CN104806535B - 复合径流泵、组合径流泵及抽气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合径流泵，包括外壳，外壳上设有进气口和排气口，外壳内设有转子、静轮和动密封，转子上固设有两动轮，静轮设于两动轮之间，静轮的外侧设有连通气孔；静轮上下两侧分别设有若干形状相同的螺旋状抽气槽，静轮的上、下两侧的抽气槽共用一槽底，槽底上设有开口，开口的开口率在0～100％之间；动密封位于下方的动轮下方，动密封上侧设有若干螺旋状动密封槽，用于隔离抽气槽的进气口和排气口。该复合径流泵采用两台传统单牵引径流泵背对背并联，并在共用槽底上设开口，显著提高抽速。本发明还提供了一种包括该复合径流泵的组合径流泵，以及三种复合径流泵的应用实施例。
Description
技术领域
本发明属于真空获得技术领域，尤其涉及一种复合径流泵、包括该复合径流泵的组合径流泵、以及包括该复合径流泵或组合径流泵的抽气系统。
背景技术
目前，中真空(压强0.1～100Pa)是各种采用低压等离子体增强的高端真空产业(磁控溅射、阴极弧源、等离子体增强化学气相沉积等)，以及分子蒸馏、冷冻干燥和电力电容等产业的结集区段，普遍采用传统罗茨泵和分子泵抽气，其中，罗茨泵的体积庞大、能耗高，而且还存在油蒸汽污染，分子泵在该区段的抽速大幅度下降，甚至不能运行，影响了中真空产业的发展。
传统径流分子泵采用单牵引面结构(简称单牵引泵)，具有较强的压缩能力，最高工作压强超过100Pa，能覆盖整个中真空区段，而且还具有能耗低、无油蒸汽污染等一系列优点。然而，该泵的抽速低，不到罗茨泵的1/4，未能达到工业应用的水平。
近年来，多项专利，例如：专利号：ZL200910106271.4(复合真空泵)，专利号：ZL200510100169.5(双重拖动分子泵)，提出了一种具有两个牵引面的径流泵(简称双牵引泵)，其抽速显著提高，在压强≤10Pa区段，已能达到罗茨泵的水平，然而，双牵引泵的压缩能力低，高于10Pa区段，无法实现有效抽气。
上述两种径流泵还存在一个共同的缺点：
在抽气过程中，气体受到压缩，体积不断减小，因此，要求抽气槽的抽速随压强升高相应递减。径流泵利用高速旋转的转子平盘牵引气体实现抽气，转子平盘的内侧线速度低，导致内侧部位的抽速显著低于外侧部位，对于由内向外抽气的径流泵，其抽气特性与上述抽气要求正好相反，从而，大幅度降低了径流分子泵的抽气性能。对于由外向内抽气的径流泵，虽然，抽气特性与抽气要求大方向一致，然而，当工作压强较高(例如＞10Pa)时，抽速下降超过气体体积的减小，因此，也降低了径流泵的抽气性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种复合径流泵，其兼有单牵引泵工作压强高和双牵引泵抽速大的双重优点，同时还能显著提高抽气槽内侧部位的抽速，实现取代罗茨泵的目的。
本发明是这样实现的，一种复合径流泵，包括外壳，所述外壳上设有进气口和排气口，所述外壳内设有转子、静轮和动密封，所述转子上固设有两平圆盘动轮，所述静轮设于两所述动轮之间，所述静轮的外侧开设有连通气孔，所述动密封位于下方的所述动轮下方，所述静轮上下两侧分别开设有若干形状相同的螺旋状抽气槽，所述动密封用于隔离所述抽气槽的进气孔和排气孔，所述静轮上下两侧的抽气槽共用一槽底，所述槽底上设有开口，所述开口的开口率大于等于0且小于等于100％。
进一步地，所述动密封上侧设有若干螺旋状动密封槽。
本发明还提供了一种组合径流泵，包括泵壳，所述泵壳上设有进气口和排气口，所述泵壳内设有转子，所述泵壳的中部设有第一抽气级，所述第一抽气级采用若干并联的如前所述的复合径流泵；
所述第一抽气级的两侧分别设有若干相互串联的次抽气级，每个所述次抽气级由若干并联的如前所述的复合径流泵组成，每个所述次抽气级中并联复合径流泵的级数，随离所述第一抽气级的距离增加而依次递减；
若干所述次抽气级中，排序为奇数的所述次抽气级由外向内抽气，排序为偶数的所述次抽气级由内向外抽气；
若干所述次抽气级中，排序为奇数的所述次抽气级的外侧设有动密封，排序为偶数的所述次抽气级的内侧设有动密封、外侧不设动密封。
进一步地，所述第一抽气级两侧分别增设若干组相互串联或并联的单牵引泵，所述次抽气级两侧分别增设若干组相互串联或并联的单牵引泵。
本发明还提供了一种复合径流泵低压等离子体放电装置的抽气系统，包括放电室，所述放电室通过第一真空阀与粗抽泵连接，所述放电室还通过第二真空阀与复合径流泵连接，所述复合径流泵通过第三真空阀与前级泵连接，所述放电室还通过第四真空阀与工作气体容器连接，所述放电室还分别与真空计和放气阀连接，所述复合径流泵采用如前所述的复合径流泵，或者所述复合径流泵采用如前所述的组合径流泵。
本发明还提供了一种复合径流泵电力电容器真空处理设备的抽气系统，包括真空室，所述真空室通过第一真空阀与粗抽泵连接，所述真空室还通过第二真空阀与复合径流泵连接，所述复合径流泵通过第三真空阀与前级泵连接，所述真空室还通过第四真空阀与工作气体容器连接，所述真空室还分别与真空计和放气阀连接，所述复合径流泵采用如前所述的复合径流泵，或者所述复合径流泵采用如前所述的组合径流泵。
本发明还提供了一种复合径流泵分子蒸馏设备的抽气系统，包括分馏室，所述分馏室通过第一真空阀与粗抽泵连接，所述分馏室还通过第二真空阀与复合径流泵连接，所述复合径流泵通过第三真空阀与前级泵连接，所述分馏室还通过第四真空阀与工作气体容器连接，所述分馏室还分别与真空计和放气阀连接，所述复合径流泵采用如前所述的复合径流泵，或者所述复合径流泵采用如前所述的组合径流泵。
本发明还提供了一种复合径流泵冷冻干燥设备的抽气系统，包括冷冻干燥真空室，所述真空室通过第一真空阀与粗抽泵连接，所述真空室还通过第二真空阀与复合径流泵连接，所述复合径流泵通过第三真空阀与前级泵连接，所述真空室还通过第四真空阀与工作气体容器连接，所述真空室还分别与真空计和放气阀连接，所述复合径流泵采用如前所述的复合径流泵，或者所述复合径流泵采用如前所述的组合径流泵。
本发明还提供了一种复合径流泵低压等离子体放电装置的抽气系统，包括放电室，所述放电室通过第一真空阀与粗抽泵连接，所述放电室还通过第二真空阀与复合径流泵连接，所述复合径流泵通过第三真空阀与前级泵连接，所述放电室还通过第四真空阀与工作气体容器连接，所述放电室还分别与真空计和放气阀连接，所述复合径流泵采用如前所述的复合径流泵。
本发明还提供了一种复合径流泵电力电容器真空处理设备的抽气系统，包括精抽泵，所述精抽泵采用如前所述的径流泵。
本发明还提供了一种复合径流泵分子蒸馏设备的抽气系统，包括精抽泵，其特征在于，所述精抽泵采用如前所述的径流泵。
本发明还提供了一种复合径流泵冷冻干燥设备的抽气系统，其特征在于，所述精抽泵采用如前所述的径流泵。
本发明的复合径流泵和组合径流泵具有如下优点：
(1)本发明的复合径流泵将高真空径流泵的工作区段拓展到中真空范围，从而取代罗茨泵，实现节省抽气能耗达60～90％，体积降至1/3～1/10，并能消除中真空油蒸汽污染，提高真空产品质量。
(2)本发明的复合径流泵兼有中、高真空双重性能，一台复合径流泵能同时取代中、高真空两台泵，从而简化真空系统结构，节省设备、费用和占地空间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1-1是本发明实施例一提供的复合径流泵的示意图。
图1-2是本发明实施例一提供的复合径流泵中的静轮的示意图。
图1-3是沿图1-2中的A-A方向的剖视图。
图2是本发明实施例二提供的组合径流泵的示意图。
图3是本发明实施例三提供的复合径流泵低压等离子体放电装置的抽气系统的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一复合径流泵
如图1-1所示，本发明实施例一提供一种复合径流泵，包括外壳10，外壳10上设有进气口11和排气口12，外壳10内设有转子13、静轮16和动密封17，转子13上固设有两平圆盘动轮14、15，静轮16设于两动轮14、15之间，静轮16的外侧开设有连通气孔18。
如图1-2和图1-3所示，静轮16的上下两侧分别开设有若干形状相同的螺旋状抽气槽110，静轮16上下两侧的抽气槽110共用一槽底111，槽底111上设有开口112，开口112用于提高抽气槽110的抽速，开口112的开口率大于等于0且小于等于100％，开口112的具体大小根据抽气槽110的抽气方向和压缩能力确定：(1)对于由外向内抽气的抽气槽110，压缩量较大的抽气槽110采用静轮16外侧开口率较大、静轮16内侧开口率较小的开口112，甚至采用静轮16外侧开口率为100％、静轮16内侧开口率为零的开口112；压缩量较小的抽气槽110采用静轮16外侧开口率较小、静轮16内侧开口率较大的开口112，甚至采用静轮16外侧开口率为零、静轮16内侧开口率为100％的开口112。(2)对于由内向外抽气的抽气槽110，采用静轮16内侧开口率较大、静轮16外侧开口率较小的开口112，甚至采用静轮16内侧开口率100％、静轮16外侧开口率为零的开口112。
动密封17位于下方的动轮15下方，动密封17用于隔离抽气槽110的进气孔和排气孔，动密封17上侧设有若干螺旋状动密封槽(未示出)，其结构与静轮16的抽气槽112相同。
当转子13高速旋转时，气体由进气口11进入，经抽气槽110、排气口12抽至下方。改变转子13或者抽气槽110或者动密封槽的旋转方向，可以改变复合径流泵的抽气方向。
本实施例一兼有单牵引泵压缩能力强和双牵引泵抽速大的两大优点；而且，根据抽气要求，通过改变抽气槽110的槽底111的开口112的大小，可以调整该部位的抽气特性，例如增大槽底111的开口112，可增大所在部位抽速，减小槽底111的开口112，可增加所在部位压缩能力，从而实现本实施例一提供的复合径流泵的抽气特性的优化。
实施例二组合径流泵
如图2所示，本发明实施例二提供的一种组合径流泵，包括泵壳20，泵壳20上设有进气口21和排气口22，泵壳20内设有转子23，泵壳20的中部设有第一抽气级24，第一抽气级24采用6组并联的如实施例一所述的复合径流泵，第一抽气级24由外向内抽气；
第一抽气级24的两侧分别设有动密封25，每个动密封25的外侧分别设有第二抽气级26，第二抽气级26采用2组并联的如实施例一所述的复合径流泵，第二抽气级26由内向外抽气；
第二抽气级26的外侧分别设有第三抽气级27，第三抽气级27采用单组如实施例一所述的复合径流泵，第三抽气级27由外向内抽气，第三抽气级27和第二抽气级26之间不设动密封，第三抽气级27的外侧分别设有动密封28。
另外，所述第一抽气级24、第二抽气级26和第三抽气级27的两侧还可分别增设若干组相互串联或并联的单牵引泵。
当转子23高速旋转时，气体由进气口21进入，经第一抽气级24抽至内侧，然后分成左右两路、分别经第二抽气级26和第三抽气级27抽至排气口22，最后，由前级泵(未示出)抽走。
实施例三复合径流泵低压等离子体放电装置的抽气系统
如图3所示，本实施例三提供了一种复合径流泵低压等离子体放电装置的抽气系统，包括放电室30，放电室30通过第一真空阀31与粗抽泵32连接，放电室还通过第二真空阀36与径流泵35连接，复合径流泵35通过第三真空阀34与前级泵33连接，放电室31还通过第四真空阀38与工作气体容器39连接，放电室31还分别与真空计37和放气阀310连接。
其中，粗抽泵32仅用于粗抽阶段的抽气，复合径流泵35主要用于精抽阶段的抽气，复合径流泵35采用实施例一所述的复合径流泵或实施例二所述的组合径流泵。
本发明实施例三的抽气工艺，包括如下步骤：
(1)粗抽阶段：由粗抽泵32抽气，将放电室30的压强从大气压抽至约100Pa；
(2)精抽阶段：由复合径流泵35+前级泵33抽气，将放电室30的压强由100Pa抽至低压等离子体所需的压强；
具体地，本发明实施例三的抽气工艺包括如下步骤：
(1)准备阶段：放电室30内装入工件，关闭放电室30和所有真空阀。
(2)依次开启前级泵33、第二真空阀36和复合径流泵35，直至复合径流泵35启动完毕，处于待机状态。
(3)依次开启粗抽泵32和第一真空阀31，放电室30由大气抽至约100Pa，关闭第一真空阀31，然后，打开第三真空阀34，放电室30由复合径流泵35抽气。
(4)放电室30由径流泵35抽气至所需的精抽本底压强(例如10-3Pa)时，打开第四真空阀38，注入工作气体，直至放电室30达到低压等离子体放电所需的压强。
(5)放电室30开始点火放电。
由于不同的低压等离子体放电应用设备，工作压强差别较大，例如：等离子体增强化学气相沉积的工作压强通常较高(约几十Pa)，磁控溅射和阴极电弧镀膜的工作压强较低，约0.1～几Pa，因此，本实施例的复合径流泵35的静轮开口率应作相应调整，工作压强越高，开口率越小，工作压强越低，开口率越大。
实施例四复合径流泵电力电容器真空处理设备的抽气系统
本实施例四的结构与实施例三类似，其差别在于
(1)放电室30由电力电容器的真空室取代。
(2)电力电容器的真空室的工作压强很宽，通常在0.1～100Pa范围，相应的复合径流泵的静轮开口率为中等大小，兼顾不同压强抽气的需求。
实施例五复合径流泵分子蒸馏设备的抽气系统
本实施例五的结构与实施例三类似，其差别在于
(1)放电室30由分子蒸馏设备的分馏室取代。
(2)分子蒸馏设备的分馏室的工作压强较低，通常在0.1～几Pa区段，相应的复合径流泵静轮的开口率较大。
实施例六复合径流泵冷冻干燥设备的抽气系统
本实施例六的结构与实施例三类似，其差别在于
(1)放电室30由冷冻干燥真空室取代。
(2)冷冻干燥真空室的工作压强较高，通常在30～100Pa区段，相应的复合径流泵静轮的开口率较小。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种复合径流泵，包括外壳，所述外壳上设有进气口和排气口，所述外壳内设有转子、静轮和动密封，所述转子上固设有两平圆盘动轮，所述静轮设于两所述动轮之间，所述静轮的外侧开设有连通气孔，所述动密封位于下方的所述动轮下方，其特征在于，所述静轮上下两侧分别开设有若干形状相同的螺旋状抽气槽，所述动密封用于隔离所述抽气槽的进气孔和排气孔，所述静轮上下两侧的抽气槽共用一槽底，所述槽底上设有开口，所述开口的开口率大于等于0且小于等于100％，所述开口的具体大小根据抽气槽的抽气方向和压缩能力确定：
对于由外向内抽气的抽气槽，压缩量较大的抽气槽采用静轮外侧开口率较大、静轮内侧开口率较小的开口，压缩量较小的抽气槽采用静轮外侧开口率较小、静轮内侧开口率较大的开口；
对于由内向外抽气的抽气槽，采用静轮内侧开口率较大、静轮外侧开口率较小的开口。
2.如权利要求1所述的复合径流泵，其特征在于，所述动密封上侧设有若干螺旋状动密封槽。
3.一种组合径流泵，包括泵壳，所述泵壳上设有进气口和排气口，所述泵壳内设有转子，其特征在于，所述泵壳的中部设有第一抽气级，所述第一抽气级采用若干并联的如权利要求1或2所述的复合径流泵；所述第一抽气级的两侧分别设有若干相互串联的次抽气级，每个所述次抽气级由若干并联的如权利要求1或2所述的复合径流泵组成，每个所述次抽气级中并联复合径流泵的级数，随离所述第一抽气级的距离增加而依次递减；
若干所述次抽气级中，排序为奇数的所述次抽气级由外向内抽气，排序为偶数的所述次抽气级由内向外抽气；
若干所述次抽气级中，排序为奇数的所述次抽气级的外侧设有动密封，排序为偶数的所述次抽气级的内侧设有动密封、外侧不设动密封。
4.如权利要求3所述的组合径流泵，其特征在于，所述第一抽气级两侧分别增设若干组相互串联或并联的单牵引泵，所述次抽气级两侧分别增设若干组相互串联或并联的单牵引泵。
5.一种复合径流泵低压等离子体放电装置的抽气系统，包括放电室，所述放电室通过第一真空阀与粗抽泵连接，所述放电室还通过第二真空阀与复合径流泵连接，所述复合径流泵通过第三真空阀与前级泵连接，所述放电室还通过第四真空阀与工作气体容器连接，所述放电室还分别与真空计和放气阀连接，其特征在于，所述复合径流泵采用如权利要求1或2所述的复合径流泵，或者所述复合径流泵采用如权利要求3或4所述的组合径流泵。
6.一种复合径流泵电力电容器真空处理设备的抽气系统，包括真空室，所述真空室通过第一真空阀与粗抽泵连接，所述真空室还通过第二真空阀与复合径流泵连接，所述复合径流泵通过第三真空阀与前级泵连接，所述真空室还通过第四真空阀与工作气体容器连接，所述真空室还分别与真空计和放气阀连接，其特征在于，所述复合径流泵采用如权利要求1或2所述的复合径流泵，或者所述复合径流泵采用如权利要求3或4所述的组合径流泵。
7.一种复合径流泵分子蒸馏设备的抽气系统，包括分馏室，所述分馏室通过第一真空阀与粗抽泵连接，所述分馏室还通过第二真空阀与复合径流泵连接，所述复合径流泵通过第三真空阀与前级泵连接，所述分馏室还通过第四真空阀与工作气体容器连接，所述分馏室还分别与真空计和放气阀连接，其特征在于，所述复合径流泵采用如权利要求1或2所述的复合径流泵，或者所述复合径流泵采用如权利要求3或4所述的组合径流泵。
8.一种复合径流泵冷冻干燥设备的抽气系统，包括冷冻干燥真空室，所述真空室通过第一真空阀与粗抽泵连接，所述真空室还通过第二真空阀与复合径流泵连接，所述复合径流泵通过第三真空阀与前级泵连接，所述真空室还通过第四真空阀与工作气体容器连接，所述真空室还分别与真空计和放气阀连接，其特征在于，所述复合径流泵采用如权利要求1或2所述的复合径流泵，或者所述复合径流泵采用如权利要求3或4所述的组合径流泵。
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