一种复合叶片结构、涡轮转子和涡轮分子泵的制作方法

1.本实用新型涉及涡轮分子泵技术领域，具体涉及一种复合叶片结构、涡轮转子和涡轮分子泵。


背景技术：

2.作为真空获得设备，涡轮分子泵在获得高真空行业中具有广泛的应用，例如半导体行业，芯片加工制作要求要有较高的真空环境，涡轮分子泵能够抽出封闭空间内大部分空气，剩下少量残余气体为氢气，使空间达到要求的极限真空环境。涡轮分子泵高抽气特性，即高抽速、高压缩比是涡轮分子泵涡轮叶片结构设计的关键，也是评判此分子泵产品获得极限真空能力强弱的标准。
3.传统涡轮分子泵压力面和吸力面均为平面，叶片根部到叶片顶部倾角为同一个值，此种结构分子泵叶片优点为易于加工，成本低，加工周期短，但是此叶片大大降低了抽速和压缩比等重要特性。涡轮转子全部采用曲面叶片结构，虽然曲面叶片具有更大的抽速和压缩比，但是叶片加工难度大，加工周期长，成本高。


技术实现要素：

4.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中涡轮分子泵在实现高抽气特性的同时增大了加工难度的缺陷，从而提供一种能够实现高抽气特性的同时降低加工难度的复合叶片结构。
5.本实用新型要解决的另一个技术问题在于克服现有技术中涡轮分子泵在实现高抽气特性的同时增大了加工难度的缺陷，从而提供一种能够实现高抽气特性的同时降低加工难度的涡轮转子。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供的复合叶片结构，包括：
7.第一叶片，设置于涡轮转子的抽气段；所述第一叶片的压力面和吸力面均为曲面；所述第一叶片的进口角α1的取值范围为25
°
≤α1≤35
°
；所述第一叶片的出口角β1的取值范围为40
°
≤β1≤50
°
；所述第一叶片的轴向倾角γ1的取值范围为0
°
≤γ1≤20
°
；
8.第三叶片，设置于涡轮转子的压缩段；所述第三叶片的压力面和吸力面均为非曲面；所述第三叶片的进口角α3的取值范围为20
°
≤α3≤25
°
；所述第三叶片的出口角β3的取值范围为20
°
≤β3≤25
°
；所述第三叶片各个区域的轴向倾角γ3相同。
9.可选的，所述复合叶片结构还包括第二叶片，设置于涡轮转子的过渡段；所述第二叶片的进口角α2的取值范围为25
°
≤α2≤26
°
；所述第二叶片的出口角β2的取值范围为25
°
≤β2≤26
°
；所述第二叶片各个区域的轴向倾角γ2相同。
10.可选的，所述第一叶片包括多条跨度曲线；所述第一叶片在不同的跨度曲线上对应的轴向倾角γ1不同。
11.可选的，所述第二叶片的压力面和吸力面均为非曲面。
12.本实用新型提供的涡轮转子，包括：
13.依次连接的抽气段、过渡段和压缩段；所述抽气段、所述过渡段以及所述压缩段均沿涡轮转子的转轴轴向设置有一级或多级叶片；
14.以及上述的复合叶片结构。
15.可选的，所述抽气段设置有一级或多级曲面叶片；所述过渡段以及所述压缩段均设置有一级或多级非曲面叶片。
16.可选的，所述抽气段的每一级叶片均包括m片第一叶片，其中16≤m≤33；m片所述第一叶片沿涡轮转子的转轴周向设置；所述第一叶片的叶片厚度为d1，其中2mm≤d1≤4mm。
17.可选的，所述过渡段的每一级叶片均包括n片第二叶片，其中37≤n≤57；n片所述第二叶片沿涡轮转子的转轴周向设置；所述第二叶片的叶片厚度为d2，其中2mm≤d2≤4mm。
18.可选的，所述压缩段的每一级叶片均包括l片第三叶片，其中65≤l≤66；l片所述第三叶片沿涡轮转子的转轴周向设置；所述第三叶片的叶片厚度为d3，其中1.5mm≤d3≤3mm。
19.本实用新型还提供一种涡轮分子泵，包括：涡轮分子泵本体，静叶片，驱动系统，以及上述的涡轮转子。
20.本实用新型技术方案，具有如下优点：
21.1.本实用新型提供的复合叶片结构，包括：第一叶片，设置于涡轮转子的抽气段；所述第一叶片的压力面和吸力面均为曲面；第三叶片，设置于涡轮转子的压缩段；所述第三叶片的压力面和吸力面均为非曲面；通过在涡轮分子泵中设置所述复合叶片结构，并在涡轮转子的抽气段设置所述第一叶片，从而提高被抽气体捕捉能力及反向阻止回流能力，相应的提高压缩比，进而提高涡轮分子泵的抽气能力；通过在涡轮转子的压缩段设置所述第三叶片，在其他参数相同的情况下，相比单一的曲面叶片结构，在保证抽速及压缩比的同时，降低了涡轮分子泵叶片的加工难度，缩短了加工周期，降低了成本。
22.2.本实用新型提供的复合叶片结构，还包括第二叶片，所述第二叶片设置于涡轮转子的过渡段；所述第二叶片的压力面和吸力面均为非曲面；所述复合叶片结构通过抽气段曲面叶片设计，从而提高被抽气体捕捉能力及反向阻止回流能力，相应的提高压缩比；通过过渡段及压缩段叶片采用非曲面设计，在保证抽速及压缩比的同时，进一步提高了叶片加工速度，减少了叶片加工周期，降低了成本。
23.3.本实用新型提供的涡轮转子，所述涡轮转子的抽气段沿涡轮转子的转轴轴向设置有一级或多级曲面叶片；所述抽气段的每一级叶片均包括m片第一叶片，其中16≤m≤33；m片第一叶片沿涡轮转子的转轴周向设置；第一叶片的厚度从根部向顶部的逐渐减小；由于第一叶片从叶片根部到叶片顶部采用不同倾角和渐变厚度的叶片，同时第一叶片设置为较小的进口角和较大的出口角，从而提高叶片对气体的捕捉能力及阻止反向回流的能力，进而提高涡轮分子泵的抽速和压缩比。
24.4.本实用新型提供的涡轮转子，所述涡轮转子的过渡段和压缩段设置有一级或多级非曲面叶片；所述过渡段的每一级叶片均包括n片第二叶片，其中37≤n≤57；所述压缩段的每一级叶片均包括l片第三叶片，其中65≤l≤66；所述非曲面叶片均沿涡轮转子的转轴周向设置；通过在过渡段和压缩段设置非曲面叶片，使其与抽气段的曲面叶片相配合，在其他参数相同的情况下，相比带有单一的曲面叶片结构的涡轮转子，所述涡轮转子在保证涡轮分子泵抽速及压缩比的同时，降低了涡轮分子泵叶片的加工难度，缩短了加工周期，降低
了成本。
25.5.本实用新型提供的涡轮转子，设置有八级转子叶片，前三级为抽气段，中间两级为过渡段，后三级为压缩段；抽气段沿转轴轴向设置有三级曲面叶片，每一级叶片均包括m片第一叶片，其中16≤m≤33，所述第一叶片叶片根部到叶片顶部采用不同倾角，以提高叶片对气体的捕捉能力及阻止反向回流的能力；过渡段沿转轴轴向设置有两级非曲面叶片，每一级叶片均包括n片第二叶片，其中37≤n≤57；压缩段沿转轴轴向设置有三级非曲面叶片，每一级叶片均包括l片第三叶片，其中65≤l≤66；相比单一叶片结构的涡轮转子，所述涡轮转子即提高了涡轮分子泵的抽气能力又提高了涡轮转子叶片加工工艺性，降低了加工难度，缩短了加工周期。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本实用新型复合叶片结构的第一叶片的整体结构示意图；
28.图2为本实用新型涡轮转子的轴向结构示意图；
29.图3为本实用新型涡轮转子的抽气段叶片的径向布置结构示意图。
30.附图标记说明：
31.1、抽气段；10、第一叶片；2、过渡段；20、第二叶片；3、压缩段；30、第三叶片。
具体实施方式
32.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
36.结合图1-图3所示，本实施例提供的复合叶片结构，包括：
37.第一叶片10，设置于涡轮转子的抽气段1；所述第一叶片10的压力面和吸力面均为曲面；所述第一叶片10的进口角α1的取值范围为25
°
≤α1≤35
°
；所述第一叶片10的出口角β1的取值范围为40
°
≤β1≤50
°
；所述第一叶片10的轴向倾角γ1的取值范围为0
°
≤γ1≤20
°
；
38.第三叶片30，设置于涡轮转子的压缩段3；所述第三叶片30的压力面和吸力面均为非曲面；所述第三叶片30的进口角α3的取值范围为20
°
≤α3≤25
°
；所述第三叶片30的出口角β3的取值范围为20
°
≤β3≤25
°
；所述第三叶片30各个区域的轴向倾角γ3相同。
39.需要说明的是，所述压力面指的是图2中引线“p”所指的面；所述吸力面指的是图2中引线“q”所指的面；所述压力面和所述吸力面上均包括多条跨度曲线，其中，所述第一跨度曲线指的是图2中引线“sps1”所指的曲线，所述第二跨度曲线指的是图2中引线“sps2”所指的曲线，所述第三跨度曲线指的是图2中引线“sps3”所指的曲线，所述第四跨度曲线指的是图2中引线“sps4”所指的曲线，所述第五跨度曲线指的是图2中引线“sps5”所指的曲线；所述进口角指的是图2中引线“α”所指的角度，其中，所述第一叶片10的进口角为α1，所述第二叶片20的进口角为α2，所述第三叶片30的进口角为α3；所述出口角指的是图2中引线“β”所指的角度，其中，所述第一叶片10的出口角为β1，所述第二叶片20的出口角为β2，所述第三叶片30的出口角为β3；所述轴向倾角指的是图2中引线“γ”所指的角度，所述轴向指的是图2中箭头“z”所指的方向，其中，所述第一叶片10的轴向倾角为γ1，所述第二叶片20的轴向倾角为γ2，所述第三叶片30的轴向倾角为γ3；所述叶片厚度指的是图2中箭头“d”所指的角度，其中，所述第一叶片10的叶片厚度为d1，所述第二叶片20的叶片厚度为d2，所述第三叶片30的叶片厚度为d3；所述进口角、所述出口角、所述轴向倾角以及所述叶片厚度可根据涡轮分子泵的规格型号等实际使用情况调整，不仅限于本实施例中所述的情况。
40.可选的，所述第一叶片10的进口角α1小于所述第一叶片10的出口角β1，从而提高对被抽气体捕捉能力，提高被抽气体的排出能力及反向阻止回流能力。
41.可选的，所述第一叶片10的进口角α1为30
°
；所述第一叶片10的出口角β1为45
°
。
42.可选的，所述第一叶片10设置于涡轮转子的抽气段1；所述第一叶片10的压力面和吸力面均设置为曲面，所述第一叶片10的根部到顶部采用不同倾角和渐变厚度，能够进一步提高叶片对气体的捕捉能力及阻止反向回流的能力，在其他参数相同的情况下，提高涡轮分子泵的抽速和压缩比，进而提升涡轮分子泵在低压工况下的抽气能力。
43.可选的，所述第一叶片10的轴向倾角γ1从进口端向出口端逐渐增大。
44.可选的，所述第三叶片30的压力面和吸力面均为平面。
45.可选的，所述第三叶片30的进口角α3为25
°
；所述第三叶片30的出口角β3为25
°
。
46.可选的，所述第三叶片30的压力面和吸力面均为非曲面；所述第三叶片30设置于涡轮转子的压缩段3；通过在涡轮转子的压缩段3设置所述第三叶片30，从而降低涡轮分子泵叶片的加工难度，缩短加工周期，节约产品成本。
47.本实施例中，所述复合叶片结构包括：第一叶片10，设置于涡轮转子的抽气段1；所述第一叶片10的压力面和吸力面均为曲面；第三叶片30，设置于涡轮转子的压缩段3；所述第三叶片30的压力面和吸力面均为非曲面；通过在涡轮分子泵中设置所述复合叶片结构，并在涡轮转子的抽气段1设置所述第一叶片10，从而提高被抽气体捕捉能力及反向阻止回流能力，相应的提高压缩比，进而提高涡轮分子泵的抽气能力；通过在涡轮转子的压缩段3设置所述第三叶片30，在其他参数相同的情况下，相比单一的曲面叶片结构，在保证抽速及
压缩比的同时，降低了涡轮分子泵叶片的加工难度，缩短了加工周期，降低了成本。
48.具体地，所述复合叶片结构还包括第二叶片20，设置于涡轮转子的过渡段2；所述第二叶片20的进口角α2的取值范围为25
°
≤α2≤26
°
；所述第二叶片20的出口角β2的取值范围为25
°
≤β2≤26
°
；所述第二叶片20各个区域的轴向倾角γ2相同。
49.可选的，所述第二叶片20的进口角α2为25
°
；所述第二叶片20的出口角β2为25
°
。
50.可选的，所述第二叶片20的轴向倾角γ2为定值，所述第三叶片30的轴向倾角γ3为定值，且γ2≠γ3。
51.具体地，所述第一叶片10包括多条跨度曲线；所述第一叶片10在不同的跨度曲线上对应的轴向倾角γ1不同。
52.可选的，所述第一叶片10包括第一跨度曲线、第二跨度曲线、第三跨度曲线、第四跨度曲线和第五跨度曲线；所述第一跨度曲线、第二跨度曲线、第三跨度曲线、第四跨度曲线和第五跨度曲线中的其中任意两条对应的轴向倾角γ1均不相同。
53.可选的，所述第一叶片10进口端的轴向倾角γ1从端部到顶部均为0
°
，所述第一叶片10出口端的轴向倾角γ1从端部到顶部逐渐从10
°
增大至20
°
。
54.具体地，所述第二叶片20的压力面和吸力面均为非曲面。
55.可选的，所述第二叶片20设置于涡轮转子的过渡段2；所述第二叶片20的压力面和吸力面均为非曲面；通过在涡轮转子的过渡段2设置所述第二叶片20，在其他参数相同的情况下，相比单一的曲面叶片结构，在保证抽速及压缩比的同时，进一步降低了涡轮分子泵叶片的加工难度，缩短了加工周期，降低了成本。
56.本实施例中，所述复合叶片结构还包括第二叶片20，所述第二叶片20设置于涡轮转子的过渡段2；所述第二叶片20的压力面和吸力面均为非曲面；所述复合叶片结构通过抽气段曲面叶片设计，从而提高被抽气体捕捉能力及反向阻止回流能力，相应的提高压缩比；通过过渡段及压缩段叶片采用非曲面设计，在保证抽速及压缩比的同时，进一步提高了叶片加工速度，减少了叶片加工周期，降低了成本。
57.结合图1-图3所示，本实施例提供的涡轮转子，包括：
58.依次连接的抽气段1、过渡段2和压缩段3；所述抽气段1、所述过渡段2以及所述压缩段3均沿涡轮转子的转轴轴向设置有一级或多级叶片；
59.以及上述的复合叶片结构。
60.需要说明的是，以氮气为测试气体进行实验计算，通过将原来的全曲面叶片结构与所述复合叶片结构对比实验，原来的全曲面叶片结构与所述复合叶片结构对比结果如下：在温度25℃的条件下，与原来全曲面叶片结构相比，所述复合叶片结构抽速提高了将近10％；与原来全曲面叶片结构相比，所述复合叶片结构压缩比是原全曲面叶片结构的4.4倍。由此可以说明，在其他参数相同的情况下，相比原有单一的曲面叶片结构，所述复合叶片结构在保证抽速及压缩比的同时，降低了涡轮分子泵叶片的加工难度，缩短了加工周期，降低了成本。
61.可选的，所述涡轮转子的转轴轴向设置有八级转子叶片，前三级为抽气段1，中间两级为过渡段2，后三级为压缩段3；其中，抽气段1决定了整个涡轮分子泵的抽速的大小，压缩段3可大大提高整个涡轮分子泵的压缩比。
62.具体地，所述抽气段1设置有一级或多级曲面叶片；所述过渡段2以及所述压缩段3
均设置有一级或多级非曲面叶片。
63.可选的，所述抽气段1包括三级曲面叶片；所述过渡段2包括两级非曲面叶片；所述压缩段3包括三级非曲面叶片。
64.具体地，所述抽气段1的每一级叶片均包括m片第一叶片10，其中16≤m≤33；m片所述第一叶片10沿涡轮转子的转轴周向设置；所述第一叶片10的叶片厚度为d1，其中2mm≤d1≤4mm。
65.可选的，所述抽气段1的叶片的压力面和吸力面均设置为曲面，抽气段1的叶片本体根部到叶片本体顶部采用不同倾角和渐变厚度的叶片，以提高叶片对气体的捕捉能力及阻止反向回流的能力，在其他参数相同的情况下，从而提高涡轮分子泵的抽速和压缩比，大大提升涡轮分子泵在低压工况下的抽气能力。
66.可选的，所述抽气段1包括三级曲面叶片，其中，第一级设置有16片第一叶片10，第二级设置有24片第一叶片10，第三级设置有33片第一叶片10。
67.作为变形，所述抽气段1包括三级曲面叶片，其中，第一级设置有16片第一叶片10，第二级设置有29片第一叶片10，第三级设置有33片第一叶片10。
68.可选的，所述抽气段1的叶片设置为较小的进口角和较大的出口角，以提高对被抽气体的捕捉能力，提高被抽气体的排出能力及反向阻止回流能力。
69.可选的，所述第一叶片10的厚度从根部向顶部的逐渐减小，所述第一叶片10根部的厚度为4mm，所述第一叶片10顶部的厚度为2.5mm，所述第一叶片10的进口角为35
°
，所述第一叶片10的出口角为50
°
。
70.作为变形，所述第一叶片10的厚度从根部向顶部的逐渐减小，所述第一叶片10根部的厚度为3.5mm，所述第一叶片10顶部的厚度为2mm，所述第一叶片10的进口角为25
°
，所述第一叶片10的出口角为40
°
。
71.本实施例中，所述涡轮转子的抽气段1沿涡轮转子的转轴轴向设置有一级或多级曲面叶片；所述抽气段1的每一级叶片均包括m片第一叶片10，其中16≤m≤33；m片第一叶片10沿涡轮转子的转轴周向设置；第一叶片10的厚度从根部向顶部的逐渐减小；由于第一叶片10从叶片根部到叶片顶部采用不同倾角和渐变厚度的叶片，同时第一叶片10设置为较小的进口角和较大的出口角，从而提高叶片对气体的捕捉能力及阻止反向回流的能力，进而提高涡轮分子泵的抽速和压缩比。
72.具体地，所述过渡段2的每一级叶片均包括n片第二叶片20，其中37≤n≤57；n片所述第二叶片20沿涡轮转子的转轴周向设置；所述第二叶片20的叶片厚度为d2，其中2mm≤d2≤4mm。
73.可选的，所述过渡段2包括两级非曲面叶片；其中，第四级设置有37片第二叶片20，第五级设置有57片第二叶片20。
74.作为变形，所述过渡段2包括两级非曲面叶片；其中，第四级设置有47片第二叶片20，第五级设置有57片第二叶片20。
75.可选的，所述第二叶片20的厚度从根部向顶部由4mm逐渐减小至2mm，所述第二叶片20的进口角为25
°
，所述第二叶片20的出口角为25
°
。
76.具体地，所述压缩段3的每一级叶片均包括l片第三叶片30，其中65≤l≤66；l片所述第三叶片30沿涡轮转子的转轴周向设置；所述第三叶片30的叶片厚度为d3，其中1.5mm≤
d3≤3mm。
77.可选的，所述压缩段3包括三级非曲面叶片；其中，第六级设置有65片第三叶片30，第七级设置有66片第三叶片30，第八级设置有66片第三叶片30。
78.可选的，所述第三叶片30的厚度从根部向顶部由3mm逐渐减小至1.5mm，所述第三叶片30的进口角为25
°
，所述第三叶片30的出口角为25
°
。
79.本实施例中，所述涡轮转子的过渡段2和压缩段3设置有一级或多级非曲面叶片；所述过渡段2的每一级叶片均包括n片第二叶片20，其中37≤n≤57；所述压缩段3的每一级叶片均包括l片第三叶片30，其中65≤l≤66；所述非曲面叶片均沿涡轮转子的转轴周向设置；通过在过渡段2和压缩段3设置非曲面叶片，使其与抽气段1的曲面叶片相配合，在其他参数相同的情况下，相比带有单一的曲面叶片结构的涡轮转子，所述涡轮转子在保证涡轮分子泵抽速及压缩比的同时，降低了涡轮分子泵叶片的加工难度，缩短了加工周期，降低了成本。
80.结合图1所示，本实施例中，所述涡轮转子设置有八级转子叶片，前三级为抽气段1，中间两级为过渡段2，后三级为压缩段3；抽气段1沿转轴轴向设置有三级曲面叶片，每一级叶片均包括m片第一叶片10，其中16≤m≤33，所述第一叶片10叶片根部到叶片顶部采用不同倾角，以提高叶片对气体的捕捉能力及阻止反向回流的能力；过渡段2沿转轴轴向设置有两级非曲面叶片，每一级叶片均包括n片第二叶片20，其中37≤n≤57；压缩段3沿转轴轴向设置有三级非曲面叶片，每一级叶片均包括l片第三叶片30，其中65≤l≤66；相比单一叶片结构的涡轮转子，所述涡轮转子即提高了涡轮分子泵的抽气能力又提高了涡轮转子叶片加工工艺性，降低了加工难度，缩短了加工周期。
81.可选的，所述涡轮转子安装于涡轮分子泵的安装腔内，涡轮分子泵工作过程中，涡轮转子绕轴向转动，高速旋转的转子叶片把动量传递给气体分子，使气体分子获得定向速度，从而使得气体分子被压缩、被驱出至封闭空间外，进而对封闭空间进行抽真空处理。
82.本实施例还提供一种涡轮分子泵，包括：涡轮分子泵本体，静叶片，驱动系统，以及上述的涡轮转子。
83.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。