[发明专利]在真空管道中的与之相关的改进

说明书

本发明涉及在真空管道中的与之相关的改进，具体地涉及但不限制于适合用在真空泵送系统中的管道。

许多工业处理需要在真空下进行并且在此类情况下，习惯上在连接至真空泵的腔室内进行相关的处理。良好的设计实践表明真空泵的入口直接连接至被泵送的腔室的出口孔，但是由于外部设计要求（诸如需要使真空泵送系统适配在其它组件周围），所以这不总是可能或实际的。因此，时常使用管道和歧管来提供真空系统的各种组件之间的流体连通。为了有效地获得和保持真空，被接受的真空系统设计的原理（参阅Nigel Harris的“Modern Vacuum Practice”，第三版，ISBN 0-9551501-1-6，第13章）是管道应当尽可能短且宽。遵循该规则，能够使管道的导通性（conductance）最大化，从而减少其对真空系统的阻力影响。

在许多真空系统中，将隔离阀插入被排空的腔室和泵送系统之间，从而例如在腔室填充期间或在泵送系统维修期间允许将两者隔离。正因如此，可能的是并且实际上十分普遍的是，隔离阀被用于在不同压力下暂时性地或半永久性地保持腔室和泵送系统。然而，在存在压力差并且隔离阀随后打开的地方，不可避免地将有一股从腔室涌到真空系统的气体（或反之亦然），这取决于压力梯度的方向。

众所周知，真空系统中突然涌出的气体是不期望的，因为这些气体能够使真空系统的部件过载或对其造成损坏。进一步考虑到突然涌出的气体能够超过真空系统的泵送能力，这将无法应付增加的通过量，即在给定的时间间隔中通过截面的气体量。

在真空系统突然过载的情况下，存在遭受机械损坏的风险，例如，轴承损坏、齿轮滑移或转子和/或定子碰撞。突然的过载还能够导致电气损坏，例如，过电流或功率波动。

为了克服上述影响，行之有效的做法是包括内嵌式（in-line）压力调节系统以抑制或阻挡通过量的突变。已知的压力调节系统的一个示例包括机械调节阀布置，其被配置用于在一定压力差之上限制真空系统中的气体的通过量，但是在所述压力差之下允许气体相对不受阻碍地流动。已知内嵌式压力调节系统的缺点之一是这些系统均为按机械原理操作的复杂装置，因此安装、维护和修理是昂贵的。

因此需要有改进的和/或可替代类型的压力调节系统，尤其是能够在隔离阀打开期间被适当地用于保护真空泵送系统不受损坏的类型。

根据本发明的第一方面，提供一种用于真空泵送系统的压力调节设备，其具有入口、出口以及插在入口和出口之间并且与入口和出口处于流体连通的管道，其中管道的截面积大于满足入口和出口的导通性要求所需的截面积。

根据本发明的第二方面，提供一种用于真空泵送系统的管道，其具有入口、出口以及插在入口和出口之间并且与入口和出口处于流体连通的管道，并且还包括与管道处于流体连通的中空膨胀腔室。

在另一个方面，本发明包括在使用时可位于真空系统的两部分之间的尺寸有意过大的管道，其提供了过量自由体积，而涌入的气体能够累积到其中，以在突然涌入事件期间减少压力增加。

本发明适当地利用了造成真空泵送系统损坏的根本原因时常是由于系统压力的突变而不是气体通过量的突变的这一事实。因此，通过提供膨胀腔室或通过使管道的截面积大于入口和出口的截面积所确定的截面积，针对系统中的气体的通过量或体积的给定增加，可以减少压力的变化。

通过提供过量自由体积以使涌入气体膨胀到其中，能够减小突然压力变化的量级。另外地或者可替代地，通过提供用于涌入气体膨胀到其中的过量自由体积，涌入气体能够累积在尺寸过大的管道或膨胀腔室内，因此给予泵送系统时间以适应增加的通过量要求，而不使真空系统过载。

如前所述，使真空系统中的管道尽可能短而宽的一般设计规则通常以这样的方式应用，即确保管道的主体的截面积尽可能地接近管道入口孔和出口孔的截面积。管道的截面的任何增加超过入口和出口的截面并不增加整体导通性，因此是不可取的，这是因为真空系统设计中的其他竞争要求。具体地，通常期望减小真空系统组件的尺寸以节省重量和材料用量。而且，较大的内部体积需要较长时间排空，因此真空系统设计的目标之一是使内部容积最小化以提高泵送效率。另外，增加管道的内部表面积通常导致处理负载增加，因为大的内部表面积呈现用于在其上牢固地积聚水蒸气、污染物和氧化的较大面积。

正因如此，已知的真空泵送设计原理的应用确定扩大管道的内径（bore）以匹配入口或出口的最大内径尺寸，但不再对其进一步增大以使上述有害影响最小。