CN116391081A - 涡轮分子真空泵以及用于制造转子的方法 - Google Patents
涡轮分子真空泵以及用于制造转子的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116391081A CN116391081A CN202180069645.9A CN202180069645A CN116391081A CN 116391081 A CN116391081 A CN 116391081A CN 202180069645 A CN202180069645 A CN 202180069645A CN 116391081 A CN116391081 A CN 116391081A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- vacuum pump
- housing
- inner bowl
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 43
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 34
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 31
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 20
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 claims description 18
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 8
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 6
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 6
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 3
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 82
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 15
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WNEODWDFDXWOLU-QHCPKHFHSA-N 3-[3-(hydroxymethyl)-4-[1-methyl-5-[[5-[(2s)-2-methyl-4-(oxetan-3-yl)piperazin-1-yl]pyridin-2-yl]amino]-6-oxopyridin-3-yl]pyridin-2-yl]-7,7-dimethyl-1,2,6,8-tetrahydrocyclopenta[3,4]pyrrolo[3,5-b]pyrazin-4-one Chemical compound C([C@@H](N(CC1)C=2C=NC(NC=3C(N(C)C=C(C=3)C=3C(=C(N4C(C5=CC=6CC(C)(C)CC=6N5CC4)=O)N=CC=3)CO)=O)=CC=2)C)N1C1COC1 WNEODWDFDXWOLU-QHCPKHFHSA-N 0.000 description 1
- DFVKOWFGNASVPK-BWHPXCRDSA-N [cyano-(4-phenoxyphenyl)methyl] (1s,3s)-3-[(z)-2-chloro-3,3,3-trifluoroprop-1-enyl]-2,2-dimethylcyclopropane-1-carboxylate Chemical compound CC1(C)[C@H](\C=C(/Cl)C(F)(F)F)[C@@H]1C(=O)OC(C#N)C(C=C1)=CC=C1OC1=CC=CC=C1 DFVKOWFGNASVPK-BWHPXCRDSA-N 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D19/00—Axial-flow pumps
- F04D19/02—Multi-stage pumps
- F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
- F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/584—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/90—Coating; Surface treatment
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
- F05D2300/502—Thermal properties
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
一种涡轮分子真空泵(1)，其配置成将待泵送的气体从吸入孔(6)驱动到排放孔(7)，在该涡轮分子真空泵(1)中，面向所述定子(2)的能够被冷却的壳体(17)布置的、所述转子(3)的内碗(15)的表面具有高于所述转子(3)的与泵送气体流体连通的外表面(25)的发射率，并且/或者，面向所述转子(3)的内碗(15)布置的、所述定子(2)的能够被冷却的壳体(17)的表面具有高于所述转子(3)的与泵送气体流体连通的外表面(25)的发射率。
Description
技术领域
本发明涉及一种涡轮分子真空泵。本发明还涉及一种用于制造涡轮分子真空泵转子的方法。
背景技术
在封壳中产生高真空需要使用包括定子的涡轮分子真空泵，转子在定子中被驱动快速旋转，例如每分钟超过九万转的旋转。
在一些使用涡轮分子真空泵的方法如制造半导体或LED的方法中，可以在真空泵中形成沉积层。这种沉积会导致定子与转子之间的游隙受限，从而可能引起转子停止。沉积层事实上通过摩擦使转子升温，这会使其产生蠕变，随后可能开裂。
已知的做法是加热定子以避免反应产物在泵中凝结。然而，要注意确保转子的温度不超过特定的高阈值，以保持其机械强度。事实上，当温度升高时，尤其是铝超过150℃时，对转子离心力的机械阻力会降低。
真空泵工作温度的升高也意味着限制最大泵送气体流量以保持转子温度与其运行规范相符，因为要泵送的气体流量越大，真空泵升温就越多。
然而，这些对工作温度和最大气体流量的限制确实与产品预期相冲突。事实上，寻求尽可能地提高加热温度，以限制沉积物的形成，从而延长泵的使用寿命。同时，寻求最大限度地增加泵送气体的流量以提高生产率，尤其是重气体(例如氩气)的流量。
然而，重气体确实存在引起转子的加热进一步增大的缺点。事实上，转子的散热一方面是通过传递到分子(对流)来实现的，另一方面是通过红外辐射来实现的。然而，在泵送重气体的情况下，通过对流进行的热交换会大大减少。
此外，由于工艺气体可能具有很强的腐蚀性，因此可能有必要在转子上涂覆保护层(例如镀镍)来保护转子。然而，镍涂层具有大约为0.2的非常低的红外发射率。这种低发射率极大地限制了转子与其环境之间的热交换，从而限制了可泵送的最大气体流量。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种涡轮分子真空泵，其至少部分地解决了现有技术的缺陷。
为此，本发明的主题是一种涡轮分子真空泵，其构造成将待泵送的气体从吸入孔驱动到排放孔，该涡轮分子真空泵包括：
-定子，所述定子包括至少一个翅片级和构造成能够被冷却的壳体，
-转子，所述转子构造成在定子中旋转并且包括至少两个叶片级，叶片级和翅片级沿转子的旋转轴线轴向地彼此相继布置，并且所述转子包括面向定子的壳体布置的与旋转轴线同轴的内碗(internal bowl)，
-吹扫装置，所述吹扫装置配置成将吹扫气流注入位于定子壳体与转子内碗之间的间隙中，
其特征在于，至少在内碗表面的一部分上，面向定子的能够被冷却的壳体布置的转子的内碗表面具有高于与泵送气体流体连通的转子外表面的发射率，并且至少在内碗表面的一部分上，与泵送气体流体连通的转子外表面具有低于转子的内碗表面的发射率，
并且/或者，至少在定子的壳体表面的一部分上，面向转子的内碗布置的定子的能够被冷却的壳体的表面具有高于与泵送气体流体连通的转子外表面的发射率，并且至少在定子的壳体表面的一部分上，与泵送气体流体连通的转子外表面具有低于定子的壳体表面的发射率。
在辐射传递中，发射率对应于表面元件在给定温度发出的热辐射的辐射流量与基准值(即黑体在此同一温度发射的流量)之比。
内碗的大部分表面，例如内碗除定心表面之外的整个表面，和/或定子壳体的大部分表面，例如定子壳体除定心表面之外的整个表面，例如具有较高的发射率。
一个或多个高发射率表面具有例如大于或等于0.4的发射率。
与泵送气体流体连通的一个或多个表面可以具有小于0.3的发射率。特别地，与泵送气体流体连通的转子的外表面可具有防腐蚀保护涂层，例如镀镍层。
转子的具有高发射率表面的内部，并且仅所述内部，使得可以通过散热促进转子的辐射冷却。具有高发射率表面的在转子下方的定子壳体使得可以通过自身被冷却的壳体的辐射来促进转子的冷却。
涡轮分子真空泵可以包括配置成冷却定子壳体的冷却装置，和/或配置成加热包围转子的定子套筒的加热装置。
包围转子的定子套筒被加热，以避免在定子的内表面上形成沉积物。套筒与转子之间的热交换被低发射率的转子外表面减少，以免使转子升温。
在转子下方突出的定子壳体被冷却，以保护转子下方的电子部件和电机。转子内碗和/或定子壳体的高发射率表面促进壳体与转子之间的热交换，以便更好地冷却转子。
为了显著增强热交换，在不与泵送气体直接连接的区域中的位于运动部件和固定部件两者上的高发射率表面是优选的。
在转子内碗的端部与定子壳体之间的环形流导部的截面积例如小于或等于12mm2/1.69x 10-3Pa.m3/s的注入吹扫气体流量(12mm2/sccm)，以限制泵送气体进入位于定子壳体与转子内碗之间的间隙，并保护位于转子内碗与定子壳体之间的一个或多个发射率较高的表面。
吹扫气体的流量例如小于或等于0.0845Pa.m3/s(或50sccm)。
在运行中，由于一个或多个具有高发射率的表面，促进了在转子下方与定子壳体的热交换，从而增强了转子的辐射冷却。这些高发射率的表面不会遇到潜在具有腐蚀性的泵送气体，因为它们一方面受到在转子下方的间隙中循环的吹扫气体的保护，另一方面受到内碗端部处的环形流导部的保护。吹扫气体和环形流导部使得可以保护转子和/或定子的高发射率表面免受可能渗入转子下方的泵送气体的侵蚀。因此，只有受保护的表面被制成高发射性的，它们不会遇到或遇到很少的潜在腐蚀性的泵送气体。
此外，涡轮分子真空泵可以单独地或组合地包括下文描述的一个或多个特征。
转子的内碗和/或定子的壳体的一个或多个高发射率表面例如通过表面处理获得，例如通过阳极氧化或喷砂或开槽或纹理化(例如通过激光)或苏打处理获得。通过阳极氧化、苏打处理或激光纹理化对铝进行表面处理的优点是，能够以合理的成本获得发射率大于0.8的表面。
转子内碗和/或定子壳体的一个或多个高发射率表面可通过涂层沉积获得，例如
类型的等离子体沉积化学涂层或不含溶剂的涂料类型涂层，例如环氧聚合物涂层，更普遍地称为“环氧涂料”。只有转子内碗的表面尤其是霍尔维克裙部(Holweck skirt)的表面具有高发射率涂层的这一事实提供了以下优点：转子涂层的牢固度通过离心力的挤压作用得到加强。
涂层的厚度例如介于30μm与100μm之间。
涂层或表面处理部分例如具有无光泽的和/或深色的外观。
尤其可以提供若干表面处理部分和/或涂层，以增大转子和/或定子在间隙中的发射率。
涂层或表面处理部分优选不含溶剂。溶剂事实上在某些泵送应用中完全是待设定的，最好不要在真空泵中使用溶剂，以避免任何反向散射到要泵送的封壳中的风险。
吹扫装置可构造成在支承和引导转子的驱动轴的至少一个轴承处注入吹扫气流，使得吹扫气流在从定子壳体流出之前经过所述至少一个轴承。
涡轮分子真空泵可包括检测是否存在由吹扫装置注入的吹扫气体的传感器。
真空泵例如包括被接纳在定子中的、在壳体内或与壳体热接触的冷却装置，例如液压回路，以冷却定子的壳体。冷却装置例如通过常温水的循环例如可以将壳体的温度控制在小于或等于75℃的温度，例如70℃。
有利地，涡轮分子真空泵包括配置成通过红外辐射测量转子温度的温度传感器。温度传感器可放置在定子的壳体上，面向内碗的高发射率表面。
定子的加热装置例如是加热电阻带，其配置成将定子的套筒加热到设定温度，例如大于80℃，例如130℃。
根据一个示例性实施例，转子包括位于至少两个叶片级下游的霍尔维克裙部，霍尔维克裙部由光滑圆筒体形成，该光滑圆筒体构造成对着定子的用于泵送气体的螺旋沟槽旋转，面向定子壳体布置的内碗也由霍尔维克裙部的内部部分形成。
根据另一个示例，所述真空泵仅为涡轮分子泵：转子包括至少两个叶片级，但不包括霍尔维克裙部。
本发明的另一个主题是一种用于制造如前文所述的涡轮分子真空泵转子的方法，其中：
-对转子外表面进行处理以获得转子的除定心表面之外的高发射率表面，或者在转子上沉积涂层以获得转子的除定心表面之外的高发射率表面，然后
-通过遮盖转子的内碗，对旨在与泵送气体流体连通的转子外表面进行镀镍。
本发明的另一个主题是一种用于制造如前文所述的涡轮分子真空泵转子的方法，其中：
-对转子的包括内碗和霍尔维克裙部的第一部分进行表面处理以获得转子的第一部分的高发射率表面，或者在转子的包括内碗和霍尔维克裙部的第一部分上沉积涂层以获得转子的第一部分的高发射率表面，然后
-通过遮盖转子的内碗对转子的旨在与泵送气体流体连通的第一部分的表面进行镀镍，然后将转子的第一部分与转子的包括至少两个叶片级的镀镍的第二部分固定在一起。
本发明的另一个主题是一种用于制造如前文所述的涡轮分子真空泵转子的方法，其中，例如通过螺纹连接或过盈配合将形成具有高发射率表面的内碗的部件与转子本体组装在一起，转子本体一方面具有与内碗互补的凹形结构，另一方面包括至少两个叶片级。形成具有高发射率表面的内碗的部件例如由阳极氧化铝制成。
附图说明
在阅读以下对本发明的特定但非限制性实施例的描述以及附图后，其他优点和特征将变得显而易见，在附图中：
[图1]图1示出了根据第一示例性实施例的涡轮分子真空泵的轴向剖视图。
[图2]图2示出了涡轮分子真空泵转子的另一个示例性实施例的剖视图。
[图3]图3示出了涡轮分子真空泵转子的另一个示例性实施例的剖视图。
[图4]图4示出了根据另一个示例性实施例的涡轮分子真空泵的轴向剖视图。
在这些图中，相同的元件具有相同的参考标号。
具体实施方式
以下实施例为示例。尽管描述涉及一个或多个实施例，但这并不必然意味着每次谈及都涉及同一实施例，或者这些特征仅适用于单个实施例。还可以组合或交换不同实施例的简单特征以提供其他实施例。
“上游”应理解为是指相对于气体循环方向一个元件放置在另一个元件之前。另一方面，“下游”应理解为是指相对于待泵送气体的循环方向一个元件放置在另一个元件之后。
图1示出了涡轮分子真空泵1的第一示例性实施例。
涡轮分子真空泵1包括定子2，转子3构造成在其中以轴向旋转方式高速回转，例如大于每分钟九万转的旋转。
在图1的示例性实施例中，涡轮分子真空泵1被称为混合型：它包括涡轮分子级4和分子级5，分子级5在泵送气体的循环方向(图1中用箭头F1表示)上位于涡轮分子级4的下游。泵送气体通过吸入孔6进入，首先通过涡轮分子级4，然后通过分子级5，然后排放到涡轮分子真空泵1的排放孔7。在运行中，排放孔7连接到初级泵(primary pumping)。
环形输入凸缘8例如包围吸入孔6，以将真空泵1连接到需要降低压力的封壳。
在涡轮分子级4中，转子3包括至少两个叶片级9，并且定子2包括至少一个翅片级10。叶片级9和翅片级10在涡轮分子级4中沿转子3的旋转轴线I-I轴向彼此相继布置。转子3包括例如多于四个叶片级9，例如在四到十二个之间的级9(在图1所示的示例中为七个)。
转子3的每个叶片级9都包括倾斜的叶片，这些叶片沿大致径向方向远离转子3的轮毂11，轮毂11例如通过螺纹连接固定在真空泵1的驱动轴12上。这些叶片规则地分布在轮毂11的外周上。
定子2的每个翅片级10都包括冠环(crown ring)，在冠环的内周上规则分布的倾斜翅片沿大致径向方向远离该冠环。定子2的翅片级10的翅片接合在转子3的两个连续叶片级9的叶片之间。转子3的叶片9和定子2的翅片10是倾斜的，以将泵送的气体分子引导至分子级5。
转子3还包括内碗15，内碗15与旋转轴线I-I同轴并且面向定子2的壳体17布置，在转子3下方突出。在运行时，转子3在定子2中回转，并且内碗15与壳体17之间没有接触。
这里，在分子级5中，转子3还包括位于至少两个叶片级9下游的由光滑的圆筒体形成的霍尔维克裙部13，其对着定子2的螺旋沟槽14旋转。定子2的螺旋沟槽14使得可以压缩泵送气体并将其引导至排放孔7。则在转子3下方，面向定子2的壳体17布置的内碗15也由霍尔维克裙部13的内部部分形成。
转子3可单件式(整体式)制成，或者它可以是若干部件的组件。它例如由铝材和/或镍制成。
转子3例如通过螺纹连接固定到驱动轴12，由真空泵1的内部电机16驱动在定子2中旋转。电机16例如布置在定子2的壳体17中，壳体17本身布置在转子3的内碗15下方，驱动轴12穿过定子2的壳体17。
转子3由位于定子2中的、支承转子3的驱动轴12的磁性或机械轴承18a、18b侧向和轴向引导。例如，具有在定子2的壳体17的基部中支承和引导驱动轴12的第一端的第一轴承18a，以及支承和引导布置在壳体17的顶部处的驱动轴12的第二端的第二轴承18b。
其他电气或电子部件可被接纳在定子2的壳体17中，例如位置传感器或稍后将看到的检测是否存在吹扫气体的传感器。
壳体17构造成能够被冷却，以便能够持续地冷却它所容纳的元件，例如特别是轴承18a、18b、电机16和其他电气或电子部件，以便允许它们运行。为此，真空泵1包括例如冷却装置19，该冷却装置19配置成冷却定子2的壳体17，其例如被接纳在定子2中且位于壳体17内或与壳体17热接触，例如为液压回路。冷却装置19使得例如通过常温水的循环可以将壳体17的温度控制在小于或等于75℃的温度，例如70℃。
真空泵1还包括吹扫装置20，其配置成将吹扫气体注入位于定子2的壳体17与转子3的内碗15之间的间隙中。吹扫气体优选为空气或氮气，但也可以是其它中性气体，例如氦气或氩气。吹扫气体的流量较低。它例如小于或等于0.0845Pa.m3/s(或50sccm)。真空泵1可包括用于检测是否存在由吹扫装置20注入的吹扫气体的传感器。
吹扫装置20例如配置成在位于定子2中的、支承和引导转子3的驱动轴12的至少一个轴承18a、18b处注入吹扫气体，使得吹扫气流通过所述至少一个轴承18a、18b，然后离开定子2的壳体17并在间隙中循环。
更具体地，根据一个示例性实施例，吹扫装置20包括用于将吹扫气体引入腔体中的管道21，该腔体接纳支承和引导驱动轴12的第一端的第一轴承18a。
此外，在转子3的端部(这里为霍尔维克裙部13的环形端部)与定子2的壳体17之间的环形流导部的截面积c小于或等于12mm2/sccm的注入吹扫气体流量，或者以国际单位表示的话，12mm2/1.69x 10-3Pa.m3/s的注入吹扫气体流量，以便限制泵送气体进入位于定子2的壳体17与转子3的内碗15之间的间隙，并且如稍后将看到的，以便保护位于转子3的内碗15与定子2的壳体17之间的一个或多个较高发射率的表面。Sccm是气体流量单位(在101500Pa标准立方厘米每分钟；以国际单位表示的话，1sccm＝1.69x 10-3Pa.m3/s)。
例如，如果吹扫流量为50sccm(0.0845Pa.m3/s)，则流导部截面积必须小于或等于600mm2。类似地，如果流导部截面积为300mm2，则注入的吹扫气体的流量必须大于或等于25sccm(42.25x 10-3Pa.m3/s)。
吹扫气体的流量和相关联的环形流导部还可以通过形成限制泵送气体进入转子3下方的屏障来保护涡轮分子真空泵1的轴颈轴承元件，特别是电连接件、焊缝和轴承18a、18b，免受部分侵蚀性泵送气体的影响。
在运行时，如图1的示例中示意性所示，吹扫气体经过第一轴承18a，沿驱动轴12上升，经过支承和引导驱动轴12的第二端的第二轴承18b以便从定子2的壳体17离开，并在位于壳体17与内碗15之间的间隙中循环，然后到达霍尔维克裙部13下方，以便经过转子3与定子2之间的环形流导部c，并在真空泵1的排放口处重新加入泵送气体中(图1中的箭头F2)。
涡轮分子真空泵1可包括用于加热定子2的加热装置22，例如加热电阻带，其配置成将包围转子3的定子2的套筒24加热到例如大于80℃的设定温度，例如130℃。
至少对于内碗15的一部分表面，面向定子2的能够被冷却的壳体17布置的转子3的内碗15的表面具有高于与泵送气体流体连通的转子3的外表面25的发射率，以及至少对于内碗15的一部分表面，转子3的与泵送气体流体连通的外表面25具有低于转子3的内碗15的表面的发射率。
替代地或附加地，至少对于定子2的壳体17的一部分表面，面向转子3的内碗15布置的、定子2的能够被冷却的壳体17的表面具有高于与泵送气体流体连通的转子3的外表面25的发射率，以及至少对于定子2的壳体17的一部分表面，与泵送气体流体连通的转子3的外表面25具有低于定子2的壳体17的表面的发射率。
内碗15的大部分表面，例如内碗15的除了定心表面之外的整个表面，和/或定子2的壳体17的大部分表面，例如定子2的壳体17的除了定心表面之外的整个表面，例如具有较高的发射率。
高发射率的一个或多个表面例如具有大于或等于0.4、例如大于或等于0.8的发射率。与泵送气体流体连通的一个或多个表面例如具有小于0.3的发射率，例如0.2的发射率，特别是对于由铝、镍制成或镀镍的转子3而言。
通过转子3的内部并且仅所述内部具有高发射率表面，使得可以通过散热来促进转子3的辐射冷却。通过转子3下方的定子2的壳体17具有高发射率的表面，使得可以通过本身被冷却的壳体17的辐射来促进转子3的冷却。热通量由图1中的箭头F3示意性表示。
定子2的包围转子3的套筒24可以被加热，以避免在定子2的内表面上形成沉积物。通过转子3的低发射率的外表面减少了套筒24与转子3之间的热交换，以免使转子3升温。
在转子3下方突出的定子2的壳体17被冷却，以保护转子3下方的电子部件和电机。通过转子3的内碗15和/或定子2的壳体17的具有高发射率的表面，促进了壳体17与转子3之间的热交换，以更好地冷却转子3。
为了显著增强热交换，在不直接与泵送气体连接/连通的区域中，高发射率表面可优先位于运动部件(内碗15)和固定部件(壳体17)两者上。
与泵送气体流体连通的转子3的外表面25可具有低发射率。特别地，与泵送气体流体连通的转子3的该外表面25可以具有抗腐蚀保护涂层，例如镀镍层。
转子3的内碗15和/或定子2的壳体17的一个或多个高发射率表面例如通过表面处理获得，例如通过阳极氧化或喷砂或开槽或纹理化(例如通过激光)或待黑化的苏打处理获得。通过阳极氧化、苏打处理或激光对铝进行表面处理的优点是，能够以合理的成本获得发射率大于0.8的表面。
替代地或附加地，转子3的内碗15和/或定子2的壳体17的一个或多个高发射率表面是通过涂层沉积获得的，例如
类型的等离子体沉积化学涂层或不含溶剂的涂料类型涂层，例如环氧聚合物涂层，更普遍地称为“环氧涂料”。通过仅转子3的内碗表面具有高发射率的环氧聚合物涂层的这一事实，提供了涂层的牢固度通过离心力的挤压作用得到加强的优点。
优选地，涂漆或涂层表面限于平行于转子3的旋转轴线I-I的表面，以便离心力不能撕掉漆或涂层，例如内碗15、尤其是霍尔维克裙部13的圆柱形表面。涂层的厚度例如在30μm与100μm之间。
涂层或表面处理部分可具有优选无光泽的和/或深色的外观，例如黑色或黑色阴影。
尤其可以提供若干表面处理部分和/或涂层，以增大转子3和/或定子2在间隙中的发射率。
涂层或表面处理部分优选不含溶剂。溶剂事实上在某些泵送应用中完全是待设定的，最好不要在真空泵1中使用溶剂，以避免任何反向散射到待泵送的封壳中的风险。
根据转子3的第一示例性实施例，第一步是执行转子3的外表面处理25以获得转子3的除了定心表面之外的高发射率表面，或者在转子3上沉积涂层以获得转子3的除了定心表面之外的高发射率表面。定心表面允许转子3在旋转轴线I-I上与驱动轴12对中，因此需要较高的生产精度。然后，其次，通过遮盖转子3的内碗15，对转子3的旨在与泵送气体流体连通的外表面25进行镀镍处理。
根据转子3的第二示例性实施例，对转子3的包括内碗15和霍尔维克裙部13的第一部分3a进行表面处理，以获得转子3的第一部分的高发射率表面，或者在转子3的包括内碗15和霍尔维克裙部13的第一部分上沉积涂层，以获得转子3的第一部分的高发射率表面(图2)。然后，通过遮盖内碗15，对转子3的旨在与泵送气体流体连通的第一部分的表面进行镀镍处理。然后，例如通过螺纹连接将转子3的第一部分3a与转子3的包括至少两个叶片级9的镀镍的第二部分3b固定在一起。
根据第三示例性实施例，例如通过螺纹连接或过盈配合将形成具有高发射率表面的内碗15的部件与转子本体23组装在一起，转子本体23一方面具有与内碗15互补的凹形结构以用于组装内碗15，另一方面包括至少两个叶片级9(图3)。形成具有高发射率表面的内碗15的部件例如由阳极氧化铝制成。
在运行时，在转子3下方借助于一个或多个高发射率表面促进与定子2的壳体17的热交换，这使得可以增强转子3的辐射冷却。这些高发射率表面不会遇到潜在有腐蚀性的泵送气体，因为它们一方面受到在转子3下方的间隙中循环的吹扫气体的保护，另一方面受到内碗15的端部处的环形流导部的保护。吹扫气体和环形流导部使得可以保护转子3和/或定子2的高发射率表面免受可能渗入转子3下方的泵送气体的潜在侵蚀。因此，只有受保护的表面制成高发射性的，它们很少遇到或不会遇到具有潜在腐蚀性的泵送气体。在成本方面的节省是显著的，因为吹扫气流和低导流性允许相对简单且因此成本低廉地制成高发射率表面。例如已经发现，通过转子3的和转子3下方的定子2的高发射率表面促进的转子3的辐射冷却，结合转子3与定子2之间的吹扫气流，对于冷却至70℃的壳体17，可以将所泵送重气体的流量增加20％到30％。
作为一个示例，以及为了更好地理解本发明，如果使用以下符号：
-Prs，从转子3辐射到定子2的热功率，
-Tr，转子3的温度(以K为单位)，
-Ts，定子2的壳体17的温度(以K为单位)，
-εr，转子3的内碗15的发射率，
-εs，定子2的钟形部17的发射率，
-Ssr，转子3的内碗15与定子2的钟形部17之间的对向表面，
则转子3向定子2辐射的功率为：
P1＝Ssr.εr.σ.Tr 4
其中σ＝5.67x 10-8W.m-2.K-4Stefan-Boltzmann常数(黑体的发射常数)，
定子2反射的功率为：
P2＝(1-εs).P1
定子2向转子3辐射的功率为：
P3＝Ssr.εs.σ.Ts 4
转子3反射的功率为：
P4＝(1-εr).P3
因此，从转子3传递到定子2的热功率为：
Prs＝P1–P2–P3+P4＝Ssr.εr.εs.σ.(Tr 4–Ts 4)
因此，如果表面Ssr等于500cm2，转子3的内碗15的发射率为0.7，壳体17的发射率为0.8，并且如果转子3的温度为150℃且壳体17的温度为70℃，则转子3能够传输大约28W。
另一方面，如果壳体17的发射率不超过0.2，则发射功率不超过7.2W。
从刚才描述的内容可以理解的是，为了增加泵送气体的流量，可以通过使转子3下方相对的发射表面Ssr最大化、使转子3的内碗15的表面的发射率最大化、以及使定子2的壳体17的表面的发射率最大化，来增加可通过辐射从转子3耗散的热功率。
图4还示出了第二示例性实施例，其中真空泵1仅为涡轮分子泵：转子3包括至少两个叶片级9，但不包括霍尔维克裙部。
在本示例中，环形流导部的截面积c在内碗15的大部分高度上是恒定的。
如前文所述，至少对于内碗15的一部分表面，面向定子2的能够被冷却的壳体17布置的、转子3的内碗15的表面具有高于转子3的与泵送气体流体连通的外表面25的发射率。替代地或附加地，至少对于定子2的壳体17的一部分表面，面向转子3的内碗15布置的、定子2的能够被冷却的壳体17的表面具有高于转子3的与泵送气体流体连通的外表面25的发射率。
在运行时，与前面的示例一样，在转子3下方借助于一个或多个高发射率表面促进与定子2的壳体17的热交换，这使得可以增强转子3的辐射冷却。这些高发射率表面不会遇到潜在腐蚀性的泵送气体，因为它们一方面受到在转子3下方的间隙中循环的吹扫气体的保护，另一方面受到内碗15的端部处的环形流导部的保护。吹扫气体和环形流导部使得可以保护转子3和/或定子2的高发射率表面免受可能渗入转子3下方的泵送气体的潜在侵蚀。因此，只有受保护表面被制成高发射性的，它们很少遇到或不会遇到具有潜在腐蚀性的泵送气体。
Claims (16)
1.一种涡轮分子真空泵(1)，其配置成将待泵送的气体从吸入孔(6)驱动到排放孔(7)，所述涡轮分子真空泵(1)包括：
-定子(2)，所述定子(2)包括：
·至少一个翅片级(10)，和
·配置成能够被冷却的壳体(17)，
-转子(3)，所述转子(3)配置成在所述定子(2)中回转并且包括：
·至少两个叶片级(9)，所述叶片级(9)和所述翅片级(10)沿所述转子(3)的旋转轴线(I-I)轴向地彼此相继排列，
·与所述旋转轴线(I-I)同轴的内碗(15)，所述内碗(15)面向所述定子(2)的壳体(17)布置，
-吹扫装置(20)，所述吹扫装置(20)配置成将吹扫气流注入位于所述定子(2)的壳体(17)与所述转子(3)的内碗(15)之间的间隙中，
其特征在于，至少对于所述内碗(15)的一部分表面，面向所述定子(2)的能够被冷却的壳体(17)布置的所述转子(3)的内碗(15)的表面具有高于所述转子(3)的与泵送气体流体连通的外表面(25)的发射率(3)，并且至少对于所述内碗(15)的一部分表面，所述转子(3)的与泵送气体流体连通的外表面(25)具有低于所述转子(3)的内碗(15)的表面的发射率，
并且/或者，至少对于所述定子(2)的壳体(17)的一部分表面，面向所述转子(3)的内碗(15)布置的、所述定子(2)的能够被冷却的壳体(17)的表面具有高于所述转子(3)的与泵送气体流体连通的外表面(25)的发射率，并且至少对于所述定子(2)的壳体(17)的一部分表面，所述转子(3)的与泵送气体流体连通的外表面(25)具有低于所述定子(2)的壳体(17)的表面的发射率。
2.根据前一项权利要求所述的涡轮分子真空泵(1)，其特征在于，在所述转子(3)的内碗(15)的端部与所述定子(2)的壳体(17)之间的环形流导部的截面积(c)小于或等于12mm2/1.69x 10-3Pa.m3/s的注入吹扫气体流量，以限制泵送气体进入位于所述定子(2)的壳体(17)与所述转子(3)的内碗(15)之间的间隙，并且保护位于所述转子(3)的内碗(15)与所述定子(2)的壳体(17)之间的一个或多个发射率较大的表面。
3.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮分子真空泵(1)，其特征在于，所述转子(3)的与泵送气体流体连通的外表面(25)具有用于防止腐蚀的涂层，例如镀镍层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮分子真空泵(1)，其特征在于，具有高发射率的一个或多个表面的发射率大于或等于0.4。
5.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮分子真空泵(1)，其特征在于，与泵送气体流体连通的一个或多个表面的发射率小于0.3。
6.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮分子真空泵(1)，其特征在于，所述转子(3)的内碗(15)和/或所述定子(2)的壳体(17)的一个或多个高发射率表面是通过表面处理获得的，例如通过阳极氧化或喷砂或开槽或纹理化或苏打处理获得，所述纹理化例如通过激光实现。
7.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮分子真空泵(1)，其特征在于，所述转子(3)的内碗(15)和/或所述定子(2)的壳体(17)的一个或多个高发射率表面是通过涂层的沉积获得的，例如
类型的等离子体沉积化学涂层或不含溶剂的涂料类型的涂层，例如环氧聚合物涂层。
8.根据权利要求6或7中任一项所述的涡轮分子真空泵(1)，其特征在于，涂层或表面处理部分具有无光泽的和/或深色的外观。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的涡轮分子真空泵(1)，其特征在于，涂层或表面处理部分不含溶剂。
10.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮分子真空泵(1)，其特征在于，所述吹扫装置(20)配置成在支承和引导所述转子(3)的驱动轴(12)的至少一个轴承(18a，18b)处注入吹扫气流，使得所述吹扫气流在从所述定子(2)的壳体(17)离开之前经过所述至少一个轴承(18a，18b)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮分子真空泵(1)，其特征在于，所述涡轮分子真空泵(1)包括用于检测是否存在由所述吹扫装置(20)注入的吹扫气体的传感器。
12.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮分子真空泵(1)，其特征在于，所述涡轮分子真空泵(1)包括加热装置(22)，该加热装置(22)配置成加热所述定子(2)的包围所述转子(3)的套筒(24)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮分子真空泵(1)，其特征在于，所述转子(3)包括在所述至少两个叶片级(9)下游的霍尔维克裙部(13)，所述霍尔维克裙部(13)由光滑圆筒体形成，所述光滑圆筒体配置成对着所述定子(2)的用于泵送气体的螺旋沟槽(14)回转，面向所述定子(2)的壳体(17)布置的所述内碗(15)也由所述霍尔维克裙部(13)的内部部分形成。
14.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的涡轮分子真空泵(1)的转子(3)的方法，其中：
-执行所述转子(3)的外表面处理(25)以获得所述转子(3)的除了定心表面之外的高发射率表面，或者在所述转子(3)上沉积涂层以获得所述转子(3)的除了定心表面之外的高发射率表面，然后
-通过遮盖所述转子(3)的内碗(15)，对所述转子(3)的旨在与泵送气体流体连通的外表面(25)进行镀镍处理。
15.一种用于制造根据权利要求1至11中任一项并结合权利要求12所述的涡轮分子真空泵(1)的转子(3)的方法，其中：
-对所述转子(3)的包括所述内碗(15)和霍尔维克裙部(13)的第一部分进行表面处理，以获得所述转子(3)的第一部分的高发射率表面，或者在所述转子(3)的包括所述内碗(15)和霍尔维克裙部(13)的第一部分上沉积涂层，以获得所述转子(3)的第一部分的高发射率表面，然后
-通过遮盖所述内碗(15)，对所述转子(3)的旨在与泵送气体流体连通的第一部分的表面进行镀镍处理，
-然后，将所述转子(3)的第一部分与所述转子(3)的包括至少两个叶片级(9)的镀镍的第二部分固定在一起。
16.一种用于制造根据权利要求1至12中任一项所述的涡轮分子真空泵(1)的转子(3)的方法，其中，将形成具有高发射率表面的所述内碗(15)的部件与转子本体(23)组装在一起，所述转子本体(23)一方面具有与所述内碗(15)互补的凹形结构，另一方面包括至少两个叶片级(9)。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2011896A FR3116310B1 (fr) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | Pompe à vide turbomoléculaire et procédé de fabrication d’un rotor |
| FRFR2011896 | 2020-11-19 | ||
| PCT/EP2021/067171 WO2022106075A1 (en) | 2020-11-19 | 2021-06-23 | Turbomolecular vacuum pump and method for manufacturing a rotor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116391081A true CN116391081A (zh) | 2023-07-04 |
Family
ID=74125509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202180069645.9A Pending CN116391081A (zh) | 2020-11-19 | 2021-06-23 | 涡轮分子真空泵以及用于制造转子的方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230400030A1 (zh) |
| JP (1) | JP2023550417A (zh) |
| KR (1) | KR20230104129A (zh) |
| CN (1) | CN116391081A (zh) |
| DE (1) | DE112021006014T5 (zh) |
| FR (1) | FR3116310B1 (zh) |
| TW (1) | TW202221232A (zh) |
| WO (1) | WO2022106075A1 (zh) |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3201348B2 (ja) * | 1998-05-25 | 2001-08-20 | 株式会社島津製作所 | ターボ分子ポンプ |
| JP2000161286A (ja) * | 1998-11-25 | 2000-06-13 | Shimadzu Corp | ターボ分子ポンプ |
| CN102597527B (zh) * | 2009-08-26 | 2015-06-24 | 株式会社岛津制作所 | 涡轮分子泵及转子的制造方法 |
| JP2014062480A (ja) * | 2012-09-20 | 2014-04-10 | Shimadzu Corp | 真空ポンプおよびその製造方法 |
| JP6398337B2 (ja) * | 2014-06-04 | 2018-10-03 | 株式会社島津製作所 | ターボ分子ポンプ |
| JP6981748B2 (ja) * | 2016-11-24 | 2021-12-17 | エドワーズ株式会社 | 真空ポンプとその回転体と静翼およびその製造方法 |
| JP7025844B2 (ja) * | 2017-03-10 | 2022-02-25 | エドワーズ株式会社 | 真空ポンプの排気システム、真空ポンプの排気システムに備わる真空ポンプ、パージガス供給装置、温度センサユニット、および真空ポンプの排気方法 |
| EP3557073A1 (de) * | 2019-03-07 | 2019-10-23 | Pfeiffer Vacuum Gmbh | Vakuumpumpe |
-
2020
- 2020-11-19 FR FR2011896A patent/FR3116310B1/fr active Active
-
2021
- 2021-06-23 US US18/249,269 patent/US20230400030A1/en active Pending
- 2021-06-23 DE DE112021006014.7T patent/DE112021006014T5/de active Pending
- 2021-06-23 JP JP2023530159A patent/JP2023550417A/ja active Pending
- 2021-06-23 CN CN202180069645.9A patent/CN116391081A/zh active Pending
- 2021-06-23 KR KR1020237012829A patent/KR20230104129A/ko active Search and Examination
- 2021-06-23 WO PCT/EP2021/067171 patent/WO2022106075A1/en active Application Filing
- 2021-06-29 TW TW110123747A patent/TW202221232A/zh unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230400030A1 (en) | 2023-12-14 |
| FR3116310B1 (fr) | 2023-03-17 |
| DE112021006014T5 (de) | 2024-03-14 |
| TW202221232A (zh) | 2022-06-01 |
| FR3116310A1 (fr) | 2022-05-20 |
| JP2023550417A (ja) | 2023-12-01 |
| WO2022106075A1 (en) | 2022-05-27 |
| KR20230104129A (ko) | 2023-07-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10253778B2 (en) | Vacuum pump | |
| JP5676453B2 (ja) | ターボ分子ポンプおよびロータの製造方法 | |
| US10161404B2 (en) | Turbo-molecular pump | |
| JP2005320905A (ja) | 真空ポンプ | |
| KR20150053747A (ko) | 고정측 부재 및 진공 펌프 | |
| CN103299083A (zh) | 真空泵的旋转体、与其相对设置的固定部件以及具备它们的真空泵 | |
| JP2020165426A (ja) | 真空ポンプ | |
| CN108708863B (zh) | 真空泵、真空泵的旋转体和静翼及其制造方法 | |
| JP2020165426A5 (zh) | ||
| CN116391081A (zh) | 涡轮分子真空泵以及用于制造转子的方法 | |
| US5904469A (en) | Rotor for turbomolecular pump | |
| JP2010112202A (ja) | ターボ分子ポンプ | |
| JP2000161286A (ja) | ターボ分子ポンプ | |
| TW202237986A (zh) | 加熱裝置及真空泵 | |
| JP2016017454A (ja) | ターボ分子ポンプ | |
| JP2022522883A (ja) | ターボ分子真空ポンプおよびそのパージ方法 | |
| KR20140086955A (ko) | 고정 부재 및 진공 펌프 | |
| US20220316484A1 (en) | Vacuum pump | |
| WO2015151679A1 (ja) | 排気口部品、および真空ポンプ | |
| TW202028612A (zh) | 多級渦輪分子泵 | |
| JP3672630B2 (ja) | 分子ポンプ | |
| US5938406A (en) | Rotor for turbomolecular pump | |
| WO2014021096A1 (ja) | 真空ポンプ | |
| JP4503947B2 (ja) | 分子ポンプ | |
| JP2004270692A (ja) | 分子ポンプの断熱構造 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |