螺旋泵級(jí)和包含該泵級(jí)的真空泵的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00980152645. 4、申請(qǐng)日為2009年12月8日、進(jìn)入中國(guó)國(guó)家階 段日為2011年6月24日、題為"螺旋泵級(jí)和包含該泵級(jí)的真空泵"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案 申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)奪叉引用
[0003]本申請(qǐng)與 2008 年 12 月 24 日遞交的、題為"CENTRIPETAL PUMPING STAGE AND VACUUM PUMP INCORPORATING SUCH PUMPING STAGE"的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 12/343, 961 相 關(guān)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及用于真空泵的螺旋泵級(jí)（spiral pumping stage)。更具體地，本發(fā)明 涉及改進(jìn)的螺旋分子泵級(jí)以及包含該泵級(jí)的真空泵。
【背景技術(shù)】
[0005] 分子拖曳泵級(jí)通過從快速移動(dòng)表面（以與分子的熱運(yùn)動(dòng)相當(dāng)?shù)乃俣纫苿?dòng)）直接向 氣體分子的動(dòng)量傳遞產(chǎn)生泵送作用。一般來說，該泵級(jí)包括彼此合作并在其之間限定泵送 通道的轉(zhuǎn)子和定子：泵送通道中的氣體分子與在非常高的速度下旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的碰撞導(dǎo)致通 道中的氣體被從通道本身的入口泵送到出口。
[0006]參考圖 1，在 1920-1930之間，Karl Manne Georg Siegbahn開發(fā)了分子栗設(shè)備 10， 其中泵送作用通過與旋轉(zhuǎn)軸30 -體的轉(zhuǎn)子盤20和一對(duì)定子體40和50之間的合作來獲得， 所述轉(zhuǎn)子盤20具有的光滑表面，定子體40和50分別面對(duì)轉(zhuǎn)子盤表面，并且具有相應(yīng)的螺 旋形溝槽60,所述螺旋形溝槽60分別朝向轉(zhuǎn)子盤的相應(yīng)表面開口并且由其限定相應(yīng)的泵 送通道。
[0007] Siegbahn的專利GB 332, 879公開了上述類型的結(jié)構(gòu)。將被泵送的氣體通過各個(gè) 泵送溝槽的外周上的入口 70進(jìn)入，如箭頭CP所示沿向心方向（即從外周朝向泵送溝槽） 在兩個(gè)螺旋溝槽中流動(dòng)。在此情況下，考慮兩個(gè)并聯(lián)的螺旋泵送通道，氣體在兩個(gè)通道中沿 向心方向流動(dòng)。
[0008] 根據(jù)Siegbahn，為了控制泵送通過螺旋通道60的氣體的阻力，沿氣體流動(dòng)方向從 定子體的外周朝向其中心、根據(jù)盤的切向速度的減小而減小這些通道的橫截面積。
[0009] 美國(guó)專利No. 6,394,747(M. Hablanian)公開了一種整體尺寸和重量減小的真空 泵，為此，一對(duì)Siegbahn型泵送級(jí)被串聯(lián)而不是并聯(lián)連接。
[0010] 根據(jù)US 6, 394, 747的公開內(nèi)容，具有光滑表面的轉(zhuǎn)子盤被布置在第一定子體和 第二定子體之間，這些定子體分別具有螺旋形溝槽，所述螺旋形溝槽分別朝向轉(zhuǎn)子盤的相 應(yīng)表面開口并且由其限定相應(yīng)的泵送通道。開始時(shí)，將被泵送的氣體在第一定子體和轉(zhuǎn)子 盤之間沿離心方向（從轉(zhuǎn)子盤的中心到外周）流動(dòng)，然后在第二定子體和轉(zhuǎn)子盤之間沿向 心方向（即，從轉(zhuǎn)子盤的外周到中心）流動(dòng)。
[0011] 限定第一定子盤中的泵送通道（其中氣體沿離心方向流動(dòng)）的溝槽的橫截面積從 中心向外周減小，而限定第二定子盤中的泵送通道（其中氣體沿向心方向流動(dòng)）的溝槽的 橫截面積從外周向中心減小。由此，溝槽的橫截面積總是沿流動(dòng)方向減小，US 6, 394, 747的 目的在于優(yōu)化泵送速度和壓縮比。
[0012] 在已知的具有上述幾何構(gòu)造的Siegbahn型泵級(jí)中，特別是在采用重要的流速度 的應(yīng)用中，產(chǎn)生如下風(fēng)險(xiǎn)：內(nèi)部壓縮和隨后的再膨脹以及相應(yīng)的功率損耗。因此，本發(fā)明的 主要目的是提供一種用于真空泵的向心泵級(jí)，其可以克服上述缺點(diǎn)并減少功率損耗，尤其 是在若干級(jí)被串聯(lián)連接時(shí)。所附權(quán)利要求中要求保護(hù)的螺旋泵級(jí)實(shí)現(xiàn)了該目的和其它目 的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 根據(jù)本發(fā)明的泵級(jí)包括螺旋泵送通道，所述螺旋泵送通道被設(shè)計(jì)成體積通道速度 (L/s)(由通道橫截面積與所述面積法向的轉(zhuǎn)子速度的一半的乘積給出）在整個(gè)泵送通道 上基本恒定。
[0014] 泵級(jí)包括定子體，所述定子體在第一表面上具有至少一個(gè)螺旋通道，所述通道的 橫截面積從所述定子體的中心向外周減小，從而使得通道橫截面積與所述面積法向的轉(zhuǎn)子 速度的乘積（即，內(nèi)部氣體流速）保持恒定，而不管氣體沿向心方向還是離心方向流動(dòng)通過 通道。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，泵級(jí)包括定子體，所述定子體在第一表面上具有至 少一個(gè)其中氣體沿第一方向流動(dòng)的螺旋通道以及在其相反一側(cè)的表面上具有至少一個(gè)其 中氣體沿與第一方向相反的第二方向流動(dòng)的其它螺旋通道，這兩種通道的橫截面積都從盤 的中心向外周減小，從而保持恒定的內(nèi)部通道速度。因此，限定泵級(jí)定子體的螺旋通道的溝 槽的橫截面積的變化基于純粹的幾何考慮來設(shè)計(jì)，而與氣流的前進(jìn)方向無關(guān)。
[0016] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，除了減小功率損耗之外，上述的結(jié)構(gòu)特征還在制 造過程中就簡(jiǎn)化和減少成本而言帶來顯著優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗械亩ㄗ芋w可以除了螺旋的纏繞方 向之外被制造成相同的，而不管其被用于向心泵級(jí)還是離心泵級(jí)。
[0017] 有利地，根據(jù)本發(fā)明的泵級(jí)可以與其它相同種類或不同種類的泵級(jí)組合用于真空 泵中。例如，泵級(jí)可以被設(shè)置在多個(gè)渦輪分子軸向泵級(jí)的下游。并且，根據(jù)本發(fā)明的泵級(jí)可 以設(shè)置在Gaede泵級(jí)和/或再生泵級(jí)的上游。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的對(duì)于真空泵的第一優(yōu)選應(yīng)用，多個(gè)泵級(jí)被串聯(lián)連接，從而氣體交替 沿向心方向和離心方向流動(dòng)通過泵級(jí)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的對(duì)于真空泵的第二優(yōu)選應(yīng)用，多個(gè)泵級(jí)被并聯(lián)連接，從而將被泵送 的氣體沿離心方向平行地流動(dòng)通過泵級(jí)。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的對(duì)于真空泵的第三優(yōu)選應(yīng)用，多個(gè)泵級(jí)被并聯(lián)連接，從而將被泵送 的氣體沿向心方向平行地流動(dòng)通過泵級(jí)。
【附圖說明】
[0021] 參考附圖，根據(jù)對(duì)于作為非限制性實(shí)施例的本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描 述，本發(fā)明的其它目的和特征將變得清楚，其中：
[0022] 圖1是已知的Siegbahn型泵的橫截面圖；
[0023] 圖2a是根據(jù)本發(fā)明的泵級(jí)的定子體的透視圖；
[0024] 圖2b是包含圖2a的定子體的第一泵級(jí)的橫截面圖；
[0025] 圖2c是包含圖2a的定子體的第一泵級(jí)的橫截面圖；
[0026] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的真空泵的橫截面圖；
[0027] 圖4是圖3的真空泵的細(xì)節(jié)的放大圖；
[0028] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的真空泵的橫截面圖；
[0029] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的真空泵的橫截面圖；
[0030] 圖7是用于本發(fā)明的真空泵的不同實(shí)施方式的泵級(jí)的定子體的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 參考圖2a到2c，泵級(jí)包括與定子體1合作的具有光滑表面的轉(zhuǎn)子盤7, 7'，所述 定子體1在面對(duì)轉(zhuǎn)子盤7, 7'的表面上具有多個(gè)螺旋通道3a，3b，3c，3d。這些螺旋通道3a， 3b，3c，3d并聯(lián)連接，并且由相應(yīng)的螺旋肋5a，5b，5c，5d彼此分離。
[0032] 通道3a，3b，3c，3d的橫截面積〇從定子體1的中心向外周減小，即隨著離定子體 1的中心的距離R的增大而減小。更具體地，如已知的，轉(zhuǎn)子速度從定子體的外周朝向中心 與半徑R相應(yīng)地減小。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明，通道3a，3b，3c，3d的橫截面積〇變化，使得體積通道速度 (volumetric channel speed) S 為常數(shù)，據(jù)此：
[0034] S= VnX〇=常數(shù)（1)
[0035] 其中，Vn是面積〇法向的轉(zhuǎn)子速度的一半。
[0036] 更具體地，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，定子體1的螺旋通道的形狀被限定，使得 沿每一個(gè)螺旋通道總滿足如下的條件：
[0037]
[0038] 其中，《 =