用于涡轮分子泵的定子叶片单元
阅读：811发布：2021-04-11
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1.一种用于涡轮分子泵的定子叶片单元，包括：
聚合物和/或模制的定子叶片阵列，包括与定子叶片阵列邻接的内边沿和外边沿，其中所述外边沿包括一体形成的间隔件，用于防止所述定子叶片与相邻转子之间的碰撞，并且被构造为与定子堆叠内的轴向邻接的定子阵列接合，并且其中所述定子叶片单元包括单一整体结构形式的至少两个部段，布置成使得一个部段的定子叶片与至少另一个部段的定子叶片交替排列。
2.根据权利要求1所述的定子叶片单元，其中，所述定子叶片轴向重叠。
3.根据任一前述权利要求所述的定子叶片单元，其中，所述内边沿被构造成与另一个定子叶片单元的内边沿联接。
4.根据任一前述权利要求所述的定子叶片单元，其中，所述定子叶片单元是注射模制的或添加制造的，优选地是注射模制的聚合物和/或金属定子叶片单元。
5.根据任一前述权利要求所述的定子叶片单元，其中，定子单元包括聚合物定子叶片，每个聚合物定子叶片包括一个或多个内部聚合物层和最外聚合物层，其中所述最外聚合物层包括比形成一个或多个内部层的聚合物硬度低的聚合物。
6.根据任一前述权利要求所述的定子叶片单元，其中，所述单元基本上是半环形的。
7.根据权利要求6所述的定子叶片单元，其中，所述定子叶片单元被构造成与第二基本上半环形的定子叶片阵列配合，以形成环形定子叶片阵列。
8.根据任一前述权利要求所述的定子叶片单元，其中，每个定子叶片包括入口侧面和出口侧面，并且其中所述入口侧面具有与所述出口侧面不同的粗糙度，优选地其中与所述出口侧面相比，所述入口侧面较不粗糙。
9.一种制造用于涡轮分子泵的定子叶片单元的方法，包括注射模制包括定子叶片阵列的单一整体结构的步骤，其中内边沿和/或外边沿与所述定子叶片共同模制，并且其中所述外边沿包括一体形成的间隔件，用于防止所述定子叶片与相邻转子之间的碰撞。
10.根据权利要求9所述的方法，包括以下步骤:注射模制包括阵列定子叶片的第一整体结构，注射模制包括阵列定子叶片的第二整体结构，以及组合第一结构和第二结构以形成定子叶片单元。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，当组合时，所述第一结构的定子叶片与所述第二结构的定子叶片交替排列。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述定子叶片重叠。
13.一种根据权利要求9至12中任一项所述的方法制造或能通过所述方法获得的定子叶片单元。
14.一种用于涡轮分子泵的定子叶片单元，其中，定子单元包括定子叶片阵列，每个定子叶片阵列包括一个或多个内部层和最外聚合物层，其中最外聚合物层包含比形成所述内部层中的一个或多个的材料硬度低的聚合物。
15.一种用于涡轮分子泵的定子叶片单元，包括流体基板模制或添加制造的整体结构，所述整体结构包括定子叶片阵列和外边沿，其中所述外边沿包括用于防止所述定子叶片与相邻转子之间碰撞的一体形成的间隔件，所述叶片单元包括至少两个部段，每个部段包括定子叶片阵列，所述定子叶片阵列布置成使得一个部段的定子叶片与至少另一个部段的定子叶片交替排列。
16.根据权利要求15所述的定子叶片单元，其中，所述部段是单一整体结构。
17.根据权利要求15至16所述的定子叶片单元，其中，相邻的定子叶片重叠。
18.一种用于涡轮分子泵的定子叶片单元，包括定子叶片阵列，其中，定子叶片具有聚合物涂覆的边缘。
19.一种涡轮分子泵，包括至少一个根据权利要求1至8或权利要求13至18中任一项所述的定子叶片单元。
20.一种组装涡轮分子泵的方法，所述泵包括定子堆叠，所述定子堆叠包括至少一个环形定子阵列，所述环形定子阵列包括加工或压制的金属定子叶片阵列，所述方法包括以下步骤:从所述定子堆叠移除一个或多个环形定子阵列，并用包括根据权利要求1至9或权利要求14至19中任一项所述的定子单元的一个或多个环形定子阵列替换一个或多个移除的环形定子阵列。
用于涡轮分子泵的定子叶片单元
技术领域
背景技术
[0002] 涡轮分子泵通常包括转子，转子具有倾斜转子叶片的多个轴向间隔开的环形阵列。叶片在每个阵列中规律地间隔开，并从中心轴径向向外延伸。泵的定子围绕转子，并且包括倾斜定子叶片的环形阵列，倾斜定子叶片的环形阵列在轴向方向上与转子叶片阵列交替。每对相邻的转子和定子叶片阵列形成涡轮分子泵的一级。当转子旋转时，转子叶片冲击进入的气体分子，并将叶片的机械能转化为气体分子动量，该动量从泵入口通过多个级导向泵出口。
[0003] 涡轮分子泵的转子通常组装成单件，叶片与轴成一体。在这种情况下，在泵组装过程中，定子叶片阵列逐步组装在转子叶片阵列之间。在一种已知的组装技术中，每个定子叶片阵列被分成两个半环形部段，每个半环形部段包括其中叶片由内部和外部径向支撑的半环形部段。朝向转子的基部开始，提供第一定子叶片阵列的两个半环形部段径向插入到相同的两个转子叶片阵列之间，使得两个半环形部段形成连续的环形定子叶片阵列。然后将环形间隔件放置在组装好的环形定子叶片阵列的外边沿部分上，以将该阵列与待组装的下一个定子叶片阵列轴向分开，并防止转子叶片与定子叶片之间碰撞。然后，将用于形成待组装的下一定子叶片阵列的两个半环形部段插入到转子叶片阵列之间，使得这些部段的外边沿部分的一侧搁置在间隔件上。
[0004] 然后将另一个环形间隔件放置在组装好的定子叶片阵列的外边沿部分的另一侧上。这一过程一直持续到所有定子叶片阵列都已组装好以形成围绕转子的定子堆叠为止。然后，围绕定子堆叠组装壳体，定子堆叠由壳体内壁径向居中。
[0005] 特别地，泵的压缩比取决于转子叶片和定子叶片阵列的数量、每个阵列内叶片的数量、叶片的倾斜角和轴的转速。为了提高涡轮分子泵的入口容量，泵的入口级，即最靠近泵入口的级的叶片尺寸通常相对较大，级的叶片尺寸从泵入口朝向泵出口逐渐减小。换句话说，转子和定子叶片阵列的轴向长度从泵入口朝向泵出口逐渐减小。同样，叶片的角度倾向于从泵入口朝向泵出口减小。
[0006] 朝向其中叶片的轴向长度相对较小的泵出口，定子堆叠的半环形部段通常由不锈钢或铝板材薄片形成。定子叶片的部分通过切割板材来限定，并且叶片通过在单个步骤中切割和压制或者通过压制加工在一系列步骤中切割和产生轮廓而从板材折叠成预定的倾斜度。虽然以这种方式压制定子需要在工具上大量投资，但是制造零件的成本相对较低。然而，该过程的性质使得压制件更柔韧，并且可能在压制件中留下显著的残余应力。因此，内部泵间隙必须增加以适应这种变化。此外，以这种方式形成定子叶片部段意味着在单个半环形部段内，没有两个叶片可以轴向重叠。
[0007] 虽然当所需轴向叶片长度相对较小时，这不是问题，但是朝向其中所需轴向叶片长度相对较大的泵入口，需要采用替代技术来制造半环形叶片部段，使得相邻叶片可以重叠。这可以在泵的整个级中要保持的阵列内实现定子叶片的数量。
[0008] 一种通常用于制造至少泵的入口级的定子部段的技术是铣削，其中定子部段的倾斜定子叶片和边沿部分由单件合金加工而成。与压制加工技术相比，铣削过程相对昂贵；铣削定子部段的成本通常至少是机器压制的定子部段的十倍。
[0009] 因此，不断需要改进定子阵列。特别是，需要更易于制造的定子阵列；允许提供更复杂的几何形状；更加可靠；可以生产到更窄的公差；并且与压制和/或加工合金叶片相比成本降低。
[0010] 本发明解决了已知定子叶片单元的这些和其它问题。
发明内容
[0011] 因此，在第一方面，本发明提供了一种用于涡轮分子泵的定子叶片单元，该定子叶片单元包括聚合物和/或模制的定子叶片阵列，包括与定子叶片阵列邻接的内边沿和外边沿，其中外边沿包括一体形成的间隔件，用于防止定子叶片与相邻转子之间的碰撞，并且被构造成与定子叠堆内轴向邻接的定子阵列接合，并且其中定子叶片单元包括单一整体结构形式的至少两个部段，布置成使得一个部段的定子叶片与至少另一个部段的定子叶片交替排列。典型地，该单元基本上是半环形的，具有等距的、基本上共面的定子叶片的周向阵列。更典型地，定子叶片单元被构造成与第二基本上半环形的定子叶片单元联接，以形成环形定子叶片阵列。反过来，所述环形定子叶片阵列可以被构造成使得多个环形阵列可以联接在一起，以在涡轮分子泵内形成定子叶片堆叠。
[0012] 与加工或压制的合金定子叶片不同，根据本发明的聚合物和/或模制的定子叶片允许提供更复杂的定子叶片几何形状，并且有利地，在制造后不包含显著的残余应力。
[0013] 与已知的压制或加工的合金叶片相比，本发明的非金属聚合物定子叶片明显更便宜且更容易制造。它们允许提供更复杂的定子叶片几何形状，并且有利地，在制造后不包含残余应力。此外，如果发生故障，它们不太可能绊在转子叶片上并导致故障成为灾难性的。
[0014] 本领域技术人员可以根据特定涡轮分子泵内找到的确切几何形状和主导条件选择合适的材料。特别地，可以选择材料，使得定子叶片可以在约80℃与约110℃之间的操作温度下使用。
[0015] 有利的是，材料将具有与涡轮分子泵的叶轮材料基本相同的热膨胀系数，更优选在叶轮材料的约10 ppmK-1内，更优选在约10 ppmK-1至约50 ppmK-1，更优选在约15 ppmK-1至约45 ppmK-1。当叶轮由铝制成时，大约23 ppmK-1的系数是特别优选的。可能地，热膨胀系数可以根据ASTM D1042-12进行测量。
[0016] 聚合物的玻璃化转变温度可以高于定子叶片单元的操作温度，优选地高于约110℃，更优选高于约140℃。在使用中，泵可以处于约90℃至约100℃的温度。典型地，定子必须能够至少在这样的温度下操作，而性能不会显著降低，尤其是强度或刚度。典型地，在这些温度下保持以下屈服强度。可能地，聚合物的性质作为温度的函数可以根据ASTMD1043-16进行测量。在聚合物定子叶片的情况下，聚合物可具有大于约50 MPa、更优选大于约75 MPa、更优选约50 MPa至约200 MPa、更优选约75 MPa至约150 MPa的拉伸屈服强度。可能地，塑料的拉伸试验可以根据ASTM D638进行测量。
[0017] 在金属定子叶片的情况下，合金的屈服强度可大于约50 MPa，更优选大于约75 MPa。有利的是，金属定子叶片在高于约150℃的温度下达到这些屈服强度。可能地，金属的拉伸试验可以根据ASTM E8/E8M进行测量。
[0018] 除非另有说明，否则测量在23℃下进行。
[0019] 典型地，本发明的定子叶片的厚度小于约1 mm，优选约0.1 mm至约1 mm，优选小于0.5 mm，优选小于约0.3 mm。
[0020] 适用于本发明聚合物定子叶片的聚合物可选自以下各项构成的组：弹性体、热塑性材料或热固性材料。热塑性材料是优选的，并且特别是那些由于其机械和热性质而被归类为高性能热塑性材料的材料。优选的热塑性塑料选自以下各项构成的组：液晶聚合物，包括芳族聚酰胺和芳族聚酯、芳族聚酰亚胺、聚酰胺、聚砜、聚乙烯亚胺和聚醚醚酮(PEEK)，或其衍生物或共聚物。
[0022] 作为补充或替代，聚合物定子叶片可以是聚合物基质复合定子叶片。优选地，其中聚合物基质占复合物的至少约50重量%，更优选约60重量%至约80重量%。聚合物基质复合物可以是例如玻璃纤维或碳纤维增强聚合物，或者金属粉末增强聚合物，例如铝颗粒增强尼龙，例如尼龙铝粉材料（alumide）。尤其优选玻璃纤维增强聚合物，例如玻璃纤维增强液晶聚合物或玻璃纤维增强PEEK。优选纤维含量为约10重量%至约50重量%，优选约20重量%至约40重量%，优选约25重量%至约35重量%。优选地，聚合物复合物可以模制，优选注射模制，或者添加制造。
[0023] 可用于本发明的金属定子叶片可包括适用于和/或经受注射模制和/或添加制造的合金。该合金是本领域技术人员已知的。注射模制合金可选自以下各项构成的组：不锈钢、钛合金、镍合金和铜合金。添加制造的合金可以选自以下各项构成的组：不锈钢、钛合金、镍合金和铝合金。
[0024] 添加制造是指下面这样的一种或多种工艺，其中连续的材料层被铺设以形成三维物体。典型地，形状或几何形状由数字模型数据、3D模型或另一电子数据源产生。合适的添加制造方法包括熔融沉积建模、自动注浆成型、立体光刻、数字光处理、粉末床和喷墨头3D打印、电子束熔化、选择性激光熔化、选择性热烧结、选择性激光烧结、直接金属激光烧结和定向能量沉积。本领域技术人员将能够根据定子材料和/或定子单元几何形状和/或定子单元功能选择合适的方法。
[0025] 除气可能有问题，并且因此优选地保持在不会对涡轮分子泵性能产生有害影响的水平。优选地，定子材料的总质量损失、收集的挥发性可冷凝材料和水蒸气释放量均小于约1重量%，更优选地小于约0.5重量%，更优选地小于约0.1重量%。吸水率可以根据ASTMD570进行测量。
[0026] 在一个方面，本发明提供了一种用于涡轮分子泵的定子叶片单元，其中定子单元包括定子叶片阵列，每个定子叶片阵列包括一个或多个内部层和最外聚合物层，其中最外聚合物层包括比形成内部层中的一个或多个的材料硬度低的聚合物。
[0027] 本发明的聚合物定子叶片可以包括一种以上的聚合物，并且特别是多个聚合物层，每个聚合物层包含不同的聚合物。在实施例中，定子叶片可包括一个或多个内部聚合物层和最外聚合物层，其中最外聚合物层包括比形成一个或多个内部层的聚合物硬度低的聚合物。最外聚合物层可以包覆模制或以其它方式涂覆到定子的表面上。最外聚合物层可以基本上覆盖定子叶片的入口侧顶端和/或出口侧顶端。在实施例中，金属定子叶片可以具有基本覆盖定子叶片的入口侧顶端和/或出口侧顶端的外部聚合物层。有利的是，如果泵在使用过程中发生故障，在泵发生灾难性故障之前，可以在出口流中检测到外部/最外聚合物材料的磨损。这可以允许回收原本会变得不可用的转子叶片。
[0028] 外部/最外聚合物层的聚合物通常是热塑性塑料。典型地，聚合物选自以下各项构成的组：聚烯烃，例如聚乙烯和聚丙烯；聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯；和含氟聚合物，例如聚四氟乙烯，及其衍生物和共聚物。优选地，内部聚合物层具有大于约80的邵氏D硬度。优选地，最外层具有约10至约50的邵氏D硬度。ASTM D2240可用于测量硬度。
[0029] 用外部/最外聚合物材料涂覆定子叶片的径向延伸的顶端或边缘而不是面是有利的，原因是这样做不会显著增加叶片的厚度，增加厚度会降低泵的性能。因此，在另一方面，本发明提供了一种用于涡轮分子泵的定子叶片单元，包括定子叶片阵列，其中至少一个定子叶片具有涂覆有聚合物的径向延伸顶端。优选地，每个定子叶片具有涂覆有聚合物的径向延伸顶端。优选地，定子叶片面的大部分没有聚合物涂层。
[0030] 在实施例中，定子单元可以包括邻接定子叶片阵列的内边沿和/或外边沿。本发明的定子单元可以由单片材料形成。优选地，内边沿、外边沿和定子叶片形成单一整体结构。
[0031] 定子叶片单元的模具有利地形成为使得定子叶片顶端和根部沿着与内环和/或外环的邻接点轴向张开。这使得聚合物更容易流入模具，并提高了单元的强度。
[0032] 外边沿包括一体形成的间隔件，用于防止定子叶片与相邻转子之间的碰撞。典型地，在使用过程中，间隔件被构造成与定子堆叠内轴向相邻的定子单元接合；更优选地，间隔件与根据本发明的第二定子叶片单元的一体形成的间隔件接合。典型地，一体形成的间隔件的入口侧横向面和/或出口侧横向面位于横向平面中，该横向平面在轴向入口方向和/或轴向出口方向上分别比定子单元的入口侧叶片顶端和/或出口侧叶片顶端的平面更远。叶片顶端可以理解为指代叶片的边缘。典型地，（一个或多个）间隔件将在单元的定子叶片与相邻转子的叶片之间提供2 mm或更小的间隙，优选该间隙为约0.5 mm至约2 mm，约1 mm的间隙是特别优选的。
[0033] 通过消除对单独间隔件的需要，将间隔件一体形成在定子单元中有利地减少了定子堆叠中的零件数量，从而减少了涡轮分子泵中的公差堆叠。在实施例中，这允许采用更低的间隙和制造更小的泵。因此，本发明提供了一种用于涡轮分子泵的定子叶片单元，包括定子叶片阵列和外边沿，其中外边沿包括一体形成的间隔件，用于防止定子叶片与相邻转子之间的碰撞。
[0034] 当部分环形阵列被布置成形成环形阵列时，典型地，轴向接头位于阵列的邻接部分之间。当采用单独的间隔件时，间隔件可以跨越接头并防止沿接头直接泄漏。然而，当采用一体形成的间隔件时，轴向接头可以位于间隔件本身中。因此，定子堆叠内阵列的轴向接头优选是周向偏移的。特别优选的是，相邻半环形阵列之间的接头沿周向偏移，典型地偏移约45度到约90度。以这种方式，外边沿的横向面或一体形成的间隔件可以被构造成桥接定子堆叠内相邻定子阵列的（一个或多个）轴向接头。这是有利的，因为它限制了通过定子阵列的直接泄漏路径，提高了泵的性能。
[0035] 有利的是，部分环形阵列在外边沿的周向端设置有协作联结机构，用于协作以联结部分环形阵列从而形成环形阵列。
[0036] 如果环形定子单元包括两个半环形阵列，每个半环形阵列包括如上所述的两个或更多个部段，则每个部段在每个部段的外边沿的两个周向端包括协作联结机构是有利的。
[0037] 协作联结机构进一步防止泄漏路径在部分环形阵列之间的接头处形成。
[0038] 作为补充或替代，第一一体形成的间隔件可以被构造成与定子堆叠内相邻的第二一体形成的间隔件干涉接合。相邻的定子单元可以使用机械的，并且优选地非永久性的联接手段联接在一起。作为补充或替代，这些单元可以永久地或者半永久地结合在一起，例如使用粘合剂、热熔或者超声波焊接。
[0039] 典型地，搭扣配合组件，优选悬臂搭扣配合组件，位于一体形成的间隔件上，并用于联接定子堆叠内轴向相邻的定子单元:优选地，其中搭扣配合组件的互锁部件位于i)第一定子阵列的一体形成的间隔件的轴向接头桥接部分处或附近，以及ii)第二定子阵列的一体形成的间隔件的轴向接头附近。这种布置进一步降低了沿轴向接头直接泄漏的可能性。
[0040] 优选地，第一定子阵列单元的内边沿被构造成与至少一第二定子叶片单元的内边沿联接。在使用中，每个内边沿可被构造成与轴向相邻的定子叶片单元联接，典型地与定子堆叠内轴向相邻的定子单元的内边沿联接。用于联接的手段可以是机械的，并且优选地是非永久性的，以允许替换涡轮分子泵内的定子单元。优选地，用于联接的手段是搭扣配合组件。作为补充或替代，内边沿可以永久地或者半永久地结合在一起，例如使用粘合剂、热熔或者超声波焊接。
[0041] 作为补充或替代，如果定子单元包括两个或更多个部段，则形成该单元的部段的内边沿可以联接在一起。在所有情况下，搭扣配合组件是特别优选的，通常是环形搭扣配合组件或悬臂搭扣配合组件。替代地，部段的内边沿可以永久或半永久地结合在一起，例如使用粘合剂、热熔或超声波焊接。
[0042] 构成部分环形定子单元的两个或更多个部段可以在每个部段的内边沿的两个周向端使用互锁机构联接在一起。部分环形定子单元的两个轴向部段的互锁机构在互锁时可以形成协作连接机构，用于协作以连接部分环形定子单元从而形成环形定子单元。
[0043] 联接定子单元的内边沿有利地增加了定子堆叠的刚度，允许减小内部泵间隙，提高泵性能并降低总组件的高度。
[0044] 作为补充或替代，如果环形定子单元包括两个半环形单元，如上所述每个半环形单元包括两个或更多个部段，则使用在同一模具中形成的四个相同的部段是有利的，使得每个半环形单元由两个相同的部段形成，其中一个部段在另一个部段的横向面上以倒置位置定向，使得一个部段的定子叶片与至少另一个部段的定子叶片交替排列。这减少了每个定子单元所需的模具或工具数量，并消除了建置误差。
[0045] 定子叶片截面形状有利地在内边沿和外边沿之间围绕其中心线成镜像，使得叶片性能在任一取向上基本相同。
[0046] 典型地，定子阵列沿堆叠长度在几何形状上变化，定子叶片的尺寸和角度从泵入口朝向出口从一个阵列到下一个阵列逐渐减小。有利的是，作为每个定子上的参考点的结果，定子阵列是可识别的并且可位于堆叠内。
[0047] 当使用时，内边沿和/或外边沿上的搭扣配合组件可以用作一个或多个参考点，以便于定子叶片堆叠中定子叶片阵列的配置，特别是有助于定子阵列在堆叠内的识别和排序。为此，优选地，参考点相对于每个定子叶片阵列上的定子叶片位于不同的相应位置。
[0048] 优选地，定子叶片单元是添加制造或模制的，包括但不限于旋转铸造、注射模制和3D打印。有利的是，添加制造和/或模制的定子叶片不包含显著的残余应力，减少变形并允许内部泵间隙减小，提高泵性能并降低组件的整体高度。
[0049] 在本发明的实施例中，定子叶片轴向重叠。这是有利的，原因是轴向不透明的定子阵列提供了更好的压缩性能。
[0050] 在本发明的实施例中，定子叶片单元由至少两个部段形成是有利的。典型地，定子叶片一个位于另一个之上，使得一个部段的定子叶片与另一个部段的定子叶片交替排列。以这种方式嵌套定子叶片允许更简单地制造轴向重叠的定子叶片，特别是对于滑动或可旋转工具可能不合适的注射模制单元而言。
[0051] 典型地，每个部段将包括内边沿、定子叶片阵列和外边沿。这些部段的外边沿可以形成一体形成的间隔件。为了避免疑问，在本申请中前面公开的一体形成的间隔件的特征同样可以应用于本发明的嵌套实施例的一体形成的间隔件。同样，可以采用互锁的内边沿和外边沿。每个部段可以由单片材料制成。典型地，每个部段是单一整体结构的形式。优选地，这些部段互锁以形成刚性更强的定子单元，优选采用至少一个搭扣配合，优选环形或悬臂搭扣配合。
[0052] 构成部分环形定子单元的两个或更多个轴向部段可以使用互锁机构联接在一起。当互锁时，两个轴向部段的互锁机构可以形成用于协作以连接另一部分环形定子单元的连接机构。
[0053] 一体形成的间隔件可以在同一单元的第一部段与第二部段之间均匀分开。替代地，一体形成的间隔件可以主要位于同一单元的第一部段或第二部段的外边沿之一上。
[0054] 在包括两个或更多个部段的一些实施例中，设想这些部段中只有一个部段的外边沿可以被构造成与相邻定子单元的（一个或多个）一体形成的间隔件接合。具体而言，位于第一部段的外边沿上的一个或多个凸台可以被构造成穿过该单元的第二部段的外边沿中的一个或多个相应的孔口突伸，以便与相邻定子单元的一体形成的间隔件接合。这种布置减小了定子堆叠的公差堆叠。
[0055] 当在SEM上测量时，本发明的定子叶片可具有任何合适的表面粗糙度，并且优选为约0.01μm至约5.0 μm。优选地，定子叶片的表面粗糙度大于约1.5μm。
[0056] 在一个方面，本发明提供了一种用于涡轮分子泵的定子叶片单元，包括定子叶片阵列，每个定子叶片具有粗糙度大于约1.5 μm的表面，优选为入口侧面和/或出口侧面。
[0057] 已经发现定子叶片粗糙度的增加能提高泵的性能。
[0058] 本发明的另一方面提供了一种用于涡轮分子泵的定子叶片单元，包括定子叶片阵列，每个定子叶片具有入口侧面和出口侧面，其中出口侧面的表面粗糙度不同于入口侧面的表面粗糙度，优选地，出口侧面的粗糙度更大。优选地，入口侧面的表面粗糙度< 1.5 μm，优选小于约1μm，并且出口侧面的粗糙度≥1.5 μm，优选约1.5 μm至约5 μm。已经发现，与两个定子面具有相同粗糙度的布置相比，这进一步提高了泵的性能。
[0059] 在另外的方面，本发明提供了包括至少一个根据本发明其它方面的定子叶片单元的定子叶片堆叠，以及包括根据本发明任何前述方面的至少一个定子叶片单元的涡轮分子泵。
[0060] 在另一方面，本发明提供了一种制造根据本发明其它方面的用于涡轮分子泵的定子叶片单元的方法。特别地，该方法可以包括模制或添加制造定子叶片阵列的步骤。内边沿和/或外边沿可以与聚合物定子叶片共同模制或通过添加制造共同形成，优选形成单一整体结构。作为补充或替代，外边沿可以包括一体形成的间隔件，用于防止聚合物定子叶片与相邻转子之间的碰撞。因此，本发明提供了一种制造用于涡轮分子泵的定子叶片单元的方法，包括模制单一整体结构的步骤，单一整体结构包括聚合物或金属定子叶片阵列。
[0061] 本发明的另一方面提供了一种用于涡轮分子泵的定子单元，其包括阵列定子叶片和一体形成的间隔件，间隔件用于防止定子叶片与相邻转子之间的碰撞，其中定子叶片和一体形成的间隔件是注射模制的和/或添加制造的。
[0062] 在另一个方面，本发明提供了一种组装涡轮分子泵的方法，该涡轮分子泵包括至少一个环形定子阵列，该环形定子阵列包括定子叶片阵列，典型地为加工或压制的金属定子叶片，以及可选地至少一个金属间隔环。该方法包括以下步骤:从定子堆叠中移除一个或多个环形定子阵列，并用包括聚合物定子叶片阵列或添加制造或注射模制的金属定子叶片的一个或多个环形定子阵列替换一个或多个移除的环形定子阵列。优选地，其中一个或多个金属定子间隔环也从定子堆叠移除，并且其中（一个或多个）替换环形定子阵列包括一体形成的间隔件。
[0064] 现在将参考附图，通过示例的方式描述本发明的优选特征，其中:图1示出了根据本发明的两部分半环形定子阵列。
[0065] 图2示出了根据本发明的环形定子阵列。
[0066] 图3示出了根据本发明的定子堆叠。
[0067] 图4示出了在原位的根据本发明的定子堆叠。
[0068] 图5a和5b示出了搭扣配合的外边沿联接。
[0069] 图6示出了搭扣配合的内边沿联接。
[0070] 图7a和7b示出了互锁的内边沿联接。
[0071] 图8a和8b示出了外边沿联接和相同的部段。
[0072] 图9示出了根据本发明的对称叶片和模制件。
具体实施方式
[0073] 本发明提供了一种用于分子泵的定子单元1，包括聚合物定子叶片2阵列。在该示例中，定子叶片单元1由聚合物材料的至少两个弯曲部段3、4形成。Vectra®E130i是一种合适的聚合物，为包含玻璃纤维增强液晶聚合物的复合物。弯曲部段3、4是半环形的，使得需要两个定子叶片单元1来形成定子叶片2的环形阵列5。
[0074] 参考图1，模制或添加制造的聚合物定子叶片设置在两个弯曲部段3、4中。两个弯曲部段3、4具有基本相同的尺寸和宽度。每个部段3、4限定了一系列规律间隔的定子叶片2。两个弯曲部段3、4的定子叶片2基本上具有相同的长度，优选地，使得当部段3、4嵌套在一起时，它们的入口侧叶片顶端基本上共面，并且它们的出口侧叶片顶端基本上共面。典型地，出口侧弯曲部段4的定子叶片2从它们的内边沿8和外边沿9沿入口方向轴向突伸，而入口侧弯曲部段3的定子叶片从它们的内边沿6和外边沿7沿出口方向轴向突伸。优选地，定子叶片的角节距在两个弯曲部段3、4上基本相同。
[0075] 如图9中的示例所示，定子叶片顶端和根部可以被模制为沿着与内边沿和/或外边沿6、7、8、9的邻接点41轴向张开。这使得聚合物更容易流入模具中，并提高了该单元的强度。
[0076] 第一弯曲部段3和第二弯曲部段4可以通过将第二弯曲部段3的定子叶片插入穿过第一弯曲部段4的孔口而结合在一起，并且反之亦然，直到第一弯曲部段3的内边沿6和外边沿7分别与第二弯曲部段4的内边沿8和外边沿9重叠。因此，如图2所示，形成定子叶片阵列10，其中第一弯曲部段3的定子叶片与第二弯曲部段4的定子叶片周向交替排列。如图2所示，相邻的叶片可以重叠。当需要轴向重叠时，例如在更靠近泵出口的压缩级，优选地，定子阵列是轴向不透明的。也就是说，当从上方或下方直接观察该单元时，在定子叶片之间看不到空间。
[0077] 如图2所示，示例性定子单元包括一体形成的间隔件11。在该示例中，一个弯曲部段3的外边沿7提供一体形成的间隔件11的上部，而另一个弯曲部段4提供一体形成的间隔件11的下部9。如图3和4所示，在使用中，第一环形定子阵列5的一体形成的间隔件11与至少一个相邻定子单元13的一体形成的间隔件12接合。
[0078] 当组装定子阵列堆叠14时，一体形成的间隔件11、12将定子相对于叶轮转子15、16、17保持就位，并防止它们之间的接合。典型地，在使用过程中，分子泵内环形阵列5的定子叶片与相邻转子17的叶片之间有约1 mm的标称间隙，优选地最大间隙为约0.5 mm至约2 mm。选择聚合物以确保定子阵列5在使用过程中不与分子泵的转子17接触。
[0079] 如图2所示，半环形定子单元10、18联接以形成环形定子阵列5。在示例性实施例中，因为间隔件11是一体形成的，所以存在轴向配合表面21、22、23、24，它们在第一定子单元18与第二定子单元10之间的接头19、20处配合。为了减轻沿着配合表面21、22、23、24的直接泄漏，定子单元采用搭扣配合组件来紧密接合相邻的间隔环并基本密封接头19、20。
[0080] 如图5a和5b中更详细示出的，从第一一体形成的间隔件11突伸的凸部25与相邻定子阵列的一体形成的间隔环12上的相应凹部26配合。作为补充或替代，如图3所示，相邻定子阵列的接头19、20可以周向偏移，在这种情况下大约偏移90度。这也降低了沿轴向接头19、20直接泄漏的风险。
[0081] 通过改变堆叠14内连续环形定子阵列的接头19、20之间的周向偏移，接头19、20和/或相关的搭扣配合组件25、26可以有利地用作将定子阵列5定位在定子堆叠14内的参考点。在图5b所示的示例中，只有凸型接合结构25的第一部分邻近单元上的配合表面22。同一凸型接合结构的第二部分位于形成环形阵列其余部分的第二单元上的相应配合表面附近。
[0082] 如图8a和8b所示，环形定子单元可以由两个半环形单元形成，每个半环形单元包括两个或更多个部段3、4。在所示的示例中，部段3、4、4、3都是相同的部段，在相同的模具中形成，使得每个半环形单元由两个相同的部段3、4形成，其中一个部段在另一个部段的横向面上以倒置位置定向，使得一个部段的定子叶片2与至少另一个部段的定子叶片2交替排列。
[0083] 为了便于使用相同的部段3、4，如图9所示，相同部段中的定子叶片的截面形状在内边沿与外边沿之间围绕其中心线成镜像，即基本对称，使得叶片性能在部段3、4的任一取向上基本相同。
[0084] 每个部段3、4在外边沿7、9的周向端还具有协作的连接机构30、31。在所示的示例中，机构30、31是销30和孔31型连接的形式，但是其它连接机构也是可能的，例如燕尾榫。每个部段3、4在一个周向端具有销30，并且在另一个周向端具有孔31，使得当各包括部段3、4的两个半环形阵列被放置在一起形成环形阵列时，每个销30被孔30接纳的协作为环形阵列提供了额外程度的强度。此外，协作连接机构30、31还提供了额外的密封，以防止气体在半环形阵列之间形成的接头之间轴向迁移。
[0085] 图6示出了位于定子单元的内边沿6、8上的搭扣配合组件27a、27b。在该示例中，搭扣配合27a、27b连接同一定子单元的两个弯曲部段3、4。如本申请其它地方所解释的，物理连接内边沿6、8提高了阵列的刚度，从而减少了使用过程中的偏转。特别是，它减少了由于通常用于将定子堆叠在分子泵内保持就位的弹簧(未示出)而导致的偏转。提高定子的刚度是有利的，因为它允许分子泵部件更紧密地关联，提高了泵的性能。
[0086] 如图7a和7b所示，部分环形定子单元的两个相关部段3、4的内边沿6、8可以使用位于每个部段3、4的周向端的互锁机构28、29、33联接在一起。在所示的示例中，部段3、4的互锁机构28、29、33当联接在一起时，分别在半环形单元的部段3和4上形成周向延伸突起28和周向接纳开口34形式的连接机构28、34。当都包括部段3和4的两个半环形单元与机构28、29、33联结在一起时，一个半环形单元的连接机构28、34分别与另一个半环形单元的连接机构34、28协作。
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