现有拖动分子泵抽气槽截面均采用矩形结构,例如,著名的盘形单拖泵(Siegbahn分子泵),柱面单拖泵(Holweck分子泵),以及中国专利1978,CN-87101116.6-2,CN-92101300.0和美国专利US3794449等。这类分子泵不能充分利用气体分子获得的拖动速度,抽速和压缩比均较低。 本发明的目的是提供一种采用非矩形截面抽气槽的拖动分子泵(简称斜拖泵,其中,抽气槽设有一个拖动面的简称单斜拖泵,抽气槽设有两个拖动面的简称双斜拖泵)。
本发明提供的斜拖泵由动轮、静轮、转轴、泵壳等组成。其特征在于该泵至少有一组基本抽气单元,该基本抽气单元的抽气槽采用非矩形截面,其典型结构为抽气槽截面向拖动方向倾斜或凸起,从而,提高了叶轮强度,并且可以充分利用气体分子获得的拖动速度,提高泵的抽速和压缩比。
若干组上述基本抽气单元同轴安装,将它们的进气口和排气口分别相连,可以组成并联抽气。将它们的进气口和排气口依次首尾相连,可以构成串联抽气。靠近泵进气口的抽气单元并联抽气,靠近泵排气口的抽气单元串联抽气,可以构成性能更好的多级抽气单元。
上述单级或多级斜拖泵抽气单元与各种分子泵,例如,涡轮分子泵,盘形单拖泵,柱面单拖泵,或者旋转机械泵,或者它们的组合同轴安装,串、并联组合,可以组成性能更优良的复合真空泵。
本发明的优点:
1.本发明提出的拖动分子泵能充分利用气体分子获得的拖动速度,提高泵的抽速和压缩比。
2.本发明提出的拖动分子泵叶轮强度高,工艺性好。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
图1 单级盘形单斜拖泵的示意图。
图2 单级盘形单斜拖泵静轮的示意图。
图3 单级柱面单斜拖泵的示意图。
图4 单级盘形双斜拖泵的示意图。
图5 单级盘形双斜拖泵动轮的示意图。
图6 单级盘形双斜拖泵静轮的示意图。
图7 单级柱面双斜拖泵地示意图。
图8 卧式复合盘形双斜拖泵(1)。
图9 卧式复合盘形双斜拖泵(2)。
图10 立式复合盘形双斜拖泵。
图11 立式复合柱面双斜拖泵。
实施例一:单级盘形单斜拖泵
单级盘形单斜拖泵如图1所示,由转轴(1)、动轮(2)、静轮(3)、隔环(4)、和泵壳(5)等组成。
动轮(2)由一只平圆盘构成。静轮(3)如图2所示,由设有若干条螺旋状抽气槽(6)的圆盘构成。抽气槽槽壁(7)向拖动方向(图2中实线箭头所示方向)倾斜,使气体分子获得的拖动速度与热运动速度的合速度(图2中虚线箭头所示)与槽壁方向相符,从而,充分利用气体获得的拖动速度,提高泵的抽速和压缩比。
当动轮高速旋转,被抽气体由外侧抽向内侧。改变抽气槽的螺旋方向,或者拖动方向(即动轮旋转方向),可以改变抽气方向。如果改变拖动方向,则相应改变槽壁(7)的倾斜方向。
若被抽气体由动轮外侧轴向进入或者排出抽气单元,气体进入或者排出一侧的动轮圆盘外侧可以增设一排涡轮分子泵短叶片,这些短叶片的抽气方向应该与被抽气体的流动方向一致。
动轮圆盘还可以加工成外薄内厚,静叶轮外厚内薄,动、静叶轮轴向间隙近似相等。
盘形单斜拖泵的动、静轮结构可以互换。
实施例二:单级柱面单斜拖泵
单级柱面单斜拖泵如图3所示,由转轴(1)、动轮(8)、静轮(9)和泵壳(5)等组成。
动轮(8)由一只圆柱面构成。静轮(9)由设有若干条螺旋状抽气槽(10)的柱面构成,抽气槽槽壁(11)向拖动方向倾斜,使气体分子获得的拖动速度与热运动速度的合速度与槽壁方向相符,从而充分利用拖动速度。改变抽气槽的螺旋方向,或者拖动方向(即动轮旋转方向),可以改变抽气方向。如果改变拖动方向,则相应改变槽壁(11)的倾斜方向。
柱面单斜拖泵的动、静轮结构可以互换。
实施例三:单级盘形双斜拖泵
单级盘形双斜拖泵如图4所示,由转轴(1)、动轮(12)、静轮(13)、动密封(14),隔环(4)和泵壳(5)等组成。
动轮(12)由两只同轴平圆盘构成,如图5所示,其中一只平圆盘(图4中左侧平圆盘)靠近转轴处设有若干气孔(15)。静轮(13)如图6所示,由若干条螺旋状叶片(16)及其固定装置(17)构成,叶片(16)的截面中部向拖动方向(图6中实线箭头所示方向)凸起,成折角形(如图6所示),或者弧形,或者其他形状,使气体分子获得的拖动速度与热运动速度的合速度(图6中虚线箭头所示)与槽壁方向相符,从而,充分利用气体分子获得的拖动速度。叶片固定装置(17)应尽量减少气体在抽气方向的阻力。动密封(14)可以采用盘形单拖泵静轮,或者盘形单斜拖泵静轮,或者其他动密封装置。
静轮(13)安装在二只动轮(12)中间,动密封(14)安装在设有气孔的动轮外侧,动、静部件之间留有工作间隙。若径向间隙兼作气体通道,则径向间隙较大。
如果动轮(12)与隔环(4)之间的径向间隙较小,动密封(14)可以不用。
动轮高速旋转时,二相邻静轮叶片之间的空间(18)就成为一条具有二个拖动面的抽气槽,被抽气体沿径向自外侧抽向内侧转轴处。改变静轮叶片(16)的螺旋方向,或者拖动方向(即动轮旋转方向),可以改变抽气方向。如果改变拖动方向,则相应改变静轮叶片(16)的凸起方向。
若被抽气体由动轮外侧轴向进入或者排出抽气单元,气体进入或者排出一侧的动轮圆盘外侧可以增设一排涡轮分子泵短叶片,这些短叶片的抽气方向应该与被抽气体的流动方向一致。
动轮圆盘还可以加工成外薄内厚,静轮和动密封外厚内薄,动、静部件之间轴向间隙近似相等。
实施例四:单级柱面双斜拖泵
单级柱面双斜拖泵如图7所示,由转轴(1)、动轮(19)、静轮(20)、动密封(21)和泵壳(5)等组成。
动轮(19)由两只同轴圆柱面构成。静轮(20)由若干条螺旋状叶片(22)和固定装置(23)构成。叶片(22)的截面中部向拖动方向凸起,成折角形,或者弧形,或者其他形状。使气体分子获得的拖动速度与热运动速度的合速度与槽壁方向相符,从而,充分利用气体分子获得的拖动速度。叶片固定装置(23)应尽量减少气体在抽气方向的阻力。动密封(21)可以采用柱面单拖泵静轮,或者柱面单斜拖泵静轮,或者其他动密封装置。
静轮(20)安装在二只动轮(19)中间,动密封(21)安装在动轮外侧,动、静部件之间留有工作间隙。
动轮高速旋转时,二相邻静轮叶片之间的空间(24)就成为一条具有二个拖动面的抽气槽,被抽气体沿轴向自上方抽向下方,经动轮下部的气孔(15)排出。改变静轮叶片的螺旋方向,或者拖动方向(即动轮旋转方向),可以改变抽气方向。如果改变拖动方向,则相应改变静轮叶片的倾斜方向。
实施例五:卧式复合盘形双斜拖泵
卧式复合盘形双斜拖泵由若干组盘形双斜拖泵抽气单元与盘形单拖泵,或者柱面单拖泵,或者其他分子泵抽气单元,或者它们的组合同轴安装,串、并联组合构成。靠近泵的进气口为若干级并、串联组合的盘形双斜拖泵抽气单元,靠近泵的排气口为单拖泵,或者其他分子泵抽气单元。
图8为一种可行结构的示意图。该泵中部靠近进气口(25)处为若干组(图8中所示为三组)并联的盘形双斜拖泵抽气单元(26)(相邻二并联抽气单元之间的动轮靠近转轴处设连通气孔,并且不用动密封)组成第一抽气级。两侧分别串联若干级(图8中所示为二级)盘形双斜拖泵抽气单元(26),各盘形双斜拖泵级用盘形单拖泵,或者盘形单斜拖泵抽气单元(27)作为动密封。然后,两侧分别再串联若干级(图8中所示为二级)盘形单拖泵或者盘形单斜拖泵抽气单元(27)。
被抽气体流动方向如图8中箭头所示,由泵的进气口(25)进入,依次经过盘形双斜拖泵抽气单元和盘形单拖泵,或者盘形单斜拖泵抽气单元,最后,由泵的排气口(28)排出。
图9为另一种可行结构的示意图。该泵中部靠近进气口(25)处为若干组(图9中所示为二组)并联的盘形双斜拖泵抽气单元(26)构成第一抽气级,两侧分别串联若干级(图9中所示为一级)盘形双斜拖泵抽气单元(26),各盘形双斜拖泵级用盘形单拖泵,或者盘形单斜拖泵抽气单元(27)作为动密封。然后,两侧分别再串联若干级(图9中所示为四级)柱面单拖泵,或者柱面单斜拖泵抽气单元(29)。
实施例六:立式复合盘形双斜拖泵
立式复合盘形双斜拖泵由若干组盘形双斜拖泵抽气单元与盘形单拖泵,或者柱面单拖泵,或者其他分子泵抽气单元,或者它们的组合同轴安装,串、并联组合构成。靠近泵的进气口为盘形多拖泵抽气单元,靠近泵的排气口为单拖泵,或者其他分子泵抽气单元。
图10为一种可行结构的示意图。该泵上方靠近进气口(25)为若干组(图10中所示为二组)并联的盘形双斜拖泵抽气单元(26)构成第一抽气级,然后,串联若干级(图10中所示为一级)盘形双斜拖泵抽气单元(26),各盘形双斜拖泵级用盘形单拖泵,或者盘形单斜拖泵抽气单元(27)作为动密封。靠近泵的排气口(28)再串联若干级(图10中所示为四级)柱面单拖泵,或者柱面单斜拖泵抽气单元(29)。
立式复合盘形双斜拖泵靠近进气口(25)还可同轴安装若干级串联的涡轮分子泵抽气单元,进一步提高泵的抽速。
实施例七:立式复合柱面双斜拖泵
立式复合柱面双斜拖泵由若干组柱面双斜拖泵抽气单元与盘形单拖泵,或者柱面单拖泵,或者其他分子泵抽气单元,或者它们的组合同轴安装,串、并联组合构成。靠近泵的进气口为柱面双斜拖泵抽气单元。靠近泵的排气口为单拖泵和其他分子泵抽气单元。
图11为一种可行结构的示意图。该泵上方靠近进气口(25)处为若干级(图11中所示为二组)并联的柱面双斜拖泵抽气单元(30),构成第一抽气级,靠近泵的排气口(28)串联若干级(图1中所示为二级)柱面单拖泵,或者柱面单斜拖泵抽气单元(29)。
复合柱面双斜拖泵靠近泵的进气口(25)还可以同轴安装若干级串联抽气的涡轮分子泵抽气单元,进一步提高泵的抽速。