CN113565776A - 涡轮分子泵及涡轮分子泵的定子 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可抑制由气体分子逆流引起的排气性能下降的涡轮分子泵及涡轮分子泵的定子。涡轮分子泵包括：多段的转子翼，形成有多个叶片，并设置于泵轴向上；以及多段的定子翼(30)，相对于多段的转子翼在泵轴向上交替地配置，并设置有多个叶片(301)，各段的定子翼(30)包括多个分割定子翼(30a、30b)，在多个分割定子翼(30a、30b)的相向部形成有间隙(305)，在泵轴向上邻接的各段的定子翼(30)中，间隙(305)的周向相位相互偏移。

Description

涡轮分子泵及涡轮分子泵的定子

技术领域

本发明涉及一种涡轮分子泵及涡轮分子泵的定子。

背景技术

涡轮分子泵通过使形成有涡轮叶片的多段的转子翼相对于形成有涡轮叶片的多段的定子翼高速旋转，而将从泵的进气口流入的气体分子向泵的排气口排出。由于装配上的制约，各段的定子翼包含分割成半圆形状的两片一组的分割定子翼(例如，参照专利文献1)。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2014-37808号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

定子翼以由上下一对的间隔环夹持的方式组装，但此时，以一对分割定子翼彼此不重叠的方式配置，因此在分割定子翼彼此之间产生微小的间隙。所述间隙允许气体分子从排气侧向进气侧逆流，因此是排气性能下降的因素之一。

[解决问题的技术手段]

基于本发明的形态的涡轮分子泵包括：多段的转子翼，形成有多个叶片，并设置于泵轴向上；以及多段的定子翼，相对于多段的所述转子翼在泵轴向上交替地配置，并设置有多个叶片，各段的所述定子翼包括多个分割定子翼，在所述多个分割定子翼的相向部形成有间隙，在泵轴向上邻接的各段的所述定子翼中，所述间隙的周向相位相互偏移。

基于本发明的形态的涡轮分子泵的定子是包括转子及定子的涡轮分子泵的所述定子，所述转子具有形成有多个叶片并设置于泵轴向上的多段的转子翼，所述定子具有相对于多段的所述转子翼在泵轴向上交替地配置，并设置有多个叶片的多段的定子翼，且所述涡轮分子泵的所述定子中，各段的所述定子翼包括多个分割定子翼，在所述多个分割定子翼的相向部形成有间隙，在泵轴向上邻接的各段的所述定子翼中，所述间隙的周向相位相互偏移。

[发明的效果]

根据本发明，可抑制由气体分子的逆流引起的排气性能下降。

附图说明

图1是示意性地表示涡轮分子泵的概略结构的剖面图。

图2是第N段的定子翼的平面图。

图3是表示第N段及第N+1段的定子翼的图。

图4是对针对逆流分子的效果进行说明的图。

图5是表示组装相位一致的比较例的图。

图6是表示多个定子翼的组装相位的一例的图。

图7是表示多个定子翼的组装相位的另一例的图。

图8是对定位机构进行说明的图。

图9是表示图8的C-C剖面的图。

[符号的说明]

1：涡轮分子泵

3：底座

4：旋转体

4a：泵转子

4b：轴

10：马达

30：定子翼

30a、30b：分割定子翼

31：定子圆筒部

33、33a～33c：间隔环

34、35、36：磁轴承

37a、37b：机械轴承

38：排气端口

40：转子翼

41：转子圆筒部

50：螺栓

301、401：叶片

302：内肋

303：外肋

305：间隙

331：翼载置部

332、333：销孔

DP：牵引泵段

G：气体分子

h：高度

P1、P2：销

TP：涡轮泵段

具体实施方式

以下，参照图对用于实施本发明的形态进行说明。图1是示意性地表示涡轮分子泵1的概略结构的剖面图。再者，在本实施形态中以磁轴承式的涡轮分子泵为例进行说明，但本发明不限于磁轴承式，也能够应用于各种涡轮分子泵。

涡轮分子泵1具有：涡轮泵段TP，包括多段的定子翼30及多段的转子翼 40；以及牵引泵段DP，包括定子圆筒部31及转子圆筒部41。在图1所示的例子中，涡轮泵段TP包括8段的定子翼30及9段的转子翼40，但各段数并不限定于此。在牵引泵段DP中，在定子圆筒部31或转子圆筒部41形成有螺纹槽。转子翼40及转子圆筒部41形成于泵转子4a。泵转子4a通过多个螺栓50而紧固于作为转子轴的轴4b。通过利用螺栓50将泵转子4a与轴4b紧固并成为一体，来形成旋转体4。

多段的定子翼30的各者包括对开形状的一对分割定子翼(图2的符号30a、符号30b)。多段的定子翼30是相对于在泵转子4a的轴向上所设置的多段的转子翼40交替地配置。各定子翼30经由多个间隔环33而层叠于泵轴向上。轴 4b由设置于底座3的磁轴承34、磁轴承35、磁轴承36磁悬浮支撑。虽然省略了详细的图示，但各磁轴承34～磁轴承36包括电磁铁及位移传感器。通过位移传感器来检测轴4b的浮起位置。

将泵转子4a与轴4b螺栓紧固的旋转体4通过马达10旋转驱动。在磁轴承未工作时，轴4b由紧急用的机械轴承37a、机械轴承37b支撑。当利用马达10 使旋转体4高速旋转时，泵进气口侧的气体是利用涡轮泵段TP及牵引泵段DP 依次排出，并从排气端口38排出。在排气端口38连接有辅助泵。

图2、图3是对定子翼30进行说明的图。图2是从8段内的泵进气口侧(进气侧)起第N段的定子翼30的平面图。图3是第N段及第N+1段的定子翼30 的平面图。如图2所示，由于装配上的制约，定子翼30包括分割成半圆形状的两片一组的分割定子翼30a、分割定子翼30b。分割成半圆形状的分割定子翼 30a、分割定子翼30b空开间隙305地呈圆形形状配置。各分割定子翼30a、分割定子翼30b包括：形成为放射状的多个叶片301、设置于叶片301的内周侧的圆弧状的内肋302、以及设置于叶片301的外周侧的圆弧状的外肋303。再者，在图2所示的例子中，在分割定子翼30a、分割定子翼30b设置有内肋302及外肋303此两者，但也可为设置有任一者的结构。

在将多段的定子翼30如图1所示那样组装时，将一对分割定子翼30a、分割定子翼30b载置于间隔环33上，在所述分割定子翼30a、分割定子翼30b的外肋303上载置上侧(进气侧)的间隔环33。分割定子翼30a、分割定子翼30b 是以外肋303由上下一对的间隔环夹持的方式受到支撑。分割定子翼30a、分割定子翼30b被要求组装成它们的周向两端不重叠。因此，如图2所示，定子翼30是以在分割定子翼30a、分割定子翼30b之间产生间隙305的状态组装。

图3是对多段的定子翼30的组装相位进行说明的图，且是从进气侧观察第 N段及第N+1段的定子翼30(分割定子翼30a、分割定子翼30b)的平面图。所谓实施形态中的定子翼30的组装相位，是表示定子翼30的一对分割定子翼 30a、30b的组装方式的指标，具体而言，是间隙305相对于成为基准的位置的旋转角度。在图3所示的例子中，以第N段的定子翼30的间隙305的位置为基准，第N+1段的定子翼30的间隙305的位置的相位逆时针地偏移了旋转角度(+θ)(以下，将逆时针方向的相位偏移作为正)。即，第N+1段的定子翼30 相对于第N段的定子翼30的组装相位成为+θ。

图4表示图2的A-A剖面，且是对使如图3那样邻接的一对(第N段及第 N+1段)的定子翼30错开组装相位＝+θ时的、针对逆流分子的效果进行说明的图。如后所述，在图3、图4中，组装相位＝+θ被设定为第N+1段的转子翼40 的一间距角度θ1的约2倍。

如图3所示，第N段的定子翼30与第N+1段的定子翼30的相位偏移了+θ，因此分割定子翼30a与分割定子翼30b之间的间隙305在周向(图4的左右方向)上偏移。第N+1段的定子翼30的间隙305相对于第N段的定子翼30的间隙305向图4的右方偏移。

如图4所示，考虑排气侧的气体分子G通过第N+1段的定子翼30的间隙 305而逆流的情况。通过了定子翼30的间隙305的气体分子G的移动方向分布成为偏向泵轴向的分布。因此，通过了第N+1段的定子翼30的间隙305的气体分子G的大部分沿着泵轴向图示上方行进。若也存在向图示上方行进的气体分子G与旋转的转子翼40的叶片401碰撞的情况，则也有时通过叶片401与叶片401之间而到达第N段的定子翼30。

在图4所示的例子中，使第N段及第N+1段的定子翼30的组装相位错开了+θ，因此第N段的定子翼30的间隙305与第N+1段的定子翼30的间隙305 不相向。因此，到达第N段的定子翼30的气体分子G与叶片301碰撞，向进气侧的逆流得到阻止。与叶片301碰撞的气体分子G是通过包括定子翼30及转子翼40的涡轮泵段TP的排气作用而向排气侧排出。

如此，通过使第N段的定子翼30的间隙305与第N+1段的定子翼30的间隙305错开相位+θ，而阻止在第N+1段的定子翼30的间隙305中逆流的气体分子G的大部分利用第N段的定子翼30向进气侧的移动。其结果，可抑制由气体分子G的逆流引起的排气性能下降。在气体流量越大的情况下，此种排气性能下降的抑制效果越显著。

图5是表示作为比较例的间隙305的相位一致的情况的图。在此情况下，沿轴向通过了第N+1段的定子翼30的间隙305的气体分子G容易通过第N段的定子翼30的间隙305而向进气侧逆流。即，当邻接的定子翼30的组装相位θ在各段一致时(N＝0)，逆流的影响变大，从而会产生排气性的下降。

若邻接的段的定子翼30的相位偏移，则无论其错开方式如何均可获得上文所述的逆流抑制效果。在图4所示的例子中，将组装相位θ(＝+θ)的大小设定为第N+1段的转子翼40的一间距角度θ1的约2倍，但组装相位θ的大小优选为设定得大于第N+1段的转子翼40的一间距角度θ1。当组装相位θ的大小小于第N+1段的转子翼40的一间距角度θ1时，通过了叶片401间的气体分子G 通过第N段的定子翼30的间隙305而向排气侧逆流的概率变高。

关于多段的定子翼30，若于在上下的段方向上邻接的定子翼30之间相位偏移，则可抑制气体分子的逆流。例如，作为使邻接的定子翼30分别以相位θ错开的方法，可为图6、图7中的任一者。在图6所示的例子中，相对于第N 段的定子翼30，第N+1段～第N+3段的定子翼30的组装相位依次成为逆时针地+θ、+2θ、+3θ，在每一段中相位向逆时针方向各偏移了+θ。另一方面，在图 7所示的例子中，第N段及第N+2段为同相位(θ＝0)，将第N+1段及第N+3段的组装相位设定为+θ。在任何情况下，关于排气性能下降均可获得同样的抑制效果。另外，当将邻接的定子翼30的相位设定为θ＝90度(deg)时，即，当在图7中设定为θ＝90度时，成为装配作业性优异的配置。

(定位机构)

如图6、图7所示，在使多段的定子翼30的各者以一定的相位θ错开的情况下，当设置如图8、图9所示的定位机构时，可实现作业性的提高或组装错误的防止。图8是从泵进气口侧观察用来载置第N段、第N+1段及第N+2段的定子翼30(分割定子翼30a、分割定子翼30b)的间隔环33(33a、33b、33c) 的平面图。图9是交替地层叠的定子翼30及间隔环33a、间隔环33b的C-C剖面图。再者，在图8、图9中，将组装相位设为-θ，由双点划线表示分割定子翼30a、分割定子翼30b。即，第N+1段及第N+2段的定子翼30(分割定子翼30a、分割定子翼30b)相对于第N段的定子翼30(分割定子翼30a、分割定子翼30b) 相位分别偏移了-θ、-2θ。

在各间隔环33(33a～33c)设置有用于对分割定子翼30a、分割定子翼30b 进行定位的销P1、销P2。如图9所示，销P1设置于间隔环33上所形成的翼载置部331的进气侧的面上，销P2设置于翼载置部331的排气侧的面上。销 P1、销P2是以打入至翼载置部331上所形成的销孔332、销孔333的方式设置。销P1、销P2的露出部的高度h设定得小于分割定子翼30a、分割定子翼30b 的外肋303的厚度尺寸。

当在间隔环33b上载置第N+1段的定子翼30(分割定子翼30a、分割定子翼30b)时，如图8所示，在销P1的图示左侧的翼载置部331载置分割定子翼 30a，在销P1的图示右侧的翼载置部331载置分割定子翼30b。分割定子翼30a、分割定子翼30b的组装相位是通过销P1设定。接着，如图9所示，在第N+1 段的定子翼30(分割定子翼30a、分割定子翼30b)的外肋303上载置间隔环 33a。此时，以间隔环33a的翼载置部331的排气侧的面上所设置的销P2进入至第N+1段的定子翼30的间隙305的方式载置间隔环33a。

其后，在间隔环33a的销P1的图示左侧的翼载置部331载置第N段的分割定子翼30a，在销P1的图示右侧的翼载置部331载置第N段的分割定子翼 30b。其结果，相对于第N段的定子翼30，以组装相位(-θ)组装有第N+1段的定子翼30。如此，通过在间隔环33以相位差(180-θ)度设置销P1、销P2，能够以相位差(-θ)容易地组装邻接的段的定子翼30。

由本领域技术人员理解，上文所述的例示的实施形态为以下的具体例。

[1]一形态的涡轮分子泵包括：多段的转子翼，形成有多个叶片，并设置于泵轴向上；以及多段的定子翼，相对于多段的所述转子翼在泵轴向上交替地配置，并设置有多个叶片，各段的所述定子翼包括多个分割定子翼，在所述多个分割定子翼的相向部形成有间隙，在泵轴向上邻接的各段的所述定子翼中，所述间隙的周向相位相互偏移。

例如，如图2所示，定子翼30包括分割成半圆形状并且空开间隙305地呈圆形形状配置的一对分割定子翼30a、30b。而且，第N+1段的定子翼30的组装相位(即周向相位)相对于邻接的第N段的定子翼30的组装相位向逆时针地偏移了角度(+θ)。即，第N段及第N+1段的定子翼30的间隙305的周向相位相互偏移了角度θ。如此，通过使邻接的定子翼30的组装相位错开，可抑制气体分子的逆流，从而可抑制排气性能的下降。

再者，在上文所述的实施形态中，将定子翼30分割成半圆形状的两个分割定子翼30a、30b，但也可分割成三个以上的扇形形状的分割定子翼。在此情况下，会在经组装的定子翼30产生与分割数为相同数量的间隙305，但通过与3 分割的情况同样地在相邻的段使组装相位错开，可发挥与2分割的情况同样的效果。

[2]在所述[1]所记载的涡轮分子泵中，所述转子翼包括在周向上以规定间隔配置的多个叶片，当将在所述转子翼的周向上相邻的叶片所成的角度设为一间距角度时，在泵轴向上邻接的各段的所述定子翼的所述周向相位的相位偏移量设定得大于所述一间距角度。

例如，当组装相位θ的大小小于第N+1段的转子翼40的一间距角度θ1时，通过了叶片401间的气体分子G通过第N段的定子翼30的间隙305而向排气侧逆流的概率高。但是，通过如图4那样将组装相位θ设定得大于一间距角度θ1(约2倍)，可减小逆流的概率。可进一步提高排气性能下降的抑制效果。

[3]在所述[1]所记载的涡轮分子泵中，邻接的段的所述定子翼的所述周向相位的相位偏移量被设定为90度。在层叠定子翼30时，在每段中交替地错开90 度装配即可，因此装配作业性优异。

[4]在所述[1]至[3]中任一项所记载的涡轮分子泵中，包括多个间隔环，所述多个间隔环在泵轴向上与多段的所述定子翼交替地层叠，所述间隔环包括对在泵轴向上邻接的定子翼的周向相位进行定位的定位构件。

通过在间隔环33包括定位用的销P1、销P2，当在间隔环33b上载置第N+1 段的分割定子翼30a、分割定子翼30b时，在销P1的两侧配置分割定子翼30a、分割定子翼30b，当在第N+1段的分割定子翼30a、分割定子翼30b上载置间隔环33a时，以销P2插入至第N段的分割定子翼30a、分割定子翼30b的间隙 305的方式配置间隔环33a，由此第N段及第N+1段的分割定子翼30a、分割定子翼30b被自动地设定为相位偏移θ。因此，装配性优异，并且可确实地防止与组装相位相关的错误的发生。

在所述中对各种实施形态及变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想范围内考虑的其他形态也包含在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种涡轮分子泵，其中，包括：

多段的转子翼，形成有多个叶片，并设置于泵轴向上；以及

多段的定子翼，相对于多段的所述转子翼在泵轴向上交替地配置，并设置有多个叶片，

各段的所述定子翼包括多个分割定子翼，在所述多个分割定子翼的相向部形成有间隙，

在泵轴向上邻接的各段的所述定子翼中，所述间隙的周向相位相互偏移。

2.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其中，

所述转子翼包括在周向上以规定间隔配置的多个叶片，

当将在所述转子翼的周向上相邻的叶片所成的角度设为一间距角度时，在泵轴向上邻接的各段的所述定子翼的所述周向相位的相位偏移量设定得大于所述一间距角度。

3.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其中，

邻接的段的所述定子翼的所述周向相位的相位偏移量被设定为90度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮分子泵，其中，包括多个间隔环，

所述多个间隔环在泵轴向上与多段的所述定子翼交替地层叠，

所述间隔环包括对在泵轴向上邻接的定子翼的周向相位进行定位的定位构件。

5.一种涡轮分子泵的定子，是包括转子及定子的涡轮分子泵的所述定子，其中，所述转子具有形成有多个叶片并设置于泵轴向上的多段的转子翼，所述定子具有相对于多段的所述转子翼在泵轴向上交替地配置，并设置有多个叶片的多段的定子翼，且所述涡轮分子泵的所述定子中，

各段的所述定子翼包括多个分割定子翼，在所述多个分割定子翼的相向部形成有间隙，

在泵轴向上邻接的各段的所述定子翼中，所述间隙的周向相位相互偏移。

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