姚松勤，常 軒，常 鑫

（1.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000；2.杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司，浙江 杭州 310018）

1 渦輪分子泵概述

渦輪分子泵是利用高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉輪將動(dòng)量傳遞給氣體分子，使氣體產(chǎn)生定向流動(dòng)而抽氣的真空泵。渦輪分子泵主要包括泵體、轉(zhuǎn)子葉片、定子葉片和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

在渦輪分子泵中，氣體分子經(jīng)第一個(gè)動(dòng)葉輪作用后，除了少數(shù)未與葉片相撞直接飛過(guò)去的以外，大部分與動(dòng)葉輪碰撞并獲得近于葉輪的切向速率，這些分子可直接進(jìn)入第二個(gè)動(dòng)葉輪，由于它們與動(dòng)葉輪間幾乎沒(méi)有相對(duì)速率，因此動(dòng)葉輪對(duì)它們不起作用，如果它們進(jìn)入靜葉輪，則因兩者有相對(duì)速率，就能發(fā)生碰撞并有向下飛行的運(yùn)動(dòng)分量，動(dòng)葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，氣體分子便不斷地發(fā)生碰撞并獲得運(yùn)動(dòng)分量，從而產(chǎn)生抽氣作用（產(chǎn)生真空）。

隨著渦輪分子泵的應(yīng)用越來(lái)越廣，見圖2，對(duì)其運(yùn)行可靠性也提出了更高的要求，良好的冷卻條件是渦輪分子泵長(zhǎng)期可靠工作的重要保證，通過(guò)冷卻可降低渦輪分子泵的振動(dòng)，降低渦輪分子泵的運(yùn)行噪聲，帶走高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量，降低部件的溫度。在渦輪分子泵中，高速旋轉(zhuǎn)（10 000～60 000 r/min）的部件（如轉(zhuǎn)子、軸承、電機(jī)）會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量通過(guò)熱傳遞的方式傳遞到周圍部件，使渦輪分子泵的靜止件（如泵體）也發(fā)熱，從而影響整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的可靠性。因此，對(duì)渦輪分子泵冷卻技術(shù)的改進(jìn)是提高渦輪分子泵機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性的主要手段之一[1-2]。

渦輪分子泵按冷卻方式主要分為：氣冷、液冷和熱傳遞。渦輪分子泵按冷卻手段設(shè)置部位主要分為：泵部、電機(jī)部和冷卻液。

2 冷卻技術(shù)改進(jìn)方案一

渦輪分子泵冷卻系統(tǒng)具備多個(gè)溫度傳感器，被配置在該真空泵的不同部位，冷卻管和加熱器的總數(shù)量比溫度傳感器的數(shù)量少，見下頁(yè)圖3?？刂蒲b置基于多個(gè)溫度傳感器所檢測(cè)的多個(gè)溫度信號(hào)，控制冷卻管和加熱器的開關(guān)狀態(tài)和輸出功率。冷卻系統(tǒng)的控制方法包括三種情況，一是溫度控制裝置將多個(gè)溫度信號(hào)中處于被預(yù)先設(shè)定了溫度信號(hào)值的容許范圍之外的溫度信號(hào)作為控制對(duì)象的溫度信號(hào)，基于該控制對(duì)象的溫度信號(hào)，控制冷卻管和加熱器的開關(guān)和輸出功率。二是溫度控制裝置按照預(yù)先設(shè)定的多個(gè)溫度信號(hào)的優(yōu)先級(jí)，從多個(gè)溫度信號(hào)中、處于被預(yù)先設(shè)定了溫度信號(hào)值的容許范圍之外的多個(gè)溫度信號(hào)中，選擇溫度信號(hào)作為控制對(duì)象的溫度信號(hào)，基于控制對(duì)象的溫度信號(hào)，控制冷卻管和加熱器的開關(guān)和輸出功率。三是溫度控制裝置分別基于多個(gè)溫度信號(hào)中的、處于被預(yù)先設(shè)定了溫度信號(hào)值的容許范圍之外的多個(gè)溫度信號(hào)，導(dǎo)出多個(gè)控制指令，基于該多個(gè)控制指令的合成結(jié)果，控制冷卻管和加熱器的開關(guān)和輸出功率。

該冷卻技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：冷卻單元或加熱單元以比溫度傳感器的數(shù)量少的方式構(gòu)成，因此能實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的小型化，降低成本。此外，即使在基于用多個(gè)溫度傳感器檢測(cè)的溫度信息，對(duì)加熱單元或冷卻單元同時(shí)導(dǎo)出相反的控制指令的情況下，也不會(huì)使用無(wú)用的加熱能量或冷卻能量。

3 冷卻技術(shù)改進(jìn)方案二

渦輪分子泵冷卻系統(tǒng)包括：渦輪分子泵主體、電源單元（驅(qū)動(dòng)渦輪分子泵主體）以及水冷卻單元（設(shè)置于渦輪分子泵主體和電源單元之間），見圖4、圖5。其中，設(shè)置于電源單元的殼體中的組件被分類成需要強(qiáng)冷卻的組件、需要中等冷卻的組件以及無(wú)需冷卻的組件。需強(qiáng)冷卻的組件被安裝于與水冷卻單元接觸的第一高導(dǎo)熱基板，需中等冷卻的組件被安裝于與殼體的內(nèi)表面接觸的第二高導(dǎo)熱基板，無(wú)需冷卻的組件被安裝于配置在第一高導(dǎo)熱基板和第二高導(dǎo)熱基板之間的基板。

該冷卻技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：水冷卻單元包括設(shè)置有冷卻水用的管道的平板狀的水冷卻夾套，基體殼體用螺栓經(jīng)由基體殼體的凸緣，被連接至水冷卻夾套的上側(cè)，水冷卻夾套的外周部被裝配于電源單元的殼體的開口端，并且用螺栓連接，能夠防止水冷卻夾套轉(zhuǎn)動(dòng)。在不使用任何冷卻風(fēng)扇單元的情況下，可有效冷卻并構(gòu)成電源單元的每個(gè)組件，冷卻效果充分。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要從渦輪分子泵的冷卻系統(tǒng)的控制方法及渦輪分子泵冷卻結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，有效地提高了渦輪分子泵的冷卻效果和使用壽命，實(shí)現(xiàn)了渦輪分子泵機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。