带有级间入口的多级涡轮分子泵的制作方法

本发明的领域涉及涡轮分子泵，并且尤其地涉及带有级间入口的多级涡轮分子泵。

背景技术：

已知提供高真空和超高真空的涡轮分子泵。这些泵是动量传递泵，其中进入泵的气体分子由旋转的转子叶片给予动量。泵包括多个有角度的转子叶片与定子叶片的排对，转子叶片排的叶片是有角度的，以朝着泵的排出端推动气体分子。在一些情况下，可存在比定子多的转子叶片排，使得一个或多个转子叶片排不与对应的定子配对。

已开发了多端口或分流的泵，以能够实现在不同压力下的几个不同腔室通过单个泵的泵送。第一级从非常低的压力的高真空腔室接收气体，并且随后的级从较高压力的较低真空腔室接收气体。传统地，气体已经由位于泵的级中的两级之间的圆周上的孔隙在径向方向上进入泵。这样的孔隙在两级之间需要合理的距离，以便为该气体输入提供空间。图1示出了这样的传统涡轮分子泵。

期望的是，提供带有级间入口的紧凑的多级涡轮分子泵，其提供不同级的有效泵送。

技术实现要素：

本发明的第一方面提供一种多级涡轮分子泵，包括：较高真空级，其包括多个转子叶片排；较低真空级，其包括直径比所述较高真空级的所述转子叶片排的直径大的多个转子叶片排；级间入口，其用于在所述较高真空级与所述较低真空级之间将气体输入到所述涡轮分子泵中，所述入口从所述泵的外圆周延伸至在所述较大直径内的径向位置，并包括用于在轴向方向上引导进入所述泵的所述气体的气体引导构造。

本发明的发明人认识到，允许在径向方向上的气体输入的多级涡轮分子泵的不同级的转子叶片排之间的间隙导致泵不紧凑。他们还认识到，涡轮分子泵中的泵送级可具有朝着下游方向直径逐渐增大的转子叶片排。涡轮分子泵中的最高真空级的转子直径受其附接至的腔室的出口尺寸支配，并且这可由标准设定。随后的转子叶片排不那么受约束，并且可具有较大的直径。相邻级的转子叶片排之间的尺寸差异为能在轴向方向上并且朝着较大直径的转子叶片排的外圆周引导气体的气体入口提供机会。这不仅减轻两级之间相当大的间隙的需求，而且其还提供朝着转子尖端引导的气体流动，所述转子尖端是泵的最有效的泵送位置，在那里，转子叶片具有最高的速度。因而，提供一种带有改善的泵送效率的紧凑的泵。

在一些实施例中，所述入口包括所述气体引导构造和至少一个孔隙，所述至少一个孔隙在所述较大直径与所述较高真空级的至少一个转子的直径之间朝着所述泵的径向外部位置定位。

在一些实施例中，所述至少一个孔隙在大致与所述泵的轴线垂直的平面中。

将在大致与泵轴线垂直的平面中的入口的孔隙设置在较大直径内的位置，允许气体垂直地流过该孔隙，以在轴向方向上进入泵中并到该较大直径的转子的外尖端上。大致与轴线垂直的平面被认为是与轴线成70°与110°之间的角度的平面。

在一些实施例中，所述泵包括位于围绕所述泵的圆周的不同位置的多个孔隙。

尽管可只有单个孔隙，但在一些实施例中，有多个孔隙，并且它们位于围绕泵的圆周的不同位置，从而改善流动均匀性并提高泵的有效性和效率。

在一些实施例中，所述气体引导构造的所述至少一部分包括大致轴向取向的表面。

在一些实施例中，所述气体引导构造包括从在所述泵的外圆周处的大致径向取向的表面变成在所述气体引导构造的径向最里面的点处的大致轴向取向的表面的表面。

尽管气体引导构造可具有许多形式，但构造的至少一部分包括用于使在径向方向上移动的气体偏转的大致轴向取向的表面。大致轴向取向的表面被认为是与泵的轴线成小于20°的角度的表面。在一些实施例中，气体引导构造包括从将气体从气体源带到泵的大致径向取向的表面(与泵的半径成小于20°的角度的表面)变成当气体进入泵时的大致轴向取向的表面的表面。以这种方式，气体流动从径向方向朝着泵输送，并且流动方向在其实际输入泵之前改变成轴向方向。在其他实施例中，气体可在轴向方向上输送，并且气体引导构造没有径向取向的表面。

在一些实施例中，所述气体引导构造的至少一部分邻近所述较高真空级的一部分的外圆周或者由其形成。

泵的不同级的不同尺寸允许气体引导构造中的至少一些气体引导构造位于邻近带有较小直径的级的外圆周或者由其形成。以这种方式，气体的流动能由沿着带有较小直径的级定位的构造引导，并且入口孔隙与较大的直径重叠，使得入口不需要级之间的任何显著的间隙，以允许泵的更紧凑的设计。

在一些实施例中，所述泵包括用于桥接在所述较高真空级中的较小直径的定子与在所述较低真空级中的较大直径的定子之间的定子桥部件，所述定子桥部件包括在大致与泵轴线垂直的平面中的环，所述环包括多个孔隙。

定子桥部件用在多级泵中，以桥接在可具有不同直径的不同级的定子之间。在本发明的实施例中，定子桥包括大致与泵轴线垂直的环。环包括接近较低真空级的转子叶片的多个孔隙。环的多个孔隙围绕环的圆周布置，并形成气体入口的孔隙。

在一些实施例中，所述环的内径包括所述较高真空级的定子的直径，并且所述环的外径包括所述较低真空级中的所述定子的直径。

为了利用用于输入的可用空间，如果定子桥的环从高真空级的定子的直径延伸至较低真空级中的定子的较大直径，是有利的。除在径向平面(与泵的轴线垂直的平面)中的环之外，定子桥具有轴向部分，所述轴向部分具有由两个相邻级的转子叶片排之间的距离设定的高度。

在实施例中，定子桥具有等于或大于级内的两个相邻转子叶片排之间的距离并且等于或小于不相邻但由一个转子叶片排彼此分开的两个转子叶片排之间的距离的高度。由于入口的布置，不再需要级之间专用于气体输入的间隙，因而设定相邻级的转子叶片排之间的距离的定子桥高度可使得转子叶片排可如它们在级内一样靠近，或者至少不超过它们在级内的距离的两倍。

在一些实施例中，所述较高真空级内的所述转子叶片排中的至少一些转子叶片排具有不同的直径，朝着所述较低真空级的至少一个转子叶片排的直径小于离所述较低真空级更远的转子叶片排的直径。

尽管不同级内的转子叶片排可具有均匀的、但与其他级中的转子叶片排不同的直径，但在一些实施例中，较高真空级内的转子叶片排本身可具有不同的直径，转子叶片排的直径随着其朝着入口前进而变小。朝着入口的较小直径为该入口提供较大的空间。

在一些实施例中，较高真空级内的所述转子叶片排具有朝着所述较低真空级成锥形的直径。

尽管转子叶片排的直径的变化可采取许多形式，但有时变化可以是连续的，转子叶片排的直径朝着较低真空级成锥形。

在一些实施例中，所述转子叶片排中的每个转子叶片排具有多个叶片，所述级间入口转子叶片排的所述叶片具有适于泵送在所述级间入口处接收的所述气体的所述叶片的外部分的角度和适于泵送在所述较高真空级的入口处接收的所述气体的内部分的角度，所述级间入口转子叶片排是邻近所述级间入口的所述较低真空级的所述转子叶片排。

由于泵的构造并且尤其地由于级间入口的构造，由较高真空级泵送的气体朝着中间进入较低真空级并离开该级的转子叶片排的边缘，而在级间入口处的气体输入将被引导至该级的转子叶片排的外部分。因而，两股气体流至少在该泵送级的早期部分主要地在泵的不同区域内。发明人认识到，这些流的这一实质分离意味着转子叶片的不同部分主要泵送不同的气体流。因而，可调整叶片，使得主要泵送从较高真空级接收的气体的内部分以适合于该气体流的方式成角度，而在外部分处的叶片适于泵送在级间入口处接收的气体。

在一些实施例中，所述级间入口转子的所述叶片在适于泵送在所述级间入口处接收的所述气体的所述部分与适于泵送在所述较高真空级入口处接收的所述气体的所述部分之间具有几何形状的局部变化，所述几何形状的局部变化出现在所述转子叶片的小于所述转子叶片的半径的10%的长度上。

在一些实施例中，包括所述几何形状的局部变化的所述长度位于所述转子叶片的从在所述入口孔隙内侧所述孔隙长度的5%处的径向点朝着所述泵的中心延伸所述所述转子叶片的所述半径的20%的区域内。

使叶片适用于不同气体流意味着它们在叶片的主要泵送一种气体流的部分与主要泵送另一气体流的部分之间的区域内具有几何形状或倾斜角度的局部变化。几何形状或角度的局部变化横跨相对小的区域出现。也就是说，其位于小于转子叶片半径的10%的长度内，该长度出现在从一个径向位置向内延伸转子叶片的半径的20%的区域内的某处，并且开始于始于以转子叶片的半径的长度的5%比入口孔隙的内边缘更朝着所述外圆周的点的外点。

在一些实施例中，所述叶片的所述外部分的所述角度适于在所述级间入口处接收的所述气体的增加的泵送速度，并且内部分的角度适于在所述较高真空级的入口处接收的所述气体的增强的压缩。

在转子叶片排上的叶片的角度可取决于气体的泵送速度还是压缩是最重要的因素而横跨叶片的长度改变。在一些情况下，叶片的外部分可适于增加的泵送速度，而内部分可适于增强的泵送压缩。在这点上，外圆周泵送在级间入口处输入的气体，并且这可能需要某一加速，而内部分泵送来自上游入口的气体，并且这可能比其需要加速更需要压缩。

在一些实施例中，在作为与所述泵的轴线垂直的平面的径向平面与所述叶片的外部分之间的角度大于在所述径向平面与所述叶片的内部分之间的角度。

如前所述，叶片在外部分处的角度被设置用于增加的泵送速度，并因而通常更加倾斜——即，在径向平面与叶片之间的角度比用于提供增强的压缩的在内部分处的叶片角度更大。这与传统叶片不同，在传统叶片的情况中，如果沿着叶片的长度有任何角度的变化，则通常叶片的外部分较平以便在外边缘处覆盖增大的面积。

在一些实施例中，所述转子叶片排中的每个转子叶片排具有多个叶片，所述级间入口转子叶片排的所述叶片具有比所述较大直径小的直径的所述叶片中的至少一些，所述级间入口转子叶片排是邻近所述级间入口的所述较低真空级的所述转子叶片排。

除不同地扭曲以允许不同气体所需的不同泵送特性的叶片之外或者作为其替代，还可改变在邻近入口的转子叶片排处的转子叶片的长度。也就是说，它们中的一些在一些情况下可去除它们的转子尖端，使得这些缩短的叶片不会延伸到级间入口之外，以允许较大的入口面积。

在一些实施例中，泵包括多个定子叶片排，所述级间入口定子叶片排的所述叶片具有适于在所述级间入口处接收的气体的泵送的所述叶片的外部分的角度和适于在所述较高真空级的入口处接收的气体的泵送的内部分的角度，所述级间入口定子叶片排是邻近所述级间入口的所述较低真空级的所述定子叶片排。

除适于两种气体的不同泵送的转子叶片之外或者作为其替代，可以这种方式调整定子叶片。在这点上，由于定子不旋转，所以给定子提供几何形状的局部变化可能更简单，因而在一些实施例中可优先于改变转子的几何形状。

在一些实施例中，所述级间入口定子的所述叶片在适于在所述级间入口处接收的所述气体的所述部分与适于在所述上游入口处接收的所述气体的所述部分之间具有几何形状的局部变化，所述几何形状的局部变化出现在所述定子叶片的小于所述定子叶片的半径的10%的长度上，所述长度在所述定子叶片的从在所述入口孔隙内侧的所述孔隙长度的5%处的径向点向内延伸所述定子叶片的所述半径的20%的区域内。

在一些实施例中，所述叶片的所述外部分的所述角度适于在所述级间入口处接收的所述气体的增加的泵送速度，并且内部分的角度适于在所述较高真空级的入口处接收的所述气体的增强的压缩。

尽管在一些情况下可以许多方式调整叶片，但对于在级间入口处输入的气体可能期望的是具有增加的泵送速度，而来自较高真空级的气体可能需要较强的压缩。

在一些实施例中，所述定子叶片排中的每个定子叶片排具有多个叶片，所述级间入口定子叶片排的所述叶片与在所述叶片排的内径处的叶片数量相比在外径处具有数量增加的叶片，所述级间入口定子叶片排是邻近所述级间入口的所述较低真空级的所述定子叶片排。

除扭曲的定子叶片之外或者作为其替代，朝着外边缘的叶片的数量可与朝着中心的数量不同，数量朝着外边缘增加。

如上所述，调整级间入口转子叶片排和/或定子叶片排可能是期望的，并且在一些实施例中，还可以这种方式调整另外的转子叶片和/或定子叶片排，使得可以与级间入口转子和/或定子叶片排相似或相同的方式调整在下游方向上的下一个定子和/或转子叶片排。

尽管级间入口可在泵的几个不同级中的任何级之间，并且实际上在几个不同级之间可以有多个级间入口，但在一些实施例中，级间入口中至少一个级间入口在泵的第一高真空级与泵的第二较低真空级之间。泵的第一级具有取决于其附接至的腔室的直径，并且这常常由标准支配。随后的级的转子叶片排不那么受限制，并且可具有比第一级大的直径。

在附随的独立和从属权利要求中阐述了另外的特别和优选的方面。从属权利要求的特征可视情况与独立权利要求的特征结合，并且除了在权利要求中明确阐述的之外，可以以组合的形式。

在装置特征被描述成可操作以提供功能的情况下，应理解的是，这包括提供该功能或适用或构造成提供该功能的装置特征。

附图说明

现在将参考附图进一步描述本发明的实施例，其中：

图1示出通过根据现有技术的带有分流的涡轮分子泵的截面；

图2示出通过根据实施例的带有分流的涡轮分子泵的截面；

图3a示出通过根据实施例的涡轮分子泵的入口的横截面；

图3b示意性地示出级间转子叶片排中的转子叶片的侧视图；

图4示意性地示出转子叶片排的顶视图；

图5示出定子桥；

图6示出根据实施例的涡轮分子泵的视图；和

图7示出由根据实施例的涡轮分子泵抽空的多个腔室。

具体实施方式

在更详细地讨论实施例之前，首先提供概述。

公开了一种包括多个泵送级的泵。一个泵送级包括在带有较大转子直径的转子叶片排的泵送级上游的较小直径的转子叶片排。直径的差异允许泵“正对着”泵送在级间入口处进入的气体。气体被泵送到带有较大直径的转子叶片排的级中，并且被轴向地引导到转子叶片的暴露的外边缘上。在用于气体入口的定子级之间可使用特殊的“适配器桥”。由于用于该级间的气体在与转子相同的轴线上而非以更传统的径向方法进入，所以泵具有分流泵的益处，以在减小泵的高度的同时给气体提供到涡轮部分的通路。

实施例在利用减小的占用空间的同时改善潜在的泵送性能。这通过利用在转子的上部分中较小的涡轮盘和下面较大的涡轮盘实现。这样的布置与更传统的分流转子布置相似。差异在于，气体大致沿着转子的轴线、在一些实施例中通过使下面较大直径的涡轮级的叶片尖端暴露的定制“定子桥”部件，进入级间。由于叶片级不必间隔开以能够实现气体的径向进入，所以转子的长度能减小。

图2示出了根据实施例的涡轮分子泵的转子叶片排。图1示出了传统的涡轮分子泵的相似的视图。在图1中，两级之间的级间气体入口10是带有径向气体流的径向入口，其因此在两级的转子叶片排之间需要相当大的间隙，以提供足够大的入口。

在图2的泵中，在级间入口10处输入的气体在径向方向上到达，并由气体偏转装置(未示出)转向至轴向方向，使得其在第二级的上转子22a上方作为轴向流进入泵。入口孔隙在第一级的转子叶片排20的直径与第二级的转子叶片排22的直径之间。如能看到的，当与图1的传统设计相比较时，在图2的实施例中带有较小直径的转子叶片排的第一级与第二级之间的距离小得多。在这点上，实施例的级之间的典型距离是等于或大于级内的相邻转子叶片排之间的距离但不超过级内的两个转子叶片排之间的距离的距离。

要求图1所示的传统涡轮分子泵的级之间较大的距离以便为在该级处进入泵的气体提供尺寸足够的入口。图1的泵中的气体经由横跨第二级的上转子的顶部的径向输入进入，并通过泵的旋转转子叶片排从径向流转向至轴向流。在图2的实施例中，输入的气体在输入处通过气体偏转装置转向，并且沿轴向方向输入到第二级的转子叶片排的外尖端上。尽管入口可比图1的入口小，但这在某种程度上通过由被引导到转子叶片的比这些叶片更中心的部分旋转得快的外边缘上的输入气体引起的改善的泵送效果补偿。

在这点上，图2的实施例的孔隙的尺寸受不同级的转子叶片排的直径尺寸的差异限制。在图1中，孔隙尺寸取决于两级之间的距离，因而增大图1的泵中的孔隙尺寸会增大泵的长度。

图3a示出了通过涡轮分子泵的级间入口10的横截面。入口10具有流动偏转部分12和孔隙14。如能看到的，流动偏转部分采用使沿径向方向到达的分子偏转的轴向取向表面的形式。孔隙14位于与泵的轴线垂直的径向平面中，并且其尺寸受两个转子叶片排的直径差约束。流动偏转表面12与轴线平行地、邻近包括较小直径的转子叶片排的泵送级的外圆周延伸。在该实施例中，孔隙14形成在定子桥内。

图3b示出级间转子叶片排22a的转子叶片24的侧视图。涡轮分子泵的转子叶片排具有有角度的多个叶片，以驱动被向下泵送通过泵的气体的分子。叶片的角度越大或叶片的倾斜越大，则其将俘获的气体越多，并且其将给予的速度越高，从而提高泵送速度。角度越平，则由泵提供的压缩越强。

由于不同级的气体输入至泵的方式：输入至上游级的气体横跨较小直径的级的直径输入，同时在级间输入处输入的气体朝着较大直径的级的外边缘输入，所以来自每个输入的气体具有不同的流动。因而，在级间入口之后，两种气体流至少初始地作为几乎分开的流行进，新增加的气体沿着泵的外边缘向下流动，并且气体从较前的级朝着泵的径向内部位置泵送。这允许转子或定子或两者的叶片被设计成以这样的一种方式倾斜，使得对于不同气体流通过被转子叶片排的不同部分泵送而给予所需的泵送效果。

图3b示出了一个这样的转子叶片24的侧视图，较宽的部分表示在该情况下带有较大的倾斜角度的外部分。如泵的中心轴线c一样，还示出了入口孔隙14的位置。如能看到的，几何形状的局部变化出现在区域rl上。在实施例中，该区域的长度限制到叶片的半径r的10%或更少，并且位于区域ra内的某处，所述区域ra从比入口孔隙的内侧点以半径长度的5%更朝着叶片的外边缘的一点延伸，并且朝着叶片的中心延伸叶片的长度的20%或更小的长度。以这种方式，几何形状的局部变化出现在来自不同入口的两股气体流彼此相邻/重合的区域中。

叶片的紧接在级间入口之后的内部分主要泵送从较前的级泵送的气体，同时，外部分主要泵送在级间入口处接收的气体。

在图3b的实施例中，设计是这样的，使得用于在级间入口处输入的气体的叶片的泵送特性专注于俘获和加速，并具有较陡的叶片角度。朝着内部分的叶片较平，以提供对来自较前级的气体的良好的压缩，从而避免气体的任何回流。因而，叶片具有带有朝着外侧的较陡的角度和朝着内侧的较平的角度的扭曲性质。

叶片角度的变化将导致围绕两股流改变主导地位的点的几何形状的局部变化。该点靠近较小的上游级的转子的外圆周，随着从该点向内移动，被主要泵送的气体是来自该上游级，同时，在外边缘上的是通过级间入口输入的气体。实际上，沿着叶片的半径有带有几何形状的局部变化的可变几何形状。

尽管图3b示出了转子叶片的角度变化，但在一些实施例中，由定子叶片提供几何形状的局部变化，在这种情况下，角度的变化被设计成负责由主导气体流所需的泵送特性。

替代性地和/或附加地，朝着外径可有转子叶片和定子叶片的数量增加的数量变化。在其他实施例中，转子直径和/或定子直径可朝着级间入口改变，以提供锥形的直径，使得它们随着叶片排接近级间入口而逐渐变短。

图4示出了关于级间转子叶片排22a的视图，其图示了叶片扭曲的形式和角度的变化，使得在该实施例中，叶片的外部分比叶片的内部分更倾斜。

图5在横截面中示出了根据实施例的定子桥30。定子桥30包括环，所述环具有带有与较小的叶片20的直径对应的内径的内环部分32和带有构造成围绕较大直径的转子叶片32的直径的外环部分34。连接件33将两个环保持在一起，在这些连接件之间的间隙用作入口孔隙14。

图6示出了在所示的两级之间带有图5的定子桥30的涡轮分子泵5的视图。

图7示出了由根据实施例的涡轮分子泵抽空的多个腔室。多个腔室40、42和44具有越来越高的真空。腔室40由初始的泵(未示出)抽空，而腔室42和44由涡轮分子泵5的不同级抽空。最高的真空级44具有连接至具有标准尺寸的涡轮分子泵5的上端的入口。腔室42具有连接至泵5的级间入口10的入口。入口10包括在泵的横向平面中的孔隙14和在与泵的半径垂直的轴向平面中的流动偏转装置12，使得流动偏转装置大致与泵轴线平行。

尽管在本文已参考附图详细公开了本发明的说明性实施例，但应理解的是，本发明不限于确切的实施例，并且在不偏离如由所附权利要求和它们的等同所限定的本发明的范围的情况下能由本领域的技术人员在其中实现各种变化和变型。

附图标记

5涡轮分子泵

10级间入口

12流动偏转装置

14入口孔隙

20第一级的转子叶片排

22第二级的转子叶片排

22a邻近级间入口的第二级的转子叶片排

24转子叶片排22a的转子叶片

30定子桥

32定子桥的内环

34定子桥的外环

33外环与内环之间的连接件

40低真空腔室

42中间级真空腔室

44高真空腔室