盘形分子泵动静盘片匹配方式及其设备的制作方法

专利名称：盘形分子泵动静盘片匹配方式及其设备的制作方法技术领域：本发明涉及流体泵领域，属于高速旋转机械真空泵。现有的盘形分子泵，如中国专利CN85105304，一般都由一运动平板盘片与开有抽气沟槽的定盘片组成，或者在动盘片上开槽而定盘片为平板。美国专利US3969039在复合分子泵中应用的盘形分子泵是由开有一沿径向直线沟槽的运动盘片与开有阿基米德螺线沟槽的定盘片所构成。上述盘形分子泵中存在以下缺陷转子传递给气体分子的动量方向是沿各圆周上的切线方向，而抽气沟槽的线形一般是阿基米德螺线和对数螺线等，动、静盘片间不能合理匹配，造成高速运动表面传递给气体分子的动量方向不能与抽气沟槽的方向保持一致，从而限制了盘形分子泵抽气性能的提高。本发明的目的是避免上述已有技术的不足，提出一种动、静盘片之间得以合理匹配的新方式，以及应用这一匹配方式的盘形分子泵，以改善盘形分子泵的抽气性能，增加盘形分子泵的运行可靠性。本发明的目的可以通过动盘片与静盘片上抽气沟槽的合理匹配来实现当一盘片上开有某一曲线的抽气沟槽时，另一盘片上则开有与该曲线成正交的曲线的抽气沟槽，从而当其中一盘片高速旋转时，在其曲面上传递给气体分子的动量方向始终可以与另一圆盘上曲线沟槽的切线方向保持一致。下面结合实施例作详细叙述设在一盘片上抽气沟槽曲线的极座标方程为ρ＝f(θ)(1)其中ρ为螺线的极半径，θ为极角，现要在另一圆盘片上找到一条与上述曲线正交的曲线另设一隐函数为F＝ρ-f(θ)，并令该隐函数的法向导数 ，由于 亦即 (2)当f(θ)为一确定形式后，对(2)式积分，即可得到与该曲线成正交的另一种曲线形式例如，当f(θ)＝aθ，即阿基米德螺线时，式中a为一给定常数，其值在20-40之间，代入(2)式，积分后可得ρ≤a/θ这是一条双曲螺线。上述匹配方式可用于以其他曲线形式(如对数线，圆弧线等)为抽气沟槽的盘形分子泵，还可用于基于两个相对运动表面组成而达到气体密封作用的装置。附图1为本发明实施例中两圆盘片相互匹配的透视图，其中标号1为转动轴，标号3为静盘片，标号4为动盘片。图中大箭头表示动盘片转动方向，小箭头表示气体分子运动方向，图中(A)和(B)是分子速度合成矢量图。从图上可见，任何一个圆盘产生旋转，其曲面的法线方向始终与另一圆盘上曲线沟槽的切线方向保持一致，也就是使分子动量传递方向始终与抽气方向保持一致。上述动盘片不仅能使分子动量传递方向与抽气方向保持一致，而且当动盘片开有一定深度的沟槽时，从附图1(A)和(B)的分子速度合成矢量方向(其中竖直箭头表示分子相对动盘片的切向速度，水平箭头表示分子热运动速度，中间箭头为分子实际的合成速度方向)，结合附图1可见，这种动盘片本身就具有如涡轮叶片基于传输原理的抽气功能。也就是说，当气体分子从盘形分子泵的外圆侧抽向内圆侧时，(图1的右侧部分)，由于外侧入射分子的合成速度方向有利于动盘片上抽气沟槽的抽气方向，使气体分子更易于从动盘片的外圆侧传输到内圆侧。反之，当气体分子从内侧往外侧抽时，(图1的左侧部分)，外侧入射分子的合成速度不利于动盘片上抽气沟槽的抽气方向，也就是不利于气体分子从外侧返流到内侧。这样，就进一步增加了这种盘形分子泵的抽气能力。本发明的实施例中以盘片上开有数个均匀分布的阿基米德螺线槽为定盘片，开有数个均匀分布的双曲螺线槽为动盘片，组成一单级盘形分子泵。其中当动盘片的内半径R1≥1.5a时，双曲螺线可以用它的渐近线y＝a替代。一般a可以取20至40，本例取a＝25，R1＝39毫米。把本发明的若干具有动、静盘片合理匹配的单级盘形分子泵同轴安装，并通过改变圆盘面上的螺线槽走向来改变盘形分子泵的径向抽气方向，使相邻两级盘形分子泵的抽气方向交替改变，就可以实现盘形分子泵的串联抽气。本实施例为两级串联盘形分子泵。如果把若干级涡轮分子泵叶轮同轴安装在上述串联盘形分子泵上面，就可以组成复合式盘形分子泵。采用本发明提出的匹配方式而构成的盘形分子泵，允许二盘片间的轴向工作间隙△d取较大的数值。这是因为现有技术制成的盘形分子泵中平板动盘片传递的是圆周方向上的切向动量，两抽气沟槽间的沿圆周方向上的泄漏对整泵的抽气性能的影响很大，所以一般尽可能取较小值。而本发明由于动量传递方向为抽气方向，所以园周切向泄漏对泵的抽气性能影响就相应的减小。所以本发明的盘形分子泵的轴向间隙一般可达0.7～1.2毫米，从而可以大大提高盘形分子泵的运行可靠性。本发明提出的盘形分子泵中的动，静盘片上的抽气沟槽深度可以根据不同的工作区域(即真空条件)作适当的选择。静盘片的槽深d可以取2至5毫米，动盘片上d可以取1.5至3.5毫米。本发明的实施例中第一级的d静＝3.5毫米，d动＝2.5毫米;第二级的d静＝3毫米，d动＝2毫米。本发明提出的盘形分子泵中的动、静盘片上的抽气沟槽数，可以根据不同的工作区域进行适当的选择。动盘片上槽数Z一般在20至48个之间;静盘片上一般在8至15个之间。本发明的实施例中第一级的Z动＝36个，Z静＝8个;第二级Z动＝36个，Z静＝10个。本发明的实施例是由二级上述盘形分子泵串联而成。参看附图2，其中1是转动轴;2是泵壁;3是二面都开有阿基米德螺线沟槽，但螺线走向相反的静盘片;4是单面开有以y＝a为渐近线沟槽的动盘片。当与原来动盘片以平板园盘片为形式而组成的二级盘形分子泵的抽气性能相比较时，现在发明的盘形分子泵对空气的抽速和压缩比比原有泵分别提高49%和53%。也就是能比原有泵提高约1.5倍。本发明比较已有技术，具有以下优点1.本发明使盘形分子泵中的动、静盘片之间得以了合理匹配，也就是使动、静盘片上的抽气沟槽曲线相互成正交，从而使气体分子从动盘片抽气沟槽曲面上传递得到的动量方向与静盘片上抽气沟槽的抽气方向始终保持一致，从而可以改善现有泵的抽气性能。2.本发明提出的开有双曲螺线抽气沟槽或它的渐近线抽气沟槽的动盘片不仅能使分子动量的传递方向与抽气方向保持一致，而且动盘片本身还具有如涡轮叶片基于传输原理的抽气功能。而现有的平板动盘片和径向开槽动盘片都缺乏上述抽气功能。3.由于本发明提出的盘形分子泵具有上述二项优点，从而使二盘片之间的轴向工作间隙可以大大增加，亦即可以提高盘形分子泵的运行可靠性，这对盘形分子泵的应用和开发具有重要意义。本发明可广泛应用于电子器件的制造，表面分析，薄膜技术。等离子体技术，加速器，电子显微镜等领域。并满足化工，半导体，微电子，核技术，能源，宇航等领域的等离子研究课题PVD，CVD的需要。权利要求1.一种用于盘形分子泵的动、静盘片的匹配方式，其特征在于当一盘片上开有某一曲线的抽气沟槽时，另一盘片上则开有与该曲线成正交的曲线的抽气沟槽。2.按照权利要求1所说匹配方式制造的盘形分子泵，其特征在于当一盘片上的抽气沟槽为ρ＝aθ的阿基米德螺线时，另一盘片上的抽气沟槽为ρ＝a/θ的双曲螺线。3.按照权利要求2所说的盘形分子泵，其特征在于当某一盘片的内半径R1≥1.5a时，双曲螺线可以由y＝a的渐近线替代。4.按照权利要求2或3所说的盘形分子泵，其特征在于可以把若干单级盘形分子泵同轴安装，组成多级盘形分子泵。5.按照权利要求2、3或4所说的盘形分子泵，其特征在于可在其入口侧串联若干级涡轮分子泵叶轮。全文摘要一种用于盘形分子泵的动、静盘片的匹配方式及其设备，属于流体泵领域。当一盘片上开有某一曲线的抽气沟槽时，另一盘片上则开有与该曲线成正交的曲线的抽气沟槽，此匹配方式可使运动表面传递给气体分子的动量方向始终与抽气方向保持一致。应用此匹配方式制成的盘形分子泵改善了现有盘形分子泵的抽气性能，提高了运行安全可靠性。本发明可广泛应用于电子器件的制造，表面分析，薄膜技术，等离子体技术，加速器，电子显微镜等领域。文档编号F04D29/44GK1039882SQ8810448公开日1990年2月21日 申请日期1988年7月26日 优先权日1988年7月26日发明者屠基元, 王孝珍, 朱岳 申请人:中国科学院北京真空物理实验室, 复旦大学