CN1963231B - 用于固定真空泵的凸缘、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高转速真空泵领域，该真空泵紧固和连接到一结构例如真空箱或管上以产生高度真空。本发明提供一种环形固定凸缘，该凸缘包括与撑帽式锚栓协作的孔以便将真空泵固定到所述结构上。该凸缘包括上部环和下部环，其相互协作以便将泵体的端部夹在上部环和下部环之间，以及在上部环的一表面内的至少一个第一凹口，该表面位于这样的平面内，即该平面垂直于上部环的将与所述结构的壁相接触的表面的平面。本发明还提供一种固定系统，该系统包括围绕泵的入口与泵体同轴设置的环形凸缘。与上部环的表面接触的泵体的端部的表面内的至少一个第二凹口与所述第一凹口相配合以形成腔室，并且由柔性材料制成的至少一个柱销插入该腔室。

Description

用于固定真空泵的凸缘、系统及方法
技术领域
本发明涉及高转速真空泵领域，该真空泵紧固和连接到一结构例如真空箱或管上以产生高度真空。更具体地，本发明涉及一种用于固定这种真空泵的装置。
背景技术
在电子和微型机械元件工业中，在必须保持受控真空的箱内部执行机械或等离子加工方法。
为了产生真空，必须使用能够快速生成和保持适合于所述机械或等离子加工方法的高度真空的泵。通常使用涡轮分子泵(透平分子泵)，该泵包括泵体，在泵体内转子被驱动从而高速旋转，例如大于30,000转/分钟。通过这样高的转速，转子获得了非常高的动能。
泵体包括连接到所述结构例如真空箱或管的出口的同轴入口。所述泵通常仅固定到该结构上，并且仅被围绕泵的入口以及所述结构的对应开口的区域支承。因此，泵体包括围绕入口的同轴的环形凸缘，在围绕出口的所述结构的壁上设置有螺纹孔，在泵体的同轴环形凸缘上设置有通孔，并且撑帽式锚栓(headed bolt)安装成使它们的杆穿过凸缘的孔并旋拧在所述结构的壁的螺纹孔内，以便将真空泵紧固在该结构上，同时凸缘压靠在该结构的壁上。
螺栓的杆通常为具有圆形截面的圆柱体，并具有穿过直径稍大于所述杆的直径的孔的光滑部分，以及旋拧在相关联的螺纹孔内的螺纹端部。
根据标准的规定，凸缘、螺栓和必要的孔的相应尺寸以及螺栓和孔的数量是泵的直径的函数。
因此，对于来自ALCATEL的ATHM类型的涡轮分子泵，通过设置符合“PNEUROP 66061”标准的DN 250 iso-F类型的凸缘，以及12个M10类型的螺栓来固定泵，螺栓的杆的长度大约为30毫米，直径为10毫米，并且凸缘和所述结构内的孔的标称直径为11毫米。
这种固定结构在正常使用条件下完全令人满意，因此能够承受在正常使用时真空泵的操作产生的机械力。
另一方面，已发现泵的转子在全速旋转时发生意外损坏的情况下会出现不可克服的问题。在这种假定条件下，全速旋转的转子会失去平衡，可能猛烈地撞击泵体的壁，对壁施加横向或径向的位移力，并且可能强烈地摩擦泵体的壁，对壁施加同轴转矩。由于高速旋转的转子内存储有高能量，所以转子施加在泵体上的机械应力会非常高，这些应力被传递给将真空泵固定到所述结构上的装置。这在固定螺栓上产生很大的剪切力，并且已发现在当前的结构中，这些力会使得螺栓断裂。然后，泵会脱离所述结构并构成可能在使用场所飞出的危险的抛射体。
文献WO-2004/020 839提出了一种方案，该方案说明了一种用于将真空泵固定到所述结构的壁上的装置，该装置包括与真空泵体同轴并围绕入口紧固在真空泵体上的环形凸缘。在所述结构的壁上设置有螺纹孔，在环形凸缘内设置有通孔，并且撑帽式锚栓安装成使得它们的杆穿过该通孔并旋拧在相关联的螺纹孔内，以便将真空泵固定在该结构上，同时凸缘压靠在该结构的壁上。该通孔包括形状为圆形截面圆柱体的远端部，以及与所述结构的壁相邻的具有圆形截面的同轴的放大的近端部。在真空泵和所述结构之间的连接区域内产生沿任何侧向方向的剪切力的情况下，此构造允许螺栓杆弯曲，从而在通孔和相关联的螺栓孔之间产生对应的侧向偏移。
此方案可吸收固定螺栓受到的猛烈剪切力。但是，在新一代涡轮分子泵中转子转速更高。在泵发生损坏的情况下，必须被分散且不能传递给所述结构的能量变得大得多，并且在此构造中在螺栓断裂之前的屈服强度变得不够。此外，在螺栓发生断裂的情况下，此方法不能防止泵脱离所述结构。
发明内容
本发明的一个目标是消除现有技术的缺陷。为此，本发明提出在保持符合适用标准的条件下，改变真空泵的固定结构以提高将真空泵保持在所述结构上的强度，并防止在转子全速旋转而发生破裂的情况下固定螺栓断裂和泵被分离。
为此，本发明提出一种用于将真空泵固定到一结构的壁上的环形凸缘，该凸缘包括适于与撑帽式锚栓协作的孔，以便将真空泵紧固到所述结构上，同时该凸缘压靠在壁上，其特征在于该凸缘包括
-上部环和下部环，该上部环和下部环协作以便将泵体的端部夹持在该上部环和下部环之间，
-在上部环的内表面内形成的至少一个凹口，该内表面位于这样的平面内，即，该平面垂直于上部环的将与所述结构的壁相接触的表面的平面。
本发明还包括一种用于将真空泵固定到一结构的壁上的系统，该系统包括围绕泵的入口与泵体同轴设置的环形凸缘，该凸缘包括适于与撑帽式锚栓协作的孔，以便将真空泵紧固到所述结构上，同时该凸缘压靠在壁上，其特征在于：
-环形凸缘包括上部环和下部环，该上部环和下部环协作以便将泵体的端部夹持在该上部环和下部环之间，
-在上部环的与泵体的端部的表面相接触的表面内的至少一个第一凹口，以及在泵体的端部的表面内的至少一个第二凹口，该第一凹口与第二凹口配合以形成腔室，以及
-插入该腔室的由柔性材料制成的至少一个柱销(stud)。
在一个优选实施例中，第一凹口在上部环的一表面内，该表面位于这样的平面内，即，该平面垂直于上部环的将与所述结构的壁相接触的表面的平面。
在一个变型中，该腔室在垂直于泵体的轴线的平面内具有圆形截面。
与圆柱形柱销相关联的这种腔室形状导致这样的构造，其中在发生故障时柱销被剪切加载。这种构造的优点是制造简单，并允许泵在凸缘中转过一个最大为5°的角度，柱销可承受该角度而不会断裂。
该腔室和柱销的最大尺寸必须与凸缘标准化所施加的限制相适应。腔室的直径制成等于或稍小于柱销的直径，以便可利用材料的弹性通过轻微的径向压缩插入柱销；因此柱销不能脱离它们的腔室。例如，根据本发明的固定系统可包括直径为10±0.1mm的腔室以及直径为10±0.5mm且高度为14±0.5mm的柱销，这使得柱销的最大压缩量为0.6mm。
在另一个变型中，该腔室在垂直于泵体的轴线的平面内具有椭圆形截面。
通过凸缘上的凹口与泵体的端部处的凹口的配合所限定的腔室有利地为椭圆形，以增加柱销的空间，从而提高减震能力，同时仍符合所述标准的几何约束条件。
在本发明的一个特定实施例中，在配合时形成腔室的凹口为圆化的形状，并且每个凹口具有不同的曲率半径。形成该腔室的其中一个凹口优选地具有符合柱销形状的圆化形状以及圆角，以防止与损坏该柱销的锐边接触。另一种凹口的曲率半径大得多，从而可以在压缩过程中起作用，减小了施加在柱销上的应力。在这种构造中，柱销在腔室内的压缩使泵体可进行30°的旋转，并防止柱销断裂。
转子的损坏-其导致泵体旋转-在柱销的长度上产生压缩应力，该应力由于构成柱销的材料的弹性变形特性而被吸收。
根据本发明，柱销由柔性材料优选地由弹性体材料制成。构成柱销的材料在刚度和减震品质方面的特性允许凸缘相对于泵体的端部发生微小的位移而柱销不会破裂。弹性体优选地选自聚硅氧烷、聚氯丁烯及其共聚物，异戊二烯的均聚物和共聚物，以及异丁烯的均聚物和共聚物，尤其是异丁烯和异戊二烯的共聚物。
对于在剪切过程中起作用的构造，肖氏硬度为70的聚氯丁烯是优选的。对于在压缩过程中起作用的构造，肖氏硬度为70的异丁烯和异戊二烯的共聚物是优选的。
在柱销发生断裂的极端情况下，仍可确保设备的安全性，这是因为被夹在上部环和下部环之间的泵体将在上部环和下部环之间转动而不存在保持螺栓断裂的危险。
本发明还包括一种利用固定系统将真空泵固定到一结构的壁上的方法，该固定系统包括围绕泵的入口与泵体同轴设置的环形凸缘，该凸缘包括适于与撑帽式锚栓协作的孔，以便将真空泵紧固到所述结构上，同时该凸缘压靠在壁上。根据本发明，该环形凸缘包括上部环和由两个半环组成的下部环。该方法包括以下步骤：
-从上方将上部环放置成围绕泵体的端部，该上部环在与泵体的端部的表面相接触的表面内包括至少一个第一凹口，该第一凹口与泵体的端部的表面内的第二凹口相配合以形成腔室，
-从下方将柱销插入该腔室，
-将构成下部环的每个半环围绕泵体的端部放置在上部环下面，
-使用螺栓组装该上部环和下部环，
-使用撑帽式锚栓将包含围绕泵体的凸缘的组件固定到所述结构的壁上。
附图说明
通过阅读下文对一个实施例的说明并且从附图中可清楚地了解本发明的其它特征和优点，该实施例当然是作为说明性的和非限制性的示例给出的，在附图中：
-图1是示出根据本发明的涡轮分子泵结构的纵向剖面的示意图，该泵固定到一结构例如真空箱上；
-图2是根据本发明的上部环的仰视图；
-图3是根据本发明的下部环的俯视图；
-图4是根据本发明的固定装置的分解透视图；
-图5是根据本发明的固定系统的剖视图，该固定系统位于将泵固定到所述结构上的螺栓的平面内；
-图6是根据本发明的固定系统在柱销的平面内的剖视图；
-图7a、7b和7c示出腔室和相关联的柱销的变型。
具体实施方式
首先考虑图1，该图示出涡轮分子类型的真空泵结构1，其紧固在与结构3例如真空箱相关联的壁2上。
真空泵1包括泵体4，在该泵体中转子5围绕泵体4的轴线I-I高速旋转。泵体4包括入口6和排放口8，抽吸气体7通过与泵体4同轴的该入口进入，排出气体9通过该排放口排出。转子5被内部马达10驱动而在泵体4中旋转，并且被磁性轴承或机械轴承11和12沿侧向导向。
与结构3相关联的壁2包括与真空泵1的入口6成对应关系的抽吸气体出口13。结构3限定了与外部环境隔离开的封闭箱，在该箱中真空泵1能够生成受控的真空。壁2可以是该结构的外壳或者是连接到该结构的固定部件的外壳，该固定部件例如是与一结构-例如真空箱或管-相关联的凸缘，其适于接纳泵的固定凸缘。
根据本发明，一不锈钢环形凸缘14包括具有肩部16的上部环15和下部环17，并围绕与入口6同轴的泵体4的端部18安装在真空泵1的泵体4上，以便可使真空泵1固定在结构3的壁2上。肩部16使上部环15在泵体4上轴向定位。
图2是根据本发明的上部环15的透视图。上部环15的接触面20将抵靠在结构3的壁2上。环15为环形并包括肩部16，该肩部是为了有助于将该环15放置在泵体4的端部18上。在图2所示的实施例中，根据目前执行的标准“PNEUROP 66061”，环15内具有12个均匀间隔的通孔21。在一个特定实施例中，通孔为文献WO 2004/020839所述的类型，并包括远端部和同轴的放大的近端部，该远端部为具有圆截面的圆柱形状，该近端部具有圆截面并与所述结构的壁相邻。实际上，通孔的近端部可有利地具有形状为圆截面圆柱的近端，该近端通过具有圆截面的截头圆锥远端连接到通孔的所述远端部。
上部环15还包括12个凹口22，这些凹口均匀分布在上部环15的与泵体的端部18接触的环形内壁23上，并且设置在每对通孔21之间。
图3是下部环17的透视图，该下部环中具有12个与上部环15内的通孔21对应的通孔30。为了能够围绕泵体4的端部18定位下部环17，下部环包括两个半环17a和17b。
图4是示出上部环15、下部环17和泵体4的端部18的分解透视图。泵体4的端部18带有凹口40，该凹口与上部环15的对应凹口22配合以形成适于容纳柱销41的腔室40-22。
这三个部件按如下方式进行组装。
(a)从上方放置上部环15，使其围绕涡轮分子泵1的泵体4的上端部18。上部环形环15上的肩部16使得可调节环15在泵体4上的轴向位置。
(b)将柱销41从下方插入腔室40-22。
(c)通过围绕涡轮分子泵的端部18设置每个半环17a和17b，将下部环17安装在上部环15下面。用螺栓42组装上部环15和两个下部半环17a和17b以构成环形凸缘14。在泵体4内设置有槽口43以有助于螺栓42通过。这样，可以在不必手动地将上部环15保持在合适位置的情况下，运送涡轮分子泵以及将该泵紧固到所述结构或底盘3上。
(d)利用分别穿过环15和17的在光孔21和30内的撑帽式锚栓44，将包含涡轮分子泵4和环形凸缘14的组件固定到底盘3上。
在全速运行的转子5发生损坏的情况下，转子5内存储的动能传递给泵体4，泵体将旋转。本发明旨在利用柱销的材料的弹性变形特性来吸收该能量。显然，泵体4可进行旋转运动直到柱销41紧靠由配合的凹口22和40形成的空间的侧壁。弹性体柱销在刚度和阻尼品质方面的特性将允许环形凸缘14相对于泵体4的端部18发生小位移，而不会损坏柱销41。通过挤压柱销41以使能量耗散。因此，该系统的结构确保螺栓44在任何情况下仍保持在合适的位置，这是因为施加在螺栓44上的剪应力被大大削弱。
此外，如果一个柱销41不能吸收足以防止其发生损坏的能量，则柱销41的碎片将沿旋转方向渗入环形凸缘14和泵体4的端部18之间，其作用是将会继续制动泵体4的旋转，防止泵体4在凸缘14内自由转动。
图5是根据本发明的固定系统在用于将泵固定到所述结构上的螺栓44的平面内的剖视图。根据适用的标准，围绕出口孔13分布的螺纹孔50设置在结构3的壁2中。相关联的光滑通孔21设置在上部环15内，具有头部51的螺栓44安装在该上部环15内，以便它们的杆52穿过孔21并旋拧在相关联的螺纹孔50内，从而将真空泵1紧固在结构3上，并且凸缘14的表面20压靠在结构3的壁2上。
图6是根据本发明的固定系统在柱销41的平面内的剖视图，该平面平行于图5的平面。根据本发明，上部环15的环形内表面23包括凹口22。泵体4的端部18包括凹口40。凹口22和40成对地配合以形成腔室40-22，由柔性材料制成的柱销41插在该腔室内。该材料优选地为弹性体，例如聚硅氧烷、聚氯丁二烯或氯丁二烯的共聚物，异戊二烯或异戊二烯的共聚物，或者异丁烯或异丁烯的共聚物。这里所使用的材料为异戊二烯和异丁烯的共聚物。
图7a示出根据本发明的一个不同实施例的圆柱形柱销的剪切安装方式(mounting in shear)。由上部环71的凹口70和泵体的端部73上的凹口72限定的腔室空间在垂直于泵体轴线的平面内具有圆形截面。该腔室空间适于使柱销74在该腔室内压缩。
图7b示出根据另一个实施例的椭圆形柱销的剪切安装方式。由上部环76的凹口75、泵体的端部78上的凹口77以及柱销79限定的空间可以有利地为椭圆形，即，其长度大于宽度。此实施例增加了柱销79的空间并从而增加了聚合体的数量，以便在符合标准的几何约束条件的同时提高柱销79的减震能力。
图7c示出另一个实施例的圆柱形柱销的压缩安装方式。腔室80的上部具有非常接近于柱销81尺寸的尺寸以及圆角，以防止锐边剪切柱销81。下部82的曲率半径大得多以便在压缩过程中平缓地起作用。通过这种安装 方式，在发生故障时对圆柱形柱销81压缩加载。
本发明并不局限于所述实施例，而是适用于本领域技术人员显而易见的许多变型。当然，本发明不仅可应用于通过符合“PNEUROP 66061”标准的具有12个螺栓的系统固定的真空泵，而且还可应用于通过适合于其尺寸的不同标准系统固定的具有不同尺寸的真空泵。

Claims (9)

1.一种用于将真空泵(1)固定到一结构(3)的壁(2)上的环形凸缘(14)，该凸缘包括适于与撑帽式锚栓(44)协作的孔(21，30)，以便将真空泵(1)紧固到所述结构(3)上，同时所述凸缘(14)压靠在壁(2)上，其特征在于，该凸缘包括
-上部环(15)和下部环(17)，该上部环和下部环协作以便将泵体(4)的端部(18)夹持在该上部环(15)和下部环(17)之间，
-在上部环(15)的内表面(23)内形成的至少一个凹口(22)，该内表面(23)位于这样的平面内，即，该平面垂直于上部环(15)的将与所述结构(3)的壁(2)相接触的表面(20)的平面。
2.一种用于将真空泵(1)固定到一结构(3)的壁(2)上的系统，该系统包括围绕泵(1)的入口(6)与泵体(4)同轴设置的环形凸缘(14)，该环形凸缘包括适于与撑帽式锚栓(44)协作的孔(21，30)，以便将真空泵(1)紧固到所述结构(3)上，同时所述凸缘(14)压靠在壁(2)上，其特征在于：
-该环形凸缘(14)包括上部环(15)和下部环(17)，该上部环和下部环协作以便将泵体(4)的端部(18)夹持在该上部环(15)和下部环(17)之间，
-在上部环(15)的与泵体(4)的端部(18)的表面相接触的表面(23)内的至少一个第一凹口(22)，以及在泵体(4)的端部(18)的表面内的至少一个第二凹口(40)，该第一凹口(22)与第二凹口(40)相配合以形成腔室(40-22)，以及
-插入该腔室(40-22)的由柔性材料制成的至少一个柱销(41)。
3.根据权利要求2的固定系统，其特征在于，第一凹口(22)在上部环(15)的一表面(23)内，该表面(23)位于这样的平面内，即，该平面垂直于上部环(15)的将与所述结构(3)的壁(2)相接触的表面(20)的平面。
4.根据权利要求2的固定系统，其特征在于，该腔室(40-22)在垂直于泵体(4)的轴线的平面内具有圆形截面。
5.根据权利要求2的固定系统，其特征在于，该腔室(40-22)在垂直于泵体(4)的轴线的平面内具有椭圆形截面。
6.根据权利要求2的固定系统，其特征在于，在配合时形成腔室(40-22)的凹口(22，40)具有圆化的形状，并且每个凹口(22，40)的曲率半径不同。
7.根据权利要求2的固定系统，其特征在于，柱销(41)由弹性体制成。
8.根据权利要求7的固定系统，其特征在于，该弹性体选自聚硅氧烷、聚氯丁烯及其共聚物，异戊二烯的均聚物和共聚物，以及异丁烯的均聚物和共聚物。
9.一种利用固定系统将真空泵(1)固定到一结构(3)的壁(2)上的方法，该固定系统包括围绕泵(1)的入口(6)与泵体(4)同轴设置的环形凸缘(14)，该环形凸缘包括适于与撑帽式锚栓(44)协作的孔(21，30)，以便将真空泵(1)紧固到所述结构(3)上，同时所述凸缘(14)压靠在壁(2)上，其特征在于，该环形凸缘(14)包括上部环(15)和由两个半环(17a，17b)组成的下部环(17)，并且该方法包括以下步骤：
-从上方将该上部环(15)放置成围绕泵体(4)的端部(18)，该上部环(15)在与泵体(4)的端部(18)相接触的表面(23)内包括至少一个第一凹口(22)，该第一凹口与泵体(4)的端部(18)的表面内的第二凹口(40)相配合以形成腔室(40-22)，
-从下方将柱销(41)插入该腔室(40-22)，
-将构成下部环(17)的每个半环(17a，17b)围绕泵体(4)的端部(18)放置在上部环(15)下面，
-使用螺栓(42)组装该上部环(15)和下部环(17)，
-使用撑帽式锚栓(44)将包含围绕泵体(4)的凸缘(14)的组件固定到所述结构(3)的壁(2)上。
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