螺旋泵级和包含该泵级的真空泵的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请号为200980152645. 4、申请日为2009年12月8日、进入中国国家阶 段日为2011年6月24日、题为"螺旋泵级和包含该泵级的真空泵"的发明专利申请的分案 申请。
[0002] 相关申请夺叉引用
[0003]本申请与 2008 年 12 月 24 日递交的、题为"CENTRIPETAL PUMPING STAGE AND VACUUM PUMP INCORPORATING SUCH PUMPING STAGE"的美国专利申请 No. 12/343, 961 相 关。
技术领域
[0004] 本发明涉及用于真空泵的螺旋泵级（spiral pumping stage)。更具体地，本发明 涉及改进的螺旋分子泵级以及包含该泵级的真空泵。
【背景技术】
[0005] 分子拖曳泵级通过从快速移动表面（以与分子的热运动相当的速度移动）直接向 气体分子的动量传递产生泵送作用。一般来说，该泵级包括彼此合作并在其之间限定泵送 通道的转子和定子：泵送通道中的气体分子与在非常高的速度下旋转的转子的碰撞导致通 道中的气体被从通道本身的入口泵送到出口。
[0006]参考图 1，在 1920-1930之间，Karl Manne Georg Siegbahn开发了分子栗设备 10， 其中泵送作用通过与旋转轴30 -体的转子盘20和一对定子体40和50之间的合作来获得， 所述转子盘20具有的光滑表面，定子体40和50分别面对转子盘表面，并且具有相应的螺 旋形沟槽60,所述螺旋形沟槽60分别朝向转子盘的相应表面开口并且由其限定相应的泵 送通道。
[0007] Siegbahn的专利GB 332, 879公开了上述类型的结构。将被泵送的气体通过各个 泵送沟槽的外周上的入口 70进入，如箭头CP所示沿向心方向（即从外周朝向泵送沟槽） 在两个螺旋沟槽中流动。在此情况下，考虑两个并联的螺旋泵送通道，气体在两个通道中沿 向心方向流动。
[0008] 根据Siegbahn，为了控制泵送通过螺旋通道60的气体的阻力，沿气体流动方向从 定子体的外周朝向其中心、根据盘的切向速度的减小而减小这些通道的横截面积。
[0009] 美国专利No. 6,394,747(M. Hablanian)公开了一种整体尺寸和重量减小的真空 泵，为此，一对Siegbahn型泵送级被串联而不是并联连接。
[0010] 根据US 6, 394, 747的公开内容，具有光滑表面的转子盘被布置在第一定子体和 第二定子体之间，这些定子体分别具有螺旋形沟槽，所述螺旋形沟槽分别朝向转子盘的相 应表面开口并且由其限定相应的泵送通道。开始时，将被泵送的气体在第一定子体和转子 盘之间沿离心方向（从转子盘的中心到外周）流动，然后在第二定子体和转子盘之间沿向 心方向（即，从转子盘的外周到中心）流动。
[0011] 限定第一定子盘中的泵送通道（其中气体沿离心方向流动）的沟槽的横截面积从 中心向外周减小，而限定第二定子盘中的泵送通道（其中气体沿向心方向流动）的沟槽的 横截面积从外周向中心减小。由此，沟槽的横截面积总是沿流动方向减小，US 6, 394, 747的 目的在于优化泵送速度和压缩比。
[0012] 在已知的具有上述几何构造的Siegbahn型泵级中，特别是在采用重要的流速度 的应用中，产生如下风险：内部压缩和随后的再膨胀以及相应的功率损耗。因此，本发明的 主要目的是提供一种用于真空泵的向心泵级，其可以克服上述缺点并减少功率损耗，尤其 是在若干级被串联连接时。所附权利要求中要求保护的螺旋泵级实现了该目的和其它目 的。
【发明内容】
[0013] 根据本发明的泵级包括螺旋泵送通道，所述螺旋泵送通道被设计成体积通道速度 (L/s)(由通道横截面积与所述面积法向的转子速度的一半的乘积给出）在整个泵送通道 上基本恒定。
[0014] 泵级包括定子体，所述定子体在第一表面上具有至少一个螺旋通道，所述通道的 横截面积从所述定子体的中心向外周减小，从而使得通道横截面积与所述面积法向的转子 速度的乘积（即，内部气体流速）保持恒定，而不管气体沿向心方向还是离心方向流动通过 通道。
[0015] 根据本发明的优选实施方式，泵级包括定子体，所述定子体在第一表面上具有至 少一个其中气体沿第一方向流动的螺旋通道以及在其相反一侧的表面上具有至少一个其 中气体沿与第一方向相反的第二方向流动的其它螺旋通道，这两种通道的横截面积都从盘 的中心向外周减小，从而保持恒定的内部通道速度。因此，限定泵级定子体的螺旋通道的沟 槽的横截面积的变化基于纯粹的几何考虑来设计，而与气流的前进方向无关。
[0016] 对于本领域技术人员清楚的是，除了减小功率损耗之外，上述的结构特征还在制 造过程中就简化和减少成本而言带来显著优点，因为所有的定子体可以除了螺旋的缠绕方 向之外被制造成相同的，而不管其被用于向心泵级还是离心泵级。
[0017] 有利地，根据本发明的泵级可以与其它相同种类或不同种类的泵级组合用于真空 泵中。例如，泵级可以被设置在多个涡轮分子轴向泵级的下游。并且，根据本发明的泵级可 以设置在Gaede泵级和/或再生泵级的上游。
[0018] 根据本发明的对于真空泵的第一优选应用，多个泵级被串联连接，从而气体交替 沿向心方向和离心方向流动通过泵级。
[0019] 根据本发明的对于真空泵的第二优选应用，多个泵级被并联连接，从而将被泵送 的气体沿离心方向平行地流动通过泵级。
[0020] 根据本发明的对于真空泵的第三优选应用，多个泵级被并联连接，从而将被泵送 的气体沿向心方向平行地流动通过泵级。
【附图说明】
[0021] 参考附图，根据对于作为非限制性实施例的本发明的一些优选实施方式的详细描 述，本发明的其它目的和特征将变得清楚，其中：
[0022] 图1是已知的Siegbahn型泵的横截面图；
[0023] 图2a是根据本发明的泵级的定子体的透视图；
[0024] 图2b是包含图2a的定子体的第一泵级的横截面图；
[0025] 图2c是包含图2a的定子体的第一泵级的横截面图；
[0026] 图3是根据本发明的第一实施方式的真空泵的横截面图；
[0027] 图4是图3的真空泵的细节的放大图；
[0028] 图5是根据本发明的第二实施方式的真空泵的横截面图；
[0029] 图6是根据本发明的第三实施方式的真空泵的横截面图；
[0030] 图7是用于本发明的真空泵的不同实施方式的泵级的定子体的透视图。
【具体实施方式】
[0031] 参考图2a到2c，泵级包括与定子体1合作的具有光滑表面的转子盘7, 7'，所述 定子体1在面对转子盘7, 7'的表面上具有多个螺旋通道3a，3b，3c，3d。这些螺旋通道3a， 3b，3c，3d并联连接，并且由相应的螺旋肋5a，5b，5c，5d彼此分离。
[0032] 通道3a，3b，3c，3d的横截面积〇从定子体1的中心向外周减小，即随着离定子体 1的中心的距离R的增大而减小。更具体地，如已知的，转子速度从定子体的外周朝向中心 与半径R相应地减小。
[0033] 根据本发明，通道3a，3b，3c，3d的横截面积〇变化，使得体积通道速度 (volumetric channel speed) S 为常数，据此：
[0034] S= VnX〇=常数（1)
[0035] 其中，Vn是面积〇法向的转子速度的一半。
[0036] 更具体地，根据本发明的优选实施方式，定子体1的螺旋通道的形状被限定，使得 沿每一个螺旋通道总满足如下的条件：
[0037]
[0038] 其中，《 =