專利名稱：多級真空泵單元及其工作方法
技術領域：
本申請涉及一種多級真空泵單元及其工作方法，該單元啟動時實現了能 耗節省(電力需求減少)，并且所獲得的真空狀態處于一低真空條件之下。
背景技術：
在常規的真空泵中，每個泵在其起動時都需要其自身的最大功率，從而 使獲得的真空狀態處于 一低真空條件之下。隨著待抽真空容器中的氣體壓力 減小，電力需求逐漸減小。因此，當獲得的真空壓力達到基準真空壓力或期 望真空壓力時，電力需求變為最小。
當獲得的壓力接近最終(目標)壓力(高真空壓力)時， 一些常規的真空泵
對其自身采用速度控制，從而實現上述能耗節省(電力需求減少)；然而，根 據此方式，對于低真空工作期間的電力減少幾乎不能抱希望。
換言之，根據上述方式，在真空泵啟動時，例如，在待抽真空容器中的 氣體壓力等于大氣壓水平的情況下，不僅需要上述的最大功率，而且還需要
起動功率(例如，電力需求的過沖)；因此，大額定功率的驅動電機變得必要，
從而設備的成本增加。
因此，當實現了在真空泵啟動之后的低真空工作期間的能耗節省(電力 需求減少)時，由于有關真空泵的電力減少效應，可以降低設備的成本。
曰本專利申請No.S62-48979(專利文獻l)公開了 一種具有用于降低壓縮 機啟動中的電力需求減少的結構的渦旋壓縮機。該壓縮機包括形成第一壓縮 空間和第二壓縮空間的固定渦旋盤和驅動渦旋盤。當第 一 空間中的壓縮氣體 壓力超過第二空間中的壓縮氣體壓力時，借助至少一個開閉閥將第一空間中 的壓縮氣體排放到第二空間中。此外，當第二空間與排放口連通時，排放到 第二空間中的氣體被排放到外部，其中排放口使第二空間連接到渦旋壓縮機 的外部。
如果專利文獻l中公開的結構直接應用于多級真空泵作為其結構，并且 前一級真空泵中產生的高度壓縮的氣體被排放到后一級真空泵中，則后面一級的真空泵的氣體流動通道中的氣體壓力變得過高，從而不能實現電力需求 減少。相反，高熱量可以在后一級真空泵中散發。
曰本專利申請No.H8-270582(專利文獻2)公開了 一種渦旋型兩級真空 泵，該真空泵克服了在對專利文獻1進行改進方面以及在減少低真空的粘滯 氣體流動區域中的散熱方面的困難；對比文件2的結構具有旁路通道，該旁 路通道將前一級渦旋泵的排放口連接至位于前一級渦旋泵的排放口與后一 級渦旋泵的吸入口之間的中間通道，而該中間通道具有壓力控制閥，當中間 通道中的壓力變得比預定壓力低時，該壓力控制閥關閉該通道。
在上述結構中，當在啟動真空泵的早期待抽真空容器中的壓力接近大氣 壓并且前一級渦旋泵的排放壓力高于預定壓力例如環境壓力時，上述壓力控 制閥打開，從而將前一級渦旋泵出口處的高壓氣體通過旁路通道排放到外 部，而不會傳送至后一級渦旋泵。以此方式，可以防止后一級渦旋泵中伴隨 著高熱量的過大壓力；此外，可以防止因真空泵中的高熱量而導致的耐久性 變差和。交死問題。
根據專利文獻2，所公開的結構包括
位于前一級渦旋泵的排出口與后一級渦旋泵的吸入口之間的中間
通道；
旁路通道，將后一級渦旋泵的排出口連接到中間通道。這里，要指 出的是，由于壓縮氣體在出口處向外部釋放，因此后一級渦旋泵的出口 壓力接近大氣壓。
因此，響應于待抽真空容器(作為載荷吸收元件的封閉容器)中產生的高 真空，在后一級渦旋泵的出口與沿著真空泵內部的氣體通道的位置之間出現 壓力差；因此，產生外部氣體或空氣通過旁路通道和壓力控制閥流回真空泵 內部的風險。這種潛在的回流產生了使真空泵的工作效率降低的困難。

發明內容
鑒于傳統技術的上述問題，本發明旨在提供一種多級真空泵單元，其可 以節省啟動早期的電力需求，還可以防止排;故到外部的氣體流回泵的內部 (即，上面所述的專利文獻2中的問題)。
為了達到上述目標，本發明公開了一種多級真空泵單元的工作方法，其 中多個真空泵串聯連接以形成該多級真空泵單元；第一級真空泵的吸入口連接至待抽真空容器，使得容器的內部的空間變得處于高真空條件下；該方法
包括步驟在該真空泵單元啟動之后的低真空工作期間，分出從第一級真空 泵排放出的氣體的一部分；和通過低流導管線(通道)向大氣排放被分出的氣 體，所述低流導管線設置有至少 一個防止分出的氣體發生回流的止回閥。 這里要指出，流導定義為流量與壓差之比。
還要指出，本申請使用了低真空工作區和高真空工作區的術語。前者定 義為諸如壓力、流量、泵速等的工作狀態參數在真空泵單元啟動之后以低真 空狀態工作的區域，而后者定義為工作狀態參it以高真空狀態工作的區域。 此外，本申請允許這樣的表述單元的一元件處于低真空工作區中或處于高 真空工作區中。
在本發明的方法中，當多級真空泵單元處于低真空工作區下時， 一部分 氣體在級數低的真空泵的排放側以及在下一級泵的進氣口的上游側;故分出。 這里，應當指出，級數低的真空泵不僅包括第一級真空泵，而且還包括位于 多級真空泵單元的進氣口側附近的其它真空泵；即，級數低的真空泵可以是 第二級真空泵、第三級真空泵等中之一。被分出的那部分排放氣體被導向多 級真空泵單元的真空泵單元殼體的外部，從而可以減少真空泵單元在低真空 工作期間的電力需求。因此，在分出這部分氣體之后，可以使真空泵單元的 下一級真空泵不會給氣體流動通道造成過度增壓；此外，可以減少驅動真空 泵的所需電力。
在本發明的方法中，通過多級真空泵單元的主氣流在泵單元的吸入側附 近的級數低的級中至少一個真空泵的出口側通過低流導管線(通道)朝大氣被 分出，該低流導管線設置有至少一個防止被分出的氣體回流的止回閥。響應 于從真空泵單元啟動之后的低真空工作向高真空工作的過渡，大氣與真空泵 內部的氣體之間的氣體壓差逐漸變大；然而，借助通過低流導管線的氣體排 放，防止了被分出的氣體發生回流。因此，能夠不使真空泵單元的工作效率 變差。
壓力相對較高的粘滯氣體可以通過低流導管線，但低壓氣體的分子氣流 或中壓氣體的過渡(中間)氣流難于通過該低流導管線。
因此，本發明能夠使在低真空工作區中從低級數的真空泵分出的粘滯氣 流通過低流導管線。本發明還能夠防止分子氣流或過渡(中間)氣流在高真空 工作區中從低流導管線的出口側回流(朝分出通道或真空泵單元的內部回流)。
低流導管線可以構造成例如形成具有小內徑的長流動通道，從而獲得大
的壓降。例如，內徑小于5mm，或者更特別地為4-5mm。由于^f氐流導管線 和安裝在流導管線上的止回閥帶來的防止回流作用，甚至能夠以高度準確性 來防止微量的氣體回流。
本發明中優選地，在通過低流導管線之后，分出的氣體流入真空泵單元 中的末級真空泵的排放通道中；并且分出的氣體，連同來自末級真空泵的排 放氣體，通過真空泵單元中的末級真空泵的排放通道朝大氣排放。在高真空 工作區中，低流導管線的下游側的排放氣體的壓力變得接近分子氣流或過渡 (中間)氣流的壓力；因此，可以進一步有效地防止氣體回流。
優選地，在本發明中，僅當分出的氣體的壓力比大氣壓力高且比低真空 工作區中位于真空泵單元的進氣口側附近的級數低的真空泵的出氣口處的 氣體的壓力低時，低流導管線上的止回閥才打開。因此，在從級數低的真空 泵排出的氣體的壓力超過低真空工作區中的大氣壓時， 一部分被分出的氣體 可以通過低流導管線向大氣散出；從而，散出的氣體的壓力可以比大氣壓低。
因此，可以降低下一級真空泵的進氣口側的氣體壓力， >(人而降低下一個 泵的電力需求。
本申請公開了一種多級真空泵單元，其包括多個真空泵，所述多個真 空泵以多級的型式串聯連接，使得待抽真空容器的內部的空間變得處于高真 空條件下；分支通道，從位于真空泵單元的進氣口附近的級數低的真空泵的 出氣口朝大氣分出；低流導管線，作為分支通道的一部分；至少一個止回閥， 設置在低流導管線上，以保證該管線的低流導性質；由此，^v級數低的真空 泵的出氣口排放出的氣體的 一部分被分出并通過低流導管線朝大氣散出。
憑借上述構造，通過在低真空工作區中分出從位于真空泵單元的進氣口 附近的級數低的真空泵的出氣口排出的一部分氣體以通過低流導管線朝大 氣散出，可以降低下一級真空泵的進氣口側的氣體壓力，從而可以降低下一 個泵的電力需求。
而且，由于分支通道的一部分構造成具有低流導管線，在該管線上設置 有至少一個止回閥，可以防止氣體通過〗氐流導管線,人大氣回流。
優選地，在根據本發明的多級真空泵單元中，分支通道通向泵單元殼體 的外部，并且分支通道或作為分支通道一部分的低流導管線由位于泵單元殼體外部的冷卻裝置冷卻。因此，可以減輕響應于氣體增壓而產熱所引起的在 整個多級真空泵單元上的熱載荷，并且真空泵單元中的每個泵可以免去潛在 咬死的風險。例如，水冷型或氣冷型的冷卻設備可以被用作冷卻裝置。
例如，作為氣冷型的冷卻設備，可以采用通過風扇朝分支通道或作為分 支通道一部分的低流導管線傳送冷卻空氣的冷卻設備，由此多個散熱片植入 分支通道的外周。還可以采用自然冷卻型的氣冷設備來代替上述強制冷卻型 的冷卻設備。在水冷型的情況下，分支通道可以放在水箱中，或者可以使其 通過水套，冷卻循環水導入該水套中。
優選地，在根據本發明的多級真空泵單元中，第一止回閥和第二止回閥 安裝在分支通道的中途，使得低流導管線位于這兩個止回閥之間，并且第二
止回閥的打開壓力設定為具有比第 一止回閥的打開壓力大的壓力；并且低流
導管線形成緩沖空間，該緩沖空間臨時積聚被分出到低流導管線中的氣體。 借助上述構造，低流導管線可形成將氣體臨時積聚在管線內部的緩沖空
間；因此該緩沖空間可以更加有效地防止被分出的氣體回流，并可以l^高對 被分出氣體的冷卻作用。而且，根據上述構造，存在如下優點由于緩沖空 間的存在，減輕了多級真空泵單元的驅動齒輪所需的載荷的波動。
才艮據本發明，在操作多級真空泵單元的方法中，多級真空泵單元包括多 個真空泵，所述多個真空泵以多級的型式串聯連接，使得待抽真空容器的內 部的空間變得處于中或高真空條件下；該方法包括步驟當該單元工作在低 真空條件下時，分出從級數低的真空泵的出氣口排放出的氣體的一部分；和 通過分支通道向大氣排放被分出的氣體，該分支通道包括低流導管線，至少 一個止回閥設置在該低流導管線上，用于防止分出的氣體發生回流。
因此，在真空泵啟動后或真空泵處于低工作區中時，驅動真空泵的電力 需求可以降低；此外，可以防止被分出氣體發生甚至是極微量的回流。結果， 真空泵單元的工作效率不會變差。
根據本發明，多級真空泵單元包括多個真空泵，所述多個真空泵以多 級的型式串聯連接，使得待抽真空容器的內部的空間變得處于中或高真空條 件下；分支通道，從位于真空泵單元的進氣口附近的級數低的真空泵的出氣 口朝大氣分出；低流導管線，作為分支通道的一部分；至少一個止回閥，設 置在低流導管線上以保證管線的低流導性質；從而，從級數低的真空泵的出 氣口排放出的氣體的 一部分被分出并通過低流導管線朝大氣散出。因此，多級真空泵單元可以提供與上面對工作方法的解釋的描述相同的 功能和效果。


現在參照本發明的優選實施例和附圖更加詳細地描述本發明，其中 圖1示出有關根據本發明第一實施例的構造的多級真空泵單元的截面
圖2示出有關根據本發明第二實施例的構造的多級真空泵單元的截面圖。
具體實施例方式
下面，將參照附圖所示的實施例描述本發明。然而，這些實施例中描述 的元件的尺寸、材料、形狀、相對的布置等不應當解釋為限制本發明的范圍， 除非進行了特別明確的說明。
(第一實施例)
將基于圖1解釋本發明的第一實施例，圖1示出才艮據第一實施例的多級 真空泵單元的截面圖。在圖1中，多級真空泵單元1具有泵殼la，在該泵殼 la中，三個真空泵2、 3和4串聯設置，形成三級泵單元；以及氣體通道， 使一個泵的進氣口與另 一個泵的出氣口連通。吸入通道5使第一級真空泵2 的進氣口與待抽真空容器(未示出)連通，待抽真空容器即作為載荷吸收元件 的封閉容器。
待抽真空容器內部的氣體g通過吸入通道5被吸入第 一級真空泵2的第 一進氣口6中；氣體g經第一級真空泵2壓縮，然后壓縮氣體g從第一級真 空泵2的第一出氣口 7向第一中間通道8排放。第一中間通道8連接至第二 級真空泵3的第二進氣口 9;排放到第一中間通道8中的壓縮氣體g被吸入 第二級真空泵3中；被吸入到第二級真空泵3中的壓縮氣體g從第二級真空 泵3的第二出氣口 11向第二中間通道12排放。
排放到第二中間通道12中的壓縮氣體g通過第三級真空泵4的第三進 氣口 13被吸入到第三級真空泵4中；被吸入到第三級真空泵4中的壓縮氣 體g通過排放通道15從第三級真空泵4的第三出氣口 14向大氣排放。以此 方式，真空泵2、 3和4通過第一中間通道8和第二中間通道12串聯連接。第一級真空泵2、第二級真空泵3和第三級真空泵4通過^^共驅動軸(未 示出)驅動。每個真空泵的壓縮比設計成使得壓縮比隨著每個真空泵的級數 變大而變大；即，真空泵的級數越大，泵的深度越短，這是因為越小的深度 帶來越小的排氣(死)體積。
分支通道21從第一中間通道8中分出；分支通道21通向泵單元殼體la 的外部。在分支通道21的中途，從上游側依次安裝有第一止回閥22和第二 止回閥23。分支通道21連接到位于分支通道21下游端的排;故通道15。從 第一止回閥22到第二止回閥23的分支通道21的一部分構造成低流導的粘 滯流管線(viscous flow line)24。
粘滯流管線24具有長的長度和小的孔，使得管線具有低流導性質。在 1000 litter/sec容量級的典型的多級真空泵單元中，用于第一中間通道8和第 二中間通道12的孔在20-30mm的水平。與此水平顯著不同，才艮據本發明， 例如，對于粘滯流管線24的孔，采用4mm的長度。
因此，使粘滯流管線24具有低流導性質，從而粘滯流管線24使氣流通 過管線24的能力變弱。因此，在通過粘滯流管線24傳送相對高壓的氣體時 的情況下，氣體能夠以中等壓力損失流過管線24。另一方面，壓力相對較低 的分子氣流或過渡氣流難于通過這種粘滯流管線。
第一止回閥22的打開壓力設定成，在從第一中間通道8分出的氣體的 壓力比在低真空工作區下在第一級真空泵2的第一出氣口處排出的氣體的壓 力低且比大氣壓力高時的情況下，止回閱22允許從第一中間通道8分出的 氣體通過分支通道21。第一止回閥22被設定為例如當分出的氣體的壓力處 于0.12-0.15MPa之間時打開。另一方面，第二止回閥23的打開壓力設定成 比第一止回閥的壓力高出某一壓力增量的壓力。
按照所述方式，在從第 一 中間通道8分出的氣體的壓力處于第 一止回閥 22的打開壓力與第二止回閥23的打開壓力之間時的情況下，第一止回閥22 打開且第二止回閥23關閉；因此，在所述情況下，分出的氣體處于氣體臨 時積聚在粘滯流管線24中的狀態。
此外，在粘滯流管線24的外周表面中，植入許多散熱片25;并且在粘 滯流管線24的附近，設置了冷卻風扇26，以向散熱片傳送冷空氣。此外， 分支通道21的下游側端連接到排放通道15。
在基于本發明的實施例的上述構造中，待抽真空容器(未示出)內的氣體g被多級泵單元1中的第一級、第二級或第三級中的每個泵吸入；然后，氣 體g通過排放通道15向大氣排放。在多級真空泵單元啟動之后的早期，待 抽真空容器內部的壓力接近大氣壓力或處于低真空工作區中，在從第 一級真
空泵2排放出的一部分氣體;入分支通道21中，'其中所述設定壓l作為第 一止回閥22的打開壓力，第一止回闊22響應于上述條件而打開。
因此，可以防止被第二真空泵3吸入的氣體的壓力增加到過度的水平； 結果，可以減小在真空泵啟動之后或真空泵處于低工作區中時驅動真空泵所 需的電力。
此外，在分支通道21的中途設置防止分出的氣體回流的第一止回閥22 和第二止回閥23;此外，在第一和第二止回閥之間，設置低流導性質的粘滯 流管線24;從而可以防止管線24內部的氣體g的甚至是極微量的回流。
而且，多個散熱片25植入在粘滯流管線24的外周表面；并且，冷卻風 扇26設置在粘滯流管線24的附近，以向散熱片傳送冷空氣；因此，可以減 輕整個真空泵單元1上的熱載荷，/人而每個泵2、 3或4可以免受可能咬死 的風險。
而且，條件設定成第二止回閥23的打開壓力設定為具有比第一止回 閥的打開壓力高出某一壓力增量的壓力；因此，氣體壓力范圍可以設定成使 第一止回閥22打開且第二止回閥23關閉。因此，在該氣體壓力范圍中，粘 滯流管線24可以形成臨時將氣體g積聚在管線24內的緩沖空間，該緩沖空 間可以以增強的效率防止分出的氣體的回流并提高分出的氣體的冷卻效果。
還有，在第二止回閥23具有低漏損規范、即具有減小回流的性質時的 情況下，可以減少第二止回闊23的打開和關閉4吏用頻率，^v而可以^:高第 二止回閥23的壽命和可靠性。
在對第一實施例的上述解釋中，分支通道21的下游端連結到排放通道 15中。然而，分支通道21的下游端可以是朝向大氣的直接開口，而無需連 結到排放通道15中。
(第二實施例)
接下來，基于圖2解釋本發明的第二實施例，圖2示出根據第二實施例 的多級真空泵單元的橫截面。在該實施例中，僅止回岡31設置在粘滯流管 線24的下游側，粘滯流管線24形成分支通道21的一部分。換言之，除了刪除第一實施例中的第一止回閥22以外，第二實施例的構造與第一實施例 的構造相同。
此外，通過第二實施例的構造，可以很好地防止氣體乂人排》文通道15向
分支通道21回流；此外，由于在分支通道21的中途Y又設置一個止回閥，設 備的成本可得以降低。 工業實用性
本發明能夠4吏多級真空泵單元節省電力需求；同時，可以準確地防止排 出到多級真空泵單元外部的氣體流回到泵中或泵單元中的氣體通道中。
權利要求
1. 一種多級真空泵單元的工作方法，該多級真空泵單元包括多個真空泵，所述多個真空泵以多級的型式串聯連接，使得連接到第一級真空泵的進氣口的待抽真空容器的內部的空間變得處于高真空條件下；其中，該方法包括如下步驟當該單元工作在低真空條件下時，分出從級數低的真空泵的出氣口排放出的氣體的一部分；和通過分支通道向大氣排放被分出的氣體，該分支通道包括低流導管線，至少一個止回閥設置在該低流導管線上，用于防止分出的氣體發生回流。
2. 根據權利要求1的方法，其中在通過低流導管線之后，分出的氣體流入真空泵單元中的末級真空泵的 排;改通道中；并且分出的氣體，連同來自末級真空泵的排放氣體，通過真空泵單元中的末 級真空泵的排;改通道朝大氣排;改。
3. 根據權利要求1或權利要求2的方法，其中當該單元工作在低真空條件下時，僅當分出的氣體的壓力比大氣壓力高 且比位于真空泵單元的進氣口側附近的級數低的真空泵的出氣口處的氣體 的壓力低時，控制低流導管線上的每個止回閥打開。
4. 一種多級真空泵單元，包括多個真空泵，所述多個真空泵以多級的型式串聯連接，使得待抽真空容 器的內部的空間變得處于高真空條件下；分支通道，從位于真空泵單元的進氣口附近的級數低的真空泵的出氣口 朝大氣分出；低流導管線，作為分支通道的一部分；和至少一個止回閥，設置在低流導管線上；其中，從級數低的真空泵的出氣口排放出的氣體的一部分被分出并通過 低流導管線朝大氣散出。
5. 根據權利要求4的多級真空泵單元，其中 分支通道通向多級真空泵單元的泵單元殼體的外部；并且 分支通道或作為分支通道一部分的低流導管線由位于泵單元殼體外部的冷卻裝置冷卻。
6.根據權利要求4或5的多級真空泵單元，其中第 一止回閥和第二止回閥安裝在分支通道的中途，使得低流導管線位于 這兩個止回閥之間，并且第二止回閥的打開壓力設定為具有比第一止回閥的 打開壓力高的壓力；并且低流導管線形成緩沖空間，該緩沖空間臨時積聚被分出到低流導管線中 的氣體。
全文摘要
本發明公開了多級真空泵單元及其工作方法。為了能夠使多級真空泵單元節省電力需求并防止排出到單元外部的氣體流回到泵的內部，本發明公開了一種多級真空泵單元的工作方法，多級真空泵單元包括多個串聯連接以形成多級真空泵單元的真空泵；其中，第一級真空泵的吸入口連接到待抽真空容器，使得容器內部的空間變得處于高真空條件下。在該方法中，在低真空工作期間，從第一級真空泵(2)排放到第一中間通道(8)的氣體的一部分被分出，然后通過低流導管線(24)向大氣排放，該低流導管線(24)具有防止分出的氣體發生回流的止回閥(22，23)。
文檔編號F04C25/00GK101545486SQ200910128249
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月24日 優先權日2008年3月24日
發明者谷川志郎 申請人:阿耐思特巖田株式會社