一种用于提高涡轮分子泵抽气速率的过渡结构

摘要

一种用于提高涡轮分子泵抽气速率的过渡结构，不仅适用于大口径涡轮分子泵与小口径真空管道过渡连接，还可直接应用到涡轮分子泵入口结构，将涡轮分子泵泵入口直接过渡到小口径形式，可直接与小口径真空管道相连，与未采用本发明过渡结构的涡轮分子泵相比，可将抽气速率进一步提升5％左右。当作为大口径涡轮分子泵与小口径真空管道转接结构时，包括圆弧过渡段、小口径法兰、大口径法兰及锥形端盖反射屏，圆弧过渡段小径端与小口径法兰相固连，圆弧过渡段大径端与大口径法兰相固连。当作为涡轮分子泵入口结构时，包括圆弧过渡段、小口径法兰及锥形端盖反射屏，圆弧过渡段小径端与小口径法兰相固连，圆弧过渡段大径端与涡轮分子泵入口端壳体相固连。

说明书

技术领域

本发明属于真空系统与真空获得设备技术领域，特别是涉及一种用于提高涡轮分子泵抽气速率的过渡结构。

背景技术

涡轮分子泵是一种通过高速旋转的动叶片将动量传给气体分子以使气体分子产生定向流动的传输式真空泵，涡轮分子泵具有操作简单、启动时间短、能够获得清洁的高真空和超高真空环境等优点，已广泛应用于高能加速器、重粒子加速器、表面物理和仪器仪表、半导体和光学元器件制造、真空镀膜等领域。

近年来，随着加工和制造精度的不断提升，仪器仪表做的越来越小，并逐渐向着小型化、便携式的方向发展，不仅促进了涡轮分子泵也逐渐向着小型化发展，但也带来了仪器本身因结构尺寸很小而需要较大抽气速率的难题。

对于小型化的涡轮分子泵来说，其泵体结构尺寸很小，导致中间涡轮端盖占涡轮分子泵总体尺寸的比例会很大，这就造成了涡轮叶片区域的有效抽气面积很小，从而使涡轮分子泵的入口单位面积抽气速率急剧下降的问题。

由于许多大抽速涡轮分子泵的入口连接法兰口径很大，导致难以与结构尺寸很小的仪器相连接，进而形成了大口径涡轮分子泵连接小口径真空管道的难题。

目前，无论是小型涡轮分子泵，还是大抽速的大口径涡轮分子泵，其中间涡轮端盖几乎都在采用平板圆盘式端盖，而与涡轮分子泵泵口相连接的真空管道也是相同口径的直圆柱形接管，并且气体分子由于受到管道束流效应的影响，在经过一段接管后会向管道的中心聚集，而到达涡轮分子泵入口的气体分子将恰好撞击到中间涡轮端盖上，由于涡轮分子泵的实际有效抽气区域是在转子叶片区域，撞击后的气体分子将大部分反射到涡轮分子泵入口，进而返回到入口接管中，从而造成了涡轮分子泵的有效抽气速率的下降，而这一现象已经严重阻碍了涡轮分子泵抽气速率的提升。

因此，涡轮分子泵在实际工作中的这一缺陷一直困扰着真空工作者，尤其是对小型涡轮分子泵抽气速率的影响更为严重，而如何解决上述问题和克服这一缺陷已经成为真空行业的迫切需要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于提高涡轮分子泵抽气速率的过渡结构，不仅适用于大口径涡轮分子泵与小口径真空管道的过渡连接，还可以直接应用到涡轮分子泵的入口结构，并将涡轮分子泵的泵入口直接过渡到小口径形式，进而可直接与小口径真空管道相连，而与未采用本发明过渡结构的涡轮分子泵相比，可将小口径入口单位面积的有效抽气速率进一步提升5％左右。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于提高涡轮分子泵抽气速率的过渡结构，作为大口径涡轮分子泵与小口径真空管道的转接结构，包括圆弧过渡段、小口径法兰、大口径法兰及锥形端盖反射屏，圆弧过渡段的小径端与小口径法兰相固连，圆弧过渡段的大径端与大口径法兰相固连；所述小口径法兰与真空管道的管口法兰密封配合接连，大口径法兰与涡轮分子泵的入口法兰密封配合接连；所述锥形端盖反射屏通过支撑杆固定在大口径法兰上，锥形端盖反射屏的尖端朝向圆弧过渡段的小径端，锥形端盖反射屏的底口直径与涡轮分子泵的转子涡轮端盖直径相同，锥形端盖反射屏的底面与大口径法兰的外端面平齐。

所述小口径法兰的内径设为d，所述大口径法兰的内径设为D，圆弧过渡段的倾角设为α，圆弧过渡段的圆弧半径设为R，圆弧过渡段的圆弧圆心O位于大口径法兰的外端平面内，圆弧过渡段的圆弧面与大口径法兰的内壁面相切，圆弧过渡段的圆弧面与小口径法兰的内壁面相交，且R＝0.25×(D-d)/cos²α。

所述圆弧过渡段的倾角α的范围为60°～70°。

所述锥形端盖反射屏的圆锥底角设为β，且圆锥底角β的范围为25°～45°。

所述支撑杆的数量至少为两根。

一种用于提高涡轮分子泵抽气速率的过渡结构，作为涡轮分子泵的入口结构，包括圆弧过渡段、小口径法兰及锥形端盖反射屏，圆弧过渡段的小径端与小口径法兰相固连，圆弧过渡段的大径端与涡轮分子泵的入口端壳体相固连；所述小口径法兰与真空管道的管口法兰密封配合接连；所述锥形端盖反射屏通过支撑杆固定在圆弧过渡段的大径端，或者锥形端盖反射屏直接安装在涡轮分子泵的转子涡轮端盖上；所述锥形端盖反射屏的尖端朝向圆弧过渡段的小径端，锥形端盖反射屏的底口直径与涡轮分子泵的转子涡轮端盖直径相同。

所述小口径法兰的内径设为d，圆弧过渡段大径端的端口内径设为D，圆弧过渡段的倾角设为α，圆弧过渡段的圆弧半径设为R，圆弧过渡段的圆弧圆心O位于圆弧过渡段大径端的端口平面内，圆弧过渡段的圆弧面与圆弧过渡段大径端的端口内壁面相切，圆弧过渡段的圆弧面与小口径法兰的内壁面相交，且R＝0.25×(D-d)/cos²α。

所述圆弧过渡段的倾角α的范围为60°～70°。

所述锥形端盖反射屏的圆锥底角设为β，且圆锥底角β的范围为25°～45°。

所述支撑杆的数量至少为两根。

本发明的有益效果：

本发明的用于提高涡轮分子泵抽气速率的过渡结构，不仅适用于大口径涡轮分子泵与小口径真空管道的过渡连接，还可以直接应用到涡轮分子泵的入口结构，并将涡轮分子泵的泵入口直接过渡到小口径形式，进而可直接与小口径真空管道相连，而与未采用本发明过渡结构的涡轮分子泵相比，可将抽气速率进一步提升5％左右。

附图说明

图1为本发明的一种用于提高涡轮分子泵抽气速率的过渡结构(作为大口径涡轮分子泵与小口径真空管道的转接结构)的示意图；

图2为本发明的一种用于提高涡轮分子泵抽气速率的过渡结构(作为涡轮分子泵的入口结构且锥形端盖反射屏通过支撑杆与圆弧过渡段相固连)的示意图；

图3为本发明的一种用于提高涡轮分子泵抽气速率的过渡结构(作为涡轮分子泵的入口结构且锥形端盖反射屏直接安装在涡轮分子泵的转子涡轮端盖上)的示意图；

图中，1—圆弧过渡段，2—小口径法兰，3—大口径法兰，4—锥形端盖反射屏，5—真空管道，6—涡轮分子泵，7—支撑杆，8—转子涡轮端盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例一

如图1所示，一种用于提高涡轮分子泵抽气速率的过渡结构，作为大口径涡轮分子泵与小口径真空管道的转接结构，包括圆弧过渡段1、小口径法兰2、大口径法兰3及锥形端盖反射屏4，圆弧过渡段1的小径端与小口径法兰2相固连，圆弧过渡段1的大径端与大口径法兰3相固连；所述小口径法兰2与真空管道5的管口法兰密封配合接连，大口径法兰3与涡轮分子泵6的入口法兰密封配合接连；所述锥形端盖反射屏4通过支撑杆7固定在大口径法兰3上，锥形端盖反射屏4的尖端朝向圆弧过渡段1的小径端，锥形端盖反射屏4的底口直径与涡轮分子泵6的转子涡轮端盖8直径相同，锥形端盖反射屏4的底面与大口径法兰3的外端面平齐。

所述小口径法兰2的内径设为d，所述大口径法兰3的内径设为D，圆弧过渡段1的倾角设为α，圆弧过渡段1的圆弧半径设为R，圆弧过渡段1的圆弧圆心O位于大口径法兰3的外端平面内，圆弧过渡段1的圆弧面与大口径法兰3的内壁面相切，圆弧过渡段1的圆弧面与小口径法兰2的内壁面相交，且R＝0.25×(D-d)/cos²α。

所述圆弧过渡段1的倾角α的范围为60°～70°。

所述锥形端盖反射屏4的圆锥底角设为β，且圆锥底角β的范围为25°～45°。

所述支撑杆7的数量至少为两根。

实施例二

如图2、3所示，一种用于提高涡轮分子泵抽气速率的过渡结构，作为涡轮分子泵的入口结构，包括圆弧过渡段1、小口径法兰2及锥形端盖反射屏4，圆弧过渡段1的小径端与小口径法兰2相固连，圆弧过渡段1的大径端与涡轮分子泵6的入口端壳体相固连；所述小口径法兰2与真空管道5的管口法兰密封配合接连；所述锥形端盖反射屏4通过支撑杆7固定在圆弧过渡段1的大径端(如图2所示)，或者锥形端盖反射屏4直接安装在涡轮分子泵6的转子涡轮端盖8上(如图3所示)；所述锥形端盖反射屏4的尖端朝向圆弧过渡段1的小径端，锥形端盖反射屏4的底口直径与涡轮分子泵6的转子涡轮端盖直径相同。

所述小口径法兰2的内径设为d，圆弧过渡段1大径端的端口内径设为D，圆弧过渡段1的倾角设为α，圆弧过渡段1的圆弧半径设为R，圆弧过渡段1的圆弧圆心O位于圆弧过渡段1大径端的端口平面内，圆弧过渡段1的圆弧面与圆弧过渡段1大径端的端口内壁面相切，圆弧过渡段1的圆弧面与小口径法兰2的内壁面相交，且R＝0.25×(D-d)/cos²α。

所述圆弧过渡段1的倾角α的范围为60°～70°。

所述锥形端盖反射屏4的圆锥底角设为β，且圆锥底角β的范围为25°～45°。

所述支撑杆7的数量至少为两根。

下面结合附图说明本发明的使用过程：

当气体分子经过真空管道5后，虽然会受到管道束流效应的影响向中心聚焦，但是由于锥形端盖反射屏4的存在，撞击到锥形端盖反射屏4上的气体分子不再会垂直反射到入口，而是反射到圆弧过渡段1所在区域，再次发生反射的气体分子就会进入转子叶片抽气区域，这样一来，返回到入口的气体分子数量减少，而到达转子叶片抽气区域的气体分子数将增多，进而达到提高涡轮分子泵抽气速率的目的，尤其是小型涡轮分子泵，当采用发明的过渡结构后，其而与未采用本发明过渡结构的涡轮分子泵相比，可将抽气速率进一步提升5％左右。

对于目前已有的涡轮分子泵，可以将本发明直接作为大口径涡轮分子泵与小口径真空管道的转接结构来应用，不用改变原有真空系统中其他设备的结构和布局，具有广泛的适用性。

对于定制的涡轮分子泵，可以将本发明直接作为涡轮分子泵的入口结构来应用，从而使涡轮分子泵的泵入口直接过渡到小口径形式，继而省去了中间过渡连接件。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。