真空泵
本发明涉及一种真空泵并且特别是一种复合真空泵,其带有多个端口,适于对多个腔室进行差分抽吸。
在差分抽吸质量分光计***中,将试样和载气导入质量分析器进行分析。一个这样的实例在图1中给出。参考图1,在该***中,存在高真空腔室10,其紧随第一和第二真空接口腔室12、14。第一接口腔室12是真空分光计***中的最高压力腔室并且可包含小孔或毛细管,通过其将离子从离子源抽入第一接口腔室12,以及离子光学器件以用于引导离子从离子源进入第二接口腔室14。第二、中间腔室14可具有另外的离子光学器件以用于引导离子从第一接口腔室12进入高真空腔室10。在该实例中,在使用时,第一接口腔室处于大约1毫巴的压力,第二接口腔室处于大约10-3毫巴的压力,并且高真空腔室处于大约10-5毫巴的压力。
高真空腔室10和第二接口腔室14可利用复合真空泵16抽空。在该实例中,真空泵具有两个抽吸部分,其形式为两组18、20涡轮分子站,以及第三抽吸部分,其形式为Kolweck牵引机构22;可选形式的牵引机构,例如Siegbahn或Gaede机构,也可替代上述机构使用。每组18、20涡轮分子站包括多个(在图1中示出三个,但是可设置任意适当的数目)已知斜向构造的转子19a、21a和定子19b、21b叶片对。该Kolweck机构22以本质已知的方式具有多个(图1中示出两个,但是可设置任意适当的数目)旋转缸23a和相应的环形定子23b和螺旋凹槽。
在该实例中,第一泵入口24连接到高真空腔室10,并且通过入口24泵送的流体顺序通过两组18、20涡轮分子站以及Kolweck机构22并且经由出口30离开该泵。第二泵入口26连接到第二接口腔室14,并且通过入口26泵送的流体通过组20涡轮分子站和Kolweck机构22并且经由出口30离开该泵。在该实例中,第一接口腔室12连接到初级泵32,该泵还从复合真空泵16的出口30抽取流体。由于进入各个泵入口的流体在离开该泵之前通过各自不同数目的站,该泵16能够在腔室10、14中提供所要求的真空水平。
为了改进***性能,期望增加试样和载气从供给源进入高真空腔室10的质量流率,同时在第二接口腔室14中保持期望的压力。对于在图1中示意的泵,这可通过增加组20的转子21a和定子21b的直径以提高复合真空泵16的能力而得以实现。例如,为了使得泵16的能力提高到两倍,转子21a和定子21b的面积需要在尺寸上提高到两倍。除了增加泵16的总尺寸,并且由此增加质量分光计***的总尺寸,该泵16更加难以驱动,这是因为,由于组20的转子和定子更大而使得作用在传动轴上的质量增加。
至少本发明优选实施例的目的在于提供一种差分抽吸、多端口、复合真空泵,其使得特别地在需要时,差分抽吸真空***中的质量流率增加,而不会显著增加泵的尺寸。
在第一方面,本发明提供一种真空泵,包括第一抽吸部分、第一泵入口,流体可通过第一泵入口进入该泵并且朝向泵出口通过第一抽吸部分、第二和第三抽吸部分、第二泵入口,流体可通过第二泵入口进入该泵,第二和第三抽吸部分设置为使得通过第二入口进入该泵的流体被分离成朝向泵出口通过第二抽吸部分的第一股流以及通过第三抽吸部分离开泵出口的第二股流、用于朝向出口输送通过第三抽吸部分的流体的装置,以及至少一个另外的抽吸部分,其位于第一、第二和第三抽吸部分下游以用于从其接收流体并且朝向出口输出流体。
通过利用两个抽吸部分有效替代已知泵的第二抽吸部分20,其中在第二入口的两侧各有一个并且叶片角度基本反转,通过第二入口进入泵的流体可被分离成两股流,他们沿着不同的方向流动。一股流沿着出口方向通过第二部分,而另一股流通过第三部分远离出口(并且由此与通常的流动方向相对)到达输送装置,该装置朝向出口输送该股流。这可使得,例如,在第二入口处的质量流率当需要时与图1示意的泵相比有效地加倍,其中泵尺寸/长度的增加仅为大约25-30%。
降低泵尺寸/长度的增加,同时当需要时改进***性能可以使得该泵特别适于用作复合泵,该复合泵用于对例如工作台式质量分光计***的多个腔室进行差分抽吸,该***要求在例如中间腔室处具有更高的质量流率以增加进入分析器中的流率,同时泵尺寸的增加最小。
在一种布置中,该输送装置设置为将通过第三抽吸部分的流体输送到第二抽吸部分和所述至少一个另外的抽吸部分中间的位置处。因此,在出口上游,通过第二抽吸部分的流体可与通过第三抽吸部分的流体相结合。这可使得相对于通常流动方向通过第三抽吸部分的流体连接到与在图1示意的泵中通过中间抽吸部分20的流体相同的真空点处。
在一个优选实施例中,第二和第三抽吸部分位于第一抽吸部分和所述至少一个另外的抽吸部分之间。在这种实施例中,上述输送装置还将通过第一抽吸部分的流体输送到第二抽吸部分和所述至少一个另外的抽吸部分中间的位置处。
在输送装置的可选布置中,该输送装置包括第一导管,用于将通过第一抽吸部分的流体输送到第二和第三抽吸部分中间的位置,以及第二导管,用于将通过第三抽吸部分的流体输送到第二抽吸部分和所述至少一个另外的抽吸部分中间的位置。这还能够使得通过第一抽吸部分的流体连接到与在图1所示意的泵中通过抽吸部分18的流体相同的真空点处。优选的,该泵包括导流装置用于将通过第一抽吸部分和第三抽吸部分的流体引导到各自的所述导管。
各个抽吸部分优选包括干式抽吸部分。所述至少一个另外的抽吸部分优选包括至少一个分子牵引站,例如Kolweck站,和/或再生抽吸站,其位于从第一到第三抽吸部分的下游以用于从其接收流体并且朝向出口输出流体。优选的,各个第一到第三抽吸部分包括一组涡轮分子站。优选的,这些抽吸部分的每一个包括至少三个涡轮分子站。第二和第三抽吸部分可包括相同数目的站,可选的,第二抽吸部分可包括比第三抽吸部分更高数目的站,以便克服在导管装置中的任何传导损耗。第一抽吸部分可具有与第二和第三抽吸部分不同的尺寸/直径。这可提供选择性的抽吸性能。
该泵优选包括传动轴,该轴具有在其上安装的至少一个转子元件以用于不同抽吸部分的每一个。用于涡轮分子站中的至少一些的转子元件可设置在安装于传动轴上的公共叶轮上。分子牵引站可包括Kolweck站,该站包括至少一个旋转缸,其安装用以与涡轮分子站的转子元件一起进行旋转运动。该缸可安装在位于传动轴上的圆盘上,该圆盘优选与叶轮形成一体。
本发明还提供一种差分抽吸的真空***,其包括两个腔室以及如上所述的用于对每个腔室抽吸的泵。该***可以是质量分光计***、涂覆***,或包括多个差分抽吸腔室的其它***的形式。
现在仅通过实例参考附图描述本发明的优选特征,其中:
图1是通过适于对差分抽吸的质量分光计***进行抽真空的已知的多端口真空泵的简化截面;
图2是通过适于对图1差分抽吸的质量分光计***进行抽真空的多端口真空泵第一实施例的简化截面;
图3是通过适于对图1差分抽吸的质量分光计***进行抽真空的多端口真空泵第二实施例的简化截面;
图4是通过适于对图1差分抽吸的质量分光计***进行抽真空的多端口真空泵第三实施例的简化截面。
参考图2,适于对如上参考图1所述差分抽吸质量分光计***的至少高真空腔室10和中间腔室14抽真空的真空泵100的第一实施例包括多构件本体102,在其内部安装轴104。利用围绕轴104设置的发动机(未示出)例如不带电刷的直流发动机旋转该轴。该轴104安装在相对的轴承(未示出)上。例如,传动轴104可由混合式永磁轴承和油润滑轴承***支撑。
该泵具有至少四个抽吸部分106、108、110和112。第一抽吸部分106包括一组涡轮分子站。在图2所示实施例中,该组涡轮分子站106包括具有已知斜向构造的四个转子叶片和三个定子叶片。转子叶片在107a处表示并且定子叶片在107b处表示。在该实例中,转子叶片107a安装在传动轴104上。
第二抽吸部分108类似于第一抽吸部分106,并且也包括一组涡轮分子站。在图2所示实施例中,该组涡轮分子站108也包括具有已知斜向构造的四个转子叶片和三个定子叶片。转子叶片在109a处表示并且定子叶片在109b处表示。在该实例中,转子叶片109a也安装在传动轴104上。
第三抽吸部分110也包括一组涡轮分子站,其叶片角度关于第二抽吸部分108的角度基本反转。在图2所示实施例中,第三抽吸部分110含有与第二抽吸部分108相同数目的站,即,该组涡轮分子站110也包括具有已知斜向构造的四个转子叶片和三个定子叶片。转子叶片在111a处表示并且定子叶片在111b处表示。在该实例中,转子叶片111a也安装在传动轴104上。
如图2所示,在第一到第三抽吸部分的下游是形式为Kolweck或其它类型的牵引机构的第四抽吸部分112。在该实施例中,该Kolweck机构包括两个旋转缸113a、113b以及对应的以本质上已知的方式具有在其中形成的螺旋凹槽的环形定子114a、114b。旋转缸113a、113b优选由碳纤维材料形成,并且安装在设置于传动轴104上的圆盘115上。在该实例中,圆盘115也安装在传动轴104上。在Kolweck机构112下游是泵出口116。
如在图2中示意的,泵100具有两个入口;虽然在该实施例中仅使用两个入口,该泵可具有三个或更多个入口,它们能够被选择性地打开和关闭并且能够例如利用内部导流板将不同的流引导到机构的特定部分。例如,入口可设置在第二抽吸部分108和第四抽吸部分112之间。
在该实施例中,第一、低流体压力入口120设置在所有抽吸部分的上游。第二、高流体压力入口122设置在第二抽吸部分108和第三抽吸部分110之间。导管126具有设置在第一抽吸部分106和第三抽吸部分110之间的入口128,以及设置在第二抽吸部分108和第四抽吸部分112之间的出口130。
在使用时,各个入口连接到差分抽吸质量分光计***的各个腔室。从低压力腔室10通过第一入口120的流体通过抽吸部分106,在导管入口128处进入导管126,经由导管出口130离开导管126,通过第四抽吸部分112并且经由泵出口116离开泵100。从中间压力腔室14通过第二入口122的流体进入泵100并且“分离”成两股流。一股流通过第二抽吸部分108和第四抽吸部分112并且经由泵出口116离开该泵。另一股流通过第三抽吸部分110并且在导管入口128处进入导管126以便结合通过第一抽吸部分106的流体。这使得沿着与“通常”流动方向(即离开出口)相反的方向通过第三抽吸部分110的流体连接到与通过在图1中示意的泵的中间抽吸部分20的流体相似的真空点处。从高压力腔室12通过第三入口124的流体可由初级泵150抽吸,该泵也经由出口116辅助泵100。
上述实施例的特别优点在于,通过在入口的每一侧为差分抽吸质量分光计***的中间腔室14提供两个抽吸部分(即第二和第三抽吸部分108,110),从中间腔室14进入该泵的流体的质量流率与图1所示的已知布置相比至少被加倍,而不会改变中间腔室中的真空水平。因此,从中间腔室进入高真空腔室10的试样和载气的流率也被增加,从而改进了差分抽吸质量分光计***的性能。
参考图3,适于对差分抽吸质量分光计***的高真空腔室10和中间腔室14抽真空的真空泵200的第二实施例类似于第一实施例,只是导管126被第一导管202和第二导管208所代替。第一导管202具有位于第一抽吸部分106和第三抽吸部分110之间的入口204,以及位于第二抽吸部分108和第三抽吸部分110之间的出口206。
该第二导管208具有位于第一抽吸部分106和第三抽吸部分110之间的入口210站,以及位于第二抽吸部分108和第四抽吸部分112之间的出口212。导流部件220保证通过第一抽吸部分106的流体进入第一导管202并且通过第三抽吸部分110的流体进入第二导管208。该布置使得沿着与通常流动方向相反的方向通过第三抽吸部分的流体连接到与通过在图1示意的泵中的中间抽吸部分20的流体相同的真空点处,并且通过第一抽吸部分的流体连接到与通过图1泵中的抽吸部分18的流体相同的真空点处。
参考图4,适于对差分抽吸质量分光计***的高真空腔室10和中间腔室14抽真空的真空泵300的第三实施例类似于第一实施例,除了各个抽吸部分的转子设置在公共的叶轮302上。在该实施例中,第一、第二和第三抽吸部分106、108和110的转子叶片107a、109a和111a与叶轮302形成为一体,并且第四抽吸部分112的圆盘115也与叶轮302形成为一体。然而,仅仅这些转子元件中的一个或多个可与叶轮302形成为一体,其余的转子元件安装在传动轴204上,如在第一实施例中,或者根据需要安装在另一个叶轮上。叶轮302的右(如图所示)端可由磁性轴承支撑,该轴承的永久磁铁设置在叶轮上,并且传动轴104的左(如图所示)端可由润滑轴承支撑。