[发明专利]涡轮分子泵

说明书

技术领域

本发明涉及真空泵领域，具体地说是一种降低动不平衡的涡轮分子泵。

背景技术

涡轮分子泵属于高速旋转机械，其是一种利用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向流动而抽气的真空泵。涡轮分子泵主要由泵体、涡轮转子、主轴、静涡轮级和驱动装置等组成，泵体包括泵盖和泵座，主轴设置在泵体中心，并与涡轮转子固定，用于固定涡轮转子的旋转中心线与主轴轴线重合，涡轮转子和静涡轮级交替排列。

涡轮分子泵属于高速轻载作业，为了能够使结构紧凑，同时改善支撑的力学特性以减小轴承受力，现有技术中涡轮分子泵的涡轮转子通常设计为中空的碗式结构，倒扣在主轴上，主轴通过轴承安装在泵座上。

目前较为常见的涡轮分子泵为内转子电机结构，电机采用普通电机，电机定子套在电机转子外，如图1所示，电机转子2固定套设在主轴7两个轴承9之间位置，电机定子1套在所述电机转子1外，并固定设置在泵座101上成型的伸向涡轮转子4中空部的圆筒内侧，其磁面与电机转子1的磁面相对。通电后，电机转子2与电机定子1磁面之间形成旋转磁场，驱使电机转子2高速旋转，电机转子2带动主轴7一同旋转，主轴7再带动涡轮转子4一同旋转，最终涡轮转子4与静涡轮级5之间形成强大的抽气作用。但是该现有技术在使用中存在以下问题：1、由于采用普通结构的电机，故其电机定子的结构决定其磁极外缠绕有厚厚的线包，导致电机定子长度较长，电机定子长度较长决定了其所安装处的泵座伸向涡轮转子中空部的圆筒长度较长，而电机转子相对电机定子固定套设在主轴上，故导致主轴长度也较长，因此，该现有技术的结构设计导致涡轮分子泵整体尺寸较大，结构不紧凑，生产成本也较高；2、由于制造主轴以及涡轮转子的材质不可能完全均匀，以及两者在加工及装配中存在误差等一些不可避免的因素，会导致该现有技术中主轴与电机转子一同旋转时存在残余质量不平衡问题，而该现有技术中，由于电机转子固定套设在主轴上，其在主轴上的安装偏差又会使得残余质量不平衡的问题加重，而为了解决残余质量不平衡的问题，只能通过涡轮转子4上的力偶加重或反相位去重的方法（即在涡轮转子4上的平衡钉孔43处增添螺钉或者反相去螺钉）来平衡，而该现有技术中由于主轴较长，使得残余质量不平衡的问题加重，导致采用力偶加重或者反相位去重的方法很难消除泵整体运转时的动平衡；3、另外，由于涡轮转子为倒置的碗式结构，由主轴和涡轮转子组成的轴系转子的质心位置靠近上方的轴承，而该现有技术中电机转子由于其结构关系只能设置在主轴的靠近中心的位置，距离轴系转子的质心较远，电机产生的转矩脉动会使得轴系进动振动变大，并且难于通过涡轮转子的质量平衡加重来消除，从而导致涡轮分子泵整体振动较大。

现有技术中还有一种外转子电机结构涡轮分子泵，如图2所示，该现有技术采用还是普通电机结构，不同于上述现有技术的是该外转子电机结构涡轮分子泵的电机转子2套在电机定子1外，电机定子1固定设置在泵座101伸向涡轮转子4中空部的圆筒外侧，电机转子2则相应的紧贴在涡轮转子4的碗壁上，电机定子1磁面与电机转子2磁面相对。该现有技术在使用过程中也存在问题：1、在该现有技术中，由于泵体10内要保持高真空，所以涡轮转子在安装电机转子时一般不会通过螺钉连接等需要开设孔的方式，而是通过热装工艺将电机转子卡在涡轮转子的碗壁内，这样，电机转子与涡轮转子之间就会存在较大的作用力，由图2可以看出，电机转子只能安装在涡轮转子没有设置旋转叶片的碗口处的内壁上，而此处的碗壁最薄，电机转子与碗壁之间的作用力必然会使涡轮转子的许用强度降低，从而导致泵的最大转速必须下降，降低了涡轮分子泵的工作效率；2、在该现有技术中，涡轮转子由于安装电机转子后会出现残余质量不平衡的现象，而要解除残余质量不平衡，就需要在涡轮转子碗口处外壁上开设平衡钉孔，通过往平衡钉孔中添加平衡钉来调节质量平衡，但是涡轮转子碗口处壁薄，开设平衡钉孔的话就必须增加碗口处的壁厚，这样一来，主轴和涡轮转子形成的轴系转子的转动惯量就会增加，相应的涡轮分子泵的加速和减速就会变慢，工作效率降低；2、在该现有技术中，同样存在着电机转子距离主轴和涡轮转子形成的轴系转子的质心较远的问题，从而导致该现有技术的涡轮分子泵运行时振动较大，影响使用寿命和工作效率。

综上所述，现有技术中不管是内转子电机结构的涡轮分子泵还是外转子电机结构的涡轮分子泵都存在着较严重的动不平衡的问题，而且通过目前常用的力偶加重或者反相位去重的方法也很难将动不平衡的问题消除。

发明内容