CN1103871C - 适于在涡轮分子泵上游、靠近并且同心使用的吸气泵 - Google Patents
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Abstract
一种吸气泵它特别适于在相对涡轮分子泵而言的上游、靠近并且同心地使用，而且包括在圆筒形芯子(10)内部的一个吸气装置(20)，所述吸气装置(20)由一个具有弯部(18，18a)的连续线圈状金属线制成，或者由一些在两个端部(22)之间相互串联的曲折形部分做成，以致于分布在一个环形周边区域中并且相对于所述芯子(10)同心，还涂敷一个粉末状非挥发吸气材料的多孔烧结层。所述芯子(10)被插入一个钢质圆筒(30)中，圆筒的一侧固定在待抽空小室上，而另一侧被固定在一台涡轮分子泵上。吸气装置(20)可从外界通过所述端部(22)直接供应电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸气泵，它特别适于相对于一台涡轮分子泵在上游、靠近并且同心地使用。
背景技术
吸气泵为静态泵，也就是说没有机械运动部件，而且工作建立在活性气体例如氧、氢、水和碳氧化物被非挥发吸气材料(在本领域中通称为NEG材料)制成元件化学吸附的基础之上。主要的NEG材料是锆和钛基合金。
用来在一个封闭环境中产生和保持高度真空的吸气泵几乎总是与其他泵联合工作；尤其是，第一高压抽吸级由机械泵例如旋转或扩散泵执行，而与化学一离子、低温或涡轮分子泵联合工作的吸气泵可用于达到高度真空。
吸气泵与涡轮分子泵的组合特别有利。实际上，在气体的分子量减少时涡轮分子泵的效率降低，因此，对于氢来说它们效率低下，而氢是在中等真空范围抽吸系统中主要造成剩余压力的气体之一，并且在压强低于10-9hPa(百帕)时成为主要剩余气体。与此相反，吸气泵在抽吸氢，尤其是温度范围从室温至大约300℃的氢方面特别有效。因此，根据在系统中出现或者无论如何要去除的气体的不同特性，组合一台吸气泵和一台涡轮分子泵，对于解决抽空一个小室的问题来说是一种最佳办法。尤其是，在被抽空小室是一个用于高度真空作业的工作小室，例如是一个半导体工业的工艺机械小室情况下，这种组合是十分优越的。
当这两台泵串联安置，而且吸气泵相对于涡轮分子泵处于上游时，这些优点大体上达到最大限度。然而，迄今这两台泵从未被串联安置，而总是通过法兰安装在被抽空小室的两个不同开口上，以避免下列问题和缺陷：
-构成此泵的吸气元件通常用压实NEG材料粉末的方法制造；因此吸气泵容易损失粉粒，这些粉粒可能冲击涡轮分子泵叶片并使它们损坏，或者到达该泵的转子和定子之间使泵粘住；
-将一台吸气泵置于被抽空小室和涡轮分子泵之间，通常导致气体到达后者的传导性降低；
-当吸气泵正在工作时，非挥发性吸气材料必需保持在大约200-300℃的温度；为此目的，迄今用照射法加热它，该照射可从此泵内部借助于灯泡或者缠绕在普通陶瓷支座上的细丝电阻进行，或者从此泵外部借助于安置在泵体上的适当加热构件进行；于是，涡轮分子泵温度的上升可能也会产生，其导致叶片的膨胀超出泵正常工作可以接受的公差范围(甚小)。反之，增大泵之间的距离或者在中间加入热屏蔽以便减少涡轮分子泵温度升高效应，将会导致气流传导的不可接受的降低。
另一个缺点尽管不如上文指出的那些重要，也是一个事实，由于采用上文所述的加热系统，在吸气泵上必需配置热电偶来量测工作材料的温度，从而必需解决导线需从真空环境穿出的有关复杂气密性问题。
发明内容
本发明的一个目的是克服上文提及的缺点，为此提出如下技术方案：相对于一台涡轮分子泵而言，在上游靠近并且同心地安置一台吸气泵，形成与被抽空小室和涡轮分子泵相连的结构方式，从而减少粉粒损失，使传导系数损失最小，还使涡轮分子泵的直接温度升高最小，最终保证该组件的抽吸效率得到改善。
此外，根据本发明，通过从泵外部直接测量其具有良好再现性的电阻，可测定吸气泵温度，于是不再需要使用热电偶或贯穿泵体的导线。
附图说明
本发明吸气泵的上述和其他目的，优点和特性由权利要求1确定，下面将结合附图，详细介绍一个作为非限定性实例的最佳实施例，使它们更加明确，其中：
图1a画出钢外壳或者说短管的剖视图，本发明吸气泵将插入其中，所述吸气泵被描绘在图1b中，也呈剖视图形式，并与图1a结构靠近；
图2画出组装后的吸气泵，它相当于图1a和1b的总成；
图3为图2总成的左侧视图；
而图4为同一总成的右侧视图。
具体实施方式
参照附图，根据本发明的吸气泵由一个大体呈圆筒形的芯子10构成，芯子10具有两个相互平行而且排列在所述圆筒相对端部的金属法兰12、12a，所述法兰相对于该泵同心并处于泵体外部，而且被固定在芯子10的内壁上。法兰12固定于由一个细长金属元件制成的实际吸气装置的相对端部，所述细长金属元件已涂上吸气材料，最好为曲折形或者线圈形，而且带有与法兰12和12a上的安装和热绝缘点16和16a相应的多个弯部18或者说转弯区域。因此，吸气装置20位于芯子10的边缘区域，并具有大致呈环形套筒状的外廓，而且所有吸气元件被安置在芯子10的内壁附近，以便使在此通过的气流传导系数或者说通道面积的减少达到最小。值得注意的是，吸气装置20可由一组在安装点16、16a顺序连接在一起并固定到法兰12、12a上的吸气元件制成，也可由一个单片曲折或线圈形元件制成。在这两种情况下，为吸气装置提供的单片连续吸气元件20或者串接在一起的多个元件，被制成一个细线状金属芯，该金属芯最好但不是必需地做成如同一个螺旋弹簧的形状，它的中心线与抽吸造成的流向重合。可将吸气材料涂敷在所述线状金属芯上，其方法为：将后者插进一个适当模具内，把符合需要的吸气材料粉末倒入模具，然后烧结模具内的粉末，例如把它放入烘炉之中。可以使用许多种不同的吸气材料，通常包括钛和锆；它们的合金，其中含有从过渡金属和铝中挑选出的一种或多种元素；还有一种或多种这样合金与钛和/或锆的混合物；而且最好使用钛和钛-钒合金。这些材料最佳，是因为粉末易于烧结，还因为在维持多孔性以致于能保证优良吸附能力的同时，用这些材料制成的吸气元件具有良好的机械性能而且没有粉粒损失。
无论如何，对于由一个具有多个“U”形弯部的单片连续元件以及由许多不同元件的串联排列，例如呈曲折排列的元件制成的两种吸气装置20而言，吸气装置20都具有两个相互邻近并且位于芯子10同一侧的端部22，在此处元件20的连续被中断。端部22相互平行地从芯子10的一侧伸出，以便插入一个供电盒24之中，所述盒24位于被抽空小室和涡轮分子泵(未画出)之间的机壳30或者说连接“短筒”内部，该短筒将在下文中参照图1进行描述。所述连接短筒30是一个不锈钢制成的圆筒，其直径稍大于芯子10的外直径，在其端部装备着两个具有通孔的法兰32和34，这些通孔是为固定件例如螺钉和螺栓提供的。盒24被安置在远离芯子10插入时通过的法兰32处，以便一旦组装完成，插入其中的端部22如同一个灯座中的插头。在接近法兰34的相对侧面上，盒24具有一对朝外的接线柱26，外部供电导线就连接在上面，这在图4中看得更为清楚。
根据本发明的吸气泵特别适于在涡轮分子泵的上游和附近使用，它装备着上游和下游阀两者(未画出)，从而在一些需要移动、更换或维护该吸气泵的时间里，允许所述泵与待抽空小室、与涡轮分子泵或与这两者都隔离。
例如，在移动该泵或者将其装入工作位置时，吸气泵的上游和下游阀两者均被关闭。在对涡轮分子泵进行维修作业的情况下，或者在尽管系统通常也需要涡轮分子泵但使用吸气泵就已足够的一些特殊工艺步骤中，使上游阀(朝向待抽空小室)开启而朝向涡轮分子泵的阀关闭是有用的。
反之，使吸气泵与工作小室隔离而朝向涡轮分子泵的阀开启对于吸气泵再生可能是有用的。事实上，吸气泵再生对于氢吸附(它是一种平衡现象)是特别有用的；在温度降低时以及在周围系统中氢的分压力增加时由一种吸气材料吸附的氢数量会增加。因此，借助于增加已吸附大量氢的吸气剂的温度，以及借助于在抽吸状态工作，例如在这种情况下通过使用一台涡轮分子泵，就能从吸气剂中排出气体从而使其再生。
然而，当在过高气体压力下工作时，涡轮分子泵可能会因过热而损坏，这种情况在吸气泵再生期间可能发生。为了防止这一缺点，可缓慢地加热该吸气元件(或者是多个元件)，以致于氢压力也是慢慢增大，而且就涡轮分子泵的抽气率而论，使氢压力不达到临界压力。除此之外，还可降低在吸气泵和涡轮分子泵之间的传导系数，只要操作安置在其间的阀门即可。
应该注意，如上所述，由于该产品已在高温烘炉中烧结，涂敷在元件20上的吸气材料粉粒损失很小。因此，与现有技术吸气泵不同，此吸气泵和涡轮分子泵可串联安置。
另外，在通过直接量测元件20内部细丝的电阻来间接测定温度方面，应该注意，由于支承吸气材料的内部细丝以及涂在上面的吸气粉末是由具有高度再现性的受控过程生产出来的，所获得的适当R-T曲线具有特别小的容许偏差。因此，不用热电偶就能获得吸气装置的温度值。
最后，由于该吸气泵被直接通过的连续气流加热，被涡轮分子泵吸收的热很少，其仅仅是在真空环境中吸气元件的放热，该放热比一个灯泡的放热少得多。
Claims (7)
1.一种吸气泵，它包括一个非挥发吸气装置(20)，所述装置(20)由一个线圈状或曲折状的细长线形金属元件制成，而且用烧结法将多孔非挥发吸气材料涂敷在所述金属元件上，其特征在于，所述吸气装置(20)位于一个圆筒形芯子(10)的环形周边区域，所述芯子(10)同心地组装在一个钢质圆筒结构(30)内部，所述圆筒结构(30)被安置在一个待抽空工作小室和一台涡轮分子泵之间，而且所述吸气装置(20)由直接供应到所述线形金属元件的电流加热。
2.根据权利要求1的吸气泵，其特征在于，所述吸气装置(20)由一个单片连续元件制成，所述元件在两个邻近端部(22)之间延伸，并且借助于多个弯部(18，18a)或者说曲折转弯区域，形成一个相对于所述芯子(10)内表面而言邻近而且同心的大致圆筒表面。
3.根据权利要求1的吸气泵，其特征在于，所述吸气装置(20)由一系列呈曲折排列的元件制成，所述元件在多个弯部(18，18a)处连接在一起，并开始和终结于两个邻近端部(22)，从而形成一个相对于所述芯子(10)内表面而言邻近而且同心的大致圆筒表面。
4.根据权利要求2或3中任何一项的吸气泵，其特征在于，位于相对侧面上的所述弯部(18，18a)通过固定装置(16，16a)交替地固定在相应的法兰(12，12a)上，而所述法兰(12，12a)相互平行地组装在所述芯子(10)的相对基座附近。
5.根据权利要求2或3的吸气泵，其特征在于，所述端部(22)分离并在芯子(10)的同一侧相互间隔一个距离，从而制成两个平行插头。
6.根据权利要求5的吸气泵，其特征在于，在所述圆筒结构(30)内部有一个供电盒(24)，盒(24)上带有一个用来插入所述插头的插座，当芯子(10)被装入所述圆筒结构内部时，被用来安装与外部电源相连的电导线的接线柱(26)。
7.根据权利要求1的吸气泵，其特征在于，它包括上游和下游隔离阀，所述上游隔离阀朝向所述待抽空工作小室，而所述下游隔离阀朝向所述涡轮分子泵。
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