CN107143506B - 一种多级高真空干泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级高真空干泵，包括转子组装体、各级定子、电机、底座和外壳，其中，转子组装体包括套装固定在所述电机的主轴上端的涡轮级转子和复合转子体；复合转子体包括由内向外依次固定连接的盘型牵引级转子、筒式牵引级转子、旋涡级转子；各级定子由内向外包括涡轮级定子，复合定子一，复合定子二和旋涡级定子，分别与所述转子组装体各部分对应设置；底座固定于各级定子与转子组装体下方，电机固定于所述底座，外壳固定连接于旋涡级定子与底座的外侧。本发明有效提高干泵抽气速率，降低级间返流与泄露，在筒式牵引级外侧设置了侧槽式旋涡级，降低了旋涡级抽气通道加工难度，同时利用旋涡级叶片高速旋转对气体的搅动作用，保证了高真空干泵可以直排大气。

Description

一种多级高真空干泵

技术领域

本发明涉及真空获得设备技术领域，具体涉及一种多级高真空干泵。

背景技术

国外干泵市场需求量的不断增长,其主要驱动来自于半导体行业、化学工业、薄膜产业的迅速发展。干泵或干泵机组维护简单、清洁无油，越来越成为真空获得设备的首选。

高真空干泵作为干泵机组的替代品，可以实现抽气范围从大气压到高真空，与干泵机组相比，高真空干泵减少了真空泵、连接管道、阀门、真空计等辅助元件以及它们的控制单元的使用，占地空间小，使用维护方便，抽气效率高，十分有利于半导体工艺过程的进行，是目前干泵发展研究方向之一。以下几种为目前比较典型的高真空获得设备。

英国EDWARDS公司生产的EPX系列高真空干泵采用模块化设计，入口抽气部分为螺旋级，使抽气速率最高可达500m³/h，利用牵引分子级压缩比高的特点，使EPX干泵对于N₂的压缩比高达10⁹，排气部分设有再生旋涡级，通过叶片的高速旋转对气体的搅动作用使干泵可以直排大气，EPX干泵的极限压力可达10-⁴Pa。但是由于EPX系列干泵抽气级结构的限制，入口部分的单轴大螺旋结构无法更有效的提高抽气速率，螺旋级与相邻筒式牵引级抽速差较大，使气体不能做到级间充分混合易造成返流从而使抽速下降，最后一级再生级采用同心圆弧沟槽的结构，增加了加工制造难度，从而提高了生产成本。

英国EDWARDS公司生产的nEXT系列涡轮分子泵抽气部分由涡轮级，盘型牵引级和两级再生旋涡级组成，nEXT系列干泵由于入口部分采用涡轮级结构使抽速可达400L/s，盘型牵引级的设置提高了整体的压缩比，使得对N₂压缩比高达10¹¹，两级再生旋涡级的主要作用是提高排气压力，该产品抽气性能优越，但是串联盘型牵引级结构由于气体在盘间作由内向外、由外向内的往复折回运动，气流运动方向的多次改变必然在转折处出现气体分子的淤积，造成局部高压，形成返流，而且由于转子结构空间的限制使再生级转子级数较少，通过牵引级的气体被进一步压缩的程度较低，导致其排气压力最高为10³Pa，无法做到直排大气，应用时需要与前级泵构成高真空机组。

德国PFEIFFER公司生产的OnTool系列高真空干泵采用卧式结构，抽气部分由螺旋槽牵引级和侧槽旋涡级组成，泵体重量小，所需电机功率低，极限真空度可达10-³Pa，抽气速率最高可达130m³/h，也可作为高真空机组前级泵，该型号的高真空干泵侧槽旋涡级的结构设计降低了定子加工难度，但是OnTool系列干泵入口部分螺旋槽牵引级抽气速率与转子外径、螺旋槽几何尺寸、进排气口内径等密切相关，其结构的限制导致干泵入口抽气速率较低，而且干泵采用卧式结构对于气流路径及杂物排出有所限制。

中国专利CN 201335027Y公开了一种直排式无油高真空泵，抽气部分基本结构与EDWARDS的EPX系列干泵相似，也是由螺旋级，牵引级和旋涡级组成，牵引级结构选择在定子内外圆柱面开螺旋槽，转子为光面圆套筒结构，这种设计降低了加工制造难度，延长了气体通道长度，旋涡级由同心导槽定子和离心桨叶转子组成，多级牵引提供了较大的压缩比，使极限真空度可达10-⁴Pa，整体集成度较高，抽气性能良好，但是由于其牵引级转子和旋涡级转子设计为整体式转子，加工时需要刀具伸出长度较大，易造成刀具震颤，不能保证转子的精密程度从而影响抽气效果，同时旋涡级定子的导槽加工工艺复杂，需要先进的加工中心进行加工，成本消耗大，并且其泵体支撑部分薄弱，平稳性低，生产成本较高。

中国专利CN 201180652Y公开了一种高真空直排大气干泵，其结构与EDWARDS的EPX系列干泵也较为类似，入口部分为单轴大螺旋结构，主要作用是主要是完成大排量的吸气传输过程，压缩比很小。第二级为筒式牵引级结构，它由一个内外具有平行的螺旋槽的圆筒定子和一个简单圆筒转子配合组成，这种设计使气体通道延长，对于获得大的压缩比有很大帮助，最后一级抽气级旋涡级由转子盘和多级同心圆弧沟槽定子配合抽气，叶片在凹槽中高速旋转时对气体产生巨大的搅动作用，产生旋涡，使气体通过环形定子沿着螺旋线爬升，从而带动气体沿转子盘转动方向流动，实现高真空直排大气。这种结构设计的主要问题在于多级同心圆弧沟槽的设计铣制加工过程耗时耗力，不仅加工难度大，其制造成本也较高，而且由于入口螺旋级结构抽速与螺旋线形状、几何参数等密切相关，提高抽速的方法不够完善，不利于干泵优化抽气效果。

中国专利CN 101392751A公开了一种大抽速型高真空干式真空泵，该设计在干泵入口部分采用涡轮抽气级，对于提高干泵抽速很有帮助，中间抽气部分采用牵引级，利用涡轮级和牵引级的配合，在获得较大压缩比的同时也提高了入口抽速，最后一级旋涡级采用侧槽结构，降低了转子加工制造困难，并且三种抽气级定转子的优化组合使泵腔空间利用率高，但是涡轮级叶片较长，有很大的抽气面积，抽速很大；而牵引级槽深较浅，抽气面积较小，抽速小，当两者组合后由涡轮叶片压缩下来的气体分子一般不能很好地进人牵引槽内被牵引泵抽走，因此在涡轮抽气级和牵引级间造成抽速不匹配问题，引起抽速损失，降低了抽气效率。

中国专利CN 104895808A公开了一种复合分子泵，抽气部分由涡轮级和复合螺旋槽牵引级组成，其中复合螺旋槽牵引级包括盘型牵引级和筒式牵引级，这种设计的优点在于复合螺旋槽的设计使盘型牵引级作为过渡结构，控制气体压缩过程中，抽速不会造成骤降，减少了级间返流和对转子的冲击，使得在保证泵压缩比的情况下有效地提高了泵的抽气性能，该泵最高抽速可达4500L/s，但是由于结构空间限制电机功率大小，不能提供足够的动力克服气体的压缩功以达到直排大气的目的。

美国专利US 20130224001A1公开了一种真空泵，包括至少一级分子级和至少一级侧槽旋涡级，其中主要介绍了三种实施方式，第一种为入口部分为涡轮分子级，保证了入口获得较大抽速，Holweck牵引级设置于涡轮级下方，兼顾了大抽速和大压缩比的要求，单级侧槽旋涡级设置于Holweck牵引级抽气通道末端位置，对经过前级压缩的气体完成搅动与排出，这种抽气组合方式原理上虽然可行，但是旋涡级的级数在整体结构的限制下不能增多，无法保证有足够的动力将气体直接排到大气，第二、三种实施方式将旋涡级设置到涡轮级与Holweck级中间位置，气体流动还是遵循涡轮级-Holweck级-侧槽旋涡级的顺序，这就造成了气路与抽气级位置设定不统一，通道走向不利于气体顺利通过，易造成级间返流，降低抽气效果。

美国专利US005848873A公开了一种真空泵，包括筒式牵引级及由同心沟槽通道和同心圆周叶片组成的旋涡级，这种结构的设计与德国OnTool干泵有相似之处，虽然整体转子盘的设计有助于提高转子转速，增大排气压力以达到大气压，但是其再生级选择圆盘配合结构，旋涡定子为同心沟槽结构，各沟槽间相位要求严格，加工程序复杂，降低了生产制造可行性，并且入口抽气级的选择筒式牵引级，不利于增大入口抽速，从而影响干泵整体抽气性能。

以上几种高真空获得设备优化了定转子设计与组合，各有优势，但是以上设计基本都是利用筒式牵引级与旋涡级的组合，虽然可以获得大的压缩比，但对抽速有极大的限制，即便入口部分采用大抽速的抽气级，也没有考虑各抽气级间抽速是否得到有效过渡，忽略了对整体抽气效果的考虑，无法做到使高真空干泵各抽气级抽速过渡衔接匹配，并且以上各种设计方案均存在定转子加工工艺复杂，无法降低生产成本的问题，因此亟需设计一种在保证高压缩比的条件下同时具有大抽速，各级抽速匹配良好，加工制造工艺简单的高真空干泵。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种多级高真空干泵，其采用涡轮级、盘型牵引级、筒式牵引级和旋涡级四种不同抽气级类型的组合，对于在保证大压缩比的条件下有效提高干泵抽气速率，降低级间返流与泄露，降低零件加工难度，优化产品性能。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种多级高真空干泵，包括转子组装体、各级定子、电机、底座和外壳，其中，所述转子组装体包括套装固定在所述电机主轴上端的涡轮级转子和复合转子体；所述复合转子体包括由内向外依次固定连接的盘型牵引级转子、筒式牵引级转子、旋涡级转子；所述各级定子由内向外包括涡轮级定子、复合定子一、复合定子二和旋涡级定子，并分别与所述转子组装体的涡轮级转子、盘型牵引级转子、筒式牵引级转子、旋涡级转子对应设置；所述底座固定于所述各级定子与转子组装体下方，所述电机固定于所述底座上，所述外壳固定连接于所述旋涡级定子与所述底座的外侧，所述外壳一侧设有排气口，所述涡轮级转子的上方设有入口。

作为如上所述多级高真空干泵的一种优选方案，所述涡轮级转子为闭式叶片层状分体结构，每一层设有沿着圆周方向排列的多个第一叶片，所述第一叶片间相互平行，并与水平面成20°～40°夹角。

作为如上所述多级高真空干泵的一种优选方案，所述盘型牵引级转子包括固定连接的梯形台和圆盘，所述圆盘的上表面开设有形状为圆弧线或阿基米德螺旋线的牵引风流槽，所述盘型牵引级转子通过中间设置的通孔套在所述主轴上；所述筒式牵引级转子为光面圆套筒，其内侧下端固定连接所述圆盘，所述光面圆套筒的外侧下端固定连接于所述旋涡级转子的内侧下端；所述旋涡级转子为圆筒形，其外侧壁由上至下设有若干个沿轴向向下逐渐变小的凸环，凸环上伸出环状渐薄肋壁，其上开有多个第二叶片，所述第二叶片间相互平行，所述第二叶片为矩形或弓形。

作为如上所述多级高真空干泵的一种优选方案，所述复合转子体为一体设置或分体设置，所述分体设置时，所述光面圆套筒的内侧壁底端设有与所述圆盘嵌合的槽，所述光面圆套筒的外侧壁下端设有卡环，所述旋涡级转子的圆筒形内侧底部设有卡槽，所述卡环与所述卡槽相互适配连接。

作为如上所述多级高真空干泵的一种优选方案，涡轮级定子包括多个间隔环和对应的多个单级涡轮定子，每个所述间隔环固定于所述单级涡轮定子的外侧，所述单级涡轮定子设有沿着圆周方向排列多个第三叶片，所述第三叶片间相互平行，并与水平面成20°～40°夹角，所述单级涡轮定子的数量比所述涡轮级转子的级数少一。

作为如上所述多级高真空干泵的一种优选方案，复合定子一包括固定连接的盘型牵引级定子和第一级筒式牵引级定子，其中，所述盘型牵引级定子为光面的圆盘，该圆盘中心设有便于所述主轴和所述复合转子体安装的通孔；所述第一级筒式牵引级定子为圆套筒，所述圆套筒的表面设有螺旋槽，所述螺旋槽为阿基米德螺旋线或圆弧线，所述复合定子一与所述涡轮级定子连接。

作为如上所述多级高真空干泵的一种优选方案，所述的复合定子二为圆套筒结构，所述圆套筒的表面开设有螺旋槽，所述螺旋槽为阿基米德螺旋线或圆弧线，所述复合定子二与所述复合定子一固定连接。

作为如上所述多级高真空干泵的一种优选方案，所述的旋涡级定子为多层圆环，每个圆环上表面或下表面或上下表面沿周向的至少一部分开设有环状槽，沿周向的剩余部分设置有凸台气流阻挡块，所述凸台气流阻挡块的第一侧开设有沿圆环厚度方向贯通的气体通道，每一个圆环的气体通道均位于相应凸台气流阻挡块的第一侧，相邻圆环中，下一级圆环的凸台气流阻挡块位于上一级圆环的气体通道的第一侧，所述相邻圆环的环状槽对向配合形成的槽口与所述凸环相互适配，所述凸环插入所述环状槽配合形成的槽口内，所述槽口与所述凸环之间有缝隙，所述环状槽的槽内空腔设有第三叶片。

作为如上所述多级高真空干泵的一种优选方案，所述高真空干泵还包括水冷座，所述水冷座设于所述转子组装体与底座之间，所述水冷座底面设有涡状沟槽。

作为如上所述多级高真空干泵的一种优选方案，所述多级高真空干泵的入口处设有过滤网；所述底座的下端外侧设有散热片。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明在入口涡轮级与压缩比承担级筒式牵引级之间设置盘型牵引级，一方面保证了高真空干泵的入口大抽速，另一方面利用盘型牵引级在过渡流态抽速大的优点弥补了筒式牵引级抽速较低的不足，在保证压缩比的情况下对级间抽速做了有效衔接。本发明在筒式牵引级外侧设置了侧槽式旋涡级，降低了旋涡级抽气通道加工难度，同时利用旋涡级叶片高速旋转对气体的搅动作用，保证了高真空干泵可以直排大气。

本发明提供的多级高真空干泵采用了四种不同抽气级的组合，汇集了分子牵引、流体动力学和内流动机理，组成了具有大抽速，高压缩比，级间匹配良好，直排大气，节能环保的高真空干泵。该泵结构紧凑，占地面积小，耗能小，效率高，成本低，与现有干泵相比，性能有了较大提升；其解决了现有高真空干泵设备抽速较低，零部件加工制造过程复杂，级间抽速不匹配的问题。

附图说明

图1为本发明中一优选的复合转子体的结构示意图

图2为图1中A处结构放大图；

图3为本发明中一优选多级高真空干泵的总体结构的剖视图；

图4为本发明中一优选涡轮级转子三维效果图；

图5为本发明中一优选涡轮级定子三维效果图；

图6为本发明中一优选第一级旋涡级定子二维平面图；

图7为本发明中一优选第二级旋涡级定子的二维平面图；

图8为在图6中在A-A处朝下的纵截面结构示意图；

图9为在图6中在B-B处朝下的纵截面结构示意图；

图10为在图6中在C-C处朝下的纵截面结构示意图。

【附图标记说明】

1：盘型牵引级转子；

2：筒式牵引级转子；

3：旋涡级转子；

4：凸环；

5：肋壁；

6：第二叶片；

7：涡轮级转子；

8：涡轮级定子；

9：复合转子体；

10：主轴；

11：复合定子一；

12：复合定子二；

13：旋涡级定子；

14：排气口；

15：底座；

16：电机；

17：水冷座；

18：涡状线槽；

19：外壳；

20：油池；

21：上轴承；

22：下轴承；

23：入口盲板；

24：过滤网；

25：入口法兰；

26：入口连接环；

27：第一叶片；

28：间隔环；

29：单级涡轮定子；

30：第三叶片；

31：旋涡级进气口；

32：第一凸台气流阻挡块；

33：第二凸台气流阻挡块；

34：旋涡级级间排气口。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

一种多级高真空干泵，包括：电机、主轴、各级定子、水冷座、底座、外壳；其中，电机为内置式结构，其主轴竖直安装于电机内部，主轴的中心轴线与电机中心轴线重合；转子组装体套装在主轴上端锥轴部分，转子组装体包括涡轮级转子和复合转子体；复合转子体包括由内向外依次固定连接的盘型牵引级转子、筒式牵引级转子、旋涡级转子；转子组装体可通过过盈连接固定在主轴上，可用轴端螺母锁紧固定；对应转子组装体的各级定子包括涡轮级定子，复合定子一，复合定子二和旋涡级定子，分别与所述转子组装体的涡轮级转子、盘型牵引级转子、筒式牵引级转子、旋涡级转子对应安装；转子组装体与相应各级定子组成由中心轴向外辐射排布的抽气结构，各级抽气结构的作用依次为获得入口大抽速、保证级间气流过渡、满足高跨度压缩比以及充分搅动气体以直排大气；底座固定于所述各级定子与转子组装体下方；电机固定于底座上，外壳对底座及旋涡级定子部分进行定位与紧固，外壳一侧开有排气口，所述涡轮级转子的上方设有入口。上述采用涡轮级、盘型牵引级、筒式牵引级和旋涡级四种不同抽气级类型的进行了组合，对于在保证大压缩比的条件下有效提高干泵抽气速率，降低级间返流与泄露，降低零件加工难度，优化产品性能。

具体地，涡轮级转子可设为闭式叶片层状分体结构，每一级叶列为沿着圆周方向排列的多个平行的第一叶片，叶列至少有一级，具体级数由压缩比确定，第一叶片的其他几何参数由具体实施方式与所需抽气性能参数所决定，转子材料可为铝合金或碳纤维增强复合材料，各级叶列间通过圆柱销进行定位，加长螺栓紧固，这种结构加工制造简单。

复合转子体的各级转子位置顺序按照由内向外套设的盘型牵引级转子-筒式牵引级转子-旋涡级转子进行转子位置分配，这三种转子位置的安排充分考虑到最大程度优化干泵压缩比和抽速，保证两者都达到最大，利用盘型牵引级气体通过面积大的特点，协调了涡轮级和筒式牵引级间大的抽速差，减少了级间的返流，提高抽气性能。

复合转子体的结构示意图如图1所示，包括由内向外依次固定盘型牵引级转子1、筒式牵引级转子2、旋涡级转子3，其中，复合转子体包括盘型牵引级转子、筒式牵引级转子、旋涡级转子，其中，盘型牵引级转子包括中间设有通孔的梯形台和圆盘，圆盘固定于梯形台下方，圆盘的半径大于梯形台的半径，该圆盘表面露出梯形台的面上开有牵引风流槽，牵引风流槽的型线形状为圆弧线或者阿基米德螺旋线，盘型牵引级转子通过设置的通孔直接套在主轴锥轴部分，用轴端螺母锁紧固定；筒式牵引级转子为光面圆套筒结构，圆盘的外边沿固定连接于所述光面圆套筒内侧下端，光面圆套筒的外侧下端固定连接于旋涡级转子内部下端，这样筒式牵引级转子固定于旋涡级转子内；旋涡级转子设于复合转子体结构外壁，旋涡级转子为圆筒形。

优选地，圆筒形的外侧设有第二叶片，以在排气侧形成再生级加速气体向大气排出。具体，如图2所示，图2为图1中A处的放大图，其外侧壁由上至下设有多个沿轴向向下逐渐变小的凸环4，凸环4上伸出环状渐薄肋壁5，其上开有多个第二叶片6，所述第二叶片间相互平行，其形状为矩形或弓形。

复合转子体的各级转子位置顺序按照由内向外套设的盘型牵引级转子-筒式牵引级转子-旋涡级转子进行转子位置分配，这三种转子位置的安排充分考虑到最大程度优化干泵压缩比和抽速，保证两者都达到最大，利用盘型牵引级气体通过面积大的特点，协调了涡轮级和筒式牵引级间大的抽速差，减少了级间的返流，提高抽气性能。

各级定子与各级转子相对应，包括涡轮级定子、复合定子一、复合定子二和旋涡级定子。其中，涡轮级定子的级数比涡轮级转子的级数少一级，涡轮级定子包括多个间隔环和对应的多个单级涡轮定子，所述间隔环固定于所述单级涡轮定子的外侧形成闭式层状结构，所述单级涡轮定子设有沿着圆周方向排列的多个平行的第三叶片，所述单级涡轮定子的数量比所述涡轮级转子的级数少一。安装时单级涡轮定子的叶列与各级涡轮转子的叶列对向设置。

复合定子一包括相互固定的盘型牵引级定子和第一级筒式牵引级定子，其中盘型牵引级定子为光面圆盘结构，圆盘中心留孔以方便主轴和转子组装体安装，第一级筒式牵引级定子为圆套筒结构，外套筒表面加工有螺旋槽与转子配合进行气体压缩，螺旋槽型线为阿基米德螺旋线或圆弧线，内套筒表面为安装涡轮定子的空间。复合定子一与涡轮级定子通过间隔环固定连接。

复合定子二包括第二筒式牵引级定子和第三级筒式牵引级定子，为圆套筒结构，内外套筒表面均加工螺旋槽，与转子配合进行气体压缩，螺旋槽型线为阿基米德螺旋线或圆弧线，复合定子二与复合定子一通过螺钉固定连接。

旋涡级定子为多层圆环结构，每个圆环上表面或下表面或上下表面沿周向的至少一部分开设有环状槽，槽截面为圆弧形状，沿周向的剩余部分设置有凸台气流阻挡块，凸台气流阻挡块的第一侧开设有沿圆环厚度方向贯通的气体通道，以保证气体经过环状槽后顺利进入下一级。每一个圆环的气体通道均位于相应凸台气流阻挡块的第一侧，相邻圆环中，下一级圆环的凸台气流阻挡块位于上一级圆环的气体通道的第一侧，相邻圆环的环状槽对向配合形成的槽口与凸环相互适配，凸环插入环状槽配合形成的槽口内，槽口与凸环之间有缝隙，第三叶片置于环状槽的槽内空腔。

该多级高真空干泵工作时的气流通道为：入口→涡轮抽气级→盘型牵引抽气级→筒式牵引抽气级→旋涡抽气级→排气口，并且保证相邻抽气段进排气口相通，并在各抽气级相邻部分设有混气空间。其中，入口处必要时需要安装过滤网，以避免灰尘等杂物进入泵腔造成转子叶片损坏。涡轮抽气级设为第一级，其抽气作用是通过定子与高速旋转的转子叶列相互配合实现的，利用涡轮级在分子流态下抽速较大的特点，将其设置与入口部分，有利于提高干泵入口抽速。

本发明的多级高真空干泵解决了现有高真空干泵设备抽速较低，零部件加工制造过程复杂，级间抽速不匹配的问题。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，以涡轮级转子为六级，涡轮级定子为例来说明，如图3所示，为多级高真空干泵总体组成剖视图，泵腔入口部分为涡轮级转子7、涡轮级定子8，涡轮级转子7为闭式叶片层状分体结构，由六级叶列组成，通过加长螺栓连接固定，各相邻两级叶片通过圆柱销定位保证同轴度，涡轮级定子8为闭式层状结构，共五级叶列，分别由五个间隔环固定，涡轮级转子通过连接筒与复合转子体9连接，复合转子体9直接与主轴10相连。

涡轮抽气级外侧为定子部分，复合定子一11与涡轮级定子8连接，包括盘型牵引级定子与第一级筒式牵引级定子，复合定子二12通过螺钉与复合定子一11相连，包括两级筒式牵引级定子，最外侧为旋涡级定子13，本实施方案中旋涡级定子设计为分体结构，最后一级的旋涡级定子13与排气口14相连。干泵的上述抽气部分是置于底座15的上方。

为了使电机16快速充分降温，还设有水冷座17，水冷座17安装于转子组装体与底座15之间，水冷座的底面开有涡状线槽18用于进入冷水，或以安装冷水管，电机16置于水冷座内。

为了充分保护干泵的结构，最外侧设有外壳19，在水冷座17外壁攻螺纹，外壳19内壁攻螺纹，旋于水冷座17和底座15外部，对水冷座17、底座15及旋涡级定子13部分进行定位与紧固，在外壳19的一侧开有排气口14。底座15的底部设置有空腔，该空腔可作为为油池20空间。为了能实现快速降温，避免干泵温度过高，在底座15的外侧设有散热片，以保证泵体充分换热。

主轴10为中下段中空结构，内部通过热胀过盈配合连接倒锥式升油轴，组合轴直接插入底座15底部设置的油池20内，转子组装体下方轴段与油池上方轴段安装串联双列陶瓷轴承，组合轴高速旋转时通过升油轴将润滑油输送到上轴承21处，在流经电机16、下轴承22留回油池。

泵腔入口部分依次设有入口盲板23、过滤网24以及入口法兰25，入口盲板23、入口法兰25可采用标准高真空法兰。干泵抽气时，通过螺栓将真空室与入口法兰25连接，连接入口部分与泵体采用入口连接环26，入口连接环26通过螺栓与复合定子一11连接。为了防止杂物进入泵腔，避免破坏转子叶片，在入口处设有过滤网。

干泵工作过程为气体由入口部分吸入，经过涡轮级转子和涡轮级定子之后进入到复合转子体与复合定子一、复合定子二以及旋涡级定子组成的抽气空间，通过螺旋槽空间的压缩作用及叶片在凹槽中的搅动作用，最后通过排气口排到大气中。

具体的，如图4所示，为涡轮级转子三维效果图，涡轮级转子为闭式叶片层状分体结构，由六级叶列组成，通过加长螺栓连接固定，各相邻两级叶片通过圆柱销定位保证同轴度，叶列由沿着圆周方向排列的扭制或铣制的第一叶片27组成，第一叶片27间相互平行，与水平面夹角为20°～40°，以保证入口大抽速的实现。相应的，如图5所示，为涡轮级定子三维效果图，涡轮级定子包括间隔环28和单级涡轮定子29，间隔环28用来固定单级涡轮定子29位置，其中，单级涡轮定子29为闭式层状结构，第三叶片30由沿着圆周方向排列的扭制或铣制叶片组成，第三叶片30间相互平行，与水平面夹角为20°～40°。

复合转子体可设为一体合成或分体设置，本实施例是采用分体设置，可采用如下结构：圆盘可嵌合于光面圆套筒的内侧壁底端设有的槽内，光面圆套筒的外侧下端设有突出的卡环，旋涡级转子的圆筒形内侧底部设有卡槽，卡环与卡槽相互适配固定，其各级间连接采用热过盈连接。

旋涡级定子为层状圆环结构，每个圆环下表面沿周向的至少一部分开设有环状槽，槽截面为圆弧形状，相邻圆环环状槽对向配合形成的槽口与所述凸环相互适配，凸环插入环状槽配合形成的槽口内，槽口与凸环之间有缝隙，第二叶片置于环状槽的槽内空腔。沿周向的剩余部分设置有凸台气流阻挡块，凸台气流阻挡块的第一侧开设有沿圆环厚度方向贯通的气体通道，每一个圆环的气体通道均位于相应凸台气流阻挡块的第一侧，相邻圆环中，下一级圆环的凸台气流阻挡块位于上一级圆环的气体通道的第一侧。气体通道与凸台气流阻挡块的总体宽度小于圆环总周长/(N-1)，从上至下各级气体通道与凸台气流阻挡块保持顺时针或逆时针同向布置，这样有利于气流形成旋涡。

具体，层状圆环由上而下分别为第一级旋涡级定子至第N级旋涡级定子，凸环的个数比旋涡级定子个数少一；第一级旋涡级定子凸台气流阻挡块旁的气体通道为旋涡级进气口，第二至第N-1级旋涡级定子凸台气流阻挡块旁的气体通道为旋涡级级间排气口，第N级旋涡级定子凸台气流阻挡块旁的气体通道为旋涡级排气口，旋涡级排气口连通排气口。如图6至图10所示，图6和图7分别为第一级旋涡级定子和第二级旋涡级定子朝上的二维平面图，其中包括旋涡级进气口31、第一凸台气流阻挡块32、第二凸台气流阻挡块33和旋涡级级间排气口34，两级定子同轴安装与转子叶片形成气体通道，通过牵引级导流槽的气体通过旋涡级进气口31进入到气体通道中，然后通过叶片高速旋转对气体产生巨大搅动作用，最后将气体排出。其中各级旋涡定子安装时需要注意相邻两级凸台气流阻挡块位置对应，以保证气体顺利通过各级进排气口，其中，图8为在图6中在A-A处朝下的纵截面结构示意图，图9为在图6中在B-B处朝下的纵截面结构示意图，图10为在图6中在C-C处朝下的纵截面结构示意图。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种多级高真空干泵，其特征在于，其包括转子组装体、各级定子、电机、底座和外壳，其中，所述转子组装体包括套装固定在所述电机的主轴上端的涡轮级转子和复合转子体；所述复合转子体包括由内向外依次固定连接的盘型牵引级转子、筒式牵引级转子、旋涡级转子；所述各级定子由内向外包括涡轮级定子、复合定子一、复合定子二和旋涡级定子，并分别与所述转子组装体的涡轮级转子、盘型牵引级转子、筒式牵引级转子、旋涡级转子对应设置；所述底座固定于所述各级定子与转子组装体下方，所述电机固定于所述底座上，所述外壳固定连接于所述旋涡级定子与所述底座的外侧，所述外壳一侧设有排气口，所述涡轮级转子的上方设有入口；

其中，所述盘型牵引级转子包括固定连接的梯形台和圆盘，所述圆盘的上表面开设有形状为圆弧线或阿基米德螺旋线的牵引风流槽，所述盘型牵引级转子通过中间设置的通孔套在所述主轴上；

所述筒式牵引级转子为光面圆套筒，其内侧下端固定连接所述圆盘，所述光面圆套筒的外侧下端固定连接于所述旋涡级转子的内侧下端；

所述旋涡级转子为圆筒形，其外侧壁由上至下设有若干个沿轴向向下逐渐变小的凸环，凸环上伸出环状渐薄肋壁，所述肋壁上开有多个第二叶片，所述第二叶片间相互平行，所述第二叶片为矩形或弓形；

所述的旋涡级定子为多层圆环，每个圆环上表面或下表面或上下表面沿周向的至少一部分开设有环状槽，沿周向的剩余部分设置有凸台气流阻挡块，所述凸台气流阻挡块的第一侧开设有沿圆环厚度方向贯通的气体通道，每一个圆环的气体通道均位于相应凸台气流阻挡块的第一侧，相邻圆环中，下一级圆环的凸台气流阻挡块位于上一级圆环的气体通道的第一侧，所述相邻圆环的环状槽对向配合形成的槽口与所述凸环相互适配，所述凸环插入所述环状槽配合形成的槽口内，所述槽口与所述凸环之间有缝隙，所述环状槽的槽内空腔设有第三叶片。

2.如权利要求1所述的多级高真空干泵，其特征在于，所述涡轮级转子为闭式叶片层状分体结构，每一层设有沿着圆周方向排列的多个第一叶片，所述第一叶片间相互平行，并与水平面成20°～40°夹角。

3.如权利要求1所述的多级高真空干泵，其特征在于，所述复合转子体为一体合成或分体设置，所述分体设置时，所述光面圆套筒的内侧壁底端设有与所述圆盘嵌合的槽，所述光面圆套筒的外侧壁下端设有卡环，所述旋涡级转子的圆筒形内侧底部设有卡槽，所述卡环与所述卡槽相互适配连接。

4.如权利要求1所述的多级高真空干泵，其特征在于，涡轮级定子包括多个间隔环和对应的多个单级涡轮定子，每个所述间隔环固定于所述单级涡轮定子的外侧，所述单级涡轮定子设有沿着圆周方向排列多个第三叶片，所述第三叶片间相互平行，并与水平面成20°～40°夹角，所述单级涡轮定子的数量比所述涡轮级转子的级数少一。

5.如权利要求1所述的多级高真空干泵，其特征在于，所述复合定子一包括固定连接的盘型牵引级定子和第一级筒式牵引级定子，其中，所述盘型牵引级定子为光面的圆盘，该圆盘中心设有便于所述主轴和所述复合转子体安装的通孔；所述第一级筒式牵引级定子为圆套筒，所述圆套筒的表面设有螺旋槽，所述螺旋槽为阿基米德螺旋线或圆弧线，所述复合定子一与所述涡轮级定子连接。

6.如权利要求1所述的多级高真空干泵，其特征在于，所述的复合定子二为圆套筒结构，所述圆套筒的表面开设有螺旋槽，所述螺旋槽为阿基米德螺旋线或圆弧线，所述复合定子二与所述复合定子一固定连接。

7.如权利要求1所述的多级高真空干泵，其特征在于，所述高真空干泵还包括水冷座，所述水冷座设于所述转子组装体与底座之间，所述水冷座底面设有涡状沟槽。

8.如权利要求1-7中任一项所述的多级高真空干泵，其特征在于，所述多级高真空干泵的入口处设有过滤网；所述底座的下端外侧设有散热片。