CN1012518B - 复合式分子泵 - Google Patents
复合式分子泵Info
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Abstract
一种复合式分子泵，由涡轮分子泵级与复合排气***串联而成。其复合排气***由外侧圆周上是涡轮短叶齿，内侧圆盘面上为抽气沟槽的复合式动叶轮与静叶轮相匹配，并同圆柱螺旋齿动隔离环复合而成。本发明结构简便，运行安全可靠，工作范围及真空性能大大超过了涡轮分子泵，可满足化工、半导体、微电子、核电子、能源、宇航等领域的等离子研究课题物理气相沉积、化学气相沉积的需要。
Description
本发明属于一种分子泵。
目前已广泛应用的涡轮分子泵虽然具有良好的高真空和超高真空性能，但由于工作原理和泵的结构的限制，前级耐压为10-2托量级，当泵的入口压强高于10-2托时，抽速、压缩比显著下降。而某些应用领域，如物理气相沉积、化学气沉积要求泵能承受几个托的前级工作压强，在入口压强高于5×10-2托时泵的抽速要达到150l/sec。涡轮分子泵是不能满足这些性能要求的。
申请号为8969039的美国专利提出了一种采用多级圆盘形螺线分子拖动泵与涡轮分子泵串联组合的复合泵，它在一定程度上提高了高压强下的抽速，然而这类泵的工作间隙仅为0.1毫米左右，高速转子的惯性力、热膨胀等因素都可能会使泵损坏。同时，也由于此类泵在高真空区域内泵的抽速低于涡轮分子泵，因此至今未得到广泛应用。
申请号为87103982的中国发明专利提供了一种盘式涡轮分子泵。该泵旋转平板圆盘上沿圆周均匀分布有涡轮短叶齿，其定圆盘盘面上开若干个抽气沟槽，沿圆周均匀分布，且呈放射状圆弧线形。该泵的性能超过了涡轮分子泵，已能部分满足以上要求，但由于这种泵结构中存在以下缺点，限制了该泵性能的提高;
附图1为该泵的组合结构图：相邻旋转圆盘之间的动隔离环（1），与定圆盘（2）相对运动，形成的工作间隙是一个留有足够大面积的环形气体分子流通区域，同时也是产生气体分子最大返流的区域。若通气面积缩小则气体分子的流通受阻。旋转圆盘（3）为一个圆形平板，外侧圆周上带有涡轮短叶齿。旋转圆盘（3）的内侧圆盘表面缺少一个气体分子的径向拖动结构，只有通过转速传递给气体分子一个圆周表面切线方向的动量，其动量传递方向与抽气方向不一致。
本发明的任务在于避免上述分子泵的不足之处，提供一种复合分子泵的新型组合结构。
本发明的目的可通过以下措施达到：
1.涡轮分子泵级与复合排气***串联;
2.复合排气***由外侧圆周上是涡轮短叶齿，内侧圆盘面上为抽气沟槽的复合式动叶轮与平板静叶轮相匹配同圆柱螺旋齿动隔离环复合而成。
3.复合排气***也可以由上述复合式动叶轮与盘面上开有抽气沟槽的静叶轮相匹配同圆柱螺旋齿动隔离环复合而成。
4.动隔离环采用圆柱螺旋齿或涡轮短叶齿的结构形式。
本发明的涡轮分子泵级设置在泵壳内靠近入口端，由交错排列的涡轮动叶轮和涡轮静叶轮组成，涡轮动叶轮固定在转轴上，涡轮静叶轮固定在泵壳内，该复合排气***放置在泵壳内靠近出口端。复合排气***由交错排列的带涡轮短叶齿的动叶轮和静叶轮组成，动叶轮固定在同一转轴上，静叶轮固定在泵壳内，相邻的动叶轮由固定在同一转轴上的动隔离环间隔开，动叶轮内侧盘面开有抽气沟槽，动隔离环圆周表面设有圆柱螺旋齿，或采用涡轮短叶齿结构。
下面结合附图详细说明本发明的结构及工作情况，其中：
附图1为现有盘式涡轮分子泵组合结构图;
附图2为本发明的复合分子泵组合结构图;
附图3a为复合动叶轮（9）的结构图;
附图3b为圆柱螺旋齿动隔离环（11）的结构图;
附图4是附图2工作情况的描述。
参见附图2，本发明的整个抽气***安装在泵壳体（5）内，若干级涡轮动叶轮（7）和若干级带抽气沟槽及涡轮短叶齿的复合式动叶轮（9）及圆柱螺旋齿动隔离环（11）固定安装在转轴（6）上组成叶轮转子。涡轮静叶轮（8），静叶轮（10）通过静隔离环（12），固定在泵底座（13）上。涡轮静叶轮（8）与涡轮动叶轮（7）沿轴向相间交错排列，靠近泵口处的第一级为涡轮动叶轮。静叶轮（10）与复合式动叶轮（5）沿轴向相间交错排列，靠近泵的排气口的最末一级是复合式动叶轮，或涡轮动叶轮。电机驱动动叶轮转子高速旋转，动静叶轮相对运动产生良好的抽气效能。
附图1是附图2所示的本发明的复合分子泵工作情况的描述：
（A）为涡轮分子泵级，称为涡轮级。气体分子的走向为轴向流动。
（B）为复合排气***：称为复合级。气体分子的走向是轴向、径向交替改变的。
图中箭头及虚线表示抽气方向。
在转轴（6）上安装的最后一级为单面开槽的带叶齿的动叶轮。也可以是涡轮动叶轮，这是泵的整个抽气***的最后一级，安装在泵的排气口上端。
它在整个工作过程中起离心泵的排气作用：当电机开始驱动叶轮转子旋转，叶轮内侧盘面上的抽气沟槽拖动静止的气体分子开始产生外向径流，由叶轮外侧圆周上的涡轮叶齿将气体分子由径向流动转变成轴向流动排出泵口。随着电机的加速旋转，动叶轮的离心作用加大，叶轮传递给气体分子的动量增大，气体分子的流动便加快，排气量增大。依此向上类推，复合式动叶轮与静叶轮构成的每一级排气级（14）同时提供有效的排气作用。当电机正常高速旋转时，每一级排气级（14）给泵的整个抽气***提供了最大的抽气作用。
复合式动叶轮与静叶轮构成的排气级（14）提供的有效抽气相当于给圆柱螺旋齿动隔离环与静叶轮内环面构成的过渡级（15）提供了一个前级泵抽气级，使过渡级（15）所具有的抽气性能得以充分的发挥，协助由复合式动叶轮与静叶轮构成的压缩级（16）进行抽气工作，使压缩级发挥出的抽气效益高于其所具有的抽气能力。
涡轮级（A）与复合级（B）串联，构成一种复合式分子泵的抽气***，其复合级相当于为整个泵的抽气***提供了一个前级泵，使复合式分子泵的工作状态处于最佳状态。
本发明的复合排气***的复合式动叶轮，外侧的涡轮短叶齿与内侧盘面所开抽气沟槽槽壁相连。
本发明的复合排气***的复合式动叶轮，其内侧的抽气沟槽槽壁可以采用圆弧线形，或阿基米德螺旋线形。
图2所示本发明实施例
至少由泵壳（5），转轴（6），涡轮动叶轮（7），涡轮静叶轮（8），带抽气沟槽及涡轮短叶齿的复合式动叶轮（9），静叶轮（10），圆柱螺旋齿动隔离环（11），静隔离环（12）、泵底座（13）等部分组成。
涡轮选用10级，复合结构排气***选用9级，复合式动叶轮盘面内侧的抽气沟槽选用圆弧线形，槽深6毫米至2毫米递减;其叶齿长度为11毫米至4毫米递减。
泵的入口法兰内径选为150毫米，动叶轮最大外径为174毫米。此复合式分子泵在分子流时对N2的抽速比现有涡轮分子泵提高了22%。比现有盘式涡轮分子泵提高10%。在5×10-2torr高压强时对N2的抽速是涡轮分子泵的3.3倍，是盘式涡轮分子泵的2.3倍，对H2的压缩比是涡轮分子泵的4.3倍，是盘式涡轮分子泵的1.25倍。
上述复合式分子泵的各级数，各结构参数可以根据具体需要作适当增减和调整。
本发明提供的复合式分子泵，结构简便，叶轮总数比涡轮分子泵减少了，叶轮工作间隙为0.5毫米至1.5毫米，装配工艺简便，运转安全可靠。其工作范围及真空性能已大大超过了涡轮分子泵，可以取代涡轮分子泵，及现有的各类分子泵。
本发明可广泛应用于电子器件的制造，表面分析，薄膜技术，等离子体技术，加速器、电子显镜
等领域。
本发明满足化工、半导体、微电子、核电子、能源、宇航等应用领域的等离子研究课题物理气相沉积、化学气相沉积的需要。
Claims (3)
1、一种复合式分子泵，由涡轮分子泵级与复合排气***串联而成，该涡轮分子泵级设置在泵壳内靠近入口端，由交错排列的涡轮动叶轮和涡轮静叶轮组成，涡轮动叶轮固定在转轴上，涡轮静叶轮固定在泵壳内，该复合排气***设置在泵壳内靠近出口端，其特征在于该复合排气***具有交错排列的带涡轮短叶齿的动叶轮和静叶轮，所述的动叶轮固定在同一转轴上，所述的静叶轮固定在泵壳内，相邻的所述动叶轮由固定在同一转轴上的动隔离环间隔开，所述动叶轮内侧盘面上设有抽气沟槽，所述动隔离环圆周表面设有圆柱螺旋齿。
2、一种复合式分子泵，由涡轮分子泵级与复合排气***串联而成，该涡轮分子泵级设置在泵壳内靠近入口端，由交错排列的涡轮动叶轮和涡轮静叶轮组成，涡轮动叶轮固定在转轴上，涡轮静叶轮固定在泵壳内，该复合排气***设置在泵壳内靠近出口端，其特征在于该复合排气***由交错排列的带涡轮短叶齿的动叶轮和静叶轮组成，动叶轮固定在同一转轴上，静叶轮固定在泵壳内，相邻的动叶轮由固定在同一转轴上的动隔离环间隔开，动叶轮内侧盘面开有抽气沟槽，动隔离环采用涡轮短叶齿结构。
3、根据权利要求1或2所说的复合式分子泵，其特征在于靠近泵的排气口处转轴上最末一级是涡轮叶齿动叶轮。
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