[发明专利]向心泵级和包含该泵级的真空泵

说明书

相关申请交叉引用

本申请与2008年12月24日递交的、题为″SPIRAL PUMPING STAGE AND VACUUM PUMP INCORPORATING SUCH PUMPING STAGE″的美国专利申请No.12/343,980相关。

技术领域

本发明涉及用于真空泵的螺旋泵级(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

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，该泵级包括转子和定子，转子和定子彼此合作并在二者之间限定泵送通道：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。

参考图1，在1920-1930之间，Karl Manne Georg Siegbahn开发了分子泵设备10，其中泵送作用通过与旋转轴30一体的转子盘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。

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。

根据Siegbahn专利，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。

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。

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。

限定了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，而限定了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。

在两个通道中，限定泵送通道的沟槽的横截面积被与被泵送通过该通道的气体流动前进方向一致地减小。这样，US 6,394,747的目的在于优化泵送速度和压缩比。

在已知的具有上述几何构造的Siegbahn型泵级中，体积内部通道速度(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)与气体流动方向一致地减少。这可能在具有高气体流率的应用中带来缺点，因为其产生如下风险：内部压缩和随后的再膨胀以及相应的功率损耗。

本发明的主要目的是提供一种用于真空泵的向心泵级，其在若干级被串联连接时可以克服上述缺点并减少功率损耗。本发明的向心和离心泵级实现了该目的和其它目的。

发明内容

根据本发明的泵级包括在第一表面上具有至少一个螺旋通道的定子体，其中，气体沿向心方向流动，所述通道的横截面积沿与气流的前进方向相反的方向减小。

定子体可以在其相反两侧的表面上包含额外的螺旋通道，其中，气体沿离心方向流动。所述额外的通道的横截面积与气流的前进方向一致地减小。

有利地，根据本发明，可以避免螺旋通道的气体泵送速度的减小，以及避免内部压缩或膨胀的相应风险。

根据本发明，基于几何结构设计限定泵级定子体的螺旋通道的沟槽的横截面积的变化，而不依赖于气流的前进方向，并且更具体地，不管是被泵送气体的哪种流动方向，从定子体的中心朝向外周所述面积减小，从而补偿盘切向速度的增大。由于该结构，根据本发明的优选实施方式，体积通道速度可以在整个泵送通道上保持恒定。

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送部分还是离心泵送部分。