專利名稱：渦輪分子泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大流量性能優(yōu)良的渦輪分子泵。
背景技術(shù)：
以往，對于渦輪分子泵的旋轉(zhuǎn)葉輪及固定葉輪的設(shè)計(jì)，以如圖2所示那樣的二維的葉輪截面形狀為模型進(jìn)行了研究。進(jìn)行葉輪設(shè)計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)之一是葉輪間距S和葉輪的弦長C之比即無量綱數(shù)X，排氣性能依賴于該無量綱數(shù)X。以往，在應(yīng)用二維的葉輪截面模型時(shí)，將旋轉(zhuǎn)葉輪和固定葉輪看作為等價(jià)，而以相同的設(shè)計(jì)方針進(jìn)行葉輪的設(shè)計(jì)。作為這種設(shè)計(jì)方針，公知有例如設(shè)計(jì)成無量綱數(shù)X在整層都相同的方法、以各葉輪層的無量綱數(shù)X從泵進(jìn)氣口側(cè)至排氣口側(cè)線性變化的方式設(shè)計(jì)的方法(參照專利文獻(xiàn)1)等。專利文獻(xiàn)1 日本特開2003-13880號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題但是，由于使用二維的葉輪截面模型的現(xiàn)有理論及設(shè)計(jì)方法只考慮了截面(二維)上的分子運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行解析，因此會(huì)與實(shí)際之間產(chǎn)生偏差。因此，雖然對于渦輪分子泵在大流量排氣、高背壓化的要求上正在增長，但在以往的基于二維的葉輪截面模型的設(shè)計(jì)中， 存在不能充分應(yīng)對這些要求的問題。用于解決問題的方案本發(fā)明的渦輪分子泵交替地包括多層第1葉輪層及第2葉輪層，該第1葉輪層由從旋轉(zhuǎn)體呈放射狀形成的多個(gè)動(dòng)葉輪葉片構(gòu)成，該第2葉輪層由相對于上述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸呈放射狀配置的多個(gè)靜葉輪葉片構(gòu)成，其中，對于上述動(dòng)葉輪葉片及上述靜葉輪葉片的葉輪間距S和弦長C的比，即對于無量綱數(shù)X，將上述第1葉輪層的外周部及內(nèi)周部處的無量綱數(shù)分別設(shè)為Xo (R)及Xi (R)，上述第2葉輪層的外周部及內(nèi)周部處的無量綱數(shù)分別設(shè)為 Xo (S)及Xi (S)，此時(shí)，對于在旋轉(zhuǎn)軸方向上相鄰的上述葉輪層，至少具有一層滿足第1關(guān)系式"Xo(R) > Xo (S)”及第2關(guān)系式“Xi(R) < Xi (S)”的葉輪層。也可以是，滿足上述第1關(guān)系式及上述第2關(guān)系式的葉輪層還滿足第3關(guān)系式 "Xi (S) < Xo (S) < Xi (S) X 1. 5”。此外，也可以是，滿足上述第1及上述第2關(guān)系式的葉輪層對于相鄰的葉輪層而言還滿足第4關(guān)系式“Xo(S) < Xo (R) < Xo⑶X 1.5”及第5關(guān)系式“Xi(S) > Xi (R) > Xi(S) XO. 5”。而且，也可以是，滿足上述關(guān)系式的葉輪層適用于承擔(dān)中間流區(qū)域的多個(gè)葉輪層中的至少一層，也可以是，滿足上述關(guān)系式的葉輪層適用于在上述多個(gè)葉輪層之中配置于排氣側(cè)的半數(shù)葉輪層中的至少一層，也可以是，滿足上述關(guān)系式的葉輪層適用于除設(shè)置于在軸向上最靠向進(jìn)氣側(cè)位置的葉輪層之外的所有葉輪層。
而且，也可以是，利用壓鑄法形成多個(gè)上述第2葉輪層之中的至少滿足上述關(guān)系式的葉輪層。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提高排氣性能、特別是大流量區(qū)域中的排氣性能。


圖1是本發(fā)明的渦輪分子泵的一個(gè)實(shí)施方式的圖，表示泵主體的剖面；圖2是表示二維葉輪截面模型的圖；圖3是表示在二維葉輪截面模型下考慮排氣性能的方法的圖；圖4是說明氣體分子的逆流的圖；圖5是旋轉(zhuǎn)葉輪的俯視圖；圖6是固定葉輪的俯視圖；圖7表示無量綱數(shù)X在從第1層至第15層葉輪層上的設(shè)計(jì)例的圖；圖8是說明調(diào)整無量綱數(shù)X使性能提高的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照

用于實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選方式。圖1是表示本發(fā)明的渦輪分子泵的一個(gè)實(shí)施方式的圖，是泵主體1的剖視圖。渦輪分子泵包括圖1所示的泵主體1、及用于對泵主體1供電并控制其旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的控制器(未圖示)。在泵主體1的殼體2的內(nèi)部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)體4，在旋轉(zhuǎn)體4上螺栓緊固有軸3。軸3 被設(shè)置于基座9的定子柱上的上下一對的徑向磁軸承7及推力磁軸承8非接觸式支承，并被馬達(dá)M旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)體4上形成有多層的旋轉(zhuǎn)葉輪4B及旋轉(zhuǎn)圓筒部4D。另一方面，在殼體2內(nèi)層疊有多個(gè)環(huán)狀的襯墊2S，以由該襯墊2S上下夾著的方式設(shè)置有多層固定葉輪2B。而且， 在多層固定葉輪2B的下部設(shè)置有在內(nèi)周表面形成有螺旋槽的固定圓筒部9D。各旋轉(zhuǎn)葉輪 4B及各固定葉輪2B分別由形成為放射狀的多個(gè)葉輪葉片構(gòu)成。另外，在本實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)葉輪4B及固定葉輪2B分別形成有8層。通過在軸向上交替配置的多層旋轉(zhuǎn)葉輪4B和多層固定葉輪2B構(gòu)成渦輪葉輪部T。 另一方面，通過旋轉(zhuǎn)圓筒部4D和固定圓筒部9D構(gòu)成分子牽引泵部，旋轉(zhuǎn)圓筒部4D靠近固定圓筒部9D的內(nèi)周表面地設(shè)置，在固定圓筒部9D的內(nèi)周表面上形成有螺旋槽9M。在分子牽引泵部中，通過固定圓筒部9D的螺旋槽9M和高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)圓筒部4D的協(xié)作而排出氣體。如此使渦輪葉輪部T和分子牽引泵結(jié)合的渦輪分子泵部被稱作廣域型渦輪分子泵。另外，利用鋁合金等金屬材料制作旋轉(zhuǎn)體4，以使其能夠承受高速旋轉(zhuǎn)。圖2是表示上述二維葉輪截面模型的圖。圖2是沿圓周方向剖開旋轉(zhuǎn)葉輪4B的圖，表示相鄰的葉輪葉片TB之間的關(guān)系。在使用二維葉輪截面模型的情況下，葉輪(旋轉(zhuǎn)葉輪4B及固定葉輪2B)的性能由葉輪和氣體分子在二維上的相對速度、無量綱數(shù)X = S/C 決定。S為葉輪間距，C為葉輪的弦長。圖3是表示考慮使用圖2所示的模型時(shí)的排氣性能的方法的圖。在圖3中，上層及
4下層表示旋轉(zhuǎn)葉輪4B，中層表示固定葉輪2B。假設(shè)為旋轉(zhuǎn)葉輪4B是以圓周速度V向圖示向左方向旋轉(zhuǎn)。在向垂直下方向具有速度Vm的氣體分子100射入旋轉(zhuǎn)葉輪4B的情況下， 氣體分子相對于旋轉(zhuǎn)葉輪4B的相對速度Vm’為速度Vm與速度(-V)的矢量和。因此，在旋轉(zhuǎn)葉輪4B被視為處于靜止的情況下，氣體分子被施加旋轉(zhuǎn)作用下的圓周方向的速度矢量 (-V)，相對于旋轉(zhuǎn)葉輪4B傾斜地射入。接著，考慮碰撞到旋轉(zhuǎn)葉輪4B的葉輪葉片TB而從旋轉(zhuǎn)葉輪4B區(qū)域向固定葉輪 2B方向噴出的氣體分子100。將氣體分子100相對于旋轉(zhuǎn)葉輪4B的相對速度設(shè)為Vm’，旋轉(zhuǎn)葉輪4B相對于固定葉輪2B以圓周速度V旋轉(zhuǎn)。因此，從處于靜止的固定葉輪2B角度來說，具有對相對速度Vm’和圓周速度V進(jìn)行矢量相加的速度Vm。該情況對于來自固定葉輪 2B的下側(cè)空間(旋轉(zhuǎn)葉輪4B的區(qū)域)的氣體分子也相同。如此，來自旋轉(zhuǎn)葉輪4B的氣體分子被整體地賦予圖示左方向的速度矢量V，可看作固定葉輪2B的上下空間以圓周速度V移動(dòng)。S卩，當(dāng)在固定葉輪2B的上下具有旋轉(zhuǎn)葉輪 4B時(shí)，可以考慮為等價(jià)于在旋轉(zhuǎn)葉輪4B不存在的狀態(tài)下固定葉輪2B向圖示右方向以圓周速度(-V)旋轉(zhuǎn)的情況。因此，通過將固定葉輪2B的葉輪葉片TB的傾斜方向設(shè)定為與旋轉(zhuǎn)葉輪4B的葉輪葉片TB的傾斜方向相反，能夠看作旋轉(zhuǎn)葉輪4B和固定葉輪2B等價(jià)。由此， 以往，以相同的設(shè)計(jì)方針考慮了旋轉(zhuǎn)葉輪4B和固定葉輪2B。但是，實(shí)際上存在氣體分子的三維移動(dòng)、存在于葉輪層的內(nèi)周部和外周部的間隙的影響、中間流區(qū)域內(nèi)的分子間碰撞等多個(gè)有助于泵性能的參數(shù)。在本實(shí)施方式中，將這些影響也考慮進(jìn)去而將葉輪形狀最佳化，由此實(shí)現(xiàn)性能的上升、特別是作為大流量泵的性能的上升。由于渦輪分子泵的排氣性能基本由“(葉輪的排氣流量)_(逆流量)，，決定，因此排氣性能的上升歸結(jié)于在增加排氣流量的同時(shí)抑制逆流量。由于上述無量綱數(shù)X是與葉輪葉片之間的空間相關(guān)的參數(shù)，因此若增大無量綱數(shù)X則氣體分子的流路面積(葉輪的開口面積)變大，排氣流量和逆流量均增加?？紤]該折衷關(guān)系而將該X調(diào)層為最佳值，由此能夠求出排氣性能變得最大的無量綱數(shù)X。但是，在二維截面模型下的理論計(jì)算中，沒有考慮內(nèi)外周的間隙引起的逆流量、氣體分子的三維移動(dòng)。因此，在以下說明的實(shí)施方式中，考慮間隙引起的逆流量、氣體分子的三維移動(dòng)等而調(diào)整由以往的理論計(jì)算所得的最佳的無量綱數(shù) X，從而實(shí)現(xiàn)排氣性能的最大化。在這里，對于無量綱數(shù)X的調(diào)整，分為以下3點(diǎn)來說明。即，按照以下順序來說明(1)降低間隙的影響；(2)根據(jù)旋轉(zhuǎn)葉輪和固定葉輪的不同點(diǎn)而進(jìn)行的調(diào)整；(3)考慮葉輪層引起的效果的不同點(diǎn)而進(jìn)行的調(diào)整。(1.降低間隙的影響)圖4是沿徑向剖切圖1所示的渦輪分子泵的旋轉(zhuǎn)葉輪4B及固定葉輪2B部分的圖。 此夕卜，圖5是旋轉(zhuǎn)葉輪4B的俯視圖，圖6是固定葉輪2B的俯視圖。如圖4所示，在旋轉(zhuǎn)葉輪4B的頂端和襯墊2S之間、即在旋轉(zhuǎn)葉輪4B的外周側(cè)存在間隙。另一方面，在固定葉輪 2B的內(nèi)周側(cè)肋20a和旋轉(zhuǎn)葉輪4之間也存在間隙。這些間隙是為了使旋轉(zhuǎn)體4能夠旋轉(zhuǎn)而不得不設(shè)置。在圖6所示的固定葉輪2B中，在內(nèi)周及外周設(shè)置有肋20a、20b。若固定葉輪2B的與該間隙部分相對的區(qū)域的無量綱數(shù)X大，則向進(jìn)氣口側(cè)直線逆流的氣體分子BF2增加。因此，間隙部分的逆流量對性能降低的影響比旋轉(zhuǎn)葉輪4B的具有葉輪葉片的其他部分大。因此，為了減小該間隙區(qū)域內(nèi)的逆流分子BF2，使固定葉輪2B的外周側(cè)的無量綱數(shù)Xo (Sn)小于由理論計(jì)算所得的葉輪外周部的無量綱數(shù)計(jì)算值Xo (On)。另外，下標(biāo)η表示該固定葉輪2Β或旋轉(zhuǎn)葉輪4Β是從進(jìn)氣側(cè)起第幾層。在圖6所示的固定葉輪2Β中，通過較小地設(shè)定外周區(qū)域的葉輪間距S，使無量綱數(shù)Xo(Sn)變小。由此，使葉輪內(nèi)周部的無量綱數(shù)Xi (Sn)和葉輪外周部的無量綱數(shù)Xo (Sn)間的差變小。另一方面，若考慮旋轉(zhuǎn)葉輪4Β的外周區(qū)域，則除了來自上下方向的氣體分子的射入之外，還射入在壁面上反射的大致沿徑方向移動(dòng)的氣體分子。但是，若該氣體分子能夠射入到旋轉(zhuǎn)葉輪4Β內(nèi)的概率較小，則沒能射入到旋轉(zhuǎn)葉輪4Β內(nèi)的氣體分子成為逆流分子 BF2。因此，在本實(shí)施方式中，通過使旋轉(zhuǎn)葉輪4Β的葉輪外周部的無量綱數(shù)X0(I^n)大于無量綱數(shù)計(jì)算值Xo (On)，使來自壁面的氣體分子易于射入旋轉(zhuǎn)葉輪4B內(nèi)，減少逆流分子BF2。在如圖5所示的旋轉(zhuǎn)葉輪4B中，通過較小地設(shè)定外周區(qū)域的葉輪間距S，使無量綱數(shù)X0(I^n) 變小。另外，由于在理論計(jì)算中將旋轉(zhuǎn)葉輪和固定葉輪看作為等價(jià)，因此無量綱數(shù)計(jì)算值為相同值。接著，考慮固定葉輪2B的內(nèi)周側(cè)間隙。在該情況下，相同于與外周側(cè)間隙相對的固定葉輪外周區(qū)域的情況的是，也可以適用于與內(nèi)周側(cè)間隙相對的旋轉(zhuǎn)葉輪內(nèi)周區(qū)域。艮口， 通過使旋轉(zhuǎn)葉輪4B的葉輪內(nèi)周部的無量綱數(shù)Xi 0 )小于無量綱數(shù)計(jì)算值Xi (On)，減少逆流分子BF1。另外，旋轉(zhuǎn)葉輪4B對與葉輪葉片接觸的氣體分子賦予由離心力引起的朝向外周方向的速度成分，這一點(diǎn)與固定葉輪2B的情況不同。因此，若使無量綱數(shù)Xi 0 )較小來使葉輪葉片稠密，則氣體分子與葉輪葉片碰撞的概率增加，朝向內(nèi)周側(cè)的分子的比例變小。 這種情況也進(jìn)一步提高降低逆流的效果。若考慮旋轉(zhuǎn)葉輪4B、固定葉輪2B的無量綱數(shù)計(jì)算值Xi (On) ,Xo (On)為相同值，將針對無量綱數(shù)計(jì)算值Xi (On)、Xo (On)進(jìn)行調(diào)整的方針改寫為與上下相鄰的旋轉(zhuǎn)葉輪4B及固定葉輪2B的無量綱數(shù)X(R)、X(S)相關(guān)的關(guān)系，則成為下式(1M2)。另外，Xi(R)、Xo(R) 為旋轉(zhuǎn)葉輪4B的無量綱數(shù)，Xi (S)、Xo (S)為固定葉輪2B的無量綱數(shù)，下標(biāo)i、o表示葉輪內(nèi)周部、葉輪外周部。Xo(R) > Xo (S) ... (1)Xi (R) < Xi (S) ... (2)(2.根據(jù)旋轉(zhuǎn)葉輪和固定葉輪的不同點(diǎn)而進(jìn)行的調(diào)整)如上所述，由于排氣速度不僅依賴于無量綱數(shù)X，還依賴于葉輪的圓周速度，因此根據(jù)圓周速度最優(yōu)化無量綱數(shù)X。由于旋轉(zhuǎn)葉輪4B的圓周速度與離旋轉(zhuǎn)中心起的距離成正比，因此應(yīng)該使外周側(cè)的無量綱數(shù)X大于內(nèi)周側(cè)的無量綱數(shù)X。另一方面，在以往的理論中，如圖3所示那樣看作固定葉輪2B與旋轉(zhuǎn)葉輪4B等價(jià)，無量綱數(shù)X也相同。然而，從圖3可知，從示圖上側(cè)射入到固定葉輪2B的氣體分子是從葉輪葉片TB的下表面噴出的，另一方面，從示圖下側(cè)射入的氣體分子是從葉輪葉片TB的上表面噴出的。 從葉片下表面噴出的氣體分子多為具有左斜下方向的速度矢量，從葉片上表面噴出的氣體分子多為具有右斜上方向的速度矢量。因此，若在這些速度矢量中加進(jìn)圓周速度矢量，則固定葉輪2B的葉輪傾斜度與氣體分子的速度矢量Vm的分布之間的關(guān)系在從上方(進(jìn)氣側(cè)) 射入的氣體分子與從下方(排氣側(cè))射入的氣體分子之間不同。即，在從下側(cè)射入的氣體
6分子的情況下，使速度矢量Vm的大小變大的傾向小于從上側(cè)射入的氣體分子的情況。因此，若考慮為從進(jìn)氣側(cè)射入固定葉輪2B的氣體分子的分子數(shù)和從排氣側(cè)射入固定葉輪2B的氣體分子的分子數(shù)同等，則在射入到固定葉輪2B內(nèi)的氣體分子之中，只有一半左右具有與理論相同的速度矢量Vm。在一般的渦輪分子泵中，由于將葉輪外周部的圓周速度設(shè)定為葉輪內(nèi)周部的圓周速度的2倍左右，因此在將葉輪內(nèi)周部的圓周速度設(shè)為基準(zhǔn) (=1)的情況下，葉輪外周部相對于葉輪內(nèi)周部的圓周速度的增量為1。但是，在考慮像上述那樣只有一半左右具有與理論相同的速度矢量Vm的情況下，可認(rèn)為看作從內(nèi)周側(cè)至外周側(cè)的速度梯度為1/2左右、葉輪外周部的圓周速度為葉輪內(nèi)周部的1. 5倍左右較為適宜。 因此，固定葉輪2B的葉輪外周部無量綱數(shù)Xo (Sn)為葉輪內(nèi)周部無量綱數(shù)Xi (Sn)的1. 5倍左右ο此外，若在從旋轉(zhuǎn)葉輪4B射入固定葉輪2B的期間或者在固定葉輪2B內(nèi)發(fā)生分子間的碰撞，則會(huì)成為降低由旋轉(zhuǎn)葉輪4B賦予圓周速度矢量的效果的原因。因此，在考慮這種分子間碰撞的情況下，可以使葉輪外周部無量綱數(shù)Xo(Sn)小于葉輪內(nèi)周部無量綱數(shù) Xi (Sn)的1.5倍。分子間碰撞的這種影響越是在壓力變得更高的排氣側(cè)的葉輪層就越明顯。另外，由于越是外周側(cè)，旋轉(zhuǎn)葉輪4B的圓周速度就越大，因此越是外周側(cè)，由旋轉(zhuǎn)葉輪 4B賦予給氣體分子的圓周速度矢量的大小就越變大。因此，將固定葉輪2B的葉輪外周部及葉輪內(nèi)周部的無量綱數(shù)Xi (Sn)、Xo(Sn)設(shè)定為“Xi(Sn) < Xo (Sn)，，。最終，在固定葉輪2B 中，優(yōu)選的是，將無量綱數(shù)X如下式⑶那樣設(shè)定。 Xi (Sn) < Xo (Sn) < Xi (Sn) X 1. 5 ... (3)在以與相鄰的固定葉輪2B的關(guān)系表示旋轉(zhuǎn)葉輪4B的無量綱數(shù)Xi 0 )、Xo 0 ) 的情況下，若在式(1)、(2)的關(guān)系之上考慮與固定葉輪2B相關(guān)的上述式(3)，則無量綱數(shù) Xi (Rn)、Xo (Rn)表示為下式(4)、(5)。Xo (S) < Xo(R) < Xo(S) X 1. 5 ... (4)Xi (S) > Xi (R) > Xi (S) XO. 5 ... (5)(3.考慮葉輪層引起的效果的不同點(diǎn)而進(jìn)行的調(diào)整)壓力越大，上述氣體分子的逆流及分子間碰撞的影響就越顯著。因此，越是壓力更高的排氣側(cè)的葉輪層，上述的本實(shí)施方式中的無量綱數(shù)X的設(shè)定方法就越能發(fā)揮其效果。 一般來說，在本實(shí)施方式那樣的渦輪分子泵中，對于分子流區(qū)域的性能是由將固定葉輪2B 和旋轉(zhuǎn)葉輪4B加在一起的多個(gè)葉輪層之中的大致一半、即從進(jìn)氣側(cè)起至大致第8層的葉輪層決定的。另一方面，對于分子流區(qū)域和粘性流區(qū)域之間的中間流區(qū)域，第8層以后的排氣側(cè)的葉輪層的影響變大。在進(jìn)行葉輪設(shè)計(jì)時(shí)也以這種結(jié)構(gòu)為前提進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于大流量狀態(tài)下的性能較大地依賴于該中間流區(qū)域的性能，因此上述無量綱數(shù)X的設(shè)定方法對提高大流量的性能具有效果。因此，不是在所有葉輪層上進(jìn)行上述無量綱數(shù)X的調(diào)整，而是對于分子流區(qū)域的進(jìn)氣側(cè)8層是基于現(xiàn)有的理論來設(shè)定無量綱數(shù)X，僅對于中間流區(qū)域的排氣側(cè)8 層進(jìn)行上述無量綱數(shù)X的調(diào)整，這樣也能夠發(fā)揮足夠的效果。另外，由于在圖1所示的例子中，葉輪層構(gòu)成為16層，因此大致第8層是作為分子流區(qū)域和中間流區(qū)域之間的分界，但例如若是14層的結(jié)構(gòu)，則大致第7層為其分界。圖5、6所示的旋轉(zhuǎn)葉輪4B及固定葉輪2B是基于上述設(shè)計(jì)方針的一例。由于旋轉(zhuǎn)葉輪4B的無量綱數(shù)X在內(nèi)周區(qū)域被較小地調(diào)整，同時(shí)在外周區(qū)域被較大地調(diào)整，因此其在葉輪內(nèi)周部和葉輪外周部之間的差變大。另一方面，固定葉輪2B的無量綱數(shù)X在葉輪內(nèi)周部和葉輪外周部之間的差較小。以往，關(guān)于固定葉輪2B特別是葉輪角度較小的排氣側(cè)的葉輪層，一般是通過彎曲加工金屬板材來制作。但是，如圖6所示，本實(shí)施方式中的固定葉輪2B的葉輪外周部的無量綱數(shù)Xo(Sn)和葉輪內(nèi)周部的無量綱數(shù)Xi (Sn)的差較小。在板金彎曲加工的情況下難以使內(nèi)外周的無量綱數(shù)之差小，不可能形成圖6所示的外周側(cè)的葉輪形狀。因此，在本實(shí)施方式中，通過利用壓鑄來形成固定葉輪2B的整層，能夠制造具有上述那種無量綱數(shù)的固定葉輪2B。當(dāng)然，也可以不采用壓鑄而采用普通的鑄造法來制作。另外，由于在多個(gè)葉輪層之中，最上層的旋轉(zhuǎn)葉輪4B及最下層的固定葉輪2B，都是只在一側(cè)存在相鄰的葉輪層，因此不能與其他葉輪層完全相同地直接適用上述考慮方法，而需要基于其他觀點(diǎn)進(jìn)行的調(diào)整。圖7示出根據(jù)上述方針對除第16層以外的從第1層至第15層的葉輪層進(jìn)行設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)例。在這里，與第幾層的葉輪層無關(guān)，將各旋轉(zhuǎn)葉輪4B全部設(shè)計(jì)為相同的無量綱數(shù) X，將各固定葉輪2B也全部設(shè)計(jì)為相同的無量綱數(shù)X。此外，將第1層的旋轉(zhuǎn)葉輪4B也設(shè)定為與第2層以后的旋轉(zhuǎn)葉輪4B相同的無量綱數(shù)。在圖7中，縱軸表示設(shè)計(jì)的目標(biāo)值設(shè)為 1的情況下的葉輪內(nèi)周部(in)及葉輪外周部(out)的無量綱數(shù)X。設(shè)計(jì)的目標(biāo)值是指由現(xiàn)有的理論所得的、葉輪中間位置處的無量綱數(shù)計(jì)算值X。由于對應(yīng)于氣體分子的平均自由行程而設(shè)計(jì)無量綱數(shù)X，因此根據(jù)特別想排氣的氣體分子區(qū)域確定無量綱數(shù)X即可。在葉輪的中間附近，由于氣體分子的逆流等的三維移動(dòng)的影響較少，因此可以直接使用通過現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理論計(jì)算的無量綱數(shù)計(jì)算值X。若將葉輪中間位置處的無量綱數(shù)計(jì)算值X設(shè)為1，考慮為無量綱數(shù)與圓周速度成正比，則葉輪內(nèi)周部的無量綱數(shù)計(jì)算值Xi成為2/3 ( ^ 0. 67)，葉輪外周部的無量綱數(shù)計(jì)算值Xo成為 4/3( ^ 1. 33)。在固定葉輪2B中，葉輪內(nèi)周部無量綱數(shù)Xi (Sn)設(shè)定為0. 8，葉輪外周部無量綱數(shù) Xo(Sn)設(shè)定為1. 2，葉輪外周部無量綱數(shù)Xo (Sn)設(shè)定為葉輪內(nèi)周部無量綱數(shù)Xi (Sn)的1. 5 倍。另一方面，在旋轉(zhuǎn)葉輪4B中，葉輪內(nèi)周部無量綱數(shù)Xi (1 )設(shè)定為0.5，葉輪外周部無量綱數(shù)Xo(to)設(shè)定為1.5。固定葉輪2B的無量綱數(shù)Xi (Sn)、Xo (Sn)設(shè)定為滿足式(3)，針對這種固定葉輪2B，旋轉(zhuǎn)葉輪4B設(shè)定為滿足式(4)、(5)。圖8是表示對無量綱數(shù)X進(jìn)行了上述調(diào)整后的效果的圖。在這里，將在條件“Xo (S) < Xo (R)，Xi (S) > Xi (R)，，的范圍內(nèi)根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行最優(yōu)化的泵的排氣性能作為基準(zhǔn)，表示進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整而設(shè)計(jì)的泵的排氣性能。因此，圖8的縱軸表示相對于基準(zhǔn)性能的上升率，與基準(zhǔn)性能相同的情況為100%。實(shí)線表示改良品的性能上升率，為了進(jìn)行比較，用點(diǎn)線表示只改善固定葉輪2B的情況下的上升率，用虛線表示只改善旋轉(zhuǎn)葉輪4B的情況下的改善率。在任意一種的情況下，在壓力高的大流量狀態(tài)下性能上升率均變大，能夠?qū)崿F(xiàn)作為大流量泵的性能上升。另外，在圖7所示的例子中，對1 15層的葉輪層實(shí)施了上述的無量綱數(shù)X的調(diào)整，但即可以適用于1 16層所有的葉輪層，也可以適用于1 16層中的任意一層。如上所述，在本實(shí)施方式的渦輪分子泵中，將旋轉(zhuǎn)葉輪4B的葉輪外周部及葉輪內(nèi)周部的無量綱數(shù)設(shè)為Xo(R)及Xi (R)，將固定葉輪2B的葉輪外周部及葉輪內(nèi)周部的無量綱數(shù)設(shè)為Xo ( 及Xi (S)，此時(shí)，在旋轉(zhuǎn)軸方向上相鄰的葉輪層中，至少具有一層滿足第1關(guān)系式"Xo(R) > Xo⑶”以及第2關(guān)系式“Xi(R) < Xi (S)”的葉輪層，從而能夠在不加大尺寸、 不追加特殊的部件的情況下提高排氣性能。而且，對于滿足第1及第2關(guān)系式的葉輪層，使其進(jìn)一步滿足第3關(guān)系式"Xi(S) <Xo(S) < Xi (S) X 1.5”，對于相鄰的葉輪層，使其進(jìn)一步滿足第4關(guān)系式“Xo (S) < Xo (R) < Xo⑶X 1.5”以及第5關(guān)系式“Xi (S) > Xi (R) > Xi (S) XO. 5”，從而能夠進(jìn)一步提高排氣性能。尤其，優(yōu)選的是，將滿足上述關(guān)系式的葉輪層使用于承擔(dān)中間流區(qū)域的多個(gè)葉輪層中的至少一層，或者使用于配置在排氣側(cè)的半數(shù)的葉輪層中的至少一層。而且，通過將本發(fā)明使用于除設(shè)置于在軸向最靠向進(jìn)氣側(cè)位置的葉輪層以外的所有葉輪層，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)性能的上升。此外，在多個(gè)固定葉輪2B之中，通過利用壓鑄法形成至少滿足上述關(guān)系式的葉輪層，能夠容易地進(jìn)行固定葉輪2B的制作。也可以分別單獨(dú)地使用上述各實(shí)施方式，或者組合使用上述各實(shí)施方式。這是因?yàn)槟軌騿为?dú)地或者疊加地發(fā)揮各實(shí)施方式下的效果。此外，以上的說明僅為一例，只要不破壞本發(fā)明的特征，本發(fā)明就不限于上述實(shí)施方式的任何一個(gè)。例如，可以任意組合變形例， 也可以使用于磁軸承式以外的渦輪分子泵。此外，在圖7所示的例子中，從第1層至第15 層適用了相同的設(shè)計(jì)方針的無量綱數(shù)X，但是也可以在滿足上述關(guān)系式的同時(shí)使無量綱數(shù) X從進(jìn)氣側(cè)起至排氣側(cè)線性變化。下述的優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)申請的公開內(nèi)容作為引用文件編入本文中。日本國專利申請2008年第2580M號(2008年10月3日提出申請)
權(quán)利要求
1.一種渦輪分子泵，交替地包括多層第1葉輪層及第2葉輪層，該第1葉輪層由從旋轉(zhuǎn)體呈放射狀形成的多個(gè)動(dòng)葉輪葉片構(gòu)成，該第2葉輪層由相對于上述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸呈放射狀配置的多個(gè)靜葉輪葉片構(gòu)成，其中，對于上述動(dòng)葉輪葉片及上述靜葉輪葉片的葉輪間距S和弦長C的比即無量綱數(shù)X，將上述第1葉輪層的外周部及內(nèi)周部處的無量綱數(shù)分別設(shè)為Xo (R)及Xi (R)，上述第2葉輪層的外周部及內(nèi)周部處的無量綱數(shù)分別設(shè)為Xo(S)及Xi (S)，此時(shí)，對于在旋轉(zhuǎn)軸方向上相鄰的上述葉輪層，至少具有一層滿足第1關(guān)系式"Xo(R) > Xo (S)，，及第2關(guān)系式"Xi (R) < Xi (S)，，的葉輪層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪分子泵，其中，滿足上述第1關(guān)系式及上述第2關(guān)系式的葉輪層還滿足第3關(guān)系式“Xi(S) < Xo(S) < Xi(S) XI. 5”。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪分子泵，其中，在滿足上述第1關(guān)系式及上述第2關(guān)系式的葉輪層中，相鄰的葉輪層還滿足第4關(guān)系式"Xo (S) < Xo (R) < Xo(S) XI. 5” 及第 5 關(guān)系式 “Xi (S) > Xi (R) > Xi (S) XO. 5”。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的渦輪分子泵，其中，滿足上述關(guān)系式的葉輪層適用于承擔(dān)中間流區(qū)域的多個(gè)葉輪層中的至少一層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的渦輪分子泵，其中，滿足上述關(guān)系式的葉輪層適用于在上述多個(gè)葉輪層之中配置于排氣側(cè)的半數(shù)的葉輪層中的至少一層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的渦輪分子泵，其中，滿足上述關(guān)系式的葉輪層適用于除設(shè)置于在軸向上最靠向進(jìn)氣側(cè)位置的葉輪層之外的所有葉輪層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的渦輪分子泵，其中，利用壓鑄法形成多個(gè)上述第2葉輪層之中的至少滿足上述關(guān)系式的葉輪層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種渦輪分子泵，對于旋轉(zhuǎn)葉輪(4B)的動(dòng)葉輪葉片及固定葉輪(2B)的靜葉輪葉片的葉輪間距S和弦長C的比即無量綱數(shù)X，將第1葉輪層的外周部及內(nèi)周部處的無量綱數(shù)分別設(shè)為Xo(R)及Xi(R)，將第2葉輪層的外周部及內(nèi)周部處的無量綱數(shù)分別設(shè)為Xo(S)及Xi(S)，此時(shí)，對于在旋轉(zhuǎn)軸方向上相鄰的葉輪層，設(shè)置至少一層滿足第1關(guān)系式“Xo(R)＞Xo(S)”及第2關(guān)系式“Xi(R)＜Xi(S)”的葉輪層。其結(jié)果，與基于二維的葉輪截面模型進(jìn)行葉輪設(shè)計(jì)的現(xiàn)有渦輪分子泵相比，能夠提高排氣性能、特別是大流量區(qū)域的排氣性能。
文檔編號F04D19/04GK102209851SQ200980145099
公開日2011年10月5日 申請日期2009年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月3日
發(fā)明者大石耕太 申請人:株式會(huì)社島津制作所