專利名稱:螺旋型真空泵的制作方法
本發(fā)明涉及一種對(duì)一封閉容器抽空以在其中獲得真空的螺旋型真空泵。
諸如油封旋轉(zhuǎn)泵，羅茨機(jī)械增壓泵、噴射泵和擴(kuò)散泵等都是目前使用的獲得壓強(qiáng)高于10-4托的中真空或粗真空的各類真空泵。先有技術(shù)的真空泵和真空系統(tǒng)存在下列問(wèn)題(1)真空泵的工作壓強(qiáng)范圍狹窄，單一真空泵不可能在760-10-4托的壓強(qiáng)范圍中工作。油封旋轉(zhuǎn)泵實(shí)際上是唯一能在背壓為大氣壓的條件下進(jìn)行工作的真空泵，而幾乎所有其他類的真空泵只能在背壓低于10托的條件下工作。當(dāng)人們想在諸如CVD(化學(xué)蒸氣沉積法)室等半導(dǎo)體制造設(shè)備中獲得極限壓強(qiáng)為10-4-10-4托時(shí)，就需要使用雙級(jí)的油封旋轉(zhuǎn)泵或使用一個(gè)油封旋轉(zhuǎn)泵和另外一個(gè)泵，諸如羅茨機(jī)械增壓泵。圖1所示為先有技術(shù)真空系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例，其中油封旋轉(zhuǎn)泵「2」用做抽空真空室「1」的主泵，與油封旋轉(zhuǎn)泵「2」一起還使用了一個(gè)機(jī)械增壓泵「3」以獲得預(yù)期的壓強(qiáng)。在此實(shí)例中，當(dāng)真空室「1」中的壓強(qiáng)值高時(shí)，在油封旋轉(zhuǎn)泵[2]起動(dòng)進(jìn)行抽空的同時(shí)需打閥門「5」并關(guān)閉閥門「6」和「7」，隨后，當(dāng)真空室「1」中的壓強(qiáng)降至10托(在此壓強(qiáng)下機(jī)械增壓泵能進(jìn)行工作)以下時(shí)，閥門「5」需關(guān)閉并打開閥門「6」和「7」。這樣，即可借助于油封旋轉(zhuǎn)泵「2」和機(jī)械增壓泵挨次順序地工作使抽空操作繼續(xù)進(jìn)行下去。這類先有技術(shù)的真空系統(tǒng)具有下列缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，開閉閥門的操作麻煩。
(2)油封旋轉(zhuǎn)泵的工作室中是充滿油的，這樣就存在一種危險(xiǎn)，即油分子的回流可降低真空度或污染真空系統(tǒng)。為避免發(fā)生這樣的問(wèn)題，就需要在真空室「1」和油封旋轉(zhuǎn)泵「2」之間安裝一個(gè)油阱「4」以防止油分子進(jìn)入真空室「1」中。這就使真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。由于化學(xué)蒸著設(shè)備(CVD)使用了反應(yīng)性氣體，例如氫化物以及氣體的活性法則等原因?qū)⒁鹫婵毡糜偷姆纸夂妥冑|(zhì)，這就需要定期地以新油換掉舊油，此維護(hù)工作很費(fèi)力費(fèi)錢。
本發(fā)明的目標(biāo)是以一單級(jí)的螺旋型真空泵即可使用10-1-10-4托的壓強(qiáng)。
另一個(gè)目標(biāo)是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的螺旋型真空泵即可獲得壓強(qiáng)范圍為10-2-10-4托的中真空。
能實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)本發(fā)明的突出特點(diǎn)是在殼體中有一個(gè)陽(yáng)轉(zhuǎn)子和一個(gè)陰轉(zhuǎn)子，它們相互嚙合的螺旋凸緣與螺旋凹槽可彼此配合形成許多個(gè)工作室。其中有的形成氣體壓縮區(qū)，即其容積將隨陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而減小從而可對(duì)氣體進(jìn)行壓縮并排出。其中有的是傳輸區(qū)，即當(dāng)陽(yáng)陰轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，其工作室的容積基本上是沒(méi)有任何變化的。氣體壓縮區(qū)的多個(gè)工作室和傳輸區(qū)的多個(gè)工作室構(gòu)成了許多對(duì)工作室，每一對(duì)工作室構(gòu)成了一對(duì)與陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子的多個(gè)螺旋凹槽的各一個(gè)相關(guān)的容積。
圖1所示為一先有技術(shù)的真空泵系統(tǒng)視圖;
圖2為本發(fā)明的螺旋型真空泵示意圖，此圖給出兩個(gè)轉(zhuǎn)子的放大圖;
圖3為圖2所示螺旋型真空泵兩個(gè)轉(zhuǎn)子的立體圖，所示的為處于彼此嚙合狀態(tài)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子;
圖4所示為壓強(qiáng)與分子的平均自由程的關(guān)系曲線;
圖5所示為抽速與吸入壓強(qiáng)的關(guān)系曲線;
圖6所示為一真空泵從大氣壓達(dá)到10-4托壓強(qiáng)所做的功;
圖7所示為本發(fā)明螺旋型真空泵的一種實(shí)施方案的橫斷面圖;
圖8所示為沿圖7中線Ⅷ-Ⅷ所取的斷面圖;
圖9所示為沿圖7中線Ⅸ-Ⅸ所取的斷面圖;
圖10所示為垂直于本發(fā)明螺旋型真空泵的另一個(gè)實(shí)施方案的轉(zhuǎn)子軸的斷面圖;
圖11所示為本發(fā)明螺旋型真空泵的其它一個(gè)實(shí)施方案的主要部分在敘述選取的實(shí)施方案之前先對(duì)本發(fā)明的原理加以說(shuō)明。
圖2所示為本發(fā)明螺旋型真空泵的示意圖。圖中的陽(yáng)轉(zhuǎn)子「11」和陰轉(zhuǎn)子「12」彼此嚙合。圖中所示的泵是沿陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子「11」和「12」的外表面展現(xiàn)出來(lái)的。圖2中，陽(yáng)轉(zhuǎn)子「11」和陰轉(zhuǎn)子「12」彼此相差一個(gè)凸緣數(shù)，前者有5個(gè)凸緣，后者有6個(gè)凸緣。本發(fā)明對(duì)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子的具體數(shù)目沒(méi)有限定，可以按設(shè)想使各轉(zhuǎn)子具有任一數(shù)目個(gè)凸緣。圖3所示為彼此嚙合的陽(yáng)轉(zhuǎn)子「11」和陰轉(zhuǎn)子「12」，前者有4個(gè)凸緣，后者有6個(gè)凸緣，其凸緣數(shù)目之差為2。
陽(yáng)轉(zhuǎn)子「11」和陰轉(zhuǎn)子「12」裝于殼體「13」中，沿其軸向尺寸的一端為氣體的吸氣口「14」，另一端為排氣口「15」，除了兩端口「14」和「15」之外，殼體「13」中封裝有轉(zhuǎn)子「11」和「12」，它們之間的間隙極小，為的是在轉(zhuǎn)子「11」、「12」和殼體「13」之間構(gòu)成V形工作室。
當(dāng)轉(zhuǎn)子「11」和「12」旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子「11」和「12」彼此相嚙合的部位將從吸氣口「14」移向排氣口「15」。工作室「16m」至「20m」和「16f」至「20f」的容積減小的在其中壓縮氣體。同時(shí)工作室「21m」、「22m」、「21f」和「22f」則繼續(xù)傳輸氣體，這是由于它們的容積不變，所以不對(duì)氣體進(jìn)行壓縮。
工作室「23m」至「26m」和「23f」至「26f」與吸氣口「14」相連接。由于當(dāng)轉(zhuǎn)子「11」和「12」旋轉(zhuǎn)時(shí)它們的容積將增大，因而可借助于抽吸作用而吸進(jìn)氣體。
當(dāng)使用一螺旋型流體機(jī)作為壓氣機(jī)時(shí)，則不需要有傳輸區(qū)而僅僅利用吸氣區(qū)和壓氣區(qū)即可。例如，無(wú)油螺旋壓氣機(jī)具有下述技術(shù)特性陽(yáng)轉(zhuǎn)子的包角φM，250°陽(yáng)轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度L對(duì)其直徑DM之比，L/DM＝1.25。對(duì)幾何特性的研究清楚地表明，當(dāng)利用吸氣區(qū)和壓氣區(qū)時(shí)，轉(zhuǎn)子的包角可小于360°，所以，對(duì)螺旋壓氣機(jī)通常選用下列數(shù)值φM＝200-300°，L/DM＝1.0-1.7。圖2和圖3中所示的工作室「16m」和「16f」可通過(guò)排氣口「15」排氣，此室中的壓強(qiáng)等于排氣壓強(qiáng)并為全部其他工作室的最高壓強(qiáng)。工作室「16m」和「16f」中的一部分氣體流經(jīng)各轉(zhuǎn)子螺旋的峰頂和殼體「13」的室壁之間的間隙以及轉(zhuǎn)子「11」和「12」的端面和殼體「13」之間的間隙而漏失至相鄰的工作室「17m」和「17f」中，而另一部分漏氣則從圖2所示表面流經(jīng)轉(zhuǎn)子「11」和「12」的嚙合部位K而到達(dá)下部的表面，即到陽(yáng)轉(zhuǎn)子「11」側(cè)的工作室「21m」和陰轉(zhuǎn)子「12」側(cè)的工作室「22f」。正如上面所說(shuō)明的那樣，螺旋壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的包角小于360°因而工作室「21m」和「22f」與吸氣口「14」直接相連。所以，螺旋壓氣機(jī)的工作性能將根據(jù)轉(zhuǎn)子「11」和「12」嚙合部位的密封效果而有很大的變化。對(duì)于轉(zhuǎn)子「11」和「12」外部的間隙來(lái)說(shuō)，流經(jīng)此部分的漏氣是相對(duì)地少的，這是因?yàn)槲鼩饪凇?4」和排氣口「15」間形成許多密封部位，如圖2中所示的陽(yáng)轉(zhuǎn)子「11」有5個(gè)密封部位，陰轉(zhuǎn)子「12」則有6個(gè)密封部位，再如圖3中所示的陽(yáng)轉(zhuǎn)子「11」有4個(gè)密封部位陰轉(zhuǎn)子「12」則有6個(gè)密封部位。
正如上面所說(shuō)明的那樣，一壓氣機(jī)和一真空泵從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)具有相似的方面，但它們間有一很大的差別。這就是，在真空條件下，在壓強(qiáng)不同時(shí)，氣體的性質(zhì)是不同的。
圖4所示為空氣的主要成分氮分子的壓強(qiáng)與其平均自由程的關(guān)系曲線。當(dāng)壓強(qiáng)減小時(shí)，分子的平均自由程即增大，當(dāng)壓強(qiáng)降至1托時(shí)，則平均自由程大致為0.05mm。螺旋型真空泵的各部位間隙大約為0.1至0.05mm，這與螺旋壓氣機(jī)的情況相似，這樣，當(dāng)壓強(qiáng)從大氣壓降至
1托時(shí)，則氣體分子的平均自由程小于螺旋型真空泵各部位的間隙。所以，通過(guò)這些間隙的氣流可按粘滯流處理，這與螺旋壓氣機(jī)的情況相同。當(dāng)壓強(qiáng)低于1托時(shí)，氣體分子的平均自由程大于各部位的間隙，其結(jié)果是氣流變?yōu)檫^(guò)渡流或分子流，在這些區(qū)域中，漏氣分子通過(guò)各部位間隙困難的，其結(jié)果是，螺旋真空泵僅靠撲捉該空間內(nèi)的氣體分子就能實(shí)現(xiàn)抽空作用和傳輸作用。所以，如果具有如圖2中標(biāo)有A的傳輸區(qū)的轉(zhuǎn)子在一殼體(其二端的開口用于從吸氣側(cè)將氣體排至排氣側(cè))中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，又當(dāng)排氣側(cè)的背壓為1托時(shí)，則可得到一基本上類似于圖5中的破斷線所示的抽速曲線的特性曲線。
所以，圖2中所示的陽(yáng)轉(zhuǎn)子「11」的包角增大至φM＝525°(圖3中所示為φM＝650°)。那么，在吸氣口「14」和排氣口「15」之間的工作室中有2個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合部位。
可以用下列方程式求得滿足這些要求的包角φM。
φM＝360°× (陰轉(zhuǎn)子的凸緣數(shù)+1)/(陽(yáng)轉(zhuǎn)子的凸緣數(shù)) +α式中α為旋轉(zhuǎn)角，即陰轉(zhuǎn)子從某一刻(某一工作室與排氣口相通)開始旋轉(zhuǎn)至另一時(shí)刻(該工作室的容積變?yōu)榱?所經(jīng)過(guò)的角度。它的值等于或小于對(duì)應(yīng)于陰轉(zhuǎn)子螺旋槽的角度( (360°)/(陰轉(zhuǎn)子的凸緣數(shù)) )當(dāng)使用的轉(zhuǎn)子具有符合上述等式包角且在工作室「16M」和「16f」中的壓強(qiáng)為大氣壓時(shí)，則工作室「21M」和「22f」中的壓強(qiáng)值可減小至1托，而在吸氣口「14」處可獲得10-4托的壓強(qiáng)。所以可用一單級(jí)真空泵獲得10-4托的極限壓強(qiáng)。
當(dāng)陽(yáng)轉(zhuǎn)子「11」的包角φM小于525°，或如圖2所示的φM＝450°(圖3中，φM＝500°)時(shí)，則陰轉(zhuǎn)子「12」的工作室「22f」將與吸氣口「14」直接相通，但如果以-吸氣殼體將數(shù)字標(biāo)號(hào)「27」所標(biāo)識(shí)的區(qū)封住，則能使此工作室「22f」與吸氣口不再直接相通。
能將吸氣側(cè)陰轉(zhuǎn)子「12」的端面如上述那樣封住的角度的上限是一與陰轉(zhuǎn)子「12」和陽(yáng)轉(zhuǎn)子「11」的凸緣數(shù)之差相關(guān)的角度(360°× (陰轉(zhuǎn)子的凸緣數(shù)-陽(yáng)轉(zhuǎn)子的凸緣數(shù))/(陰轉(zhuǎn)子的凸緣數(shù)) )工作室「17m」和「17f」中的壓強(qiáng)低于工作室「16m」和「16f」中的壓強(qiáng)，但遠(yuǎn)高于工作室「21m」和「22f」中的壓強(qiáng)。所以，為防止來(lái)自工作室「17m」和「17f」直到工作室「23f」的漏氣直接流向吸氣口「14」，則轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度可增長(zhǎng)至圖2所示的破斷線處。
按上所述那樣，增大轉(zhuǎn)子的包角以增多的嚙合的部位數(shù)將能減少漏氣量并改進(jìn)真空泵的特性。但是，泵的尺寸將增大，成本將提高，而且轉(zhuǎn)子的軸向長(zhǎng)度增大將產(chǎn)生軸的振動(dòng)問(wèn)題。減小轉(zhuǎn)子的包角可減小真空泵的尺寸和降低成本，但泵的特性將惡化。
需考慮真空泵的特性，成本和尺寸來(lái)確定轉(zhuǎn)子的包角φφM，L/DM和凸緣數(shù)。本發(fā)明的特點(diǎn)之一是在吸氣口和排氣口之間的各工作室都有2至3個(gè)密封部位。
下面將著重說(shuō)明一下這個(gè)特點(diǎn)。
(1)密封部位可包括第一個(gè)密封部位，它把處于吸氣過(guò)程的工作室與傳輸區(qū)的各工作室隔離開。還包括有第二個(gè)密封部位，它可將傳輸區(qū)的工作室與壓氣區(qū)或處于排氣過(guò)程的各工作室隔離開。第一和第二個(gè)密封部位二者皆由兩個(gè)轉(zhuǎn)子的嚙合部位構(gòu)成的。
(2)密封部位包括有，在傳輸區(qū)構(gòu)成工作室的第一個(gè)和第二個(gè)密封部位以及在過(guò)渡為氣體壓縮區(qū)之前構(gòu)成工作室的第二個(gè)和第三個(gè)密封部位。第一個(gè)密封部位是由一殼體構(gòu)成的，而第二個(gè)和第三個(gè)密封部位則是由兩個(gè)轉(zhuǎn)子的嚙合部位構(gòu)成的。換一種說(shuō)法是，傳輸區(qū)中的工作室(在其中抽入氣體和傳輸氣體)和壓縮區(qū)中的工作室(在其中壓縮氣體)都位于轉(zhuǎn)子的某個(gè)任意選定的螺旋槽上并構(gòu)成一對(duì)工作室，每一個(gè)工作室都位于轉(zhuǎn)子的一個(gè)螺旋槽上。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，這一對(duì)工作室將沿泵的軸向移動(dòng)。這樣，傳輸區(qū)的工作室即變成氣體壓縮區(qū)的工作室(當(dāng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在此區(qū)中將對(duì)氣體進(jìn)行壓縮和排出)，而在吸氣口一側(cè)將形成新的傳輸區(qū)工作室。此過(guò)程也適用于其他成對(duì)的工作室。由兩個(gè)轉(zhuǎn)子和殼體構(gòu)成的工作室，仍然處在傳輸區(qū)的狀態(tài)下的這段時(shí)間(即與吸氣口斷開)最好設(shè)定在兩個(gè)時(shí)間之間，一個(gè)時(shí)間為壓縮和排出氣體的工作室開始減少少其容積的時(shí)間，另一時(shí)間為這些工作室與排氣口相通的時(shí)間。
當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子的凸緣數(shù)之差為2時(shí)，則在轉(zhuǎn)子的各個(gè)螺旋槽上形成的傳輸區(qū)工作室位于兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合部分的次一個(gè)傳輸區(qū)的工作室相通，這樣，相鄰的傳輸區(qū)的工作室即構(gòu)成了單一傳輸區(qū)的工作室。即是說(shuō)，雖然一個(gè)封閉的傳輸區(qū)不是由轉(zhuǎn)子的每一個(gè)螺旋槽構(gòu)成的，但仍可進(jìn)行傳輸。與此相同的是每個(gè)氣體壓縮區(qū)的工作室都有一端被殼體封閉著，這樣各氣體壓縮區(qū)的各工作室彼此就不會(huì)相通，它們是獨(dú)自地在轉(zhuǎn)子的各個(gè)螺旋槽中形成的。
現(xiàn)在說(shuō)明一下對(duì)一個(gè)充滿大氣的密封室進(jìn)行抽空以獲得10-4托壓強(qiáng)所需的抽氣功。根據(jù)熱力學(xué)分析，不難發(fā)現(xiàn)內(nèi)壓縮變化所需功小于無(wú)內(nèi)壓縮變化的功。圖6中帶有陰影線的面積所表示的功，是將壓強(qiáng)從110-4托提高至1托所需的抽氣功，它與帶有斷裂點(diǎn)的面積所表示的、將壓強(qiáng)從1托提高至760托的抽氣功相比是相當(dāng)小的，以至可以忽略。所以，當(dāng)將壓強(qiáng)從10
提高至1托時(shí)是不需要內(nèi)壓縮的。然而，如果當(dāng)當(dāng)進(jìn)行內(nèi)壓縮同時(shí)壓強(qiáng)從1托提高至760托時(shí)，則抽氣功可大大地減少。
本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施方案可以圖7、8和9加以說(shuō)明。
如圖示，具有4個(gè)凸緣的陽(yáng)轉(zhuǎn)子「31」和具有6個(gè)凸緣的陰轉(zhuǎn)子「32」以軸承「35」、「36」、「37」和「38」為支承并旋轉(zhuǎn)于主殼體「33」和吸氣殼體「34」中。陽(yáng)轉(zhuǎn)子「31」的包角是650°，而陰轉(zhuǎn)子「32」的包角大約是542°。在穩(wěn)定態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，在轉(zhuǎn)子「31」和「32」的吸氣側(cè)壓強(qiáng)是低的，即在10-4托，而在其排氣側(cè)「40」的壓強(qiáng)為大氣壓，這樣，作用于轉(zhuǎn)子「31」和「32」吸氣側(cè)「39」的徑向載荷遠(yuǎn)小于作用于排氣側(cè)「40」的徑向載荷。所以，采用了深槽球軸承作為吸氣側(cè)「39」的軸承「35」和「36」，而在排氣側(cè)「40」則采用了滾柱軸承作為軸承「37」和「38」以承受徑向載荷。成對(duì)的正時(shí)齒輪「41」和「42」各裝在支承轉(zhuǎn)子「31」或「32」的軸的一端上，它們用于調(diào)整兩個(gè)轉(zhuǎn)子「31」和「32」的間隙以使它們彼此不接觸。軸承「35」和「36」的潤(rùn)滑是借助于正時(shí)齒輪「41」和「42」濺入裝在吸氣蓋「43」槽中的潤(rùn)滑油「44」實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，陽(yáng)轉(zhuǎn)子「31」的軸上裝有一園盤「45」以潤(rùn)滑軸承「37」和「38」，這樣，園盤「45」即可將裝在排氣蓋「43′」中的潤(rùn)滑油「44」濺入軸承。「37」和「38」中以進(jìn)行潤(rùn)滑。軸密封「46」、「47」、「48」和「49」用于防止來(lái)自軸承和正時(shí)齒輪的潤(rùn)滑油進(jìn)入到工作室中。位于轉(zhuǎn)子「31」和「32」的排氣側(cè)處的工作室「40」和排氣蓋「43′」基本上處于大氣壓力下，所以，作用于排氣側(cè)的密封件「48」和「49」上的壓力差是相當(dāng)小的。然而，位于吸氣側(cè)的工作室「39」處的壓強(qiáng)為10-4托級(jí)，所以，如果吸氣蓋「43」裸露于大氣中，則軸的密封將是困難的，這是因?yàn)樽饔糜谖惶幬鼩鈧?cè)的軸密封件「46」和「47」上的壓力增大了。所以，吸氣蓋「43」通過(guò)連接管「50」和「51」與低壓或中壓的工作室「52」相通以降低吸氣蓋「43」中的壓強(qiáng)，這樣即可以減少作用于軸密封件「46」和「47」上壓力差的辦法來(lái)提高密封軸的效果。由于吸氣蓋「43」充滿了潤(rùn)滑油「44」，所以在吸氣蓋「43」中裝有一油滴隔離室「53」用以防止油通過(guò)連接管「50」和「51」進(jìn)入工作室中。在連接管「50」和「51」中裝有油阱「54」，用于確保無(wú)潤(rùn)滑油能進(jìn)入到工作室之中。與主殼體33相連的連接口56位于這樣的一個(gè)位置上，在該處，工作室「52」與吸氣口「55」完全不通，這樣萬(wàn)一當(dāng)潤(rùn)滑油通過(guò)連接管「50」和「51」流入工作室中時(shí)，潤(rùn)滑油也不會(huì)回流至吸氣口「55」中，陽(yáng)轉(zhuǎn)子「31」的工作室「52」具有兩個(gè)嚙合部位「58」和「59」，在這兩部位陽(yáng)轉(zhuǎn)子「31」在工作室「52」已旋轉(zhuǎn)至不與吸氣口「55」相通之后，同時(shí)在與排氣口「57」相通之前與陰轉(zhuǎn)子「32」相嚙合。同樣，陰轉(zhuǎn)子32的一個(gè)工作室「60」具有兩個(gè)嚙合部位「61」和「59」，在此處，它與陽(yáng)轉(zhuǎn)子「31」相嚙合。
當(dāng)轉(zhuǎn)子「31」和「32」旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體將通過(guò)吸氣口「55」被抽進(jìn)到由轉(zhuǎn)子的螺旋凸緣和殼體構(gòu)成的工作室中，并通過(guò)排氣口「57」排出。工作室「52」和「60」傳輸著氣體，而它們的容積保持不變。然而，轉(zhuǎn)子「31」和「32」進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)后所形成的工作室「62」和「63」隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而減小它們的容積從而將氣體壓縮，同時(shí)在排氣側(cè)的氣體溫度將升高。為對(duì)付這種情況，將冷卻套「64α」-「64e」安裝于殼體「33」的排氣側(cè)，冷卻水通過(guò)冷卻套以冷卻殼體和壓縮了的氣體。
圖10所示為本發(fā)明的另一實(shí)施方案，它與圖7、8和9所示的實(shí)施方案不同，其陰轉(zhuǎn)子「32A」具有6個(gè)螺旋凸緣，陽(yáng)轉(zhuǎn)子有5個(gè)凸緣。
圖11所示為其它另一個(gè)實(shí)施方案的主要部分。此處僅對(duì)其轉(zhuǎn)子加以說(shuō)明，因?yàn)槠渌考c圖7和8所示是相類似的。真空泵在其吸氣側(cè)氣體比容較在排氣側(cè)的比容大些。所以，增大真空泵的抽速就要求增大吸氣和傳輸氣體工作室的容積，同時(shí)減小壓縮氣體工作室的容積。圖11中，陽(yáng)轉(zhuǎn)子「31B」和陰轉(zhuǎn)子「32B」各自有吸氣和傳輸螺旋槽「65」和「66」，壓縮螺旋槽「67」和「68」。吸氣和傳輸螺旋槽「65」和「66」，與螺旋壓縮槽「67」和「68」相比其轉(zhuǎn)子螺旋角φM和φF較小，而L/D較大。所以，圖11所示的真空泵既使在與圖7所示的真空泵的尺寸相同的情況下，也具有較大的抽速。
上面所示和所說(shuō)明的實(shí)施方案具有2或3個(gè)密封部位。然而，本發(fā)明并不限制具體的這些密封部位的數(shù)目，根據(jù)本發(fā)明，在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中真空泵可具有3個(gè)或4個(gè)密封部位，其中兩個(gè)由兩個(gè)轉(zhuǎn)子的嚙合部位所構(gòu)成。具有3個(gè)或4個(gè)密封部位的真空泵將具有壓縮氣體和排出氣體的工作室。傳輸氣體的第一工作室通過(guò)密封部位而鄰接于壓縮氣體和排氣工作室，這些密封部位是由兩個(gè)轉(zhuǎn)子的嚙合部位構(gòu)成的。傳輸氣體的第二工作室通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)子的嚙合部位所構(gòu)成的密封部位而鄰接于第一傳輸工作室。每一個(gè)工作室都位于真空泵的吸氣口和排氣口之間、兩個(gè)轉(zhuǎn)子中之一的任一個(gè)選定的螺旋槽上。
使每個(gè)轉(zhuǎn)子上的一個(gè)螺旋槽具有兩個(gè)傳輸工作室將減少漏氣現(xiàn)象，由此獲得較高的真空度。
由上所述可知，根據(jù)本發(fā)明的某個(gè)實(shí)施方案構(gòu)成的無(wú)油真空泵極大地改進(jìn)了抽氣性能。所以，根據(jù)本發(fā)明提出的真空泵可以單級(jí)結(jié)構(gòu)獲得從大氣壓10-4托或從大氣壓至某個(gè)中真空這樣大范圍的預(yù)期壓強(qiáng)。
采用本發(fā)明的真空泵，與用油封旋轉(zhuǎn)泵和機(jī)械增壓泵所組成的先有技術(shù)的真空系統(tǒng)相比其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的真空系統(tǒng)就有可能采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低的控制系統(tǒng)，因?yàn)椴辉傩枰M(jìn)行復(fù)雜操作的系統(tǒng)，例如開、閉閥門等。
權(quán)利要求
1.螺旋真空泵的構(gòu)成為具有許多螺旋凸緣和槽及一個(gè)軸的陽(yáng)轉(zhuǎn)子(31)，它可繞該軸旋轉(zhuǎn)；具有許多螺旋凸緣，槽及一個(gè)軸的陰轉(zhuǎn)子(32)，它可繞該軸旋轉(zhuǎn)并同時(shí)始終與所述的陽(yáng)轉(zhuǎn)子相嚙合；殼體(33和34)構(gòu)成一個(gè)用于安裝所述兩個(gè)轉(zhuǎn)子的空間并具有與所述空間相通的一個(gè)吸氣口(55)和一排氣口(57)；所述的兩個(gè)轉(zhuǎn)子中的每一個(gè)都有一個(gè)與所述的吸氣口的位置和所述的排氣口的位置相關(guān)的包角，其中的改進(jìn)包括有由所述的轉(zhuǎn)子和所述的殼體所構(gòu)成的許多工作室，這些工作室中包括有許多與吸氣口和排氣口二者都不相通的密封工作室，所述的許多密封工作室中包括有，當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并同時(shí)彼此保持嚙合時(shí)其容積在減小的許多工作室(62、63)以及當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)且彼此嚙合時(shí)，其容積保持基本上不變的許多工作室(52、60)，所述的容積在減小的和所述的容積基本上保持不變的工作室彼此間是由所述的兩個(gè)轉(zhuǎn)子的嚙合部位(58、59、61)間隔開的。
2.權(quán)利要求
1中所要求的螺旋真空泵，其特征在于位于所述的容積基本上保持不變的工作室的一端的密封部位是由兩個(gè)轉(zhuǎn)子的一個(gè)嚙合部位構(gòu)成的，而位于其另一端的密封部位則是由面對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)子的相對(duì)端面的殼體腔壁所構(gòu)成的。
3.權(quán)利要求
2中所要求的螺旋真空泵，其特征在于所述的陽(yáng)轉(zhuǎn)子的螺旋凸緣數(shù)和螺旋槽數(shù)比陰轉(zhuǎn)子的少2個(gè)凸緣和兩個(gè)槽。
4.權(quán)利要求
2中所要求的螺旋真空泵，其特征在于所述的陽(yáng)轉(zhuǎn)子的螺旋凸緣和螺旋槽數(shù)是4，而所述的陰轉(zhuǎn)子的螺旋凸緣和螺旋槽數(shù)則為6。
5.權(quán)利要求
3中所要求的螺旋真空泵，其特征在于所述的陽(yáng)轉(zhuǎn)子的螺旋凸緣和螺旋槽數(shù)是4，而所述的陰轉(zhuǎn)子的螺旋凸緣和螺旋槽數(shù)則為6。
6.權(quán)利要求
1中所要求的螺旋真空泵，其特征在于所述的陽(yáng)轉(zhuǎn)子的凸緣的包角可以下式表示φM＝360°× (陰轉(zhuǎn)子的凸緣數(shù)+1)/(陽(yáng)轉(zhuǎn)子的凸緣數(shù)) +α式中，α為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，它為轉(zhuǎn)子自-工作室與排氣口相通的某一時(shí)刻起該工作室的容積變?yōu)榱懔硪粫r(shí)刻止所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。
7.權(quán)利要求
6中所要求的螺旋真空泵，其特征在于陽(yáng)轉(zhuǎn)子凸緣的包角為650°，而陰轉(zhuǎn)子凸緣的包角則使陰轉(zhuǎn)子與陽(yáng)轉(zhuǎn)子能互相嚙合。
8.權(quán)利要求
1中所要求的螺旋真空泵，其特征在于所述的陽(yáng)轉(zhuǎn)子凸緣的包角φM小于650°，而陰轉(zhuǎn)子凸緣的包角則使陰轉(zhuǎn)子與陽(yáng)轉(zhuǎn)子能互相嚙合。
9.權(quán)利要求
4中所要求的螺旋真空泵，其特征在于所述的陽(yáng)轉(zhuǎn)子凸緣的包角φM小于650°，而陰轉(zhuǎn)子凸緣的包角使陰轉(zhuǎn)子與陽(yáng)轉(zhuǎn)子能互相嚙合。
10.權(quán)利要求
9中所要求的螺旋真空泵，其特征在于所述的陽(yáng)轉(zhuǎn)子凸緣的包角φM大約等于600°。
11.螺旋真空泵包括有一具有許多條螺旋凸緣和槽以及一軸的陽(yáng)轉(zhuǎn)子，它可在所述的軸上旋轉(zhuǎn);一具有許多條螺旋凸緣和槽以及一軸的陰轉(zhuǎn)子、它可在所述的軸上旋轉(zhuǎn)、同時(shí)與所述的陽(yáng)轉(zhuǎn)子保持嚙合;所述的陰轉(zhuǎn)子的凸緣數(shù)較所述陽(yáng)轉(zhuǎn)子的凸緣數(shù)多一個(gè)凸數(shù);若干殼體，它有一可裝入所述轉(zhuǎn)子空間，并有一吸氣口和一排氣口與所述空間相通，其中的改進(jìn)包括由所述的兩個(gè)轉(zhuǎn)子和殼體構(gòu)成了許多個(gè)工作室，所述工作室中包括有許多個(gè)與吸氣口和排氣口不相通的密封工作室，所述的每一個(gè)轉(zhuǎn)子的一條所述螺旋槽至少有兩個(gè)所述的密封工作室并位于每一個(gè)所述的螺旋槽上，至少兩個(gè)所述的密封工作室中就有一個(gè)是這樣的工作室，當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并同時(shí)彼此相嚙合時(shí)，其容積將產(chǎn)生變化，至少兩個(gè)所述的密封工作室中其余的工作室是這樣的工作室，當(dāng)所述的兩個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，其容積基本上是不變的，當(dāng)所述的二轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)其容積變化的所述的密封工作室和當(dāng)所述的二轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)其容積基本不變的所述的密封工作室是由所述的兩個(gè)轉(zhuǎn)子的嚙合部位彼此間隔開的。
12.權(quán)利要求
11所要求的螺旋真空泵，其特征在于由轉(zhuǎn)子的螺旋槽構(gòu)成的所述的許多工作室是成對(duì)的工作室，其中的一個(gè)是當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，其容積產(chǎn)生變化的工作室，而另一個(gè)是當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，其容積基本上保持不變的工作室。
13.權(quán)利要求
11中所要求的螺旋真空泵，其特征在于位于所述的容積基本保持不變的工作室一端的一密封部位是由兩個(gè)轉(zhuǎn)子的嚙合部位之一形成的，而在其相反一端的一密封部位是由面對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)子的相對(duì)端面的殼體腔壁所形成的。
14.權(quán)利要求
12中所要求的螺旋真空泵，其特征在于位于所述的容積基本保持不變的工作室一端的一密封部位是由兩個(gè)轉(zhuǎn)子的嚙合部位之一形成的，而在相反一端的一密封部位是由面對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)子相對(duì)端面的腔壁所形成的。
15.權(quán)利要求
12中所要求的螺旋真空泵，其特征在于陽(yáng)轉(zhuǎn)子的螺旋凸緣和槽數(shù)為5、而陰轉(zhuǎn)子的為6。
16.權(quán)利要求
12中所要求的螺旋真空泵，其特征在于所述的陽(yáng)轉(zhuǎn)子凸緣的包角φM可以下式表示φM＝360°× (陰轉(zhuǎn)子的螺旋凸緣數(shù)+1)/(陽(yáng)轉(zhuǎn)子的螺旋凸緣數(shù)) +α式中，α為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角，它的轉(zhuǎn)子自某一時(shí)刻，即一工作室與排氣口相通的時(shí)刻至另一時(shí)刻，即該工作室的容積變?yōu)榱愕臅r(shí)刻所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。
17.權(quán)利要求
15中所要求的螺旋真空泵，其特征在于所述的陽(yáng)轉(zhuǎn)子螺旋凸緣的包角φM大約為525°，而陰轉(zhuǎn)子的齒的包角使陰轉(zhuǎn)子與陽(yáng)轉(zhuǎn)子能互相嚙合。
18.權(quán)利要求
15中所要求的螺旋真空泵，其特征在于陽(yáng)轉(zhuǎn)子螺旋凸緣的包角φM比525°小一個(gè)角度，此角度在陰轉(zhuǎn)子的螺旋凸緣的角度范圍內(nèi)而陰轉(zhuǎn)子螺旋凸緣的包角則使陰轉(zhuǎn)子與陽(yáng)轉(zhuǎn)子能互相嚙合，所述的陰轉(zhuǎn)子，其在吸氣一側(cè)的端面的一部分由所述的一個(gè)殼體所封閉。
19.權(quán)利要求
18中所要求的螺旋真空泵，其特征在于陽(yáng)轉(zhuǎn)子螺旋凸緣的包角φM為450°，而陰轉(zhuǎn)子螺旋凸緣的包角使陰轉(zhuǎn)子與陽(yáng)轉(zhuǎn)子能互相嚙合。
專利摘要
螺旋真空泵包括若干個(gè)殼體和一對(duì)轉(zhuǎn)子，這樣就構(gòu)成了若干個(gè)工作室，這些工作室中的一部分，其容積在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生變化，而另一部分則基本上沒(méi)有變化。螺旋真空泵可利用一單級(jí)泵而獲得10
文檔編號(hào)F04C25/02GK85101185SQ85101185
公開日1986年7月23日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者松原克躬, 內(nèi)田利一, 村松正敏, 納谷孝太郎, 高本恒治 申請(qǐng)人:日立株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan