專利名稱：盤形分子泵動靜盤片匹配方式及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體泵領(lǐng)域，屬于高速旋轉(zhuǎn)機械真空泵。
現(xiàn)有的盤形分子泵，如中國專利CN85105304，一般都由一運動平板盤片與開有抽氣溝槽的定盤片組成，或者在動盤片上開槽而定盤片為平板。美國專利US3969039在復(fù)合分子泵中應(yīng)用的盤形分子泵是由開有一沿徑向直線溝槽的運動盤片與開有阿基米德螺線溝槽的定盤片所構(gòu)成。上述盤形分子泵中存在以下缺陷轉(zhuǎn)子傳遞給氣體分子的動量方向是沿各圓周上的切線方向，而抽氣溝槽的線形一般是阿基米德螺線和對數(shù)螺線等，動、靜盤片間不能合理匹配，造成高速運動表面?zhèn)鬟f給氣體分子的動量方向不能與抽氣溝槽的方向保持一致，從而限制了盤形分子泵抽氣性能的提高。
本發(fā)明的目的是避免上述已有技術(shù)的不足，提出一種動、靜盤片之間得以合理匹配的新方式，以及應(yīng)用這一匹配方式的盤形分子泵，以改善盤形分子泵的抽氣性能，增加盤形分子泵的運行可靠性。
本發(fā)明的目的可以通過動盤片與靜盤片上抽氣溝槽的合理匹配來實現(xiàn)當(dāng)一盤片上開有某一曲線的抽氣溝槽時，另一盤片上則開有與該曲線成正交的曲線的抽氣溝槽，從而當(dāng)其中一盤片高速旋轉(zhuǎn)時，在其曲面上傳遞給氣體分子的動量方向始終可以與另一圓盤上曲線溝槽的切線方向保持一致。
下面結(jié)合實施例作詳細敘述設(shè)在一盤片上抽氣溝槽曲線的極座標(biāo)方程為ρ＝f(θ)(1)
其中ρ為螺線的極半徑，θ為極角，現(xiàn)要在另一圓盤片上找到一條與上述曲線正交的曲線另設(shè)一隱函數(shù)為F＝ρ-f(θ)，并令該隱函數(shù)的法向?qū)?shù)
，由于
亦即
(2)當(dāng)f(θ)為一確定形式后，對(2)式積分，即可得到與該曲線成正交的另一種曲線形式例如，當(dāng)f(θ)＝aθ，即阿基米德螺線時，式中a為一給定常數(shù)，其值在20-40之間，代入(2)式，積分后可得ρ≤a/θ這是一條雙曲螺線。
上述匹配方式可用于以其他曲線形式(如對數(shù)線，圓弧線等)為抽氣溝槽的盤形分子泵，還可用于基于兩個相對運動表面組成而達到氣體密封作用的裝置。
附

圖1為本發(fā)明實施例中兩圓盤片相互匹配的透視圖，其中標(biāo)號1為轉(zhuǎn)動軸，標(biāo)號3為靜盤片，標(biāo)號4為動盤片。圖中大箭頭表示動盤片轉(zhuǎn)動方向，小箭頭表示氣體分子運動方向，圖中(A)和(B)是分子速度合成矢量圖。從圖上可見，任何一個圓盤產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，其曲面的法線方向始終與另一圓盤上曲線溝槽的切線方向保持一致，也就是使分子動量傳遞方向始終與抽氣方向保持一致。
上述動盤片不僅能使分子動量傳遞方向與抽氣方向保持一致，而且當(dāng)動盤片開有一定深度的溝槽時，從附圖1(A)和(B)的分子速度合成矢量方向(其中豎直箭頭表示分子相對動盤片的切向速度，水平箭頭表示分子熱運動速度，中間箭頭為分子實際的合成速度方向)，結(jié)合附圖1可見，這種動盤片本身就具有如渦輪葉片基于傳輸原理的抽氣功能。也就是說，當(dāng)氣體分子從盤形分子泵的外圓側(cè)抽向內(nèi)圓側(cè)時，(圖1的右側(cè)部分)，由于外側(cè)入射分子的合成速度方向有利于動盤片上抽氣溝槽的抽氣方向，使氣體分子更易于從動盤片的外圓側(cè)傳輸?shù)絻?nèi)圓側(cè)。反之，當(dāng)氣體分子從內(nèi)側(cè)往外側(cè)抽時，(圖1的左側(cè)部分)，外側(cè)入射分子的合成速度不利于動盤片上抽氣溝槽的抽氣方向，也就是不利于氣體分子從外側(cè)返流到內(nèi)側(cè)。這樣，就進一步增加了這種盤形分子泵的抽氣能力。
本發(fā)明的實施例中以盤片上開有數(shù)個均勻分布的阿基米德螺線槽為定盤片，開有數(shù)個均勻分布的雙曲螺線槽為動盤片，組成一單級盤形分子泵。其中當(dāng)動盤片的內(nèi)半徑R1≥1.5a時，雙曲螺線可以用它的漸近線y＝a替代。一般a可以取20至40，本例取a＝25，R1＝39毫米。
把本發(fā)明的若干具有動、靜盤片合理匹配的單級盤形分子泵同軸安裝，并通過改變圓盤面上的螺線槽走向來改變盤形分子泵的徑向抽氣方向，使相鄰兩級盤形分子泵的抽氣方向交替改變，就可以實現(xiàn)盤形分子泵的串聯(lián)抽氣。本實施例為兩級串聯(lián)盤形分子泵。
如果把若干級渦輪分子泵葉輪同軸安裝在上述串聯(lián)盤形分子泵上面，就可以組成復(fù)合式盤形分子泵。
采用本發(fā)明提出的匹配方式而構(gòu)成的盤形分子泵，允許二盤片間的軸向工作間隙△d取較大的數(shù)值。這是因為現(xiàn)有技術(shù)制成的盤形分子泵中平板動盤片傳遞的是圓周方向上的切向動量，兩抽氣溝槽間的沿圓周方向上的泄漏對整泵的抽氣性能的影響很大，所以一般盡可能取較小值。而本發(fā)明由于動量傳遞方向為抽氣方向，所以園周切向泄漏對泵的抽氣性能影響就相應(yīng)的減小。所以本發(fā)明的盤形分子泵的軸向間隙一般可達0.7～1.2毫米，從而可以大大提高盤形分子泵的運行可靠性。
本發(fā)明提出的盤形分子泵中的動，靜盤片上的抽氣溝槽深度可以根據(jù)不同的工作區(qū)域(即真空條件)作適當(dāng)?shù)倪x擇。靜盤片的槽深d可以取2至5毫米，動盤片上d可以取1.5至3.5毫米。本發(fā)明的實施例中第一級的d靜＝3.5毫米，d動＝2.5毫米;第二級的d靜＝3毫米，d動＝2毫米。
本發(fā)明提出的盤形分子泵中的動、靜盤片上的抽氣溝槽數(shù)，可以根據(jù)不同的工作區(qū)域進行適當(dāng)?shù)倪x擇。動盤片上槽數(shù)Z一般在20至48個之間;靜盤片上一般在8至15個之間。本發(fā)明的實施例中第一級的Z動＝36個，Z靜＝8個;第二級Z動＝36個，Z靜＝10個。
本發(fā)明的實施例是由二級上述盤形分子泵串聯(lián)而成。參看附圖2，其中1是轉(zhuǎn)動軸;2是泵壁;3是二面都開有阿基米德螺線溝槽，但螺線走向相反的靜盤片;4是單面開有以y＝a為漸近線溝槽的動盤片。當(dāng)與原來動盤片以平板園盤片為形式而組成的二級盤形分子泵的抽氣性能相比較時，現(xiàn)在發(fā)明的盤形分子泵對空氣的抽速和壓縮比比原有泵分別提高49%和53%。也就是能比原有泵提高約1.5倍。
本發(fā)明比較已有技術(shù)，具有以下優(yōu)點1.本發(fā)明使盤形分子泵中的動、靜盤片之間得以了合理匹配，也就是使動、靜盤片上的抽氣溝槽曲線相互成正交，從而使氣體分子從動盤片抽氣溝槽曲面上傳遞得到的動量方向與靜盤片上抽氣溝槽的抽氣方向始終保持一致，從而可以改善現(xiàn)有泵的抽氣性能。
2.本發(fā)明提出的開有雙曲螺線抽氣溝槽或它的漸近線抽氣溝槽的動盤片不僅能使分子動量的傳遞方向與抽氣方向保持一致，而且動盤片本身還具有如渦輪葉片基于傳輸原理的抽氣功能。而現(xiàn)有的平板動盤片和徑向開槽動盤片都缺乏上述抽氣功能。
3.由于本發(fā)明提出的盤形分子泵具有上述二項優(yōu)點，從而使二盤片之間的軸向工作間隙可以大大增加，亦即可以提高盤形分子泵的運行可靠性，這對盤形分子泵的應(yīng)用和開發(fā)具有重要意義。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于電子器件的制造，表面分析，薄膜技術(shù)。等離子體技術(shù)，加速器，電子顯微鏡等領(lǐng)域。并滿足化工，半導(dǎo)體，微電子，核技術(shù)，能源，宇航等領(lǐng)域的等離子研究課題PVD，CVD的需要。
權(quán)利要求
1.一種用于盤形分子泵的動、靜盤片的匹配方式，其特征在于當(dāng)一盤片上開有某一曲線的抽氣溝槽時，另一盤片上則開有與該曲線成正交的曲線的抽氣溝槽。
2.按照權(quán)利要求1所說匹配方式制造的盤形分子泵，其特征在于當(dāng)一盤片上的抽氣溝槽為ρ＝aθ的阿基米德螺線時，另一盤片上的抽氣溝槽為ρ＝a/θ的雙曲螺線。
3.按照權(quán)利要求2所說的盤形分子泵，其特征在于當(dāng)某一盤片的內(nèi)半徑R1≥1.5a時，雙曲螺線可以由y＝a的漸近線替代。
4.按照權(quán)利要求2或3所說的盤形分子泵，其特征在于可以把若干單級盤形分子泵同軸安裝，組成多級盤形分子泵。
5.按照權(quán)利要求2、3或4所說的盤形分子泵，其特征在于可在其入口側(cè)串聯(lián)若干級渦輪分子泵葉輪。
全文摘要
一種用于盤形分子泵的動、靜盤片的匹配方式及其設(shè)備，屬于流體泵領(lǐng)域。當(dāng)一盤片上開有某一曲線的抽氣溝槽時，另一盤片上則開有與該曲線成正交的曲線的抽氣溝槽，此匹配方式可使運動表面?zhèn)鬟f給氣體分子的動量方向始終與抽氣方向保持一致。應(yīng)用此匹配方式制成的盤形分子泵改善了現(xiàn)有盤形分子泵的抽氣性能，提高了運行安全可靠性。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于電子器件的制造，表面分析，薄膜技術(shù)，等離子體技術(shù)，加速器，電子顯微鏡等領(lǐng)域。
文檔編號F04D29/44GK1039882SQ8810448
公開日1990年2月21日 申請日期1988年7月26日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月26日
發(fā)明者屠基元, 王孝珍, 朱岳 申請人:中國科學(xué)院北京真空物理實驗室, 復(fù)旦大學(xué)