一种异形真空差分结构

1.本发明涉及一种真空领域，尤其涉及一种异形真空差分结构。


背景技术：

2.在同步辐射领域，实验站获得的同步光是由加速器产生，经过传输管路，最终到达实验终端。由于光束线各单元处真空度要求不同，因此部分场合需要采用差分结构并搭配适宜真空泵组实现真空压强梯度过渡。
3.真空差分结构设计中，必须要满足同步光顺利通过差分结构，有时同步光光斑尺寸处于微米量级。常规差分结构微小孔径直通管(如图一)，特别是多级差分结构的直通管可以实现高真空差分，但是难以满足同步光在微小孔径内的光束准直精度以及其准直余量要求。
4.其次，物理设计预留给差分结构的空间和有效轴向长度在很多情况下都非常有限。在有限空间范围内和有限轴向距离内，需要综合考虑差分管路，差分腔体以及必要的真空设备所必须满足的空间需求。在常规真空差分设计中(如图1，2所示)，差分腔室通常采用圆柱形腔室来匹配真空设备进行抽气，差分腔室的体积大小对整个差分结构所实现真空度有直接的影响。但是当差分腔室的大小会被整个差分结构的空间所限制，以及被差分结构的轴向距离所限制时，所能实现的真空差分效果在一定程度上也被限制。
5.综上所述，在有限物理设计空间内和有限的差分轴向距离内，如何实现真空度由低真空到超高真空的多个量级过渡，以及如何确保差分结构对微米级别光束的准直精度要求，这些技术难题都是迫切需要解决的。


技术实现要素：

6.本发明提供一种异形真空差分结构，可以实现在有限空间内和较短差分轴向距离内的真空度多个量级过渡，并且确保同步光在真空差分结构中的准直精度和余量要求。
7.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种异形结构真空差分结构，包含一级微锥形结构差分管、一级膨胀结构差分腔室、二级微锥形结构差分管、二级差分腔室，所述一级微锥形结构差分管与二级微锥形结构差分管之间焊接一级膨胀结构差分腔室，一级微锥形结构差分管内部的微孔结构和二级微锥形结构差分管内部的微孔结构均呈现锥形结构，一级膨胀结构差分腔室内的体积呈现膨胀结构，二级微锥形结构差分管下游端与二级差分腔室上端面焊接，并且一级微锥形结构差分管内部开孔，二级微锥形结构差分管内部开孔，一级膨胀结构差分腔室上下游端面开孔以及二级差分腔室上端面开孔均在同心圆上。
8.进一步，所述一级微锥形结构差分管和二级微锥形结构差分管内部的微孔结构从差分管上游端至差分管下游端带有一定的张角α扩孔结构。
9.进一步，所述二级差分腔室下游端焊接二级差分连接法兰。
10.进一步，所述一级膨胀结构差分腔室的两个抽气口和二级差分腔室的两个抽气口
上分别焊接真空泵法兰。
11.进一步，所述一级差分腔室的两个真空泵法兰上分别安装相匹配的分子泵和相应的离子泵。
12.进一步，所述二级差分腔室的两个真空泵法兰上分别安装相应的离子泵和和配置相应的吸气剂泵。
13.本发明的有益效果是：
14.为了实现更高量级的真空过渡，采用二级差分结构。通过一级膨胀结构差分腔室下游端和二级微锥形结构差分管上游端进行焊接，利用一级膨胀结构差分腔室内的体积呈现膨胀结构的特点，使得差分结构在极短轴向距离内差分腔室的体积最大化，从而可以更好提高一级差分后的真空效果。同时从粒子轨迹追踪角度来分析，采用膨胀结构也可以避免和限制了大量气体分子进入二级差分结构中，使得在经过二级差分后实现较高的真空度。同时对二级微锥形结构差分管和二级差分腔室进行焊接，使得真空泵及时抽走二级差分腔室内气体分子，从而获得更高的真空度。
15.通过焊接二级差分腔室和二级差分连接法兰，使得实验终端能很好地顺利获得高真空环境，从而维持住同步光的强度，使得科学实验能达到更好的效果。
16.在整个差分结构中，其中从一级差分管入口端到二级差分管路的出口端，采用微锥形结构贯穿整个差分结构，并且确保其微锥形结构在整个差分结构中维持在特定的张角。
17.通过本发明，即在有限空间和轴向距离内，通过微锥形差分管路和膨胀结构差分腔体设计，解决了从真空到超高真空多个量级过渡的同时，也解决了同步辐射中同步光在微孔差分结构中所要求的准直精度和余量的技术难题。
附图说明
18.图1是常规差分结构立体示意图；
19.图2是常规差分结构剖视图；
20.图3是本发明的异形结构差分结构总图；
21.图4是本发明的异形结构差分结构剖视图；
22.图5是本发明的差分结构中的微锥形孔结构示意图；
23.图6是本发明的差分结构中的膨胀结构腔体示意图；
24.图7是在1e-5mbar真空环境下差分结构可以实现的超高真空压强曲线图。
具体实施方式
25.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
26.如图3，4所示，本发明的异形真空差分结构，包含一级差分连接法兰11，一级微锥形结构差分管12，一级膨胀结构差分腔室15，两个一级差分腔室的真空泵法兰一、二13和14，二级微锥形结构差分管21，二级差分腔室24和二级差分腔室的真空泵法兰一、二23和24以及二级差分连接法兰25。
27.所有部件必须满足加工精度和经过超高真空清洗处理要求，根据设计对部件进行相应的装配和焊接，所有的焊接精度小于等于
±
0.1mm即可，必须避免焊接时产生的夹渣和
气孔，否则会对设备的极限真空度产生负面影响。同时必须确保差分管路内部的锥形孔加工误差控制在
±
10微米范围内。
28.将一级差分连接法兰11焊接到一级微锥形结构差分管12上游端(如图3，4所示)，一级差分连接法兰11端面与一级微锥形结构差分管12成90度。其中一级微锥形结构差分管12内部的微孔结构从差分管上游端至差分管下游端带有一定的张角α扩孔结构，总体上呈现锥形结构(如图5所示，a为锥形孔中心线，b为一级微锥形结构差分管微锥形孔结构，c为二级微锥形结构差分管微锥形孔结构)；差分管内孔呈锥形结构，主要是确保满足同步光的准直精度需求。
29.对一级微锥形结构差分管12下游端和一级膨胀结构差分腔室15上游端进行焊接，确保两者之间呈绝对垂直，并且确保一级微锥形结构差分管12的内部开孔与一级膨胀结构差分腔室15的上游端面开孔在同心圆上。通过一级微锥形结构差分管12的下游端和一级膨胀结构差分腔室15上游端进行焊接(如图3，4所示)。
30.一级膨胀结构差分腔室内的体积呈现膨胀结构(如图6所示，d为一级差分管微锥形孔，e为一级差分膨胀腔体，f为二级差分管微锥形孔，g二级差分膨胀腔体)。
31.对二级微锥形结构差分管21上游端和一级膨胀结构差分腔室15下游端进行焊接，两者之间呈绝对垂直，并且确保二级微锥形结构差分管21内部开孔和一级膨胀结构差分腔室15下游端面开孔在同心圆上。
32.对二级微锥形结构差分管21下游端与二级差分腔室24上端面进行焊接，确保两者之间呈绝对垂直，并且确保二级微锥形结构差分管21内部开孔与二级差分腔室24上端面开孔为同心圆。最后在二级差分腔室24下游端进行二级差分连接法兰25焊接。通过焊接二级差分腔室24和二级差分连接法兰25，使得实验终端能很好地顺利获得高真空环境，从而维持住同步光的强度，使得科学实验能达到更好的效果。
33.至此，差分结构主体结构焊接完成，必须确保从一级差分上游端至二级差分下游端的内部开孔均在同一个同心圆上。
34.对一级膨胀结构差分腔室15的两个抽气口进行一级差分腔室的真空泵法兰一、二13和14焊接，同时也要对二级差分腔室24的两个抽气口进行二级差分腔室的真空泵法兰一、二23和24焊接。
35.通过本发明，即在有限空间和轴向距离内，通过微锥形差分管路和膨胀结构差分腔体设计，解决了从高真空到超高真空多个量级过渡的同时(如图7所示)，也解决了同步辐射中同步光在微孔差分结构中所要求的准直精度和余量的技术难题(如图5所示)。
36.在完成差分结构成形后，根据一级差分需求，在一级差分腔室的真空泵法兰13安装相匹配的分子泵，和一级差分腔室的真空泵法兰14安装相应的离子泵。根据二级差分需求，在二级差分腔室的真空泵法兰22安装相应的离子泵和二级差分腔室的真空泵法兰23配置相应的吸气剂泵。

技术特征：
1.一种异形结构真空差分结构，其特征在于：包含一级微锥形结构差分管、一级膨胀结构差分腔室、二级微锥形结构差分管、二级差分腔室，所述一级微锥形结构差分管与二级微锥形结构差分管之间焊接一级膨胀结构差分腔室，一级微锥形结构差分管内部的微孔结构和二级微锥形结构差分管内部的微孔结构均呈现锥形结构，一级膨胀结构差分腔室内的体积呈现膨胀结构，二级微锥形结构差分管下游端与二级差分腔室上端面焊接，并且确保一级微锥形结构差分管内部开孔，一级膨胀结构差分腔室上下游端面开孔，二级微锥形结构差分管内部开孔以及二级差分腔室上端面开孔均在同心圆上。2.根据权利要求1所述的异形结构真空差分结构，其特征在于：所述一级微锥形结构差分管和二级微锥形结构差分管内部的微孔结构从差分管上游端至差分管下游端带有一定的张角α扩孔结构。3.根据权利要求1所述的异形结构真空差分结构，其特征在于：所述二级差分腔室下游端焊接二级差分连接法兰。4.根据权利要求1所述的异形结构真空差分结构，其特征在于所述一级膨胀结构差分腔室的两个抽气口和二级差分腔室的两个抽气口上分别焊接真空泵法兰。5.根据权利要求4所述的异形结构真空差分结构，其特征在于所述一级差分腔室的两个真空泵法兰上分别安装相匹配的分子泵和相应的离子泵。6.根据权利要求4所述的异形结构真空差分结构，其特征在于所述二级差分腔室的两个真空泵法兰上分别安装相应的离子泵和和配置相应的吸气剂泵。

技术总结
本发明涉及一种异形结构真空差分结构，包含：一级微锥形结构差分管与二级微锥形结构差分管之间焊接一级膨胀结构差分腔室，一级微锥形结构差分管内部的微孔结构和二级微锥形结构差分管内部的微孔结构均呈现锥形结构，一级膨胀结构差分腔室内的体积呈现膨胀结构，二级微锥形结构差分管下游端与二级差分腔室上端面焊接，并且保持一级微锥形结构差分管内部开孔，一级膨胀结构差分腔室上下游端面开孔，二级微锥形结构差分管内部开孔，以及二级差分腔室上端面开孔均在同心圆上。本发明可以实现在有限空间内和较短差分轴向距离内的真空度多个量级过渡，并且确保同步光在真空差分结构中的准直精度和余量要求。的准直精度和余量要求。的准直精度和余量要求。


技术研发人员：王震 王进伟 刘芳
受保护的技术使用者：上海科技大学
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/13