专利名称：带有级间阀的多级机械高真空泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及带有级间阀的多级机械高真空泵。每一个该真空泵至少带有一个级间阀。该级间阀的功能是控制从泵的一个级(高真空级)向该泵的下一级(低真空级)的排气。按本发明制造的真空泵所能达到的真空度远比同样工作体积的传统多级机械真空泵所能达到的真空度高许多。另外，排出气体和润滑/密封油，从低真空级向高真空级的回流也被极大地减少。
真空系统被广泛地应用于工业和科学领域。例如冶金；机械；电子；化学；航天和原子能工业等，特别是半导体材料的制造也与高真空技术密不可分。真空技术属高科技范畴，是获取尖端技术产品的基本手段之一。因此历来为世界科学界所关注。
传统的多级机械真空泵为适应科学技术的发展和需要正不断地改进，以求达到更高的真空度和降低排出气体和润滑/密封油的回流，并提高整机效率。为达到上述目的，一些新发明已被提出。例如，美国专利申请号5405253；4662826；4619594；3519371。
然而，无论传统的多级机械真空泵，还是上述专利申请，仍然存在以下问题所达到的真空度低以及排出气体和润滑/密封油的回流。
限制传统多级机械真空泵进一步提高真空度的两个主要因素是(1)高真空级的气体压缩比；(2)润滑/密封油和从高真空级排出气体的回流。由于，位于高低真空两级间的排气通道的体积相当大，所以高真空级的气体压缩比相应地被缩小了。因此，真空度难以提高。
本发明的目的是提供一种可以达到更高真空度，同时，尽量减少排气和润滑/密封油回流的真空泵。
为了达到上述目的，本发明引入了级间阀以便控制从高真空级向低真空级的排气。
下面具体论证本发明，即带有级间阀的多级机械高真空泵是如何达到高真空度和低回流的。
本发明提供的多级机械高真空泵带有至少两个级和至少一个级间阀。该级间阀串连接在两个级之间，并且控制从一个级向另一个级的排气。注意本发明的级间阀与传统多级机械真空泵上的级间阀不同！传统的级间阀是将高真空级排出的气体直接排出泵腔。
为了便于论证，考虑一个带有一个级间阀的二级机械转子高真空泵。(见图1；图2；图3)
首先我们讨论一个传统单级机械转子真空泵。该泵所达到的真空度可以由下述方程式表示
P单单级泵达到的真空压力。Q外单单级泵所连接的真空系统的气体总量。Q内蛋单级泵及管道内的气体总量(包括泵壁管道壁吸附的气体)。Q漏单单级泵自身泄漏的气体总量。S单单级泵的排气速率。P排单单级泵的排气压力。K单单级泵的压缩比。注为了简化只考虑一种气体。对多种气体，论证相同。
当真空度增高时，方程(1)中的第四项，P排单/K单变得很重要。本发明主要是降低这一项，以便提高真空度。若只考虑第四项，方程(1)给出
本发明的高真空泵的低真空级和高真空级是被级间阀分隔的。所以，低真空级和高真空级可以分别做为单级泵处理。把方程(2)分别用于低真空级和高真空级。得到
将方程(2)(3)(4)中的符号总结如下
本发明的高真空泵的高真空级的排气被排放到低真空级，所以高真空级的排气压力等于低真空级的真空压力
P排高＝P排低(5)将方程(3)和(5)代入方程(4)得到
二级真空泵的低真空级将气体排向大气。如果，该泵的低真空级与单级真空泵有相同的参数，即K低＝K单，P排低＝P排单＝760 TORR (7)则把方程(2)和(7)代入方程(6)，得到
P单和K高的典型值分别是10-2TORR和100,000。所以，本发明的有级间阀的二级机械转子高真空泵可以达到10-7TORR。而传统的二级机械转子真空泵的真空度只能达到10-4TORR。
注意上述带有级间阀的二级机械转子高真空泵只是为了论证方便而举的一个例子。实际上，本发明包括下述不同的多级机械真空泵。
(1)多于二级的机械真空泵。
(2)对于多于两个级的机械真空泵，本发明的级间阀，可以在任何两个级之间。
(3)对于多于两个级的机械真空泵，每个真空泵可以有多于一个的级间阀。
(4)本发明的多级机械高空泵每转一周，至少有一个排气过程。
(5)本发明的多级机械高真空泵可以是不同类型的机械真空泵的组合，只要参与组合的泵每转一周有相同数目的排气过程。
(6)至少有3种不同类型的级间阀可以被用于本发明的多级机械高真空泵(甲)级间阀的关闭和打开由泵的运动部件的位置控制(例如图1；图2；图3；图6；图7所示的级间阀)。
(乙) 级间阀的关闭和打开由级间阀的两边的压力差控制(例如图4；图5所示的级间阀)。
(丙) 级间阀的关闭和打开，由上述两种控制方法组合来控制(例如图8；图9；图10所示的级间阀)。
本发明的带有级间阀的多级机械高真空泵的其他优点和积极效果将在下面的进一步讨论中展示出来。
以下对附图作简要说明。
图1到图10表示本发明所涉及的带有级间阀的多级机械高真空泵的第一实施例。
图1；图2和图3表示本发明所涉及的高真空泵第一实施例的排气过程的剖视图。
图4和图5表示本发明所涉及的高真空泵的第一实施例的另一种级间阀的排气过程的剖视图。
图8；图9和图10表示本发明所涉及的高真空泵的第一实施例的第三种级间阀的排气过程的剖视图。
图6为表示本发明所涉及的高真空泵的第一实施例的第四种级间阀的剖视图。
图7为表示本发明所涉及的高真空泵的第一实施例的第五种级间阀的剖视图。
以下结合
本发明的实施例。
图1到图10中，本发明所涉及的真空泵的相同部件用相同的数字标记。作为第一实施例，附图表示二级机械转子高真空泵以及其它可供选择的不同的级间阀。图1；图2；图3中级间阀的转子和两个级的转子以相同速率和相同方向(顺时针方向)旋转。当然，级间阀的转子和两个级的转子的旋转方向和速率可以不同。
图1到图3表示本发明所涉及的带有级间阀的多级机械高真空泵的一个实施例二级机械转子高真空泵。该泵的主要结构如下高真空级的转子22和低真空级的转子49被偏心地装在泵体20上的泵腔中。所以，转子22和转子49在顶部非常接近泵体，以便密封气体。滑块24和滑块50分别装在转子22和转子49上的空腔中，并且可以自由滑动。每个转子上装有2片滑块，滑块之间有弹簧隔开。进气口26与高真空级相连。当滑块24通过排气终止点29(见图3)时，高真空级的排气过程终止。进气通道30(或称为高真空级排气通道30)连接高真空级和级间阀。级间阀转子32装在泵体20的空腔中，并且有2个内凹的缺口34和45。缺口34有前缘35和后缘36(见图3)。排气起始点37和排气终止点39分别在进气通道30与级间阀相交处的两端。排气通道40(或称为低真空级进气通道40)连接级间阀和低真空级。排气起始点42和排气终止点43分别位于排气通道40与级间阀相交处的两侧。当滑片50通过进气终点44，低真空级的一个进气过程终止。下一个进气过程开始，级间阀的转子32的另一缺口45有前缘46和后缘47(见图3)。出气口52与低真空级相连并且通到泵外。
同时，控制转子22、转子32和转子49的同步旋转的定时方法是需要的(图中未画出来)。在转子22和转子49被同一动力轴驱动的情况中，不需要定时方法来同步转子22和转子49。
定时方法的功能是保证下面的过程同步发生(见图3)滑块24达到排气终止点29和后缘36达到排气终止点39。
同时，定时方法也要保证下面的过程同步发生滑块50达到进气终点44和后缘47达到排气终止点43。
但是事实上，下面的过程不必要同时发生；滑块24达到排气终止点29和滑块50达到进气终止点44。
在实际制造中，定时方法的同步控制是可以调整的。为了压缩更多的气体进入缺口34，后缘36到达排气终止点39会比滑块24到达排气终止点29晚一定时间。另外，后缘47到达排气终止点会比滑块50到达进气终止点44晚一定时间。这一延迟，使更多气体被吸出缺口45。事实上，进气通到40是如此安排的，以至当滑块24到达排气终止点29时，滑块50还未到达进气终止点44。因此，更多气体被吸出缺口45。
图1表示高真空级的排气过程。滑块24压缩气体进入进气通道30。另一方面，滑块50通过排气通道40将气体从缺口45吸出。同时，前缘35向排气起始点37转动。
当前缘35通过排气起始点37后，高真空级的排气过程开始气体通过进气通道30被压缩进缺口34。缺口45中的气体继续被通过排气通道40吸入低真空级。
图2表示高真空级的排出气体继续被压缩进缺口34，缺口45中的从高真空级来的气体继续被通过排气通道40吸入低真空级。
图3表示高真空级排气过程结束。当滑块24通过排气终止点29时，后缘36通过排气终止点39，缺口34被关闭。高真空级的下一个压缩过程开始。因此，进气通道30应该尽可能缩小体积。当滑块50通过进气终止点44时，后缘47通过排气终点43，缺口45关闭。低真空级的下一个吸气过程开始，滑块24通过排气终止点29与滑块50通过进气终止点44并不必要同时发生。
图4和图5表示单向压力控制级间阀60。级间阀60装在泵体20上，该级间阀60包括挡板62，级间阀60连接在进气通道30和排气通道40之间。挡板62只能向排气通40单向打开，进气通道30与高真空级的排气通道相联接。排气通道40与低真空级的进气通道相联接。
图4表示挡板62的关闭位置。当进气通道30中的气体压力不大于排气通道40中的气体压力时，在排气通道30中的排出气体不能推开挡板62。
图5示出挡板62的打开位置。当进气通道30中的气体压力高于排气通道40中的气体压力时，进气通30中气体推开挡板62进入排气通道40。
图8到图10表示另一种单向级间阀70。装在泵体20中的级间阀70包括挡板62，锁定装置64，定时方法(图中未显示)，进气通道30和排气通道40。挡板62装在进气通道30和排气通道40之间，并且只能向排气通道40单向打开。锁定装置64装在挡板62和排气通道40之间。进气通道30与高真空级的排气通道相连接。排气通道40与低真空级的进气通道相连接。级间阀70的挡板62的开启和关闭由锁定装置64和进气通道30与排气通道40之间的压力差共同控制。锁定装置64的开启与关闭由定时方法通过电信号或机械方式控制。定时方法按照高真空级的运动部件(例如滑块24)的位置未控制锁定装置64。
图8表示挡板62和锁定装置64在关闭位置。锁定装置64压紧挡板62在关闭位置。
图9表示锁定装置64在开启位置，同时挡板62在关闭位置。当高真空泵的运动部件(例如高真空级的滑块24)达到一个特定位置，定时方法(图中未显示)会开启锁定装置64。如果在进气通道30中的气体压力低于排气通道40中的气体压力，则挡板62处于关闭状态。因此气体以及混在其中的润滑/密封油及其蒸气从低真空级向高真空级的回流被极大减少，并且整个真空泵的抽气速率会提高。
图10表示所定装置64在开启位置，挡板62在开启位置。这是由于在进气通道30中的气体压力大于在排气通道40中的气体压力，高压气体推开挡板62进入排气通道40。
当高真空级的排气过程结束时，即是滑块24通过排气终止点29时，所定装置64由定时方法关闭。
注意锁定装置64也可以装置在挡板62和进气通道30之间，而且锁定装置64并不运动。
图6表示一种转子级间阀80。所述转子级间阀80装在泵体20内，并且包含转子22，转子22上只有一个缺口34，所述转子级间阀80包含有进气通道30和排气通道40。这种转子级间阀适用于每转一周只有一个排气过程的真空泵。
图7表示一种转子级间阀90。转子级间阀90装在泵体20内，并且包含转子22，在转子22上有一通道92。转子级间阀90还包含进气通道30和排气通道40。
上面的描述只是本发明所述的带有级间阀的多级机械高真空泵的一个实施例。本发明亦包含其它种类的多级机械高真空泵，例如低真空级和高真空级是转子一活塞式的机械泵，因此本发明涵盖的范围应该由权利要求界定。
本发明所涉及的带有级间阀的多级机械高真空泵具有高真空度，低气体回流，低润滑/密封油回流，高抽气速率等优点。
权利要求
1.一种带有级间阀的多级机械高真空泵，其特征在于(1)所述高真空泵至少有两级，每一级有气体吸入通道和排出通道。(2)所述高真空泵至少有一个级间阀，所述级间阀连接在一个级(以下简称高真空级)的排气通道和另一个级(以下简称低真空级)的进气通道。由所述高真空级的排出气体通过所述级间阀排到所述的低真空级。
2.如权利要求1所述的多级机械高真空泵，其特征在于所述级间阀包含一个只向低真空级的进气通道单向开启的挡板。该挡板只允许气体从高真空级向低真空级的排放。所述级间阀的开启和关闭由该挡板两边的气体压力差控制。
3.如权利要求2所述的多级机械高真空泵，其特征在于所述级间阀进一步包含一种锁定装置和一种定时方法。所述锁定装置压紧和放松档板，所述定时方法控制锁定装置的压紧和放松功能以便与高真空级的排气过程同步配合。
4.如权利要求1所述的多级机械高真空泵，其特征在于所述高真空泵进一步包括一种定时方法。所述级间阀是一种转子阀。该转子阀包含至少有一个缺口的转子。所述定时方法控制该转子阀的旋转以便与高真空级的排气过程同步配合。
5.如权利要求1所述的多级机械高真空泵，其特征在于所述高真空泵进一步包括一种定时方法。所述级间阀是一种转子阀。该转子阀包含一个通道。所述高真空级和所述低真空级每转一周分别有两个排气过程。所述通道控制从高真空级向低真空级的排气。所述定时方法控制转子阀的旋转以便与高真空级的排气过程同步配合。
6.如权利要求1所述的多级机械高真空泵，其特征在于所述高真空级和所述低真空级分别包含带有滑块的转子。该滑块在转子内的滑动而驱动了气体从进气通道向排气通道移动。
7.如权利要求6所述的多级机械高真空泵，其特征在于所述高真空泵进一步包含一种定时方法，所述低真空级和所述高真空级转子的转动轴是互相平行的，这个定时方法控制两个转动轴的同步旋转。
8.如权利7所述的多级机械高真空泵，其特征在于所述高真空泵进一步包含一种定时方法，所述级间阀是带有缺口的转子级间阀。该定时方法控制转子级间阀的转动，以便与高真空级的排气过程同步配合。总而言之，在多级机构真空泵上加装至少一个级间阀极大地提高了多级机械真空泵的整体性能。
全文摘要
带有至少一个级间控制阀的多级机械高真空泵已经被发明。级间控制阀控制从多级机械泵的一个级到下一个级的排气过程。本发明极大地提高了多级真空泵的真空度。另外,本发明极大地减少了润滑/密封油和气体的倒流。因此,带有级间控制阀的多级机械真空泵有非常高的整体效率。
文档编号F04C18/344GK1197166SQ9810150
公开日1998年10月28日 申请日期1998年4月3日 优先权日1997年4月18日
发明者彭晖 申请人:罗威