CN1973135B - 真空泵 - Google Patents

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Abstract

一种各别地抽吸的质谱仪系统，包括具有多个压力腔室的质谱仪，在使用期间离子通过该压力腔室沿着通道进行输送。用于各别地对该腔室(62，66，68)抽真空的泵组件(10)联接于该质谱仪。该泵组件包括联接于该质谱仪的壳体(12)和插入该壳体的筒体(14)。该筒体具有多个入口(16，18，20)和抽吸机构(30，32，34)，该各个入口用于接收来自各自的压力腔室(62，68，66)的流体，该抽吸机构用于各别地抽吸来自该腔室的流体。该筒体插入该壳体内以便该抽吸机构(10)相对于该离子通道(76)倾斜，但该筒体伸入该质谱仪的程度可以使得至少一个入口(16，18)至少部分地伸入其各自的腔室(62，68)内，而不越过该离子通道。

Description

真空泵
本发明涉及一种真空泵，且尤其涉及一种具有适合于对多个腔室作各别抽吸的多个入口的真空泵。
在许多类型的设备中，其多个腔室或者系统需要抽空到不同的真空度。例如，在已知类型的质谱仪中，分析器/探测器必须在相对高的真空下操作，例如10-5亳巴；然而，从离子源提取并导向的离子通过其朝着探测器传送的传递腔室则在低的真空下操作，例如10-3亳巴。质谱仪可包括一个或者多个深层的位于分析器腔室上游的腔室，他们在逐渐升高的压力下操作以使在大气压下的离子源中产生的离子能够被捕获并最终朝着探测器导向。
同时，这些腔室可使用分开的涡轮分子真空泵进行抽真空，各个涡轮分子真空泵由分开的或者例如回转式滑片泵的普通前级泵支持。用单一的“分流式”涡轮分子泵对两个或者更多的邻近的腔室抽真空正变得日益普通，该“分流式”涡轮分子泵具有多个入口和多个抽气站，各个入口用于接收各自的腔室的流体，该多个抽气站用于各别地(differentially)对腔室抽真空。使用这种泵为尺寸、成本以及组件合理化提供了有利条件。
例如，欧洲专利申请NO.0919726公开了一种分流式泵，其包括多个真空站并具有第一泵入口和第二泵入口，通过第一泵入口气体可以经过所有的泵站，通过第二泵入口气体可以在站间位置进入泵并仅经过随后的泵站。在级间(interstage)位置之前的泵站在尺寸上不同于那些在级间位置之后的泵站以满足分别联接于第一入口与第二入口的不同的腔室的压力需求。
然而，当以传统的方式安装于质谱仪时，例如将泵的轴或者尤其是其轴线平行于或者垂直于质谱仪的出口的法兰的平面，这种分流式泵的导率局限性相较于邻近的腔室使用预约式的直接安装在各自的腔室上的真空泵进行抽真空的设置危害了其性能。
例如，当泵关于质谱仪进行定向使得轴线平行于出口的法兰的平面时，那么气体必须绕着直角流动而弯曲地进入泵入口，这导致压力下降以及联合的抽气速度的损耗。当真空泵以其轴线垂直于出口的法兰的入口的平面进行定向时，同时气体可易于流入第一入口，气体必须绕着两个弯曲流动以进入第二泵入口。
在欧洲专利申请NO.1085214中，这些问题通过将分流式泵安装于质谱仪的底部使得轴线与出口法兰的平面倾斜一定角度得到减少。由于此种定位，气体通过绕着钝角的弯曲流动而流入入口以便在出口法兰和抽气入口之间有很少的压力下降。然而，由于这种设置，质谱仪和分流式泵所占据的整个的体积相较于轴线平行于出口法兰的设置增加了。
本发明至少优选的实施例的目的是提供一种改进的装置，用于各别地对诸如质谱仪的多腔室系统抽真空。
在第一方面，本发明提供了一种系统，该系统包括多个压力腔室和用于各别地对该腔室抽真空的一个真空泵，该泵包括多个入口和一个抽吸机构，该各个入口用于接收来自各自的压力腔室的流体，该抽吸机构用于各别地抽吸来自腔室的流体，该泵通过一个开口伸入该腔室以便至少一个流体入口至少部分地位于其各自的压力腔室内，且泵的纵轴线倾斜于该开口的嘴部的平面。
由于泵相对于该压力腔室的这种定位，泵的入口的导率可以增大并可以为特定的抽吸机构达到高效的抽气速度。此外，由于该泵伸入该腔室内，该腔室和泵所占据的整个的体积得到减小。
在被抽气的系统是质谱仪系统的情况下，本发明的使用尤其有利，这是因为泵的倾斜允许该泵插入该腔室，而该泵并不越过在质谱仪内输送的离子的通道。因此，在第二方面，本发明提供一种各别地抽吸的质谱仪系统，其包括一个具有多个压力腔室的质谱仪，在使用期间离子通过该压力腔室沿着通道进行输送；以及一个用于各别地对该腔室抽真空的泵，该泵包括多个入口和一个抽吸机构，该各个入口用于接收来自各自的压力腔室的流体，该抽吸机构用于各别地抽吸来自该腔室的流体，该泵相对于离子通道的至少一部分倾斜并伸入该质谱仪而不越过该离子通道，但是至少一个流体入口至少部分地位于其各自的压力腔室内。
该泵优选为插入壳体的筒体的形式，该壳体联接于或者部分的质谱仪以便该筒体通过该壳体的嘴部伸入该至少一个腔室。这可以为相对于被抽气的腔室的泵的安装和对准提供相对简单的构造，这与将泵整合于质谱仪的主体中的设置相反。
由于该泵可独立于该质谱仪地进行提供，本发明的第三方面提供了一种泵，其包括壳体、可插入该壳体的筒体以及用于将该筒体定位于该壳体内的装置，该筒体包括流体入口和抽吸机构，该定位装置使得限定流体入口的筒体的一部分从壳体的嘴部突出，并使得该抽吸机构的纵轴线相对于该嘴部的平面倾斜。
本发明的优选的特征现将参照附图仅以实施例的方式进行说明，其中：
图1是穿过真空泵的垂直截面图；
图2至图6是泵的各种不同的外视图；
图7是简化的截面图，其显示了该泵与多腔室系统的连接。
泵10包括具有用于接收圆柱形筒体14的孔的壳体12，该筒体14容纳抽吸机构、多个流体入口16，18，20以及流体出口22。
参照图1，筒体14包括其内安装有驱动轴26的多组件主体24。轴26的旋转通过绕着轴26固定的马达28实现。轴26安装在相对的轴承上。例如，驱动轴26可由复合式永磁轴承和油润滑轴承系统支撑。
筒体内的抽吸机构包括至少三个抽气部件30，32，34。第一抽气部件30包括一组涡轮分子站。在如图1所示的实施例中，该组涡轮分子站30包括已知成角度构造的四个转子叶片和四个定子叶片。在此实施例中，第一抽气部件的转子叶片与驱动轴26构成一个整体。
第二抽气部件32类似于第一抽气部件30，而且也包括一组涡轮分子站。在如图1所示的实施例中，该组涡轮分子站32也包括已知成角度构造的四个转子叶片和四个定子叶片。在此实施例中，第一抽气部件的转子叶片也与驱动轴26构成一个整体。
在第一抽气部件和第二抽气部件的下游是第三抽气部件34。第三抽气部件34为分子牵引机构的形式，例如，霍尔威克(Holweck)牵引机构。在此实施例中，霍尔威克机构包括两个旋转圆筒和具有以本身已知的方式形成于其内的螺旋状通道的相应的环形定子。旋转圆筒优选地由碳纤维材料形成，并安装在位于驱动轴26上的圆盘上。在此实施例中，圆盘也与驱动轴26构成一个整体。泵出口22位于霍尔威克机构34的下游。
筒体14具有三个入口16，18和20。第一的、低流体压力的入口16位于所有的抽气部件的上游。在此实施例中，第一入口16大致垂直于驱动轴26的标示为36的纵轴线。第二的、中等流体压力的入口18位于第一抽气部件30和第二抽气部件32的级间。在此实施例中，第二入口18绕着驱动轴26的纵轴线延伸。第三的、低流体压力的入口20可位于如图所示的霍尔成克机构34的站的上游或者选择性地位于霍尔威克机构34的站之间，以便霍尔威克机构的所有的站与各个入口16，18，20的流体性地相通。
现在回到壳体12，该孔具有形成于壳体12后表面38的入口，而筒体14通过该入口插入壳体12。当筒体14插入孔时，孔的内表面40，42，44，46朝着如图1至图6所示的完全插入的位置导引筒体14。孔的端部如图1中所标示的48那样成形以限定用于和插入的筒体14的前端部接合的邻接表面，且该孔和壳体12的后表面38限制了筒体14可以插入壳体12的程度。
如图1至图6所示，当筒体14处于完全插入的位置时，壳体12的成形使得孔在许多位置暴露以允许流体进入流体入口16，18，20。在图示的实施例中，壳体12包括形成于壳体12的法兰状平面52中的嘴部50，法兰状的平面52以锐角倾斜于壳体的后表面38，并以锐角θ倾斜于壳体的孔的纵轴线。角θ可以是在10°和80°之间的任何角，优选地是在之间20°和50°之间的角。在图示的实施例中，θ＝27.5°。在如图所示的完全插入的位置，抽吸机构的纵轴线36与壳体12的孔同轴。
为了将筒体定位在完全插入的位置，限定壳体12的孔部分的弯曲件54，56横过壳体12的嘴部50延伸。在此实施例中，弯曲件54，56与壳体12构成一个整体。选择性地，弯曲件54，56可是分开的可插入壳体12的构件。形成壳体12的孔的部分的弯曲件54，56的弯曲的内表面44，46与筒体14的主体24形成密封，同时同时允许各个入口16，18，20通过形成于壳体12的法兰状平面52中的嘴部50部分地暴露。如图所示，第一入口16的部分和第二入口18的部分通过壳体12的嘴部50凸出，同时第三入口20刚好位于嘴部50之下。
图7显示了联接于待要使用其进行抽真空的多腔室系统60的一个实施例的泵10。在图示的实施例中，多腔室系统60是质谱仪系统。高真空腔室62直接跟随第一抽真空界面腔室、(依赖于系统类型)第二抽真空界面腔室和第三抽真空界面腔室64，66，68。第一界面腔室64是抽真空质谱仪系统中最高压力的腔室并可容纳有毛细管或者取样锥，通过该毛细管或者取样锥离子从离子源提取并进入第一界面腔室64。第二界面腔室66可包括第一离子导向器，用于将来自第一界面腔室64的离子导入第三界面腔室68，而第三腔室68可包括第二离子导向器，用于将来自第二界面腔室的离子导入高真空腔室62。
泵10的法兰状的平面52例如以螺栓或者类似的方式联接于系统60的底平面70.位于凹槽72内的O形环帮助在表面52和70之间形成密封.如图7所示，由于泵10联接于系统60，筒体14通过形成于系统的底面70的开口74伸入系统60以便筒体14的第一入口16和第一抽气部件30伸入高真空腔室62，而筒体14的第二入口18和第二抽气部件32伸入第三腔室68，并且在用于增大泵的入口处的导率期间使得泵10以角θ倾斜于在系统60内输送的离子的通道76.然而，泵10延伸入系统60的程度并不是大得可以使泵横过离子通道76.在使用期间，为了防止流体在系统60的腔室之间泄漏，弯曲件54的上表面78与在高真空腔室60和第三腔室68之间的分割墙80的顺应成形的下表面密封接合，而弯曲件56的上表面82与在第二腔室66和第三腔室68之间的分割墙84的顺应成形的下表面密封接合.
使用中，第一界面腔室64连接于前级泵(图未示)，其还从泵10的出口22抽吸流体。前级泵典型地在第一腔室内产生一个压力，该压力与泵10的出口22处的压力为大致相同的数量级。进入泵10的各个入口16，18，20的流体在离开泵之前通过各自不同数量的站。通过第一入口16抽吸的流体顺次通过两组的涡轮分子站30，32和霍尔威克机构34并经由出口22退出泵。通过第二入口18抽吸的流体通过一组涡轮分子站32和霍尔威克机构34并经由出口22退出泵。通过第三入口20抽吸的流体仅通过霍尔威克机构34并经由出口30退出泵。从而，泵10能够在腔室62，66，68内提供所需的真空度，前级泵在腔室64内提供所需的真空度。在此实施例的使用中，第一界面腔室64处于1至10亳巴左右的压力，第二界面腔室66处于10- 1至1亳巴左右的压力，第三界面腔室68处于10-2至10-3亳巴左右的压力，而高真空腔室60处于10-5-10-6亳巴左右的压力。

Claims (21)

1.一种包括多个压力腔室和用于各别地对所述腔室抽真空的真空泵的系统，所述泵包括多个入口和抽吸机构，所述各个入口用于接收来自各自的压力腔室的流体，所述抽吸机构用于各别地抽吸来自腔室的流体，其中，所述泵通过开口伸入所述腔室内以便至少一个入口至少部分地位于其各自的压力腔室内，且泵的纵轴线倾斜于所述开口的嘴部的平面。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，各个入口至少部分地位于其各自的压力腔室内。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述泵的纵轴线在10和80度之间的角度倾斜。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述泵的纵轴线在20和50度之间的角度倾斜。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述泵为筒体的形式插入孔，所述孔构造成用于暴露所述筒体的入口。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述孔通过所述开口伸入所述腔室，所述孔的纵轴线倾斜于所述开口的嘴部的平面。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述孔位于可拆卸的壳体内。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述壳体可联接于限定所述开口的嘴部的表面。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述壳体包括用于将筒体定位于所述孔内的定位装置。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述定位装置设置成与筒体的外表面形成密封。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述定位装置包括用于限制所述筒体可以插入所述孔的程度的装置。
12.根据权利要求5至11任一项所述的系统，其特征在于，所述抽吸机构包括第一抽气部件和处于所述第一抽气部件下游的第二抽气部件，所述部件的设置使得通过第一入口进入所述筒体的流体朝着出口通过所述第一抽气部件和第二抽气部件，且通过第二入口进入所述筒体的流体朝着所述出口仅通过所述部件中的第二部件。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一入口大致垂直于所述泵的纵轴线。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第二入口绕着所述泵的纵轴线延伸。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一抽气部件和第二抽气部件的至少一个伸入各自的压力腔室。
16.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一抽气部件和第二抽气部件的至少一个包括至少一个涡轮分子站。
17.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一抽气部件和第二抽气部件都包括至少一个涡轮分子站。
18.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述筒体包括第三入口，且所述抽吸机构包括处于所述第二抽气部件的下游的第三抽气部件，所述第三抽气部件的设置使得通过第三入口进入所述筒体的流体朝着所述泵出口仅通过所述部件中的第三抽气部件.
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第三抽气部件包括多站的分子牵引机构。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述分子牵引机构是多站的霍尔威克机构，所述霍尔威克机构具有设置成多个螺旋的多个通道。
21.一种各别地抽吸的质谱仪系统，包括具有多个压力腔室的质谱仪，在使用期间离子通过所述压力腔室沿着通道进行输送；以及用于各别地对所述腔室抽真空的泵，所述泵包括多个入口和抽吸机构，所述各个入口用于接收来自各自的压力腔室的流体，所述抽吸机构用于各别地抽吸来自所述腔室的流体，其中，所述泵相对于离子通道的至少一部分倾斜并伸入所述质谱仪而不越过所述离子通道，但是至少一个入口至少部分地位于其各自的压力腔室内。
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