆周方向上等间隔分开的倾斜叶片的定子环9。
根据本发明，在中间泵级1的转子盘的径向方向上的外部分沿轴向从其内径朝向其外径逐渐变细，所述中间泵级的定子级的隔离环相应地沿轴向从其周边朝向其中心逐渐变细。
参照图4的优选实施例，在涡轮分子泵级1的转子盘5的叶片11的径向方向上的外部分11'沿轴向从其内径至其外径逐渐变细，定子级3的隔离环7相应地沿轴向从其周边朝向其中心逐渐变细。
由于这种布置，在转子盘5与定子级3之间的轴向间隙在轴向及径向两个方向上都保持很窄。
根据本发明的泵级1与相邻泵级之间的轴向间隙也保持很窄。
同时，隔离环7大体上具有足够大的厚度，以确保其机械稳定性。
此外，隔离环与定子环被制成单独的件，并且不需要复杂的几何形状，以使得通过冲压而得到的叶片状的定子环9可以被有利地使用，从而使制造成本很低。
转子盘和/或定子级的隔离环的逐渐变细可以是光滑且连续的；例如，在图示的例子中，转子叶片11的外部分11'的逐渐变细是光滑且连续的。
作为替代，转子盘和/或定子级的隔离环的逐渐变细可以通过阶梯状的结构而获得。
作为另一替代，转子盘和/或定子级的隔离环的逐渐变细还可以通过上述解决方案的组合而得到；例如，在图示的例子中，定子级3的隔离环7包括具有阶梯状结构的第一部分7'和光滑且连续地逐渐变细的第二部分7''。
在图示的例子中，其中第一组I涡轮分子泵级的第一直径D1小于第二组Ⅱ涡轮分子泵级的第二直径D2，转子盘5——更具体地说是其叶片11——的顶表面沿轴向逐渐变细，相应地，定子级3的隔离环7在轴向方向上是向上逐渐变细的。
显而易见的是，如果第一组I涡轮分子泵级的第一直径大于第二组II涡轮分子泵级的第二直径，则转子盘——或其叶片——的底表面将沿轴向逐渐变细，相应地，定子级的隔离环在轴向方向上将是向下逐渐变细的。
现在转到图5，示出了根据本发明的示例性涡轮分子泵的转子。
泵转子包括由旋转轴14携载的多个转子盘16'、16''、16b。更具体地，泵转子包括第一区域A和第二区域B，第一区域A旨在布置成更靠近泵壳体的入口端口并且包括多个叶片状的转子盘16'、16''，第二区域B布置在所泵送的气体的流动方向上第一区域A的下游并且包括多个光滑的转子盘16b。
具体参照泵转子的第一区域A，设置了具有较小直径的第一组I转子盘16'和具有较大直径的第二组II转子盘16''；根据本发明，具有中间直径并且包括在径向方向上具有沿轴向从其内径朝向其外径逐渐变细的外部分的叶片11的中间转子盘5介于具有较小直径的第一组I转子盘16'与具有较大直径的第二组II转子盘16''之间。
现在参照图6，示出了根据本发明的涡轮分子泵30。
所述涡轮分子泵30包括设置有泵入口34与泵出口36的壳体32。图5所示的泵转子安装在壳体32中，从而使与和所述壳体32集成一体的相应定子级12'、12''相配合的所述转子的涡轮转子盘16'、16''形成多个涡轮分子泵级；相应地，与和所述壳体32集成一体的相应定子级（未示出）相配合的所述转子的分子转子盘（未示出）形成多个分子拖曳泵级，其布置在所述涡轮分子泵级的下游。
如图6清楚地所示，涡轮分子泵30包括具有第一直径转子盘16'的第一组I泵级和具有第二不同直径转子盘16''的第二组II泵级，并且其还包括中间泵级1，该中间泵级包括转子盘5和定子级3，转子盘5具有包括在所述第一直径与所述第二直径之间的直径并且包括在径向方向上沿轴向从其内径朝向其外径逐渐变细的外部分，定子级3包括与所述转子盘5相配合的定子环9和沿轴向从其周边朝向其中心逐渐变细的隔离环7。由于这种中间涡轮分子泵级1介于具有较小直径转子盘16'的第一组I涡轮分子泵级与具有较大直径转子盘16''的第二组II涡轮分子泵级之间，所以转子盘与相配合的定子环之间的轴向间隙可以沿着通过泵的所泵送的气体的整个路径保持很窄。
因此，很明显的是，根据本发明的旋转真空泵实现了上述目的。
同样很明显的是，上面的描述仅通过非限制性的示例给出，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行一些修改。
更特别地，虽然所示出的优选实施例涉及涡轮分子泵，但是很明显的是，本发明也可以应用到包括包含与光滑定子环相配合的光滑转子盘的分子拖曳泵级的分子泵。
此外，虽然所示出的优选实施例涉及包括隔离环与单独定子环的定子级，但是显而易见的是，隔离环与定子环可以集成在一个单件中——即定子级可以被制成单件——在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下。

Claims (8)

1.旋转真空泵(30)，包括其中限定有入口端口(34)和出口端口(36)的泵壳体(32)，并且还包括布置在所述入口端口(34)与所述出口端口(36)之间的所述壳体(32)之内的多个泵级，用于将气体从所述入口端口泵送至所述出口端口，所述泵级中的每个包括与所述泵壳体集成一体的定子级(12'、12”)和与中心地布置在所述壳体中的旋转轴(40)集成一体的相配合的转子盘(16'、16”、16b)，其中，所述旋转真空泵包括具有第一直径(D1)转子盘(16')的第一组(I)泵级(8')，在所泵送的气体的流动方向上，其后是具有第二不同直径(D2)转子盘(16”)的第二组(II)泵级(8”)，其特征在于，中间泵级(1)介于所述第一组(I)泵级(8')与所述第二组(II)泵级(8”)之间，其中中间泵级(1)包括转子盘(5)和定子级(3)，转子盘(5)具有包括在所述第一直径(D1)与所述第二直径(D2)之间的直径(D)并且包括在径向方向上沿轴向从其内径朝向其外径逐渐变细的外部分(11')，定子级(3)包括与所述转子盘(5)相配合的定子环(9)和沿轴向从其周边朝向其中心逐渐变细的隔离环(7)。
2.根据权利要求1所述的旋转真空泵(30)，其特征在于，所述第一直径(D1)小于所述第二直径(D2)，并且在于，所述中间泵级(1)的所述转子盘(5)的顶表面朝向径向外侧向下倾斜，所述中间泵级(1)的所述定子级(3)的所述隔离环(7)的与所述中间泵级的所述转子盘的顶表面对应的表面朝向径向内侧向上倾斜。
3.根据权利要求1所述的旋转真空泵(30)，其特征在于，所述第一直径(D1)大于所述第二直径(D2)，并且在于，所述中间泵级的所述转子盘的底表面朝向径向外侧向上倾斜，所述中间泵级的所述定子级的所述隔离环的与所述中间泵级的所述转子盘的底表面对应的表面朝向径向内侧向下倾斜。
4.根据权利要求1所述的旋转真空泵(30)，其特征在于，所述中间泵级的所述定子级的所述隔离环和所述转子盘的逐渐变细是光滑且连续的。
5.根据权利要求1所述的旋转真空泵(30)，其特征在于，所述中间泵级的所述定子级的所述隔离环和所述转子盘的逐渐变细是通过阶梯状的结构而获得的。
6.根据权利要求1所述的旋转真空泵(30)，其特征在于，所述中间泵级的所述定子级的所述隔离环和所述转子盘的逐渐变细是通过光滑且连续的部分及阶梯状的部分的组合而获得的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的旋转真空泵(30)，其特征在于，所述旋转真空泵是包括第一区域与第二区域的涡轮分子泵，第一区域包括多个涡轮分子泵级，第二区域包括多个分子拖曳泵级，并且在于，所述第一组(I)泵级的泵级、所述第二组(II)泵级的泵级以及所述中间泵级是涡轮分子泵级。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的旋转真空泵(30)，其特征在于，所述旋转真空泵是包括第一区域与第二区域的涡轮分子泵，第一区域包括多个涡轮分子泵级，第二区域包括多个分子拖曳泵级，并且在于，所述第一组泵级的泵级、所述第二组泵级的泵级以及所述中间泵级是分子拖曳泵级。
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