分子真空泵的制作方法

专利名称：分子真空泵的制作方法技术领域：本发明属于非容积式抽气转子泵，并且也涉及制取高度真空的轴流式气泵，即分子真空泵。所推荐的这种分子真空泵，可在各种工艺装置中用来制取和保持具有残余气压为10-1帕斯卡(Pa)至10-7帕斯卡(Pa)的真空，这类装置包含诸如电子行业里制造微型电路和生成人造晶体的设备。这种真空泵也可用于真空状态下工作的各种科研设备和仪器，如基本粒子加速器，质谱仪和电子显微镜等。现代技术的发展需要多种规格的分子真空泵，要求这种泵具有不同的抽气性能，特别是气体的压缩比和抽气速度。分子真空泵结构上的主要部件是空心定子和装在定子中的转子，并且两者之间具有阻止气体溢流至吸入侧的狭小间隙。此外，在转子和定子之间形成沿螺旋线分布的抽气通道。这种分子真空泵的动作原理是这样的，当气体分子撞到转子的旋转面时，这些分子将被诱导沿着通道由入口向出口运动，亦即气压为P1的气体由吸入侧流至排出侧成为气压为P2的气体，并且获得沿转子旋转方向的切向分速度。这种分子真空泵的气体压缩比与下列因素有关要抽出的气流所通过的抽气通道的长度，通道在入口和出口处所穿过的横截面积的比值，转子的旋转速度，以及转子外表面与定子内表面之间的间隙量。此外，由于抽气通道在两侧是敞开的，所以气体扩散的回流将沿着与抽出气流相反的方向流动，并且压差P1与P2愈大，则气体扩散回流也愈大。已知这样一种分子真空泵(SU，A，580580)它含有空心定子，其轴向孔内装有转子，并且转子与定子之间具有阻止气体从排出侧向吸入侧溢流的间隙，在转子外表面制成多个呈多头螺纹型式的螺旋槽，这些螺旋槽与定子内表面形成抽气通道，通道穿过的截面面积沿气体吸入侧向排出侧缩小。两相邻螺旋槽之间的隔离带宽度沿抽出方向增加，并且在隔离带的宽端制成与主螺旋槽平行的附加槽，这些附加槽在吸气侧用隔板封闭，而在排气侧是开启的。分子真空泵做成这样的结构，借助于附加槽内的气体涡流和气体的滞留，可以减少气体扩散的回流。但是，由于吸入侧设有遮盖附加槽的隔板，这样当抽出气流与这些隔板碰撞时将会增加气体扩散的回流。还有一种分子真空泵(SU，A，338684)，它含有空心定子，在其轴向孔内装有转子，并且转子与定子之间具有阻止气体从排出侧向吸入侧溢流的间隙，在转子外圆柱面上至少制成一个环形沟，而在转子诸分段上的环形沟之间制成多个螺旋槽，这些螺旋槽在垂直于螺旋线平面内的截面面积，在转子诸分段上是不等的，这些面积将沿着气体吸入侧至排出侧的方向逐段地缩小。在转子的所有分段上，螺旋槽的深度是相同的，而且等于转子各分段间环形沟的深度。只是螺旋槽的宽度将逐段地减小。此外，转子诸分段的长度，各分段间环形沟的宽度，每个分段的结构特点，即螺旋线的升角和螺旋槽的轮廓可能是不同的，这些项目将根据所要求的分子真空泵的抽出特性通过计算加以确定。转子各分段间的环形沟将增加气体扩散的回流，这是因为环形沟内气体的部分分子失掉了它们沿着位于该环形沟前方分段(即与该环形沟邻接的位于气体吸入侧的分段)上转子螺旋槽运动时所获得的动能。气体扩散回流的存在导致降低气体的压缩比和分子真空泵的抽气速度。本发明的基本任务是制造这样的分子真空泵，即在不增加真空泵轮廓尺寸的情况下，利用减少抽出气体的扩散回流，以保证提高气体的压缩比和分子真空泵的抽气速度。所提出的这个课题是这样解决的分子真空泵含有空心定子，其轴向孔内装有转子，两者之间具有阻止气体从排出侧向吸入侧溢流的间隙，在转子外圆柱面上至少制出一个环形沟，在转子各分段上的环形沟之间制作多个沿螺旋线分布的螺旋槽，这些螺旋槽在垂直于螺旋线平面内的截面面积，将在气体吸入侧至排出侧的方向上逐段地减小;根据本发明，这种分子真空泵含有与环形沟数量相等的固装在定子上的叶片盘，叶片盘上的叶片安置在环形沟内，并且与垂直于转子轴的平面成一角度，其倾斜方向与螺旋槽的倾斜方向相反，此外，在每一分段上的螺旋槽的深度将沿气体吸入侧至排出侧的方向均匀地减小，而每个环形沟的最小深度不小于与该环形沟邻接的位于气体吸入侧的转子分段上螺旋槽的最小深度;每个叶片盘的孔径和叶片盘的厚度要这样选取，使得对着相应环形沟表面的叶片盘的表面与这些环形沟表面之间的间隙，其大小相当于转子和定子之间的间隙。把叶片盘安装在定子上，可在叶片边缘和叶片所在的转子环形沟表面之间形成迷宫式密封。这种迷宫式密封将减少气体扩散的回流。借助于叶片盘上叶片的倾斜方向与转子螺旋槽螺旋线的方向相反，也可减小气体扩散的回流。在结构上这样制作的分子真空泵，当定子上固装一个叶片盘时，可以将气体压缩比至少增加4倍，因而也提高了真空泵的抽气速度。下面将根据对本发明的实施例的说明和所提供的简图解释一下本发明根据本发明，图1表示分子真空泵的总图(纵剖面);根据本发明，图2表示分子真空泵的转子，转子外表面上分布有螺旋槽和环形沟(局部纵剖面);图3表示转子在螺旋槽处的局部视图(图2上沿Ⅲ-Ⅲ方向的剖面)。分子真空泵含有空心定子1(图1)，在其轴向孔内装有转子3。此外，转子3外圆柱面和定子1内圆柱面6之间的间隙4要足够小;已经知道，这个间隙为0.03～0.15毫米，而且它将对气体回流造成比较大的阻力，即可阻止气体溢流至吸气侧V(在图上用箭头标出)。在转子3外圆柱面5上，至少制作一条环形沟。在所说明的实施例中，有五条这样的环形沟7。所有环形沟7具有相同的宽度a。但是也可把它们作成不同的宽度。环形沟7把转子3分成六个分段8，9，10，11，12，13，这些分段的长度沿着从吸入侧V至排出侧N(在图上用箭头标出)的抽出方向逐段加长。位于气体排出一侧N的分段13的长度约三倍于位于气体吸入一侧V的分段8的长度。在转子3外表面各分段8，9，10，11，12，13的环形沟7之间制有呈多头矩形螺纹型式的螺旋槽14。在所说明的实施例里，螺旋槽14的数量为24。此外，在所有分段8，9，10，11，12，13上，螺旋槽14的螺旋线升角ψ(图2)是相同的。在所说明的实施例里，该升角约为25°。如在其它已知的分子真空泵结构中那样，角ψ可以是不同的，其大小为5～50°。在所有分段8，9，10，11，12，13(图1、2)上，即沿转子3的整个长度，螺旋槽在垂直于其螺旋线的截面内的宽度均相同。如在其它已知的分子真空泵结构中那样，螺旋槽14的宽度b可以是不同的。在所说明的实施例里，螺旋槽14的宽度b大约等于环形沟7的宽度a。与螺旋槽14的螺纹头数相等的数量，如同在其它已知的真空泵结构中那样，也可能是不一样的;其数量与螺旋槽所在的螺旋线的升角，螺旋槽14的宽度和转子3的直径有关。沿着吸气倾V至排气侧N的方向，螺旋槽14的深度h(图3)将逐段地减小，亦即在每两个相邻分段8和9，9和10，10和11，11和12，12和13(图1、2)上，螺旋槽14在吸气侧V的每一分段8，9，10，11，12上的深度大于螺旋槽14在排气侧N的每一分段9，10，11，12，13上的深度。转子3上螺旋槽14在每一分段8，9，10，11，12，13的深度h，沿抽出方向均匀地从最大值减小到最小值。制作在转子3所有分段8，9，10，11，12，13上的螺旋槽14的每个槽的槽底实际上位于一个圆锥面上。同时，每个环形沟7的深度e应当不小于分别与每个环形沟相邻的并且位于吸气侧V诸分段8，9，10，11或12上的螺旋槽14的最小深度hmin。每个环形沟的底面16(图2)位于一个圆柱面。在所说明的这个具体实施例里，每个环形沟7的深度e比相应分段8，9，10，11或12上的螺旋槽14的深度hmin多出的量大约等于环形沟7的宽度a。在一个分段8，9，10，11，12或13上的每个螺旋槽14的槽底15(图1)位于截锥体的圆锥面上，截锥体较小截面的直径在吸气一侧V，同时在分段9，10，11，12，13上诸截锥体的较小截面的直径分别大于相应分段8，9，10，11，12上诸截锥体的较大截面的直径。因为环形沟7的沟底16(图2)是圆柱面，其直径不大于由每一分段8，9，10，11，12上螺旋槽14的底面15(图1)所形成的截锥体较大截面的直径，所以每个环形沟7在转子3螺旋槽14槽底15的圆锥面上，亦即在这个螺旋槽的槽底上形成一个凹下部。环形沟7的宽度a和深度e越大，则这个凹下部也越大。转子3(图1)装在轴17上，并且用螺钉18将转子固定在轴的一端。轴17的另一端与电机相连接(图上未标出)。定子1的壳体19用螺钉固定在法兰盘20上。法兰盘20上开有孔21，在法兰盘20的排气一侧，装有与该孔同轴线的管接头22，以便与预真空抽气管道相连接。在壳体19的内表面上，固装有叶片盘23，其数量等于转子3上的环形沟7的数量。在所说明的实施例内，叶片盘23要这样安装，使得叶片24的自由端朝向叶片盘23的外周边，亦即叶片盘23的盘毂25布置在盘的中部。也可以采用另外的设置叶片盘的结构方案，这时叶片的自由端朝向叶片盘的中央，而盘毂布置在叶片盘的外部。每个叶片盘23的叶片24装在相应的环形沟内，并且与转子3的轴线垂直的平面成一角度，其倾斜方向与螺旋槽14的倾斜方向相反。在定子1的轴向孔2内，安装有与转子每一分段8，9，10，11，12同轴的圆环26，27，28，29，30诸圆环的宽度要适应于相应分段8，9，10，11，12的长度。同时，安装在转子3两分段12和13之间的环形沟7内的叶片盘23的自由端夹紧于定子1壳体19上的台肩31和圆环30之间。其余叶片盘23的自由端夹紧于相邻圆环30和29，29和28，28和27，27和26之间。在圆环26和定子1壳体19内的台肩32之间装有压簧33。安装在相应环形沟7内的每个叶片盘23盘毂25的孔径D和叶片盘23的厚度H要这样选取，使得对着环形沟7表面的每个叶片盘23的表面与环形沟表面之间的间隙l1，l2和l3，大小上相当于转子3和定子1之间的间隙值。这些间隙可以为0.03～0.15毫米。在采用叶片盘上的叶片朝向中心的叶片盘的情况下，间隙l1，l2和l3为朝向环形沟7表面的叶片边缘与这些环形沟表面之间的间隙。在凹下部中的间隙l1，l2和l3形成迷宫式密封。叶片盘23的厚度H可能是不相同的，并且根据所要求的分子真空泵的抽气特性，用计算方法加以确定。与此同时，环形沟7的宽度a决定于叶片盘23的厚度。叶片盘的数量和与其相对应的环形沟的数量也决定于分子真空泵的抽气特性。分子真空泵按下述方式工作。当转子3旋转时(图1)，要抽出的气体分子从吸气侧流入分子真空泵定子1的轴向孔2内，这些气体分子被朝向吸气侧V的螺旋槽14的表面吸住，并被引导沿着螺旋槽14运动，因而在转子3的转动方向上获得一切向分速度。气体分子通过分段8上的螺旋槽14，便流到叶片盘23的叶片24上，进而被导入分段9，然后从分段9通过分段10，11，12到分段13，再进入连接管22。显然，由于吸入侧V和排出侧N气体的压差，要抽出的气体分子力图通过转子3和定子1的间隙4返回到吸入侧V，并且增大气体扩散的回流。当气体扩散回流的分子流动时，它们将流到叶片盘23的叶片24上，并被叶片导入转子3的螺旋槽14，在槽内这些分子将沿抽出方向获得一切向分速度。未流到叶片盘23上的部分分子滞留于组成迷宫式密封的间隙l1，l2，l3内，这就减少了气体扩散的回流。与此同时，在采用一个叶片盘的情况下，分子真空泵的气体压缩比，至少提高四倍。为了增大气体压缩比，可适当增加叶片盘23的数量，这样可把气体压缩比增大为100或更多的倍数。权利要求分子真空泵含有空心定子(1)，在其轴向孔(2)内装有转子(3)，转子与定子之间有阻止气体由排出侧(N)向吸入侧(V)溢流的间隙(4)，在转子外圆柱面(5)上，至少制出一个环形沟(7)，而在转子诸分段(8，9，10，11，12，13)的环形沟(7)之间，制成多个螺旋槽(14)，这些螺旋槽在垂直于螺旋线平面内的截面面积，将在气体吸入侧(V)至排出侧(N)的方向内，从转子的分段(8)至分段(13)逐段减小；本分子真空泵的特点为，含有与环形沟(7)数量相等的固定在定子(1)上的叶片盘(23)，叶片盘的叶片(24)分布于环形沟(7)内，并且与垂直于转子(3)旋转轴的平面成一角度，其倾斜方向与螺旋槽(14)的倾斜方向相反，此外，在每一分 8，9，10，11，12，13)上，螺旋槽(14)的深度(h)沿气体吸入侧(V)至排出侧(N)的走向均匀地减小，而每个环形沟(7)的深度不小于与该环形沟邻接的位于气体吸入侧(V)转子(3)分段(8，9，10，11，12)上的螺旋槽(14)的最小深度；每个叶片盘的孔径(D)和它的厚度要这样选取，使得对着相应环形沟表面的叶片盘(23)的表面与这些环形沟(7)表面间的间隙(L1，L2，L3)，其大小相当于转子(3)和定子(1)之间的间隙。全文摘要分子真空泵含有空心定子，在其轴向孔内装有转子，其间有间隙，在转子外圆柱面上，至少制出一个环形沟，在转子诸分段上的环形沟间，制成多个螺旋槽，其深度从气体吸入侧至气体排出则均匀地减小，每个环形沟的深度不小于与该环形沟邻接的位于气体吸入侧转子分段上的螺旋槽的最小深度。在定子上固装有叶片盘，其数量等于环形沟的数量。盘上的叶片分布于环形沟内，对着相应环形槽表面的每个叶片盘的表面与这些环形沟表面间的间隙，相当于转子与定子间的间隙。文档编号F04D19/04GK1037195SQ8810247公开日1989年11月15日 申请日期1988年4月29日 优先权日1988年4月29日发明者瓦拉里·波里斯维奇·肖鲁克夫, 康斯坦丁·埃基尼维奇·德米科弗, 弗拉基米尔·依里奇·维科里弗, 弗拉基米尔·佩福罗维奇·瑟基夫, 瑟基·尼科莱维奇·沙里施恩 申请人:瓦拉里·波里斯维奇·肖鲁克夫, 康斯坦丁·埃基尼维奇·德米科弗, 弗拉基米尔·依里奇·维科里弗, 弗拉基米尔·佩福罗维奇·瑟基夫, 瑟基·尼科莱维奇·沙里施恩