專利名稱：分子真空泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非容積式抽氣轉(zhuǎn)子泵，并且也涉及制取高度真空的軸流式氣泵，即分子真空泵。
所推薦的這種分子真空泵，可在各種工藝裝置中用來制取和保持具有殘余氣壓為10-1帕斯卡(Pa)至10-7帕斯卡(Pa)的真空，這類裝置包含諸如電子行業(yè)里制造微型電路和生成人造晶體的設(shè)備。這種真空泵也可用于真空狀態(tài)下工作的各種科研設(shè)備和儀器，如基本粒子加速器，質(zhì)譜儀和電子顯微鏡等。
現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展需要多種規(guī)格的分子真空泵，要求這種泵具有不同的抽氣性能，特別是氣體的壓縮比和抽氣速度。
分子真空泵結(jié)構(gòu)上的主要部件是空心定子和裝在定子中的轉(zhuǎn)子，并且兩者之間具有阻止氣體溢流至吸入側(cè)的狹小間隙。此外，在轉(zhuǎn)子和定子之間形成沿螺旋線分布的抽氣通道。這種分子真空泵的動(dòng)作原理是這樣的，當(dāng)氣體分子撞到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)面時(shí)，這些分子將被誘導(dǎo)沿著通道由入口向出口運(yùn)動(dòng)，亦即氣壓為P1的氣體由吸入側(cè)流至排出側(cè)成為氣壓為P2的氣體，并且獲得沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的切向分速度。這種分子真空泵的氣體壓縮比與下列因素有關(guān)要抽出的氣流所通過的抽氣通道的長度，通道在入口和出口處所穿過的橫截面積的比值，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，以及轉(zhuǎn)子外表面與定子內(nèi)表面之間的間隙量。此外，由于抽氣通道在兩側(cè)是敞開的，所以氣體擴(kuò)散的回流將沿著與抽出氣流相反的方向流動(dòng)，并且壓差P1與P2愈大，則氣體擴(kuò)散回流也愈大。
已知這樣一種分子真空泵(SU，A，580580)它含有空心定子，其軸向孔內(nèi)裝有轉(zhuǎn)子，并且轉(zhuǎn)子與定子之間具有阻止氣體從排出側(cè)向吸入側(cè)溢流的間隙，在轉(zhuǎn)子外表面制成多個(gè)呈多頭螺紋型式的螺旋槽，這些螺旋槽與定子內(nèi)表面形成抽氣通道，通道穿過的截面面積沿氣體吸入側(cè)向排出側(cè)縮小。兩相鄰螺旋槽之間的隔離帶寬度沿抽出方向增加，并且在隔離帶的寬端制成與主螺旋槽平行的附加槽，這些附加槽在吸氣側(cè)用隔板封閉，而在排氣側(cè)是開啟的。分子真空泵做成這樣的結(jié)構(gòu)，借助于附加槽內(nèi)的氣體渦流和氣體的滯留，可以減少氣體擴(kuò)散的回流。
但是，由于吸入側(cè)設(shè)有遮蓋附加槽的隔板，這樣當(dāng)抽出氣流與這些隔板碰撞時(shí)將會(huì)增加氣體擴(kuò)散的回流。
還有一種分子真空泵(SU，A，338684)，它含有空心定子，在其軸向孔內(nèi)裝有轉(zhuǎn)子，并且轉(zhuǎn)子與定子之間具有阻止氣體從排出側(cè)向吸入側(cè)溢流的間隙，在轉(zhuǎn)子外圓柱面上至少制成一個(gè)環(huán)形溝，而在轉(zhuǎn)子諸分段上的環(huán)形溝之間制成多個(gè)螺旋槽，這些螺旋槽在垂直于螺旋線平面內(nèi)的截面面積，在轉(zhuǎn)子諸分段上是不等的，這些面積將沿著氣體吸入側(cè)至排出側(cè)的方向逐段地縮小。在轉(zhuǎn)子的所有分段上，螺旋槽的深度是相同的，而且等于轉(zhuǎn)子各分段間環(huán)形溝的深度。只是螺旋槽的寬度將逐段地減小。此外，轉(zhuǎn)子諸分段的長度，各分段間環(huán)形溝的寬度，每個(gè)分段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即螺旋線的升角和螺旋槽的輪廓可能是不同的，這些項(xiàng)目將根據(jù)所要求的分子真空泵的抽出特性通過計(jì)算加以確定。
轉(zhuǎn)子各分段間的環(huán)形溝將增加氣體擴(kuò)散的回流，這是因?yàn)榄h(huán)形溝內(nèi)氣體的部分分子失掉了它們沿著位于該環(huán)形溝前方分段(即與該環(huán)形溝鄰接的位于氣體吸入側(cè)的分段)上轉(zhuǎn)子螺旋槽運(yùn)動(dòng)時(shí)所獲得的動(dòng)能。氣體擴(kuò)散回流的存在導(dǎo)致降低氣體的壓縮比和分子真空泵的抽氣速度。
本發(fā)明的基本任務(wù)是制造這樣的分子真空泵，即在不增加真空泵輪廓尺寸的情況下，利用減少抽出氣體的擴(kuò)散回流，以保證提高氣體的壓縮比和分子真空泵的抽氣速度。
所提出的這個(gè)課題是這樣解決的分子真空泵含有空心定子，其軸向孔內(nèi)裝有轉(zhuǎn)子，兩者之間具有阻止氣體從排出側(cè)向吸入側(cè)溢流的間隙，在轉(zhuǎn)子外圓柱面上至少制出一個(gè)環(huán)形溝，在轉(zhuǎn)子各分段上的環(huán)形溝之間制作多個(gè)沿螺旋線分布的螺旋槽，這些螺旋槽在垂直于螺旋線平面內(nèi)的截面面積，將在氣體吸入側(cè)至排出側(cè)的方向上逐段地減小;根據(jù)本發(fā)明，這種分子真空泵含有與環(huán)形溝數(shù)量相等的固裝在定子上的葉片盤，葉片盤上的葉片安置在環(huán)形溝內(nèi)，并且與垂直于轉(zhuǎn)子軸的平面成一角度，其傾斜方向與螺旋槽的傾斜方向相反，此外，在每一分段上的螺旋槽的深度將沿氣體吸入側(cè)至排出側(cè)的方向均勻地減小，而每個(gè)環(huán)形溝的最小深度不小于與該環(huán)形溝鄰接的位于氣體吸入側(cè)的轉(zhuǎn)子分段上螺旋槽的最小深度;每個(gè)葉片盤的孔徑和葉片盤的厚度要這樣選取，使得對著相應(yīng)環(huán)形溝表面的葉片盤的表面與這些環(huán)形溝表面之間的間隙，其大小相當(dāng)于轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙。
把葉片盤安裝在定子上，可在葉片邊緣和葉片所在的轉(zhuǎn)子環(huán)形溝表面之間形成迷宮式密封。這種迷宮式密封將減少氣體擴(kuò)散的回流。借助于葉片盤上葉片的傾斜方向與轉(zhuǎn)子螺旋槽螺旋線的方向相反，也可減小氣體擴(kuò)散的回流。在結(jié)構(gòu)上這樣制作的分子真空泵，當(dāng)定子上固裝一個(gè)葉片盤時(shí)，可以將氣體壓縮比至少增加4倍，因而也提高了真空泵的抽氣速度。
下面將根據(jù)對本發(fā)明的實(shí)施例的說明和所提供的簡圖解釋一下本發(fā)明根據(jù)本發(fā)明，

圖1表示分子真空泵的總圖(縱剖面);
根據(jù)本發(fā)明，圖2表示分子真空泵的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子外表面上分布有螺旋槽和環(huán)形溝(局部縱剖面);
圖3表示轉(zhuǎn)子在螺旋槽處的局部視圖(圖2上沿Ⅲ-Ⅲ方向的剖面)。
分子真空泵含有空心定子1(圖1)，在其軸向孔內(nèi)裝有轉(zhuǎn)子3。此外，轉(zhuǎn)子3外圓柱面和定子1內(nèi)圓柱面6之間的間隙4要足夠小;已經(jīng)知道，這個(gè)間隙為0.03～0.15毫米，而且它將對氣體回流造成比較大的阻力，即可阻止氣體溢流至吸氣側(cè)V(在圖上用箭頭標(biāo)出)。在轉(zhuǎn)子3外圓柱面5上，至少制作一條環(huán)形溝。在所說明的實(shí)施例中，有五條這樣的環(huán)形溝7。所有環(huán)形溝7具有相同的寬度a。但是也可把它們作成不同的寬度。
環(huán)形溝7把轉(zhuǎn)子3分成六個(gè)分段8，9，10，11，12，13，這些分段的長度沿著從吸入側(cè)V至排出側(cè)N(在圖上用箭頭標(biāo)出)的抽出方向逐段加長。位于氣體排出一側(cè)N的分段13的長度約三倍于位于氣體吸入一側(cè)V的分段8的長度。
在轉(zhuǎn)子3外表面各分段8，9，10，11，12，13的環(huán)形溝7之間制有呈多頭矩形螺紋型式的螺旋槽14。在所說明的實(shí)施例里，螺旋槽14的數(shù)量為24。此外，在所有分段8，9，10，11，12，13上，螺旋槽14的螺旋線升角ψ(圖2)是相同的。在所說明的實(shí)施例里，該升角約為25°。如在其它已知的分子真空泵結(jié)構(gòu)中那樣，角ψ可以是不同的，其大小為5～50°。在所有分段8，9，10，11，12，13(圖1、2)上，即沿轉(zhuǎn)子3的整個(gè)長度，螺旋槽在垂直于其螺旋線的截面內(nèi)的寬度均相同。如在其它已知的分子真空泵結(jié)構(gòu)中那樣，螺旋槽14的寬度b可以是不同的。在所說明的實(shí)施例里，螺旋槽14的寬度b大約等于環(huán)形溝7的寬度a。與螺旋槽14的螺紋頭數(shù)相等的數(shù)量，如同在其它已知的真空泵結(jié)構(gòu)中那樣，也可能是不一樣的;其數(shù)量與螺旋槽所在的螺旋線的升角，螺旋槽14的寬度和轉(zhuǎn)子3的直徑有關(guān)。沿著吸氣傾V至排氣側(cè)N的方向，螺旋槽14的深度h(圖3)將逐段地減小，亦即在每兩個(gè)相鄰分段8和9，9和10，10和11，11和12，12和13(圖1、2)上，螺旋槽14在吸氣側(cè)V的每一分段8，9，10，11，12上的深度大于螺旋槽14在排氣側(cè)N的每一分段9，10，11，12，13上的深度。轉(zhuǎn)子3上螺旋槽14在每一分段8，9，10，11，12，13的深度h，沿抽出方向均勻地從最大值減小到最小值。
制作在轉(zhuǎn)子3所有分段8，9，10，11，12，13上的螺旋槽14的每個(gè)槽的槽底實(shí)際上位于一個(gè)圓錐面上。同時(shí)，每個(gè)環(huán)形溝7的深度e應(yīng)當(dāng)不小于分別與每個(gè)環(huán)形溝相鄰的并且位于吸氣側(cè)V諸分段8，9，10，11或12上的螺旋槽14的最小深度hmin。每個(gè)環(huán)形溝的底面16(圖2)位于一個(gè)圓柱面。
在所說明的這個(gè)具體實(shí)施例里，每個(gè)環(huán)形溝7的深度e比相應(yīng)分段8，9，10，11或12上的螺旋槽14的深度hmin多出的量大約等于環(huán)形溝7的寬度a。
在一個(gè)分段8，9，10，11，12或13上的每個(gè)螺旋槽14的槽底15(圖1)位于截錐體的圓錐面上，截錐體較小截面的直徑在吸氣一側(cè)V，同時(shí)在分段9，10，11，12，13上諸截錐體的較小截面的直徑分別大于相應(yīng)分段8，9，10，11，12上諸截錐體的較大截面的直徑。因?yàn)榄h(huán)形溝7的溝底16(圖2)是圓柱面，其直徑不大于由每一分段8，9，10，11，12上螺旋槽14的底面15(圖1)所形成的截錐體較大截面的直徑，所以每個(gè)環(huán)形溝7在轉(zhuǎn)子3螺旋槽14槽底15的圓錐面上，亦即在這個(gè)螺旋槽的槽底上形成一個(gè)凹下部。環(huán)形溝7的寬度a和深度e越大，則這個(gè)凹下部也越大。
轉(zhuǎn)子3(圖1)裝在軸17上，并且用螺釘18將轉(zhuǎn)子固定在軸的一端。軸17的另一端與電機(jī)相連接(圖上未標(biāo)出)。定子1的殼體19用螺釘固定在法蘭盤20上。法蘭盤20上開有孔21，在法蘭盤20的排氣一側(cè)，裝有與該孔同軸線的管接頭22，以便與預(yù)真空抽氣管道相連接。
在殼體19的內(nèi)表面上，固裝有葉片盤23，其數(shù)量等于轉(zhuǎn)子3上的環(huán)形溝7的數(shù)量。在所說明的實(shí)施例內(nèi)，葉片盤23要這樣安裝，使得葉片24的自由端朝向葉片盤23的外周邊，亦即葉片盤23的盤轂25布置在盤的中部。也可以采用另外的設(shè)置葉片盤的結(jié)構(gòu)方案，這時(shí)葉片的自由端朝向葉片盤的中央，而盤轂布置在葉片盤的外部。每個(gè)葉片盤23的葉片24裝在相應(yīng)的環(huán)形溝內(nèi)，并且與轉(zhuǎn)子3的軸線垂直的平面成一角度，其傾斜方向與螺旋槽14的傾斜方向相反。
在定子1的軸向孔2內(nèi)，安裝有與轉(zhuǎn)子每一分段8，9，10，11，12同軸的圓環(huán)26，27，28，29，30諸圓環(huán)的寬度要適應(yīng)于相應(yīng)分段8，9，10，11，12的長度。同時(shí)，安裝在轉(zhuǎn)子3兩分段12和13之間的環(huán)形溝7內(nèi)的葉片盤23的自由端夾緊于定子1殼體19上的臺(tái)肩31和圓環(huán)30之間。其余葉片盤23的自由端夾緊于相鄰圓環(huán)30和29，29和28，28和27，27和26之間。在圓環(huán)26和定子1殼體19內(nèi)的臺(tái)肩32之間裝有壓簧33。
安裝在相應(yīng)環(huán)形溝7內(nèi)的每個(gè)葉片盤23盤轂25的孔徑D和葉片盤23的厚度H要這樣選取，使得對著環(huán)形溝7表面的每個(gè)葉片盤23的表面與環(huán)形溝表面之間的間隙l1，l2和l3，大小上相當(dāng)于轉(zhuǎn)子3和定子1之間的間隙值。這些間隙可以為0.03～0.15毫米。
在采用葉片盤上的葉片朝向中心的葉片盤的情況下，間隙l1，l2和l3為朝向環(huán)形溝7表面的葉片邊緣與這些環(huán)形溝表面之間的間隙。
在凹下部中的間隙l1，l2和l3形成迷宮式密封。葉片盤23的厚度H可能是不相同的，并且根據(jù)所要求的分子真空泵的抽氣特性，用計(jì)算方法加以確定。與此同時(shí)，環(huán)形溝7的寬度a決定于葉片盤23的厚度。葉片盤的數(shù)量和與其相對應(yīng)的環(huán)形溝的數(shù)量也決定于分子真空泵的抽氣特性。
分子真空泵按下述方式工作。當(dāng)轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)時(shí)(圖1)，要抽出的氣體分子從吸氣側(cè)流入分子真空泵定子1的軸向孔2內(nèi)，這些氣體分子被朝向吸氣側(cè)V的螺旋槽14的表面吸住，并被引導(dǎo)沿著螺旋槽14運(yùn)動(dòng)，因而在轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上獲得一切向分速度。氣體分子通過分段8上的螺旋槽14，便流到葉片盤23的葉片24上，進(jìn)而被導(dǎo)入分段9，然后從分段9通過分段10，11，12到分段13，再進(jìn)入連接管22。顯然，由于吸入側(cè)V和排出側(cè)N氣體的壓差，要抽出的氣體分子力圖通過轉(zhuǎn)子3和定子1的間隙4返回到吸入側(cè)V，并且增大氣體擴(kuò)散的回流。
當(dāng)氣體擴(kuò)散回流的分子流動(dòng)時(shí)，它們將流到葉片盤23的葉片24上，并被葉片導(dǎo)入轉(zhuǎn)子3的螺旋槽14，在槽內(nèi)這些分子將沿抽出方向獲得一切向分速度。未流到葉片盤23上的部分分子滯留于組成迷宮式密封的間隙l1，l2，l3內(nèi)，這就減少了氣體擴(kuò)散的回流。與此同時(shí)，在采用一個(gè)葉片盤的情況下，分子真空泵的氣體壓縮比，至少提高四倍。為了增大氣體壓縮比，可適當(dāng)增加葉片盤23的數(shù)量，這樣可把氣體壓縮比增大為100或更多的倍數(shù)。
權(quán)利要求
分子真空泵含有空心定子(1)，在其軸向孔(2)內(nèi)裝有轉(zhuǎn)子(3)，轉(zhuǎn)子與定子之間有阻止氣體由排出側(cè)(N)向吸入側(cè)(V)溢流的間隙(4)，在轉(zhuǎn)子外圓柱面(5)上，至少制出一個(gè)環(huán)形溝(7)，而在轉(zhuǎn)子諸分段(8，9，10，11，12，13)的環(huán)形溝(7)之間，制成多個(gè)螺旋槽(14)，這些螺旋槽在垂直于螺旋線平面內(nèi)的截面面積，將在氣體吸入側(cè)(V)至排出側(cè)(N)的方向內(nèi)，從轉(zhuǎn)子的分段(8)至分段(13)逐段減小；本分子真空泵的特點(diǎn)為，含有與環(huán)形溝(7)數(shù)量相等的固定在定子(1)上的葉片盤(23)，葉片盤的葉片(24)分布于環(huán)形溝(7)內(nèi)，并且與垂直于轉(zhuǎn)子(3)旋轉(zhuǎn)軸的平面成一角度，其傾斜方向與螺旋槽(14)的傾斜方向相反，此外，在每一分 8，9，10，11，12，13)上，螺旋槽(14)的深度(h)沿氣體吸入側(cè)(V)至排出側(cè)(N)的走向均勻地減小，而每個(gè)環(huán)形溝(7)的深度不小于與該環(huán)形溝鄰接的位于氣體吸入側(cè)(V)轉(zhuǎn)子(3)分段(8，9，10，11，12)上的螺旋槽(14)的最小深度；每個(gè)葉片盤的孔徑(D)和它的厚度要這樣選取，使得對著相應(yīng)環(huán)形溝表面的葉片盤(23)的表面與這些環(huán)形溝(7)表面間的間隙(L1，L2，L3)，其大小相當(dāng)于轉(zhuǎn)子(3)和定子(1)之間的間隙。
全文摘要
分子真空泵含有空心定子，在其軸向孔內(nèi)裝有轉(zhuǎn)子，其間有間隙，在轉(zhuǎn)子外圓柱面上，至少制出一個(gè)環(huán)形溝，在轉(zhuǎn)子諸分段上的環(huán)形溝間，制成多個(gè)螺旋槽，其深度從氣體吸入側(cè)至氣體排出則均勻地減小，每個(gè)環(huán)形溝的深度不小于與該環(huán)形溝鄰接的位于氣體吸入側(cè)轉(zhuǎn)子分段上的螺旋槽的最小深度。在定子上固裝有葉片盤，其數(shù)量等于環(huán)形溝的數(shù)量。盤上的葉片分布于環(huán)形溝內(nèi)，對著相應(yīng)環(huán)形槽表面的每個(gè)葉片盤的表面與這些環(huán)形溝表面間的間隙，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子與定子間的間隙。
文檔編號(hào)F04D19/04GK1037195SQ8810247
公開日1989年11月15日 申請日期1988年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月29日
發(fā)明者瓦拉里·波里斯維奇·肖魯克夫, 康斯坦丁·?；峋S奇·德米科弗, 弗拉基米爾·依里奇·維科里弗, 弗拉基米爾·佩福羅維奇·瑟基夫, 瑟基·尼科萊維奇·沙里施恩 申請人:瓦拉里·波里斯維奇·肖魯克夫, 康斯坦丁·埃基尼維奇·德米科弗, 弗拉基米爾·依里奇·維科里弗, 弗拉基米爾·佩福羅維奇·瑟基夫, 瑟基·尼科萊維奇·沙里施恩