多级真空泵单元及其工作方法

专利名称：多级真空泵单元及其工作方法
技术领域：
本申请涉及一种多级真空泵单元及其工作方法，该单元启动时实现了能 耗节省(电力需求减少)，并且所获得的真空状态处于一低真空条件之下。
背景技术：
在常规的真空泵中，每个泵在其起动时都需要其自身的最大功率，从而 使获得的真空状态处于 一低真空条件之下。随着待抽真空容器中的气体压力 减小，电力需求逐渐减小。因此，当获得的真空压力达到基准真空压力或期 望真空压力时，电力需求变为最小。
当获得的压力接近最终(目标)压力(高真空压力)时， 一些常规的真空泵
对其自身采用速度控制，从而实现上述能耗节省(电力需求减少)；然而，根 据此方式，对于低真空工作期间的电力减少几乎不能抱希望。
换言之，根据上述方式，在真空泵启动时，例如，在待抽真空容器中的 气体压力等于大气压水平的情况下，不仅需要上述的最大功率，而且还需要
起动功率(例如，电力需求的过冲)；因此，大额定功率的驱动电机变得必要，
从而设备的成本增加。
因此，当实现了在真空泵启动之后的低真空工作期间的能耗节省(电力 需求减少)时，由于有关真空泵的电力减少效应，可以降低设备的成本。
曰本专利申请No.S62-48979(专利文献l)公开了 一种具有用于降低压缩 机启动中的电力需求减少的结构的涡旋压缩机。该压缩机包括形成第一压缩 空间和第二压缩空间的固定涡旋盘和驱动涡旋盘。当第 一 空间中的压缩气体 压力超过第二空间中的压缩气体压力时，借助至少一个开闭阀将第一空间中 的压缩气体排放到第二空间中。此外，当第二空间与排放口连通时，排放到 第二空间中的气体被排放到外部，其中排放口使第二空间连接到涡旋压缩机 的外部。
如果专利文献l中公开的结构直接应用于多级真空泵作为其结构，并且 前一级真空泵中产生的高度压缩的气体被排放到后一级真空泵中，则后面一级的真空泵的气体流动通道中的气体压力变得过高，从而不能实现电力需求 减少。相反，高热量可以在后一级真空泵中散发。
曰本专利申请No.H8-270582(专利文献2)公开了 一种涡旋型两级真空 泵，该真空泵克服了在对专利文献1进行改进方面以及在减少低真空的粘滞 气体流动区域中的散热方面的困难；对比文件2的结构具有旁路通道，该旁 路通道将前一级涡旋泵的排放口连接至位于前一级涡旋泵的排放口与后一 级涡旋泵的吸入口之间的中间通道，而该中间通道具有压力控制阀，当中间 通道中的压力变得比预定压力低时，该压力控制阀关闭该通道。
在上述结构中，当在启动真空泵的早期待抽真空容器中的压力接近大气 压并且前一级涡旋泵的排放压力高于预定压力例如环境压力时，上述压力控 制阀打开，从而将前一级涡旋泵出口处的高压气体通过旁路通道排放到外 部，而不会传送至后一级涡旋泵。以此方式，可以防止后一级涡旋泵中伴随 着高热量的过大压力；此外，可以防止因真空泵中的高热量而导致的耐久性 变差和。交死问题。
根据专利文献2，所公开的结构包括
位于前一级涡旋泵的排出口与后一级涡旋泵的吸入口之间的中间
通道；
旁路通道，将后一级涡旋泵的排出口连接到中间通道。这里，要指 出的是，由于压缩气体在出口处向外部释放，因此后一级涡旋泵的出口 压力接近大气压。
因此，响应于待抽真空容器(作为载荷吸收元件的封闭容器)中产生的高 真空，在后一级涡旋泵的出口与沿着真空泵内部的气体通道的位置之间出现 压力差；因此，产生外部气体或空气通过旁路通道和压力控制阀流回真空泵 内部的风险。这种潜在的回流产生了使真空泵的工作效率降低的困难。

发明内容
鉴于传统技术的上述问题，本发明旨在提供一种多级真空泵单元，其可 以节省启动早期的电力需求，还可以防止排;故到外部的气体流回泵的内部 (即，上面所述的专利文献2中的问题)。
为了达到上述目标，本发明公开了一种多级真空泵单元的工作方法，其 中多个真空泵串联连接以形成该多级真空泵单元；第一级真空泵的吸入口连接至待抽真空容器，使得容器的内部的空间变得处于高真空条件下；该方法
包括步骤在该真空泵单元启动之后的低真空工作期间，分出从第一级真空 泵排放出的气体的一部分；和通过低流导管线(通道)向大气排放被分出的气 体，所述低流导管线设置有至少 一个防止分出的气体发生回流的止回阀。 这里要指出，流导定义为流量与压差之比。
还要指出，本申请使用了低真空工作区和高真空工作区的术语。前者定 义为诸如压力、流量、泵速等的工作状态参数在真空泵单元启动之后以低真 空状态工作的区域，而后者定义为工作状态参it以高真空状态工作的区域。 此外，本申请允许这样的表述单元的一元件处于低真空工作区中或处于高 真空工作区中。
在本发明的方法中，当多级真空泵单元处于低真空工作区下时， 一部分 气体在级数低的真空泵的排放侧以及在下一级泵的进气口的上游侧;故分出。 这里，应当指出，级数低的真空泵不仅包括第一级真空泵，而且还包括位于 多级真空泵单元的进气口侧附近的其它真空泵；即，级数低的真空泵可以是 第二级真空泵、第三级真空泵等中之一。被分出的那部分排放气体被导向多 级真空泵单元的真空泵单元壳体的外部，从而可以减少真空泵单元在低真空 工作期间的电力需求。因此，在分出这部分气体之后，可以使真空泵单元的 下一级真空泵不会给气体流动通道造成过度增压；此外，可以减少驱动真空 泵的所需电力。
在本发明的方法中，通过多级真空泵单元的主气流在泵单元的吸入侧附 近的级数低的级中至少一个真空泵的出口侧通过低流导管线(通道)朝大气被 分出，该低流导管线设置有至少一个防止被分出的气体回流的止回阀。响应 于从真空泵单元启动之后的低真空工作向高真空工作的过渡，大气与真空泵 内部的气体之间的气体压差逐渐变大；然而，借助通过低流导管线的气体排 放，防止了被分出的气体发生回流。因此，能够不使真空泵单元的工作效率 变差。
压力相对较高的粘滞气体可以通过低流导管线，但低压气体的分子气流 或中压气体的过渡(中间)气流难于通过该低流导管线。
因此，本发明能够使在低真空工作区中从低级数的真空泵分出的粘滞气 流通过低流导管线。本发明还能够防止分子气流或过渡(中间)气流在高真空 工作区中从低流导管线的出口侧回流(朝分出通道或真空泵单元的内部回流)。
低流导管线可以构造成例如形成具有小内径的长流动通道，从而获得大
的压降。例如，内径小于5mm，或者更特别地为4-5mm。由于^f氐流导管线 和安装在流导管线上的止回阀带来的防止回流作用，甚至能够以高度准确性 来防止微量的气体回流。
本发明中优选地，在通过低流导管线之后，分出的气体流入真空泵单元 中的末级真空泵的排放通道中；并且分出的气体，连同来自末级真空泵的排 放气体，通过真空泵单元中的末级真空泵的排放通道朝大气排放。在高真空 工作区中，低流导管线的下游侧的排放气体的压力变得接近分子气流或过渡 (中间)气流的压力；因此，可以进一步有效地防止气体回流。
优选地，在本发明中，仅当分出的气体的压力比大气压力高且比低真空 工作区中位于真空泵单元的进气口侧附近的级数低的真空泵的出气口处的 气体的压力低时，低流导管线上的止回阀才打开。因此，在从级数低的真空 泵排出的气体的压力超过低真空工作区中的大气压时， 一部分被分出的气体 可以通过低流导管线向大气散出；从而，散出的气体的压力可以比大气压低。
因此，可以降低下一级真空泵的进气口侧的气体压力， >(人而降低下一个 泵的电力需求。
本申请公开了一种多级真空泵单元，其包括多个真空泵，所述多个真 空泵以多级的型式串联连接，使得待抽真空容器的内部的空间变得处于高真 空条件下；分支通道，从位于真空泵单元的进气口附近的级数低的真空泵的 出气口朝大气分出；低流导管线，作为分支通道的一部分；至少一个止回阀， 设置在低流导管线上，以保证该管线的低流导性质；由此，^v级数低的真空 泵的出气口排放出的气体的 一部分被分出并通过低流导管线朝大气散出。
凭借上述构造，通过在低真空工作区中分出从位于真空泵单元的进气口 附近的级数低的真空泵的出气口排出的一部分气体以通过低流导管线朝大 气散出，可以降低下一级真空泵的进气口侧的气体压力，从而可以降低下一 个泵的电力需求。
而且，由于分支通道的一部分构造成具有低流导管线，在该管线上设置 有至少一个止回阀，可以防止气体通过〗氐流导管线,人大气回流。
优选地，在根据本发明的多级真空泵单元中，分支通道通向泵单元壳体 的外部，并且分支通道或作为分支通道一部分的低流导管线由位于泵单元壳体外部的冷却装置冷却。因此，可以减轻响应于气体增压而产热所引起的在 整个多级真空泵单元上的热载荷，并且真空泵单元中的每个泵可以免去潜在 咬死的风险。例如，水冷型或气冷型的冷却设备可以被用作冷却装置。
例如，作为气冷型的冷却设备，可以采用通过风扇朝分支通道或作为分 支通道一部分的低流导管线传送冷却空气的冷却设备，由此多个散热片植入 分支通道的外周。还可以采用自然冷却型的气冷设备来代替上述强制冷却型 的冷却设备。在水冷型的情况下，分支通道可以放在水箱中，或者可以使其 通过水套，冷却循环水导入该水套中。
优选地，在根据本发明的多级真空泵单元中，第一止回阀和第二止回阀 安装在分支通道的中途，使得低流导管线位于这两个止回阀之间，并且第二
止回阀的打开压力设定为具有比第 一止回阀的打开压力大的压力；并且低流
导管线形成緩冲空间，该緩冲空间临时积聚被分出到低流导管线中的气体。 借助上述构造，低流导管线可形成将气体临时积聚在管线内部的緩沖空
间；因此该緩冲空间可以更加有效地防止被分出的气体回流，并可以l^高对 被分出气体的冷却作用。而且，根据上述构造，存在如下优点由于緩冲空 间的存在，减轻了多级真空泵单元的驱动齿轮所需的载荷的波动。
才艮据本发明，在操作多级真空泵单元的方法中，多级真空泵单元包括多 个真空泵，所述多个真空泵以多级的型式串联连接，使得待抽真空容器的内 部的空间变得处于中或高真空条件下；该方法包括步骤当该单元工作在低 真空条件下时，分出从级数低的真空泵的出气口排放出的气体的一部分；和 通过分支通道向大气排放被分出的气体，该分支通道包括低流导管线，至少 一个止回阀设置在该低流导管线上，用于防止分出的气体发生回流。
因此，在真空泵启动后或真空泵处于低工作区中时，驱动真空泵的电力 需求可以降低；此外，可以防止被分出气体发生甚至是极微量的回流。结果， 真空泵单元的工作效率不会变差。
根据本发明，多级真空泵单元包括多个真空泵，所述多个真空泵以多 级的型式串联连接，使得待抽真空容器的内部的空间变得处于中或高真空条 件下；分支通道，从位于真空泵单元的进气口附近的级数低的真空泵的出气 口朝大气分出；低流导管线，作为分支通道的一部分；至少一个止回阀，设 置在低流导管线上以保证管线的低流导性质；从而，从级数低的真空泵的出 气口排放出的气体的 一部分被分出并通过低流导管线朝大气散出。因此，多级真空泵单元可以提供与上面对工作方法的解释的描述相同的 功能和效果。


现在参照本发明的优选实施例和附图更加详细地描述本发明，其中 图1示出有关根据本发明第一实施例的构造的多级真空泵单元的截面
图2示出有关根据本发明第二实施例的构造的多级真空泵单元的截面图。
具体实施例方式
下面，将参照附图所示的实施例描述本发明。然而，这些实施例中描述 的元件的尺寸、材料、形状、相对的布置等不应当解释为限制本发明的范围， 除非进行了特别明确的说明。
(第一实施例)
将基于图1解释本发明的第一实施例，图1示出才艮据第一实施例的多级 真空泵单元的截面图。在图1中，多级真空泵单元1具有泵壳la，在该泵壳 la中，三个真空泵2、 3和4串联设置，形成三级泵单元；以及气体通道， 使一个泵的进气口与另 一个泵的出气口连通。吸入通道5使第一级真空泵2 的进气口与待抽真空容器(未示出)连通，待抽真空容器即作为载荷吸收元件 的封闭容器。
待抽真空容器内部的气体g通过吸入通道5被吸入第 一级真空泵2的第 一进气口6中；气体g经第一级真空泵2压缩，然后压缩气体g从第一级真 空泵2的第一出气口 7向第一中间通道8排放。第一中间通道8连接至第二 级真空泵3的第二进气口 9;排放到第一中间通道8中的压缩气体g被吸入 第二级真空泵3中；被吸入到第二级真空泵3中的压缩气体g从第二级真空 泵3的第二出气口 11向第二中间通道12排放。
排放到第二中间通道12中的压缩气体g通过第三级真空泵4的第三进 气口 13被吸入到第三级真空泵4中；被吸入到第三级真空泵4中的压缩气 体g通过排放通道15从第三级真空泵4的第三出气口 14向大气排放。以此 方式，真空泵2、 3和4通过第一中间通道8和第二中间通道12串联连接。第一级真空泵2、第二级真空泵3和第三级真空泵4通过^^共驱动轴(未 示出)驱动。每个真空泵的压缩比设计成使得压缩比随着每个真空泵的级数 变大而变大；即，真空泵的级数越大，泵的深度越短，这是因为越小的深度 带来越小的排气(死)体积。
分支通道21从第一中间通道8中分出；分支通道21通向泵单元壳体la 的外部。在分支通道21的中途，从上游侧依次安装有第一止回阀22和第二 止回阀23。分支通道21连接到位于分支通道21下游端的排;故通道15。从 第一止回阀22到第二止回阀23的分支通道21的一部分构造成低流导的粘 滞流管线(viscous flow line)24。
粘滞流管线24具有长的长度和小的孔，使得管线具有低流导性质。在 1000 litter/sec容量级的典型的多级真空泵单元中，用于第一中间通道8和第 二中间通道12的孔在20-30mm的水平。与此水平显著不同，才艮据本发明， 例如，对于粘滞流管线24的孔，采用4mm的长度。
因此，使粘滞流管线24具有低流导性质，从而粘滞流管线24使气流通 过管线24的能力变弱。因此，在通过粘滞流管线24传送相对高压的气体时 的情况下，气体能够以中等压力损失流过管线24。另一方面，压力相对较低 的分子气流或过渡气流难于通过这种粘滞流管线。
第一止回阀22的打开压力设定成，在从第一中间通道8分出的气体的 压力比在低真空工作区下在第一级真空泵2的第一出气口处排出的气体的压 力低且比大气压力高时的情况下，止回阅22允许从第一中间通道8分出的 气体通过分支通道21。第一止回阀22被设定为例如当分出的气体的压力处 于0.12-0.15MPa之间时打开。另一方面，第二止回阀23的打开压力设定成 比第一止回阀的压力高出某一压力增量的压力。
按照所述方式，在从第 一 中间通道8分出的气体的压力处于第 一止回阀 22的打开压力与第二止回阀23的打开压力之间时的情况下，第一止回阀22 打开且第二止回阀23关闭；因此，在所述情况下，分出的气体处于气体临 时积聚在粘滞流管线24中的状态。
此外，在粘滞流管线24的外周表面中，植入许多散热片25;并且在粘 滞流管线24的附近，设置了冷却风扇26，以向散热片传送冷空气。此外， 分支通道21的下游侧端连接到排放通道15。
在基于本发明的实施例的上述构造中，待抽真空容器(未示出)内的气体g被多级泵单元1中的第一级、第二级或第三级中的每个泵吸入；然后，气 体g通过排放通道15向大气排放。在多级真空泵单元启动之后的早期，待 抽真空容器内部的压力接近大气压力或处于低真空工作区中，在从第 一级真
空泵2排放出的一部分气体;入分支通道21中，'其中所述设定压l作为第 一止回阀22的打开压力，第一止回阔22响应于上述条件而打开。
因此，可以防止被第二真空泵3吸入的气体的压力增加到过度的水平； 结果，可以减小在真空泵启动之后或真空泵处于低工作区中时驱动真空泵所 需的电力。
此外，在分支通道21的中途设置防止分出的气体回流的第一止回阀22 和第二止回阀23;此外，在第一和第二止回阀之间，设置低流导性质的粘滞 流管线24;从而可以防止管线24内部的气体g的甚至是极微量的回流。
而且，多个散热片25植入在粘滞流管线24的外周表面；并且，冷却风 扇26设置在粘滞流管线24的附近，以向散热片传送冷空气；因此，可以减 轻整个真空泵单元1上的热载荷，/人而每个泵2、 3或4可以免受可能咬死 的风险。
而且，条件设定成第二止回阀23的打开压力设定为具有比第一止回 阀的打开压力高出某一压力增量的压力；因此，气体压力范围可以设定成使 第一止回阀22打开且第二止回阀23关闭。因此，在该气体压力范围中，粘 滞流管线24可以形成临时将气体g积聚在管线24内的緩沖空间，该緩沖空 间可以以增强的效率防止分出的气体的回流并提高分出的气体的冷却效果。
还有，在第二止回阀23具有低漏损规范、即具有减小回流的性质时的 情况下，可以减少第二止回阔23的打开和关闭4吏用频率，^v而可以^:高第 二止回阀23的寿命和可靠性。
在对第一实施例的上述解释中，分支通道21的下游端连结到排放通道 15中。然而，分支通道21的下游端可以是朝向大气的直接开口，而无需连 结到排放通道15中。
(第二实施例)
接下来，基于图2解释本发明的第二实施例，图2示出根据第二实施例 的多级真空泵单元的横截面。在该实施例中，仅止回岡31设置在粘滞流管 线24的下游侧，粘滞流管线24形成分支通道21的一部分。换言之，除了删除第一实施例中的第一止回阀22以外，第二实施例的构造与第一实施例 的构造相同。
此外，通过第二实施例的构造，可以很好地防止气体乂人排》文通道15向
分支通道21回流；此外，由于在分支通道21的中途Y又设置一个止回阀，设 备的成本可得以降低。 工业实用性
本发明能够4吏多级真空泵单元节省电力需求；同时，可以准确地防止排 出到多级真空泵单元外部的气体流回到泵中或泵单元中的气体通道中。
权利要求
1. 一种多级真空泵单元的工作方法，该多级真空泵单元包括多个真空泵，所述多个真空泵以多级的型式串联连接，使得连接到第一级真空泵的进气口的待抽真空容器的内部的空间变得处于高真空条件下；其中，该方法包括如下步骤当该单元工作在低真空条件下时，分出从级数低的真空泵的出气口排放出的气体的一部分；和通过分支通道向大气排放被分出的气体，该分支通道包括低流导管线，至少一个止回阀设置在该低流导管线上，用于防止分出的气体发生回流。
2. 根据权利要求1的方法，其中在通过低流导管线之后，分出的气体流入真空泵单元中的末级真空泵的 排;改通道中；并且分出的气体，连同来自末级真空泵的排放气体，通过真空泵单元中的末 级真空泵的排;改通道朝大气排;改。
3. 根据权利要求1或权利要求2的方法，其中当该单元工作在低真空条件下时，仅当分出的气体的压力比大气压力高 且比位于真空泵单元的进气口侧附近的级数低的真空泵的出气口处的气体 的压力低时，控制低流导管线上的每个止回阀打开。
4. 一种多级真空泵单元，包括多个真空泵，所述多个真空泵以多级的型式串联连接，使得待抽真空容 器的内部的空间变得处于高真空条件下；分支通道，从位于真空泵单元的进气口附近的级数低的真空泵的出气口 朝大气分出；低流导管线，作为分支通道的一部分；和至少一个止回阀，设置在低流导管线上；其中，从级数低的真空泵的出气口排放出的气体的一部分被分出并通过 低流导管线朝大气散出。
5. 根据权利要求4的多级真空泵单元，其中 分支通道通向多级真空泵单元的泵单元壳体的外部；并且 分支通道或作为分支通道一部分的低流导管线由位于泵单元壳体外部的冷却装置冷却。
6.根据权利要求4或5的多级真空泵单元，其中第 一止回阀和第二止回阀安装在分支通道的中途，使得低流导管线位于 这两个止回阀之间，并且第二止回阀的打开压力设定为具有比第一止回阀的 打开压力高的压力；并且低流导管线形成缓冲空间，该緩冲空间临时积聚被分出到低流导管线中 的气体。
全文摘要
本发明公开了多级真空泵单元及其工作方法。为了能够使多级真空泵单元节省电力需求并防止排出到单元外部的气体流回到泵的内部，本发明公开了一种多级真空泵单元的工作方法，多级真空泵单元包括多个串联连接以形成多级真空泵单元的真空泵；其中，第一级真空泵的吸入口连接到待抽真空容器，使得容器内部的空间变得处于高真空条件下。在该方法中，在低真空工作期间，从第一级真空泵(2)排放到第一中间通道(8)的气体的一部分被分出，然后通过低流导管线(24)向大气排放，该低流导管线(24)具有防止分出的气体发生回流的止回阀(22，23)。
文档编号F04C25/00GK101545486SQ200910128249
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月24日 优先权日2008年3月24日
发明者谷川志郎 申请人:阿耐思特岩田株式会社