CN1038859A

CN1038859A - 涡轮式分子真空泵

Info

Publication number: CN1038859A
Application number: CN 88103767
Authority: CN
Inventors: 弗拉基米尔帕夫罗维奇萨金夫; 瓦勒瑞布瑞斯维奇-肖罗克霍夫; 弗拉基米尔依里奇瓦克芬; 塞奇尼克拉夫维奇-沙斯金
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-23
Filing date: 1988-06-23
Publication date: 1990-01-17

Abstract

涡轮式分子真空泵含有空心定子1，在其中装有空心转子2，在定子与转子之间设置有涡轮式分子抽气级和分子抽气级的通路3，4，它们通过动态密封的通路34，36与大气相通，通路34，36由制作在转子2内表面段37和转子2轴14的外表面段35上呈多头矩形螺纹型式的沟槽和分别对着这些表面段35，37的转子2和轴承16的表面所组成，轴承16位于空心转子2内，而转子2轴14的一端安装在轴承内。

Description

本发明属于非容积式抽气转子泵，而且也涉及用于制取高度真空的轴流式泵，即涡轮式分子真空泵。

现代科学技术的发展，需要大量型号的具有各种不同性能（特别是抽气速度和气体压缩比）的涡轮式分子真空泵，抽气速度和气体压缩比将决定涡轮式分子真空泵的各主要结构部件的外廓尺寸。

涡轮式分子真空泵含有空心定子，在其轴向孔内装有空心转子，该转子与驱动它旋转的轴刚性连接。在转子和定子彼此相对的两表面之间形成有涡轮式分子抽气级和分子抽气级的通路。

分子抽气级在排出侧可以把所抽出气体的压力增压到100泊（Pa），而为了进一步把所抽出气体的压力提高至大气压，则需要有预真空抽气级，在涡轮式分子真空泵的传统结构中，这种预真空抽气级是与涡轮式分子真空泵接通的单独的前级真空泵。但是从前级真空泵的内腔至要抽出的工艺密闭室的容积沿着抽气通路流动有烃分子，这种情况将严重降低真空度，而最后将降低所出产品的质量。为了消除烃分子的移动，例如可以采用含氮的吸收器，这种吸收器在结构上将使涡轮式分子真空泵的制造复杂化，而且要使价格提高。

还知道一种涡轮式分子真空泵，其中动态密封起预真空抽气级的作用，密封的通路位于涡轮式分子真空泵的两结构元件的两圆柱面之间，其中一个结构元件被驱使旋转。两圆柱面之间的间隙一般为0.015～0.03mm。动态密封的通路一般由制作在被驱动旋转元件表面上的呈多头矩形螺纹型式的沟槽所组成。沟槽的深度从吸气侧至排气侧均匀地由0.1mm减小至0.03mm。此外，沟槽的宽度等于两相邻沟槽间脊背的宽度，并且该宽度根据所要求的涡轮式分子真空泵的抽气特性通过计算以一定的方式加以确定。

已知又一种涡轮式分子真空泵（FR，B，222409），该泵含有空心定子，其中装有空心转子，定子与转子之间设置有涡轮式分子抽气级的通路，以及与其相通的分子抽气级的通路，后一种通路与动态密封的通路连通，而动态密封的通路与大气相通，并且由位于空心转子内的轴承（转子轴的一端装于该轴承）的内表面和制作在转轴外表面段上呈多头矩形螺纹型式的沟槽所组成，沟槽的深度从吸气侧至排气侧均匀地减小。

此外，为了保证给定的抽气特性，特别是气体压缩比，在转轴上制作动态密封沟槽的哪一外表面段的长度，应当不小于转轴的直径。但是，这样将增加转轴的长度，并且会增加轴承的悬臂载荷和装有转子的转轴的轴惯矩，从而将限制转轴的旋转速度，因而也就限制了涡轮式分子真空泵的抽气特性，特别是泵的气体压缩比和主要与转轴旋转速度有关的抽气速度。

本发明的基本任务是研制一种涡轮式分子真空泵，而且要有这样的动态密封，在不加大泵的外廓尺寸的情况下，保证能够提高涡轮式分子真空泵的轴气特性。

所提出的这个任务是这样解决的，在含有空心定子的涡轮式分子真空泵中，定子内装有空心转子，在定子与转子之间设置有涡轮式分子抽气级的通路，以及与其相通的分子抽气级的通路，后一种通路与动态密封的通路连通，而动态密封的通路与大气相通，并且由位于空心转子内的轴承（转子轴的一端装于该轴承）的内表面和制作在轴的外表面段上呈多头矩形螺纹型式的沟槽所组成，沟槽的深度从吸气侧至排气侧均匀地减小，根据本发明，设置有与动态密封主通路和分子抽气级通路相通的附加动态密封通路，这种通路由制作在转子内表面段上呈多头矩形螺纹型式的沟槽和相对这一内表面段的轴承的外表面所组成。

为了提高抽气速度和气体压缩比，在涡轮式分子真空泵中，制作动态密封主通路和附加通路的沟槽时，使这两种沟槽具有相反的螺纹方向是适当的，附加通路沟槽的深度从排气侧至吸气侧均匀地减小。

为了提高涡轮式分子真空泵工作的可靠性，在制作动态密封主通路和附加通路的沟槽时，使其具有相同的螺纹方向是有利的，附加通路沟槽的深度从吸气侧至排气侧均匀地减少。

由于制作在转子内圆柱面上的沟槽所形成的动态密封附加通路的存在（转子的直径至少要比转轴的直径大一倍，在转轴上制作有动态密封的主通路），与动态密封主通路的通过截面积相比较，可以增加动态密封附加通路的通过截面积，这样也可以提高涡轮式分子真空泵的抽气特性。

除此以外，这种情况还可缩短动态密封主通路的长度，这样可降低装有转子的转轴的轴惯矩，并且借助于加大转子的转速，在不增加泵的外廓尺寸的情况下，可以把涡轮式分子真空泵的抽气速度至少提高20%。

下文将用实施本发明的具体实例和附图说明本发明，各图的说明如下：

根据本发明，图1为涡轮式分子真空泵的总图（纵剖面）;

根据本发明，图2为具有放大比例的图1上的部件A，其上有形成动态密封附加通路的沟槽，该沟槽的螺纹方向与形成动态密封主通路的沟槽的螺纹方向相反。

根据本发明，图3为和图2相同的部件A，其上有形成动态密封附加通路的沟槽，该沟槽的螺纹方向与形成动态密封主通路沟槽的螺纹方向相同。

涡轮式分子真空泵含有空心定子1（图1），其中装有空心转子2，定子与转子之间设置有涡轮式分子抽气级的通路3和分子抽气级的通路4，这两种通路彼此相通。

定子1含有涡轮式分子抽气级的壳体5与分子抽气级的壳体6，两壳体彼此刚性连接，例如采用螺钉联接。

在涡轮分子抽气级的壳体5上，安装带有三个叶盘8的盘毂7，这些叶盘位于与转子2刚性连接的四个叶轮9之间，在叶盘与叶轮之间，形成涡轮式分子抽气级的通路3。

如同在其它已知的涡轮式分子真空泵的结构中那样，叶轮9的数量和与其相应的叶盘8的数量，可以是各种各样的。该数量可以从2至20以上，而且众所周知，这个数量与泵的结构元件的几何参数有关，特别是与叶轮9的叶片间通路的通过截面积和涡轮式分子真空泵的所要求的抽气特性有关。

分子抽气级的通路4由制作在定子1壳体6的内圆柱面10上呈多头矩形螺纹型式的槽11和转子2的外圆柱面12组成。槽11的深度在吸气侧V（图上用箭头标出）至排气侧N（图上用箭头标出）的方向上均匀地由30mm减少至0.5mm。转子2外圆柱面和定子1壳体6内圆柱面之间的间隙13相当小，众所周知，该间隙为0.03mm至0.15mm，并且对逆向气流造成较大的阻力，亦即防止气体从排气侧N向吸气侧V溢流。

转子2安装在轴14上，并且用螺钉15固定在该轴上。轴14装在两个空气静压轴承16和17上，这两个空气静压轴承16和17分别有与压缩空气供给和分配***（图上未标出）的通路相通的环形槽18和19。

轴承16，17装在壳体20内，与垫圈23一起装在杯形套筒22内的止推轴承21上，例如利用螺钉联接与壳体20刚性连接着。

在杯形套筒22内安装有电机的定子24，电机的转子25位于轴14的下端26。外壳27固定于环形套筒22。为了冷却涡轮式分子真空泵，外壳27与垫圈28，29以及通风窗30相连接。为了固定垫圈28和29，在垫圈28和环形套筒22之间装有定位销31。在定子1的壳体6上制有圆孔32，并在壳体6上与圆孔同轴地固定有用来与预真空抽气导管（图上未标出）相连接的套管33，而导管是用来从密闭室进行预抽气的（图上未标出）。

在保持密闭室内真空的条件下，为了防备要抽出的气流直接流入大气，在涡轮式分子真空泵的结构内设置有动态密封，这种密封可以保证把要抽出气体的压力从分子抽气级通路4出口处的压力提高至大气压力。动态密封包含主通路34，该通路位于轴14外表面段35和相对这一外表面段35的轴承16内表面之间。

动态密封的主通路34在吸气侧V通过轴承16上部端面与相对该端面的转子2表面间的间隙38，以及动态密封的附加通路36相连通，附加通路位于转子2内表面段37和相对这一内表面段37的轴承16外表面之间。

动态密封的主通路34在排气侧N通过制作在轴承16内的径向和纵向通路39，40，轴14和套筒42之间的间隙，以及通过分别制作在套筒41和壳体20上的径向共轴线通路43和44相连通。

动态密封的附加通路36通过转子2的内表面与轴承16和壳体20的两个外表面之间的间隙45，46，并且通过介于定子1壳体6的内表面和壳体20外表面之间的环形空腔47，与分子抽气级的通路4相连通。

动态密封的主通路34由制作在转子2轴14的呈多头矩形螺纹型式的外表面段35上的沟槽48（图2和3）所组成。沟槽48的深度1从吸气侧V至排气侧N均匀地由0.1mm减小至0.03mm。

螺纹头数和表面段35的长度L（图2）或长度L₁（图3）决定于轴14的直径。沟槽48的宽度b沿表面段35的整个长度L是相同的，并且等于2mm，而两相邻沟槽48之间的脊背49的宽度a等于沟槽48的宽度b。

动态密封的附加通路36由制作在转子2的呈多头矩形螺纹型式的内表面段37（图2，3）上的沟槽50（图2）或沟槽51（图3）所组成。沟槽50，51的深度l₁沿着内表面段37（图2，3）的长度H（图2）或长度H₁（图3）均匀地变化，以保证动态密封通路36和34的入口处和出口处的气体压力差。沟槽50，51深度l₁的变化趋向与沟槽48的螺纹方向有关。

为了提高抽气速度和气体压缩比，组成动态密封附加通路36的沟槽50（图2）的螺纹方向与组成动态密封主通路34的沟槽48的螺纹方向相反。与此同时，沟槽50的深度l₁从排气侧N至吸气侧V均匀地由0.07mm减小至0.03mm。沿沟槽50的全长其宽度b₁均相同，并且等于2mm。相邻两沟槽50之间的脊背52的宽度等于沟槽50的宽度b₁。轴14上制有沟槽48的外表面段35的长度L约为转轴14直径的0.3至0.5而转子2内表面段37的长度H大约为2/3L。选择L和H的值以及它们的比值决定于所要求的抽气特性，并且用计算方法以一定的方式加以确定。此外，L总是小于转轴14的直径，而H总是小于L，这样可以减少带有转子16的转轴14的轴惯矩。

为了保持涡轮式分子真空泵的工作能力，在偶然把压力提高到大气压力的情况下，在与预真空干路（图上未示出）相通的环形空腔47（图1）内，组成动态密封附加通路36的沟槽51（图3）所具有的螺纹方向与组成动态密封主通路36的沟槽48的螺纹方向相一致。此外，沟槽51的深度l₁从吸气侧V至排气侧N均匀地由0.007mm减少至0.03mm。沟槽51的宽度和脊背53的宽度均等于2mm，这种情况相同于图2上的方案。轴14外表面段35的长度L₁为转轴14直径的0.5～0.8，而转子2内表面段37的长度H₁为1/2～2/3L₁。

选取L₁和H₁的具体值以及它们的比值也决定于所要求的涡轮式分子真空泵的抽气特性，并且用计算方法以一定的方式加以确定。

涡轮式分子真空泵按下列方式工作。在安装真空泵时，定子1的壳体5（图1）与相应的操作装置的密闭室（图上未示出）连通。套管33与预抽气级的导管（图上未示出）接通。从密封室进行预抽气，然后用阀（图上未示出）遮断预抽气的导管。此后将压力为0.59微泊（μPa）的压缩空气通过槽18和19送入轴14和空气静压轴承16和17间的间隙，而轴14将在空气静压轴承16和17中“浮起”。

随后，在电机的定子24上的加电压，带有转子2的轴14将由电机的转子25驱使转动。当转子2转动时，来自密闭室所抽出容积中的气体分子被叶轮9的叶片挂住，并且被压至涡轮式分子抽气级的通路3，涡轮式分子抽气级在出口处将保证气体压力升高至所要求的计算值。

从涡轮式分子抽气级的通路3将气体分子送进分子抽气级的通路4，在其出口处所抽出的气流中的压力将由10^-2泊（Pa）升至10^-1泊（Pa）。其次，要抽出气流的分子通过环形空腔47，间隙46和45进入动态密封的附加通路36。然后，通过间隙38将气体送入动态密封的主通路34，在其出口处要抽出的气体压力升高至大气压力。最后，要抽出的气体通过轴承16的通路39，40，间隙41和套筒42的孔43以及壳体20的通路44排至大气。动态密封起着预真空泵的作用，并且保证把压力升高至大气压，此外密闭室要抽出的容积可以不被烃分子所污染。

当要抽出气流通过动态密封附加通路36时，其压力至少要升高4倍，因而可保证减小动态密封主通路34中所抽出气体的压力差，这样利用缩短动力密封主通路34的长度，可以降低带有转子2的转轴14的轴惯矩，并且可以提高转子2的转动速度。这就保证了在不变动涡轮式分子真空泵外廓尺寸的情况下，可以把泵的抽气性能至少提高20%。

通过由沟槽50（图2），其深度从排气侧N至吸气侧V均匀地减小，而组成的动态密封附加通路36的气流的压力约可提高一次方，即这样可把涡轮式分子真空泵的抽气特性至少提高30%。

通过由沟槽52（图3），其深度从吸气侧V至排气侧N均匀地减小，形成的动态密封附加通路36的气流的压力大约升高4倍，这样可以把涡轮式分子真空泵的抽气特性至少提高20%。

然而这样制作动态密封附加通路36的更大的优越性说明如下：

由于在这种通路36内会建立起抵抗粘性气流的阻力，而于空腔47里压力突然升高时，附加通路可以防止涡轮式分子真空泵发生损坏。

所推荐的涡轮式分子真空泵可以用于制取和保持真空气体残余压力为10^-1至10^-7泊（Pa）的各种各样的工艺设备里，例如在电子行业内制造微型电路，生成人造晶体，以及利用真空进行工作的各种各样的科研设备和仪器里，如基本粒子加速器，质谱仪和电子显微镜。

Claims

1、涡轮式分子真空泵含有空心定子1，其中装有空心转子2，在定子和转子之间设置有涡轮式分子抽气级的通路3，以及与其相通的分子抽气级通路4，后一种通路与大气相通的动态密封通路34连通，而动态密封通路由位于空心转子2内的轴承16，转子2轴14的一端装于该轴承内，其内表面段37和制作在轴14的外表面段35上呈多头矩形螺纹型式的沟槽所组成，沟槽的深度从吸气侧V至排气侧N均匀地减小，本涡轮式分子真空泵的特点是，含有与动态密封主通路34和分子抽气级通路4相通的动态密封附加通路36，该通路由制作在转子内表面段39上呈多头矩形螺纹型式的沟槽和相对这一内表面段37的轴承16的外表面所组成。

2、根据权利要求1，涡轮式分子真空泵的特点为，在制作具有相反螺纹方向的动态密封主通路34和附加通路36的沟槽48，50时，附加通路36沟槽50的深度，从吸气侧至排气侧均匀地减小。

3、根据权利要求1，涡轮式分子真空泵的特点为，在制作具有相同螺纹方向动态密封主通路34和附加通路36的沟槽48，50时，附加通路36沟槽50的深度，从排气侧至吸气侧均匀地减小。