專利名稱:真空泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種真空泵并且特別是一種復(fù)合真空泵,其帶有多個(gè)端口,適于對(duì)多個(gè)腔室進(jìn)行差分抽吸。
在差分抽吸質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)中,將試樣和載氣導(dǎo)入質(zhì)量分析器進(jìn)行分析。一個(gè)這樣的實(shí)例在
圖1中給出。參考圖1,在該系統(tǒng)中,存在高真空腔室10,其緊隨第一和第二真空接口腔室12、14。第一接口腔室12是真空分光計(jì)系統(tǒng)中的最高壓力腔室并且可包含小孔或毛細(xì)管,通過其將離子從離子源抽入第一接口腔室12,以及離子光學(xué)器件以用于引導(dǎo)離子從離子源進(jìn)入第二接口腔室14。第二、中間腔室14可具有另外的離子光學(xué)器件以用于引導(dǎo)離子從第一接口腔室12進(jìn)入高真空腔室10。在該實(shí)例中,在使用時(shí),第一接口腔室處于大約1毫巴的壓力,第二接口腔室處于大約10-3毫巴的壓力,并且高真空腔室處于大約10-5毫巴的壓力。
高真空腔室10和第二接口腔室14可利用復(fù)合真空泵16抽空。在該實(shí)例中,真空泵具有兩個(gè)抽吸部分,其形式為兩組18、20渦輪分子站,以及第三抽吸部分,其形式為Kolweck牽引機(jī)構(gòu)22;可選形式的牽引機(jī)構(gòu),例如Siegbahn或Gaede機(jī)構(gòu),也可替代上述機(jī)構(gòu)使用。每組18、20渦輪分子站包括多個(gè)(在圖1中示出三個(gè),但是可設(shè)置任意適當(dāng)?shù)臄?shù)目)已知斜向構(gòu)造的轉(zhuǎn)子19a、21a和定子19b、21b葉片對(duì)。該Kolweck機(jī)構(gòu)22以本質(zhì)已知的方式具有多個(gè)(圖1中示出兩個(gè),但是可設(shè)置任意適當(dāng)?shù)臄?shù)目)旋轉(zhuǎn)缸23a和相應(yīng)的環(huán)形定子23b和螺旋凹槽。
在該實(shí)例中,第一泵入口24連接到高真空腔室10,并且通過入口24泵送的流體順序通過兩組18、20渦輪分子站以及Kolweck機(jī)構(gòu)22并且經(jīng)由出口30離開該泵。第二泵入口26連接到第二接口腔室14,并且通過入口26泵送的流體通過組20渦輪分子站和Kolweck機(jī)構(gòu)22并且經(jīng)由出口30離開該泵。在該實(shí)例中,第一接口腔室12連接到初級(jí)泵32,該泵還從復(fù)合真空泵16的出口30抽取流體。由于進(jìn)入各個(gè)泵入口的流體在離開該泵之前通過各自不同數(shù)目的站,該泵16能夠在腔室10、14中提供所要求的真空水平。
為了改進(jìn)系統(tǒng)性能,期望增加試樣和載氣從供給源進(jìn)入高真空腔室10的質(zhì)量流率,同時(shí)在第二接口腔室14中保持期望的壓力。對(duì)于在圖1中示意的泵,這可通過增加組20的轉(zhuǎn)子21a和定子21b的直徑以提高復(fù)合真空泵16的能力而得以實(shí)現(xiàn)。例如,為了使得泵16的能力提高到兩倍,轉(zhuǎn)子21a和定子21b的面積需要在尺寸上提高到兩倍。除了增加泵16的總尺寸,并且由此增加質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)的總尺寸,該泵16更加難以驅(qū)動(dòng),這是因?yàn)?,由于組20的轉(zhuǎn)子和定子更大而使得作用在傳動(dòng)軸上的質(zhì)量增加。
至少本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的目的在于提供一種差分抽吸、多端口、復(fù)合真空泵,其使得特別地在需要時(shí),差分抽吸真空系統(tǒng)中的質(zhì)量流率增加,而不會(huì)顯著增加泵的尺寸。
在第一方面,本發(fā)明提供一種真空泵,包括第一抽吸部分、第一泵入口,流體可通過第一泵入口進(jìn)入該泵并且朝向泵出口通過第一抽吸部分、第二和第三抽吸部分、第二泵入口,流體可通過第二泵入口進(jìn)入該泵,第二和第三抽吸部分設(shè)置為使得通過第二入口進(jìn)入該泵的流體被分離成朝向泵出口通過第二抽吸部分的第一股流以及通過第三抽吸部分離開泵出口的第二股流、用于朝向出口輸送通過第三抽吸部分的流體的裝置,以及至少一個(gè)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從其接收流體并且朝向出口輸出流體。
通過利用兩個(gè)抽吸部分有效替代已知泵的第二抽吸部分20,其中在第二入口的兩側(cè)各有一個(gè)并且葉片角度基本反轉(zhuǎn),通過第二入口進(jìn)入泵的流體可被分離成兩股流,他們沿著不同的方向流動(dòng)。一股流沿著出口方向通過第二部分,而另一股流通過第三部分遠(yuǎn)離出口(并且由此與通常的流動(dòng)方向相對(duì))到達(dá)輸送裝置,該裝置朝向出口輸送該股流。這可使得,例如,在第二入口處的質(zhì)量流率當(dāng)需要時(shí)與圖1示意的泵相比有效地加倍,其中泵尺寸/長度的增加僅為大約25-30%。
降低泵尺寸/長度的增加,同時(shí)當(dāng)需要時(shí)改進(jìn)系統(tǒng)性能可以使得該泵特別適于用作復(fù)合泵,該復(fù)合泵用于對(duì)例如工作臺(tái)式質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)的多個(gè)腔室進(jìn)行差分抽吸,該系統(tǒng)要求在例如中間腔室處具有更高的質(zhì)量流率以增加進(jìn)入分析器中的流率,同時(shí)泵尺寸的增加最小。
在一種布置中,該輸送裝置設(shè)置為將通過第三抽吸部分的流體輸送到第二抽吸部分和所述至少一個(gè)另外的抽吸部分中間的位置處。因此,在出口上游,通過第二抽吸部分的流體可與通過第三抽吸部分的流體相結(jié)合。這可使得相對(duì)于通常流動(dòng)方向通過第三抽吸部分的流體連接到與在圖1示意的泵中通過中間抽吸部分20的流體相同的真空點(diǎn)處。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)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個(gè)另外的抽吸部分之間。在這種實(shí)施例中,上述輸送裝置還將通過第一抽吸部分的流體輸送到第二抽吸部分和所述至少一個(gè)另外的抽吸部分中間的位置處。
在輸送裝置的可選布置中,該輸送裝置包括第一導(dǎo)管,用于將通過第一抽吸部分的流體輸送到第二和第三抽吸部分中間的位置,以及第二導(dǎo)管,用于將通過第三抽吸部分的流體輸送到第二抽吸部分和所述至少一個(gè)另外的抽吸部分中間的位置。這還能夠使得通過第一抽吸部分的流體連接到與在圖1所示意的泵中通過抽吸部分18的流體相同的真空點(diǎn)處。優(yōu)選的,該泵包括導(dǎo)流裝置用于將通過第一抽吸部分和第三抽吸部分的流體引導(dǎo)到各自的所述導(dǎo)管。
各個(gè)抽吸部分優(yōu)選包括干式抽吸部分。所述至少一個(gè)另外的抽吸部分優(yōu)選包括至少一個(gè)分子牽引站,例如Kolweck站,和/或再生抽吸站,其位于從第一到第三抽吸部分的下游以用于從其接收流體并且朝向出口輸出流體。優(yōu)選的,各個(gè)第一到第三抽吸部分包括一組渦輪分子站。優(yōu)選的,這些抽吸部分的每一個(gè)包括至少三個(gè)渦輪分子站。第二和第三抽吸部分可包括相同數(shù)目的站,可選的,第二抽吸部分可包括比第三抽吸部分更高數(shù)目的站,以便克服在導(dǎo)管裝置中的任何傳導(dǎo)損耗。第一抽吸部分可具有與第二和第三抽吸部分不同的尺寸/直徑。這可提供選擇性的抽吸性能。
該泵優(yōu)選包括傳動(dòng)軸,該軸具有在其上安裝的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子元件以用于不同抽吸部分的每一個(gè)。用于渦輪分子站中的至少一些的轉(zhuǎn)子元件可設(shè)置在安裝于傳動(dòng)軸上的公共葉輪上。分子牽引站可包括Kolweck站,該站包括至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)缸,其安裝用以與渦輪分子站的轉(zhuǎn)子元件一起進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該缸可安裝在位于傳動(dòng)軸上的圓盤上,該圓盤優(yōu)選與葉輪形成一體。
本發(fā)明還提供一種差分抽吸的真空系統(tǒng),其包括兩個(gè)腔室以及如上所述的用于對(duì)每個(gè)腔室抽吸的泵。該系統(tǒng)可以是質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)、涂覆系統(tǒng),或包括多個(gè)差分抽吸腔室的其它系統(tǒng)的形式。
現(xiàn)在僅通過實(shí)例參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選特征,其中圖1是通過適于對(duì)差分抽吸的質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空的已知的多端口真空泵的簡化截面;圖2是通過適于對(duì)圖1差分抽吸的質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空的多端口真空泵第一實(shí)施例的簡化截面;圖3是通過適于對(duì)圖1差分抽吸的質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空的多端口真空泵第二實(shí)施例的簡化截面;圖4是通過適于對(duì)圖1差分抽吸的質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空的多端口真空泵第三實(shí)施例的簡化截面。
參考圖2,適于對(duì)如上參考圖1所述差分抽吸質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)的至少高真空腔室10和中間腔室14抽真空的真空泵100的第一實(shí)施例包括多構(gòu)件本體102,在其內(nèi)部安裝軸104。利用圍繞軸104設(shè)置的發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)例如不帶電刷的直流發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)該軸。該軸104安裝在相對(duì)的軸承(未示出)上。例如,傳動(dòng)軸104可由混合式永磁軸承和油潤滑軸承系統(tǒng)支撐。
該泵具有至少四個(gè)抽吸部分106、108、110和112。第一抽吸部分106包括一組渦輪分子站。在圖2所示實(shí)施例中,該組渦輪分子站106包括具有已知斜向構(gòu)造的四個(gè)轉(zhuǎn)子葉片和三個(gè)定子葉片。轉(zhuǎn)子葉片在107a處表示并且定子葉片在107b處表示。在該實(shí)例中,轉(zhuǎn)子葉片107a安裝在傳動(dòng)軸104上。
第二抽吸部分108類似于第一抽吸部分106,并且也包括一組渦輪分子站。在圖2所示實(shí)施例中,該組渦輪分子站108也包括具有已知斜向構(gòu)造的四個(gè)轉(zhuǎn)子葉片和三個(gè)定子葉片。轉(zhuǎn)子葉片在109a處表示并且定子葉片在109b處表示。在該實(shí)例中,轉(zhuǎn)子葉片109a也安裝在傳動(dòng)軸104上。
第三抽吸部分110也包括一組渦輪分子站,其葉片角度關(guān)于第二抽吸部分108的角度基本反轉(zhuǎn)。在圖2所示實(shí)施例中,第三抽吸部分110含有與第二抽吸部分108相同數(shù)目的站,即,該組渦輪分子站110也包括具有已知斜向構(gòu)造的四個(gè)轉(zhuǎn)子葉片和三個(gè)定子葉片。轉(zhuǎn)子葉片在111a處表示并且定子葉片在111b處表示。在該實(shí)例中,轉(zhuǎn)子葉片111a也安裝在傳動(dòng)軸104上。
如圖2所示,在第一到第三抽吸部分的下游是形式為Kolweck或其它類型的牽引機(jī)構(gòu)的第四抽吸部分112。在該實(shí)施例中,該Kolweck機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)缸113a、113b以及對(duì)應(yīng)的以本質(zhì)上已知的方式具有在其中形成的螺旋凹槽的環(huán)形定子114a、114b。旋轉(zhuǎn)缸113a、113b優(yōu)選由碳纖維材料形成,并且安裝在設(shè)置于傳動(dòng)軸104上的圓盤115上。在該實(shí)例中,圓盤115也安裝在傳動(dòng)軸104上。在Kolweck機(jī)構(gòu)112下游是泵出口116。
如在圖2中示意的,泵100具有兩個(gè)入口;雖然在該實(shí)施例中僅使用兩個(gè)入口,該泵可具有三個(gè)或更多個(gè)入口,它們能夠被選擇性地打開和關(guān)閉并且能夠例如利用內(nèi)部導(dǎo)流板將不同的流引導(dǎo)到機(jī)構(gòu)的特定部分。例如,入口可設(shè)置在第二抽吸部分108和第四抽吸部分112之間。
在該實(shí)施例中,第一、低流體壓力入口120設(shè)置在所有抽吸部分的上游。第二、高流體壓力入口122設(shè)置在第二抽吸部分108和第三抽吸部分110之間。導(dǎo)管126具有設(shè)置在第一抽吸部分106和第三抽吸部分110之間的入口128,以及設(shè)置在第二抽吸部分108和第四抽吸部分112之間的出口130。
在使用時(shí),各個(gè)入口連接到差分抽吸質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)的各個(gè)腔室。從低壓力腔室10通過第一入口120的流體通過抽吸部分106,在導(dǎo)管入口128處進(jìn)入導(dǎo)管126,經(jīng)由導(dǎo)管出口130離開導(dǎo)管126,通過第四抽吸部分112并且經(jīng)由泵出口116離開泵100。從中間壓力腔室14通過第二入口122的流體進(jìn)入泵100并且“分離”成兩股流。一股流通過第二抽吸部分108和第四抽吸部分112并且經(jīng)由泵出口116離開該泵。另一股流通過第三抽吸部分110并且在導(dǎo)管入口128處進(jìn)入導(dǎo)管126以便結(jié)合通過第一抽吸部分106的流體。這使得沿著與“通常”流動(dòng)方向(即離開出口)相反的方向通過第三抽吸部分110的流體連接到與通過在圖1中示意的泵的中間抽吸部分20的流體相似的真空點(diǎn)處。從高壓力腔室12通過第三入口124的流體可由初級(jí)泵150抽吸,該泵也經(jīng)由出口116輔助泵100。
上述實(shí)施例的特別優(yōu)點(diǎn)在于,通過在入口的每一側(cè)為差分抽吸質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)的中間腔室14提供兩個(gè)抽吸部分(即第二和第三抽吸部分108,110),從中間腔室14進(jìn)入該泵的流體的質(zhì)量流率與圖1所示的已知布置相比至少被加倍,而不會(huì)改變中間腔室中的真空水平。因此,從中間腔室進(jìn)入高真空腔室10的試樣和載氣的流率也被增加,從而改進(jìn)了差分抽吸質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)的性能。
參考圖3,適于對(duì)差分抽吸質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)的高真空腔室10和中間腔室14抽真空的真空泵200的第二實(shí)施例類似于第一實(shí)施例,只是導(dǎo)管126被第一導(dǎo)管202和第二導(dǎo)管208所代替。第一導(dǎo)管202具有位于第一抽吸部分106和第三抽吸部分110之間的入口204,以及位于第二抽吸部分108和第三抽吸部分110之間的出口206。
該第二導(dǎo)管208具有位于第一抽吸部分106和第三抽吸部分110之間的入口210站,以及位于第二抽吸部分108和第四抽吸部分112之間的出口212。導(dǎo)流部件220保證通過第一抽吸部分106的流體進(jìn)入第一導(dǎo)管202并且通過第三抽吸部分110的流體進(jìn)入第二導(dǎo)管208。該布置使得沿著與通常流動(dòng)方向相反的方向通過第三抽吸部分的流體連接到與通過在圖1示意的泵中的中間抽吸部分20的流體相同的真空點(diǎn)處,并且通過第一抽吸部分的流體連接到與通過圖1泵中的抽吸部分18的流體相同的真空點(diǎn)處。
參考圖4,適于對(duì)差分抽吸質(zhì)量分光計(jì)系統(tǒng)的高真空腔室10和中間腔室14抽真空的真空泵300的第三實(shí)施例類似于第一實(shí)施例,除了各個(gè)抽吸部分的轉(zhuǎn)子設(shè)置在公共的葉輪302上。在該實(shí)施例中,第一、第二和第三抽吸部分106、108和110的轉(zhuǎn)子葉片107a、109a和111a與葉輪302形成為一體,并且第四抽吸部分112的圓盤115也與葉輪302形成為一體。然而,僅僅這些轉(zhuǎn)子元件中的一個(gè)或多個(gè)可與葉輪302形成為一體,其余的轉(zhuǎn)子元件安裝在傳動(dòng)軸204上,如在第一實(shí)施例中,或者根據(jù)需要安裝在另一個(gè)葉輪上。葉輪302的右(如圖所示)端可由磁性軸承支撐,該軸承的永久磁鐵設(shè)置在葉輪上,并且傳動(dòng)軸104的左(如圖所示)端可由潤滑軸承支撐。
權(quán)利要求
1.一種真空泵,包括第一抽吸部分、第一泵入口,流體可通過所述第一泵入口進(jìn)入所述泵并且朝向泵出口通過第一抽吸部分、第二和第三抽吸部分、第二泵入口,流體可通過所述第二泵入口進(jìn)入所述泵,第二和第三抽吸部分設(shè)置為使得通過第二入口進(jìn)入所述泵的流體被分離成朝向泵出口通過第二抽吸部分的第一股流以及通過第三抽吸部分離開泵出口的第二股流、用于朝向出口輸送流體通過第三抽吸部分的裝置,以及至少一個(gè)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從其接收流體并且朝向出口輸出流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵,其特征在于,所述輸送裝置設(shè)置為將通過第三抽吸部分的流體輸送到第二抽吸部分和所述至少一個(gè)另外的抽吸部分中間的位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的泵,其特征在于,所述第二和第三抽吸部分位于第一抽吸部分和所述至少一個(gè)另外的抽吸部分之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泵,其特征在于,所述輸送裝置設(shè)置為將通過第一抽吸部分的流體和通過第三抽吸部分的流體輸送到第二抽吸部分和所述至少一個(gè)另外的抽吸部分中間的位置處。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泵,其特征在于,所述輸送裝置包括第一導(dǎo)管,用于將通過第一抽吸部分的流體輸送到第二和第三抽吸部分中間的位置,以及第二導(dǎo)管,用于將通過第三抽吸部分的流體輸送到第二抽吸部分和所述至少一個(gè)另外的抽吸部分中間的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的泵,其特征在于,包括導(dǎo)流裝置,用于將通過第一抽吸部分的流體引導(dǎo)到第一導(dǎo)管,并且將通過第三抽吸部分的流體引導(dǎo)到第二導(dǎo)管。
7.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的泵,其特征在于,各個(gè)抽吸部分優(yōu)選包括干式抽吸部分。
8.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的泵,其特征在于,所述至少一個(gè)另外的抽吸部分包括至少一個(gè)分子牽引站。
9.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的泵,其特征在于,第一、第二和第三抽吸部分中的每一個(gè)均包括至少一個(gè)渦輪分子站。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的泵,其特征在于,第一、第二和第三抽吸部分中的每一個(gè)均包括至少三個(gè)渦輪分子站。
11.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的泵,其特征在于,包括傳動(dòng)軸,所述軸具有位于其上的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子元件以用于抽吸部分中的每一個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的泵,其特征在于,用于至少第一、第二和第三抽吸站的轉(zhuǎn)子元件中的至少一些與安裝在傳動(dòng)軸上的葉輪形成為一體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的泵,其特征在于,另外的抽吸部分的轉(zhuǎn)子元件的至少一個(gè)包括安裝在葉輪上的缸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的泵,其特征在于,所述缸安裝在與葉輪成一體的圓盤上。
15.一種差分抽吸的真空系統(tǒng),其包括兩個(gè)腔室以及根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的泵以用于對(duì)每個(gè)腔室抽吸。
全文摘要
一種真空泵(100),包括第一組(106)渦輪分子站、分子牽引站(112)、第一入口(120),通過第一入口流體可朝向泵出口(116)通過第一組(106)站和分子牽引站(112)、第二和第三組(108、110)渦輪分子站,它們位于第一組(106)和分子牽引站(112)之間、第二入口(122),第二和第三組(108、110)設(shè)置為使得通過第二入口(122)進(jìn)入該泵的流體被分離成兩股流,每股流分別通過第二和第三組(108、110)中相應(yīng)的一個(gè),以及導(dǎo)管裝置(126),用于朝向出口(116)輸送流體通過第一組(106)以及第二和第三組(108、110)中的一個(gè)。
文檔編號(hào)F04B37/00GK1860300SQ200480028086
公開日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2004年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
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