[发明专利]用于涡轮分子泵的多级泵转子

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮分子泵的多级泵转子。

背景技术

现有的涡轮分子泵以数万r/min(转/分)的旋转速度运转。在相对 较大的涡轮分子泵中，以这种标称旋转速度运转的泵转子的动能处于以 50km/h(公里/小时)到70km/h速度行驶的小型汽车的动能范围内。 当转子爆裂时，此高动能将很可能导致严重的破坏和伤害，这种破坏和 伤害只有通过对转子的机械防护进行可观的投入才能保持受控。

特别是对于受磁性支撑的用于涡轮分子泵的悬臂泵转子，将会由于 它们极易爆裂的特性而产生很大问题。在悬臂型的受磁性支撑的泵转子 中，设计者将致力于在泵转子的重心区域内设置至少一个径向轴承和驱 动电机。为此，要求泵转子具有钟形构型，使得磁性轴承以及，可选地， 驱动电机都可以容纳于泵转子内的钟形腔体中。泵转子的所述钟形构型 将导致转子的固有设计弱化。在涡轮分子泵的泵转子中，由于通常形成 为单件式单元，所以这种固有设计弱化只能通过使用极昂贵的高抗力铝 合金来进行补偿。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于涡轮分子泵的、且具有改善的稳 定性的多级泵转子。

本发明的泵转子不再设计为单件式单元，而是包括至少两个分开的 叶片盘环，每个叶片盘环都具有至少一个转子环和至少一个叶片盘。相 邻叶片盘环的两个转子环的端部由圆筒形的增强管以无间隙的方式在 外侧围绕，该增强管设置在相邻的转子盘环的相邻叶片盘之间。所述增 强管并不是一定要用于将两个转子环相对彼此轴向以及径向固定；然 而，其紧紧地围绕两个转子环，从而将吸收由转子环中的离心力所产生 的切向力的至少一部分，并且由此将机械地为转子环提供帮助。

泵转子不再是单件式单元而是具有多部件设计。泵转子可以由分别 具有唯一的叶片盘的多个转子环形成。即使转子环在大离心力的作用下 切向断裂，这种断裂也会被局部限制于相应的转子环而不会有机会轻易 扩展到整个泵转子上。

通过泵转子的轴向分段并且通过使用围绕转子环并吸收切向力的 增强管，能够实现下述目标：即，一方面，显著减少泵转子爆裂的危险， 另一方面，在转子环爆裂的情况下，将显著减小所伴随的破坏力以及对 操作者及设备的最终危害。

通过使用多个转子环，并且由于增强管，可以目标明确地将相应的 部件零件设计为适于它们的预期功能。因此，有可能就转子环和增强管 的功能，即，一方面承载转子叶片而另一方面吸收切向力，来对转子环 和增强管进行优化。转子环可以由例如不昂贵的并且具有相当大的抗拉 性的铝合金或其它材料制成。然而，对于增强管而言，选择能够吸收高 拉力的材料。

即使在大尺寸的涡轮分子泵中，正如在单件式泵转子上所进行的试 验及计算所显示的，由转子叶片中的离心力所产生的应力并不是限定旋 转速度的因素。因此，叶片本身允许较高的旋转速度。当钟形泵转子发 生爆裂时，裂缝将大致在轴向方向上延伸，从而，以这种方式，将产生 较大的转子碎片。转子的全部旋转能量将随后在非常短的时间内以类似 于抛射体的方式释放。

在多件式转子的单个叶片盘环爆裂的情况下，最终的抛射体将显著 较小，并且由于各个叶片盘环与定子的接触，转子的减速将显著比单件 式泵转子爆裂的情况更慢。

通过由多个单个的叶片盘环形成泵转子，在生产技术方面，能够更 加方便地制造叶片盘及相应的转子叶片，并且能够赋予它们更加复杂的 形状。当包含泵转子的涡轮分子泵内的较高压力的情形下，这能够导致 泵的各级(stages)中的流动机械性的改善。

通过对增强管使用相对较轻的材料，可以减少泵转子的总体重量。

叶片盘环可以(但并不是必须)形成为单件式单元。可替代地，叶 片盘环可以由多个分段构成。如果转子环细分成多个分段，则在转子环 中实际上将不再产生切向力，并且这种力将全部传递到增强管中。

然而，优选地，叶片盘环形成为一个部件。这种闭合的单件式叶片 盘环可以更加容易地制造及安装。

优选地，增强管的材料不同于叶片盘环的材料。用于增强管的优选 材料为CFK，即，碳纤维增强塑料，碳纤维增强塑料特别因为其能够 吸收高的拉伸力并且因为其重量轻而适于用作增强管的材料。