双级干式真空泵的制作方法

本发明涉及真空泵，具体来说，涉及双级干式真空泵，该真空泵包括两个缸，其中，不同的罗茨型转子和螺杆型转子组合起来，因此确保简化结构和增大排气速度基础上的高真空度。

背景技术：

一般地说，真空装置是在密封容器内消除气体分子的装置，其构造成以低于大气压的低压进行抽吸和压缩，并将压缩气体排放到空气中，由此提高容器内的真空度。如此的真空泵可被分类为机械真空泵和扩散泵，它们分别被设计为干型和湿型。扩散泵是湿型的，其使用油来确保高的真空度，而机械真空泵是干型的，其不使用油，并能够确保相当低的真空度，但机械真空泵具有简单结构和高的耐用性，并具有稳定的真空度，于是，机械真空泵广泛地被用于各种工业领域，而其优点在于，使用者可容易地操作且维护成本较低。

在这一点上，真空技术进步很快，其适用范围可扩展到半导体沉积、电子工业、金属领域、化学领域、医学和医药供应、原子能工业等。

此外，形成真空的真空泵的种类有封闭水类型、基于油的旋转型、罗茨型、油扩散型、物理吸收型、化学吸收型等，且真空泵一般地可分类为湿型和干型。然而，水封闭型或油基旋转型的湿型(水或油输入到真空泵内)，在诸如半导体、食品、化学、医学和医药供应等的工业领域内逐渐地已经不使用了。因此，干式真空泵(水或油不输入到真空泵内)近年来已经得到广泛使用。尤其是，在半导体制造过程中，通常采用无油的干式真空泵，以防止油分子泄漏到过程腔室内。

然而，在正位移的干式真空泵的情形中，由于难以使用正位移的干式真空泵，以求只使用一个泵来确保低于1×10^-3托尔的高真空度的气体抽吸，罗茨型多级的干式真空泵或螺杆型干式真空泵或爪型干式真空泵通常用得很多，其 中，在罗茨型多级干式真空泵中，多个泵可串联地连接，即，呈多级的结构，以求提高排放典型气体的效率，由此，确保高的真空度。

1.罗茨型多级干式真空泵

它需要约为100000:1的压缩比，以便在大气压下能在10^-3托尔下操作的最终压力。为了确保如此的压缩比，需要多级气缸，一般地，需要五级或六级。气缸提供得越多，泵的结构变得越复杂，轴的长度增大，泵的体积因此也增大。如果轴的长度增大，则在轴转动过程中会发生摆动运动。因为泵的温度提高，可能发生膨胀/收缩。在气缸内转动的转子之间的间隙以及在转子和气缸之间的间隙可能发生干涉，于是，在转动操作的中间，泵可能突然停止。

此外，由于通过泵的抽吸端口抽吸的工作过程气体通过多级排放，即，六级气缸，所以，气体通过的长度在结构上增大，同时带来频繁的维护和修理。

此外，由于需要组装许多级(气缸)，所以，诸部件应该精密地处理，应由技术熟练的技术员来组装泵。因为需要精密的组装技术，所以花费很长的时间。在泵组装好之后，泵频繁地在泵试验运行的中间停下来。

在构造成确保高真空度的六级气缸的情形中，当将六级气缸啮合到一根轴上时，需要有精密的技术。在该情形中，制造各由三级形成的两个泵并串联地连接，因此，完成一个泵。对此，泵的总体积变得很庞大，同时造成两个泵价格提高，于是，制造成本增加。通过抽吸端口抽吸的过程气体移动通道的长度增大，因此维护需要大量成本。

2.螺杆型干式真空泵

螺杆型干式真空泵通常用在这样的工作过程，其中，在大气压下，泵的最终压力是10^-2托尔，并需要大量能量，以便使用一个气缸，使用布置在多排内的螺杆电动机来压缩过程气体，电能的消耗是巨大的。与罗茨型方法相比，其仅在三倍快速的情形中才可能确保与罗茨型方法相同的特性。在高速转动的情形中，泄漏可能发生在轴单元的密封部分处，以及轴承润滑可能具有问题，可能发生噪音问题。

在过热的情形中，因为过程气体压缩中间产生的热量，转子之间的间隙处可能发生夹死，于是，泵可能突然停止，为了解决上述问题，如果间隙做得较大，则泵的特性可能降低。

3.爪型干式真空泵

爪型干式真空泵通常用在这样的工作过程，其中，在大气压下，泵的最终压力是10^-2托尔，并需要四级气缸。此外，与典型的罗茨型干式泵相比，爪型干式真空泵具有相当慢的排放速度，因为抽吸端口的导通率(入口导通率)很小。

由于爪本身起到阀的作用，爪型的特征在于，抽吸端口缓慢地打开后关闭，并具有低的导通率，而罗茨型干式真空泵具有相对大的导通率，于是，即使在低压情形中也能够确保高的排放速度。

在上述真空泵的结构中，由于所有爪型电动机沿相同方向定向，所以，气体从1级气缸排放端口排放到2级气缸的抽吸端口，于是，不利的是，每个气缸级(中间级)的气体通道长度很长。

技术实现要素：

因此，本发明的提出是要解决典型的干式真空泵的上述问题。

本发明的目的是提供双级干式真空泵，其特征在于，可获得高真空度区域的真空度，与典型的泵相比，低的压力下排放速度快，使用2级气缸的简单结构，可获得高的真空度，且排气过程的通道不复杂也不长，于是，能够使流过泵的气体传输速度达到最大。

为了达到上述目的，提供双级干式真空泵，其包括：泵体缸，泵体缸包括内部容纳空间，并在其一侧具有抽吸端口，而在另一侧具有排放端口；1级气缸和2级气缸，它们设置在泵体缸的内部容纳空间内；成对泵轴，它们穿过1级气缸和2级气缸平行地安装；成对罗茨型转子，它们安装成在同步状态下反向转动，其中，罗茨型转子与穿过1级气缸的泵轴啮合；成对螺杆型转子，它们安装成在同步状态下反向转动，其中，螺杆型转子与通过2级气缸的泵轴啮合；电动机，其构造成转动成对泵轴中的任何一个；成对齿轮，它们与泵轴啮合，以使一对泵轴同步地转动；1级抽吸通道，其互连抽吸端口和1级气缸；排气传输通道，其互连1级气缸和2级气缸；1级排气通道，其互连排气传输通道和排气端口；2级排气通道，其互连2级气缸的后端和排气端口；1级排气阀，其由通过1级排气通道排出的气体压力来打开和关闭；2级排气阀，其 由通过2级排气通道排出的气体压力来打开和关闭；以及冷却水套，冷却水通过该冷却水套循环，从而至少冷却2级气缸或泵轴的轴承支承部分。

根据本发明的示例性实施例，1级和2级排气阀由金属球形成，它们构造成通过高于预定水平的排放气体的压力而从阀座浮起，并被打开，并在排放气体的压力低于预定水平时，通过金属球的自重，与阀座紧密地接触。

根据本发明的示例性实施例，1级排放通道和2级排放通道通过与排放端口接触的连接空间集成到一个结构中。

有利的效果

本发明的特征在于，干式真空泵的结构制成双级的形式，1级气缸包括罗茨型转子，而2级气缸包括螺杆型转子，于是，在1级气缸抽吸和压缩之后，首先未被排出的剩余气体被抽吸、压缩，其次由2级气缸排出，由此，能够获得高的真空度(10^-3～10^-8托尔)(典型的干式真空泵分类为爪型、罗茨型和螺杆型，它们构造成单一结构并进行制造，其中，这些泵的最终压力是中间的真空度1×10^-3托尔)。因此，即使在低的真空度工作过程中，由连接到1级气缸的排气通道的第一排气阀压缩的气体过压也会连续地释放，其中，排量很大，因此解决了由于泵过热引起的问题。此外，一个泵体包括与1级气缸和2级气缸一体形成的结构，于是，泵结构可简化，在材料成本、处理成本以及组装成本方面，可节约了制造成本。

附图说明

参照附图将会更好地理解本发明，附图仅是以说明性方式来给出的，因此，对本发明没有限制，附图中：

图1是根据本发明的2级干式真空泵的前视剖视图；

图2是沿着根据本发明的2级干式真空泵的线A-A截取的平面剖视图；

图3是沿着根据本发明的2级干式真空泵的线B-B截取的侧视剖视图；

图4是沿着根据本发明的2级干式真空泵的线C-C截取的侧视剖视图；

图5是沿着根据本发明的2级干式真空泵的线D-D截取的侧视剖视图。

具体实施方式

可连同以下示例性实施例更加具体地实施本发明。提供以下示例性实施例只是为了说明的目的，并不意图限制如权利要求所述的本发明的范围。因此，很显然，本发明不受所披露的示范实施例的限制，应该诠释为包括根据以下描述可获得的部分的和所有的修改。

现将参照附图来描述根据本发明示范实施例的2级干式真空泵。

如图1和2或图5所示，根据本发明的真空泵装置包括泵体缸1，其形成该装置的主体。顶盖配合到泵体缸1的顶部。在顶盖12的一侧处，设置了抽吸端口15，在顶盖12的另一侧处，设置了排放端口21。在包围的内部空间中，各形成为花生壳形状的1级气缸2和2级气缸3彼此相邻地串联布置。平行安装的两个泵轴4和5水平地穿过1级气缸2和2级气缸3的花生壳形状的空间，两个泵轴4和5中的任何一个是驱动轴4，电动机34与驱动轴4啮合，而另一个是从动轴5，其沿反向转动，与前一个轴互锁。

一对罗茨型转子6和7被安装并沿反向转动，由于罗茨型转子6和7处于同步状态，在该状态中，罗茨型转子6和7与穿过1级气缸2的泵轴啮合，一对螺杆型转子8和9与穿过2级气缸3的泵轴4和5啮合，并沿反向互相同步地转动。

螺杆型转子8和9最好由单排螺杆或多排螺杆形成。各个泵轴(4：驱动轴)(5：从动轴)一侧的一个端部被电动机侧的板13支承，令轴承30插入在它们之间，驱动轴4通过联轴器32和33连接到电动机34，该联轴器32和33设置在连接到侧表面板13一侧的电动机凸缘外壳14内。各个泵轴4和5的另一侧的一端被齿轮侧表面板11支承，该齿轮侧表面板11形成2级气缸3的侧表面，令轴承29设置在它们之间。在穿过齿轮侧表面板11的端部处，一对驱动轴齿轮26和从动轴齿轮侧表面板11齿轮27相啮合，它们彼此啮合并具有相同的尺寸。一对齿轮26和27通过齿轮箱10受到保护，而不暴露在外面，齿轮箱10固定到齿轮侧表面板11的侧表面。

此外，形成1级抽吸通道16，其连接彼此连通的抽吸端口15和1级气缸2。设置排气传输通道17，其将2级气缸3连接到与其相对的1级气缸2的底部。排气传输通道17通过排气传输通道2级气缸抽吸端口22与2级气缸3连通，排气传输通道17和排气端口21通过1级排气通道18连接。

此外，2级排气通道23形成为通过齿轮侧表面板11，以连接2级气缸3的后端和排气端口21，2级排气通道23连接到形成在泵体缸1的2级排气通道24。1级排气阀19形成在1级排气通道18的端部处，以便借助于通过1级排气通道18排出的气体压力来打开和关闭阀座19a。同样地，借助于通过2级排气通道23和24排出的气体压力被打开和关闭的2级排气阀25被构造成打开和关闭阀座25b。

排气阀19和25由金属球形成，金属球具有预定的自重，其特征在于，当流过排气传输通道17的排气气体超过预定的设置压力时，通过1级排气通道18施加到1级排气阀19的自重增大，大于金属球的自重，该1级排气阀19与阀座19a分离和浮动。在该打开状态中，传送到2级缸3的排气气体部分通过排气端口21排放到外面，通过2级排气通道23和24从2级缸3中排出的排出气体，使用其排气压力来打开2级排气阀25。

在齿轮侧表面板11、2级缸3和电动机侧表面板13处，设置冷却水套35、36和37，用来冷却轴承29和30和2级缸3处产生的热量，因此，通过循环从泵(未示出)馈送的冷却水来防止过热。在本发明中，冷却水套不设置在1级缸2处，以便确保与2级缸3的热平衡。由于真空设备处产生的相对冷的气体输入到1级缸内，任何过热的可能性很低，倘若冷却不够充分，则由于带有高压缩比的2级缸3可具有热燃烧现象，所以冷却是必要的。此时，由于2级缸3是冷却的，所以，可确保1级缸2的热平衡，因此，防止因为不均匀热负荷引起的装置内不平衡而可能发生的扭曲。

此外，1级排气通道18和2级排气通道24通过与排气端口21相接触的连接空间20集成到一个结构中。

附图标记28和31代表轴承盖，附图标记38和39代表密封构件，它们用来闭锁排气气体沿着泵轴4和5的泄漏。

现将描述本发明的操作。

在抽吸端口15连接到真空设备(未示出)的状态中，当电动机34被驱动时，驱动轴4转动，当转动力通过一对齿轮26和27传递时，驱动轴4的转动允许从动轴5沿反向转动。如图3所示，一对啮合的罗茨型转子6和7转动，与以上的操作互锁。因此，气体从真空设备被抽吸到1级缸2，随着转动的继 续逐渐地受压缩，并沿着排气方向推动，即，朝向下侧方向推动。在起初的低真空状态中，从真空设备中抽吸出的抽吸量(即，排放量)很大。

连接到2级缸3的排放传送通道17设置在1级缸2的底部处，于是，气体可朝向2级缸3的那侧推动通过排气传输通道17。

此时，由于大量气体在来自真空设备的气体压力高于预定水平时被排出，即，在排气的初始阶段时，当压力超过1级排气阀19的自重时，1级排气阀19打开，部分传输的气体可通过打开的1级排气通道18和排气端口21排出，压力下降的气体部分通过2级缸抽吸端口22输入到2级缸3内。

通过释放受压缩和从1级排放阀19排出的气体的过压，可解决泵装置的过热问题。此后，输入到2级缸3内的气体被抽吸在螺杆型转子8和9的螺纹之间，并在转动中间沿着螺纹朝向排气端口流动和受压缩。由此受压缩的气体上推2级排气阀25，同时流过2级排气通道23和24，由此，打开通道，而压缩气体可通过排气端口21排放到外面。

上述的2级干式真空泵涉及到这样的泵结构，其中，基于过程获得了高的真空度(10^-3～10^-8托尔)，其中，1级缸的其余气体被抽吸、压缩和排放。具体来说，干式真空泵的结构做成2级的形式，在1级缸的抽吸、压缩和排放过程中未排出的剩余气体，在2级缸的抽吸、压缩和排放过程中被除去，于是可获得高的真空度。此时，1级由罗茨型转子形成，而2级由螺杆型转子形成，由此，基于各种类型的有利的组合，显著地提高了真空的特性。即，本发明的特征在于，通过在低真空度的工作过程中连续地释放连接到1级缸的排气通道的1级排气阀处受压缩气体的过压力，便可解决由于泵的过热引起的问题，其中，排量体积很大，同时，在1级缸的抽吸、压缩和排放过程中未被排出的剩余气体，可在2级缸的抽吸、压缩和排放过程中被除去，由此，确保高的真空度。因此，在初始真空工作过程中，在工作过程气体通过1级缸的抽吸端口抽吸的情形中，其中，需要快速排放速度的大气压状态下的气体被处理，通过罗茨型转子转动受压缩并移动到排放端口的大部分气体，打开1级排气阀并排放到外面，随着真空工作过程进展通过抽吸端口抽吸的气体量减少，于是，通过1级缸的排气阀排出的气体量也减少。最后，排量减少，于是，1级缸的剩余气体不通过1级排气阀排出。

因此，本发明提供简化的结构，其中，1级气缸和2级气缸集成在一个泵体内，于是，泵结构可变得更加简化，在材料成本、处理成本和组装成本方面，可节约制造成本。

由于本发明可以好几种形式实施，而不会脱离本发明的精神或基本特征，所以，还应该理解到，上述实例不受以上描述的任何细节限制，除非另有规定，但相反，应该认为广泛地纳入在如权利要求书限定的本发明精神和范围之内，因此，所有变化和修改落入权利要求书的要求和界限之内，或如此要求和界限的等价物因此要被附后权利要求书所包括。

附图标记

1 泵体缸

2 1级气缸

3 2级气缸

4 驱动轴

5 从动轴

6 1级罗茨型转子

7 1级罗茨型转子

8 2级螺杆型转子

9 2级螺杆型转子

10 齿轮箱

11 齿轮侧表面板

12 顶盖

13 电动机侧表面板

14 电动机凸缘外壳

15 抽吸端口

16 1级抽吸通道

17 排气传输通道

18 1级排气通道

19 1级排气阀

20 排气端口连接空间

21 排气端口

22 2级气缸抽吸端口

23 2级排气通道

24 2级排气通道

25 2级排气阀

26 驱动轴齿轮

27 从动轴齿轮

28 轴承盖

29 轴承

30 轴承

31 轴承盖

32 泵联轴器

33 电动机联轴器

34 电动机

35 冷却水套

36 冷却水套

37 冷却水套

38 密封构件

39 密封构件