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CN111788393A - 干式真空泵 - Google Patents

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CN111788393A
CN111788393A CN201980016478.4A CN201980016478A CN111788393A CN 111788393 A CN111788393 A CN 111788393A CN 201980016478 A CN201980016478 A CN 201980016478A CN 111788393 A CN111788393 A CN 111788393A
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CN
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deflector
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baffle
shaft
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CN201980016478.4A
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S·克罗谢
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Pfeiffer Vacuum SAS
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum SAS
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Abstract

本发明涉及一种干式真空泵(1)，包括：‑至少一个集油槽(2)；‑至少一个泵送级(3a‑3e)；‑两个旋转轴(4)，它们分别保持至少一个在至少一个泵送级(3a‑3e)中延伸的转子(5)，所述转子(5)构造为沿相反方向以同步方式旋转，以在真空泵(1)的进入口和排出口间运送待泵送的气体，所述轴(4)由被集油槽(2)中包含的润滑剂润滑的轴承支撑；‑至少一个润滑剂密封装置(6)，其在每个轴通道处插入集油槽(2)和泵送级(3e)之间，该密封装置(6)包括安装在轴(4)上以与该轴一起旋转的总体上盘形的导流板(14；24；26)，其特征在于，该导流板(14)的盘部在周边具有环形端部(16)，该环形端部朝泵送级(3e)延伸以构成保持凹部。

Description

干式真空泵
技术领域
本发明涉及一种干式真空泵，例如罗茨泵、爪式泵或螺杆泵。更具体地，本发明涉及真空泵的润滑剂密封性。
背景技术
干式粗真空泵包括一个或多个串联的泵送级，其中待泵送的气体在进入口和排出口之间流动。已知的粗真空泵区分为具有两个或多个凸叶的旋转凸叶泵—也称为罗茨泵、爪式泵和螺杆泵。罗茨鼓风机式真空泵也是已知的，其在粗真空泵的上游使用，以在高流量情况下提高泵送能力。这些真空泵称为“干式”泵，因为在运行过程中转子在定子中旋转，而转子之间或转子与定子之间没有任何机械接触，这使得在泵送级中可以不使用油。
旋转轴由通过油润滑的滚珠轴承支撑。在运行过程中，轴在轴承中的旋转产生污染物、例如油滴，该污染物在经受压力变化时可能向泵送级移动。然而，重要的是，对于所谓的“干式”应用、例如半导体基材制造工艺，在泵送级中没有油迹。因此，必须通过密封装置将润滑的轴承与干式泵送级隔离，并且轴通过该密封装置仍然可以旋转。
所使用的密封装置主要包括物理屏障，例如轴承上的法兰、摩擦接头、顶出盘、气体泄放器、集油器—例如膨胀和冷凝腔室、或障碍物—例如迷宫和弯道。这些解决方案主要试图阻止或限制油的移动。然而，在运行过程中，在真空泵中施加的压力可能大幅波动，并且在润滑的轴承和泵送级之间产生推力，从而能将污染颗粒从泵送级带到集油槽中，以及将油雾或蒸气从轴承带到泵送级中，特别是在周期性地排出大量气体的应用中。
特别需要限制固体或液体颗粒从泵送级或摩擦接头移动到集油槽，因为这些颗粒有时是磨蚀性的，它们可能导致润滑性能下降，这例如可能导致滚珠轴承的过早磨损。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提出一种干式真空泵，其至少部分地弥补了现有技术的缺点。
为此，本发明涉及一种干式真空泵，其包括：
-至少一个集油槽，
-至少一个泵送级，
-两个旋转轴，其分别保持至少一个在该至少一个泵送级中延伸的转子，该转子构造成沿相反的方向以同步的方式旋转，从而在真空泵的进入口和排出口之间运送待泵送的气体，这些轴由轴承支撑，这些轴承由集油槽中所包含的润滑剂润滑，
-至少一个润滑油密封装置，其在每个轴通道处插置在集油槽和泵送级之间，该密封装置包括总体上盘形的导流板，该导流板安装在轴上以与该轴一起旋转，
其特征在于，所述导流板的盘在其周边上具有环形端部(末端)，该环形端部朝着泵送级延伸，从而构成保持凹部。
导流板的保持凹部使得可以保持可能来自于真空泵的泵送级或者来自于摩擦接头并且将被导流板径向排出(喷射，驱逐)的任何颗粒或灰尘。由此限制颗粒向滚珠轴承或集油槽移动。
由此可以增加轴承的寿命，并且可以减少油的污染，从而使得可以减少油耗。因此，在包含这种导流板的真空泵运行1000小时之后，可以注意到油耗减少了约30％，并且“干净的”油几乎完全没有污染颗粒。
以这种方式制成的导流板易于制造，并且廉价。另外，它与密封装置的不同类型的“动态”或摩擦式环形密封件兼容。
真空泵可以包括单个集油槽。在多级真空泵上，集油槽可以布置在所谓的低压泵送级旁边，或者布置在所谓的高压泵送级旁边。另一方面，轴承可以用油脂润滑。
真空泵也可以包括两个集油槽。这些集油槽分别布置在真空泵的一端，也就是说，在多级真空泵上，这些集油槽中的一个靠近所谓的高压级，另一个靠近所谓的低压级。在单级真空泵、例如罗茨鼓风机型真空泵上，这些集油槽布置在单个泵送级的两侧。
环形端部可以具有任何形状。它可以是斜切的(成斜角)。
根据一个实施例，环形端部具有总体上柱(筒)形的形状，其与轴的旋转轴线同轴。
环形端部也可以具有径向边沿。所述径向边沿使得可以提高保持凹部的颗粒或灰尘保持能力。
密封装置可以包括环形密封件，例如摩擦式环形密封件或动态密封件。摩擦式环形密封件例如包括单唇环或双唇环。动态密封件例如包括分段式密封件。
根据一个实施例，导流板的环形端部至少部分地围绕环形密封件延伸。
根据一个实施例，密封装置包括套筒，该套筒安装在轴上，导流板安装在该套筒上。
该套筒例如具有两级柱形的形状，包括第一柱形级和第二柱形级，该第一柱形级的外径适于被插入导流板中的中心孔口中，该第二柱形级构成导流板的轴向止挡。
该盘的承载环形端部的表面可以垂直于该轴的旋转轴线。根据另一实施例，导流板的承载环形端部的表面具有总体上截头锥形的形状、与导流板的中心同轴、并且其顶点位于集油槽侧。这种截头锥形的形状使得可以将来自于泵送级的没有被捕集在保持凹部中的任何颗粒或灰尘引导回泵送级。
该盘的与承载环形端部的表面相反的表面可以垂直于该轴的旋转轴线。根据另一实施例，所述与承载环形端部的表面相反的表面具有截头锥形的形状、与导流板的中心同轴、并且其顶点位于泵送级侧。旋转的导流板的这种截头锥形的形状使得可以将撞击导流板的任何润滑剂飞溅点引导回集油槽。
另外，可以设置小于3mm的轴向距离和小于3mm的垂直距离，以使真空泵的定子与导流板的与承载环形端部的表面相反的表面的边缘隔开。由此在定子与导流板之间构成非常狭窄的通道。它允许零件的相对膨胀，而使零件彼此不接触，同时使润滑剂产生低传导性，从而限制其移动到导流板之外。
本发明还涉及一种干式真空泵，其包括：
-至少一个集油槽，
-至少一个泵送级，
-两个旋转轴，其分别保持至少一个在该至少一个泵送级中延伸的转子，该转子构造成沿相反的方向以同步的方式旋转，从而在真空泵的进入口和排出口之间运送待泵送的气体，这些轴由轴承支撑，这些轴承由集油槽中所包含的润滑剂润滑，
-至少一个润滑油密封装置，其在每个轴通道处插置于集油槽和泵送级之间，该密封装置包括总体上盘形的导流板，该导流板安装在轴上以与该轴一起旋转，
其特征在于，导流板的盘部包括至少一个表面，该表面具有截头锥形的形状并且与导流板的中心同轴。
导流板的具有截头锥形形状的一个表面可以是与泵送级相对的表面，该截头锥形形状的顶点位于集油槽侧。这种截头锥形形状使得可以将可能来自于泵送级的任何颗粒或灰尘引导回泵送级。
导流板的具有截头锥形形状的一个表面可以是与集油槽相对的表面，该截头锥形形状的顶点位于泵送级侧。在运行过程中，旋转的导流板的“凹入式”截头锥形形状使得可以将撞击导流板的任何润滑剂飞溅点引导回集油槽。
导流板的两个表面都可以具有截头锥形形状。
附图说明
当阅读本发明的说明和附图时，其他优点和特征将变得显而易见，在附图中：
图1示出了干式真空泵的一个示例的非常示意性的图示。
图2示出了图1中的真空泵的一部分的局部剖视图，特别地示出了密封装置。
图3示出了图2中的密封装置的细节的放大图。
图4示出了图2中的密封装置的导流板的透视图。
图5示出了图4中的导流板的剖视图。
图6示出了图5的细节的放大图。
图7示出了图2中的密封装置的套筒的透视图。
图8示出了图7中的套筒的剖视图。
图9示出了导流板的第二实施例的与图3类似的视图。
图10示出了导流板的第三实施例的与图3类似的视图。
图11示出了导流板的第四实施例的与图3类似的视图。
图12示出了环形密封件的第二实施例的与图3类似的视图。
在附图中，相同的元件具有相同的附图标记。为了容易理解，附图中的图形被简化。
下面的实施例是示例。尽管描述涉及一个或多个实施例，但这并不一定意味着每个参考都涉及同一实施例或者该特征仅适用于单个实施例。不同实施例的简单特征也可以组合或互换，以提供其他实施例。
具体实施方式
图1示出了干式真空泵1。
该真空泵1包括至少一个集油槽2、至少一个泵送级3a-3e、两个旋转轴4和至少一个插入集油槽2与泵送级3e之间的润滑剂密封装置6。
轴4分别保持至少一个在所述至少一个泵送级3a-3e中延伸的转子5。
在该说明性示例中，真空泵1包括多个—例如五个—泵送级3a、3b、3c、3d、3e，其串联地安装在真空泵1的进入口7和排出口8之间，并且待泵送的气体可以在其中流动。在此，与密封装置6相邻的泵送级3e是最后的泵送级3e(在此被称为“高压”泵送级，因为其构造成在大气压下排出泵送的气体)。
每个泵送级3a、3b、3c、3d、3e包括各自的输入和输出。连续的泵送级3a-3e通过各自的级间通道彼此串联连接，该级间通道将上一泵送级的输出连接到下一泵送级的输入。
转子5具有例如轮廓相同的凸叶，例如罗茨型(八字形或豌豆形横截面)或爪型，或者是螺旋转子或基于另一相似的容积式真空泵原理。
具有轮廓相同的凸叶的转子5在角度上偏移。这些转子5被驱动，以便它们在每一级中沿相反的方向以同步的方式旋转，从而在进入口7和排出口8之间承载待泵送的气体。在旋转过程中，从输入吸入的气体被捕集在由转子5和定子产生的空间中，然后由转子5携带到下一级。
真空泵1例如是粗真空泵，该真空泵1的排出压力由此为大气压。根据另一示例，真空泵1是称为罗茨鼓风机的罗茨泵，其在粗真空泵的上游与之串联使用。
轴4例如在排出侧8由真空泵1的马达M驱动。这些轴由轴承支撑，所述轴承由集油槽2中所包含的润滑剂润滑。诸如油(润滑油)的润滑剂使得可以特别地润滑轴承的滚珠轴承9和齿轮(图2)。
在每个轴通道处，润滑剂密封装置6插入在集油槽2和泵送级3e之间。因此存在驱动轴4上的密封装置6以及从动轴4上的密封装置。
从图2中可以更清楚地看到，密封装置6可以包括至少一个环形密封件11。
环形密封件11例如包括“动态”密封件—即非摩擦密封件、例如分段式密封件、迷宫式密封件或弯道或气体“墙”，或者诸如唇形密封件的摩擦环形密封件，或者这些实施例的组合。环形密封件11在旋转轴4周围产生非常低的传导性，这使得可以极大地限制润滑剂从集油槽2进入干式泵送级3a-3e或者反之，同时允许轴4旋转。
在图1至图11所示的示例中，环形密封件11是摩擦密封件。
摩擦环形密封件11例如包括具有两个唇部12a、12b的环(图3)。
图12示出另一示例，其中环形密封件11是包括分段式密封件的动态密封件。
该分段式密封件包括一个或多个刚性地安装在定子21中的环13a。这些固定的环13a通过约十分之几的小间隙与安装在轴4上的互补环13b分开，以与其一起旋转，从而在轴通道处提供密封。
密封装置6还包括大体上盘形的导流板14(图2、3和4)，该导流板安装在轴4上以便与该轴一起旋转。该盘具有中心孔口15，以用于安装在轴4上。导流板14的快速旋转产生的离心力限制油向环形密封件11移动。
可以在定子21中构成油回收通道10，以使润滑剂返回到集油槽2(图2)。油回收通道10的入口例如在定子21的下部部分中并且与导流板14相对。例如设有与驱动轴4的导流板14相对的第一油回收通道10和与从动轴4的导流板14相对的第二油回收通道10。
导流板14的盘部在其周边上还可以具有环形端部16，该环形端部朝着泵送级3e延伸，从而构成保持凹部。保持凹部使得可以保持可能来自于真空泵1的泵送级3a-3e或者来自于摩擦环形密封件11并且将被导流板14的表面23沿径向排出的任何颗粒或灰尘。由此防止所述颗粒向轴承9或集油槽2移动。
导流板14例如由钢制成。
根据第一实施例，环形端部16具有大体上柱形的形状，其与轴4的旋转轴线I-I同轴(图2、5和6)。因此，环形端部16垂直于导流板14的盘部并沿着平行于旋转轴线I-I的方向延伸。保持凹部由此大体上为柱形。
根据一个实施例，导流板14的环形端部16至少部分地围绕插入导流板14和泵送级3e之间的环形密封件11延伸(图2和图3)。换句话说，环形端部16至少部分地覆盖环形密封件11。
在图2和图3所示的示例中，环形密封件11部分地脱出真空泵1的定子21的腔，该环的背面例如嵌入该腔中。环形密封件11的环例如具有近似于平行六面体的横截面。因此，可以在定子21与导流板14的环形端部16之间以及在导流板14的保持凹部与环形密封件11的固定部分之间构成弯道(曲折的通道，chicane)。
在图12所示的示例中，环形密封件11的突出到导流板14的保持凹部中的突出形状由定子21在分段式密封件的固定部分处构成(图12)。
该弯道有助于将来自于泵送级3a-3e的颗粒保持在导流板14的保持凹部中。
密封装置6还可以包括套筒18，该套筒安装在轴4上，并且导流板14安装在该套筒上(图3和7)。
通过至少一个—例如两个—O形环19提供套筒18和轴4之间的密封，所述O形环在形成于轴4中的环形凹槽20中串联安装在轴4上(图3)。套筒18保持在轴4上，并且轴4例如通过插入在套筒18与定子21之间的预加应力的弹簧垫圈22保持在其轴承中。
套筒18例如具有两级柱形的形状，包括第一柱形级18a和第二柱形级18b，该第一柱形级18a的外径适于插入导流板14中的中心孔口15中，该第二柱形级18b构成导流板14的轴向止挡(图3和7)。根据另一实施例，套筒18和导流板14被制成一体件。
环形密封件11的唇部12a、12b例如摩擦套筒18的第二柱形级18b。第一唇部12a的一端可以朝向集油槽2定向，第二唇部12b的一端可以朝向泵送级3e定向。视应用而定，唇部12a、12b还可以朝着集油槽2或朝着泵送级3e沿着相同的方向定向。
在图12的示例中，分段式密封件的互补环13b形成在套筒18中。
套筒18特别地使得可以将导流板14安装在轴4上。
套筒18例如由钢制成，并且该套筒18的外表面可以例如通过诸如淬火和/或回火的热处理和随后的削磨操作来处理。这种处理使得可以获得与摩擦环形密封件11的运行规格兼容的表面状态和硬度。
根据一个实施例，导流板14的与承载环形端部16的表面相反并且面向集油槽2的表面17具有截头锥形的形状，其与导流板14的中心同轴，并且其顶点位于泵送级3e侧(图2、3、4和5)。
在运行过程中，旋转的导流板14的“凹入式”截头锥形形状将撞击导流板14的润滑剂飞溅点引导回到集油槽2。
此外，可以使沿着与旋转轴线I-I平行的方向的轴向距离da小于3mm，并且沿着与旋转轴线I-I垂直的方向的垂直距离dv小于3mm，以使定子21与导流板14的与承载环形端部16的表面相反的表面17的边缘隔开(图3)。
例如，在定子21中形成两个相邻的柱形腔。第一柱形腔的直径与导流板14的直径的数量级相同，使得垂直距离dv小于0.5mm。第二相邻柱形腔接纳导流板14并且具有较大的直径。使定子21与导流板14的表面17的边缘隔开的轴向距离da例如约为1mm。因此，在定子21和导流板14之间构成的通道非常狭窄。它允许零件的相对膨胀，而使零件彼此不接触，同时使润滑剂产生低传导性，从而限制其移动到导流板14之外。
在运行过程中，安装在轴4上以便与其一起旋转的导流板14以与所述轴4相同的旋转速度旋转。
由导流板14的快速旋转产生的离心力和导流板14的与集油槽2相对的表面17的截头锥形形状将可能来自于集油槽2并碰到导流板14的任何润滑剂排出向集油槽2。由此限制了润滑剂向泵送级3e的前进，这使得可以改善泵送级3a-3e中的润滑剂密封性。
导流板14的环形端部16将可能来自于泵送级3a-3e的任何颗粒或灰尘保持在保持凹部中，从而限制颗粒向集油槽2的前进。由此能减少集油槽2中的油污染，这可以增加滚珠轴承9的使用寿命并减少油耗。因此，在包含这种导流板14的真空泵1运行1000小时之后，可以注意到油耗减少了约30％，并且“干净的”油几乎完全没有污染颗粒。
以这种方式制成的导流板14易于制造并且成本低。它与不同类型的“动态”或摩擦环形密封件11兼容。
图9示出了第二实施例的导流板24。
在该第二实施例中，环形端部16具有径向边沿(凸边)25。该径向边沿25大致上垂直于轴4的旋转轴线I-I延伸。这使得可以提高将由导流板24沿径向排出的颗粒和灰尘被保持在保持凹部中的能力。
在这前两个实施例中，盘的承载环形端部16的表面23垂直于旋转轴线I-I。
图10示出了第三实施例的导流板26，其中，所述盘的承载环形端部16的表面27具有大体上截头锥形的形状，其与导流板26的中心同轴，并且其顶点位于集油槽2侧。
环形端部16可以是柱形的，并且如上述示例中那样可选地设置有径向边沿25，或者可以具有其他形状、例如如图10所示的斜切形状。
在运行过程中，由导流板26的快速旋转产生的离心力和导流板26的与泵送级3e相对的表面27的截头锥形的形状使得可以将可能来自于泵送级3e并且没有捕集在保持凹部中的任何颗粒和灰尘引导回泵送级3e。
图11示出了第四实施例的导流板28。
该实施例与上述实施例的不同之处在于，导流板28没有环形端部16。
在该示例中，导流板28的盘部包括至少一个与导流板28的中心同轴且具有截头锥形形状的表面17、29。
仅一个表面可以具有截头锥形的形状，而另一表面可以垂直于轴4的旋转轴线I-I。
导流板28的具有截头锥形形状的表面29例如是与泵送级3e相对的表面，该截头锥形形状的顶点位于集油槽2侧。
导流板28的具有截头锥形形状的表面17例如可以是与集油槽2相对的表面，该截头锥形形状的顶点位于泵送级3e侧。
导流板28的两个表面都可以具有截头锥形的形状(图11)。
在运行过程中，与集油槽2相对的表面17的截头锥形形状使得可以将可能来自于集油槽2并撞击导流板28的任何润滑剂引导回集油槽2。与泵送级3e相对的表面29的截头锥形形状使得可以将可能来自于泵送级3e的任何颗粒或灰尘引导回泵送级3e。

Claims (13)

1.干式真空泵(1)，其包括：
-至少一个集油槽(2)，
-至少一个泵送级(3a-3e)，
-两个旋转轴(4)，这两个旋转轴分别保持至少一个在所述至少一个泵送级(3a-3e)中延伸的转子(5)，这些转子(5)构造为沿着相反的方向以同步的方式旋转，从而在所述真空泵(1)的进入口(7)和排出口(8)之间运送待泵送的气体，这些轴(4)由轴承支撑，这些轴承由所述集油槽(2)中所包含的润滑剂润滑，
-至少一个润滑剂密封装置(6)，其在每个轴通道处插置在集油槽(2)和泵送级(3e)之间，所述密封装置(6)包括总体上盘形的导流板(14；24；26)，该导流板安装在所述轴(4)上以与所述轴一起旋转，
其特征在于，所述导流板(14；24；26)的盘部在其周边上具有环形端部(16)，该环形端部朝着所述泵送级(3e)延伸，从而构成保持凹部。
2.根据权利要求1所述的真空泵(1)，其特征在于，所述环形端部(16)具有总体上柱形的形状，其与所述轴(4)的旋转轴线(I-I)同轴。
3.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵(1)，其特征在于，所述环形端部(16)具有径向边沿(25)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵(1)，其特征在于，所述密封装置(6)包括环形密封件(11)，所述导流板(14；24；26)的环形端部(16)至少部分地在所述环形密封件(11)的周围延伸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵(1)，其特征在于，所述密封装置(6)包括套筒(18)，所述套筒安装在所述轴(4)上，所述导流板(14；24；26)安装在所述套筒(18)上。
6.根据前一权利要求所述的真空泵(1)，其特征在于，所述套筒(18)具有两级柱形形状，包括第一柱形级(18a)和第二柱形级(18b)，所述第一柱形级的外径适于插入所述导流板(14)中的中心孔口(15)中，所述第二柱形级构成用于所述导流板(14；24；26)的轴向止挡。
7.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵(1)，其特征在于，所述导流板(26)的承载所述环形端部(16)的表面(27)具有总体上截头锥形的形状，其与所述导流板(26)的中心同轴，并且其顶点位于所述集油槽(2)侧。
8.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵(1)，其特征在于，所述导流板(14；24；26)包括与承载所述环形端部(16)的表面(23；27)相反的表面(17)，其具有总体上截头锥形的形状、与所述导流板(14；24；26)的中心同轴、并且其顶点位于所述泵送级(3e)侧。
9.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵(1)，其特征在于，使所述真空泵(1)的定子(21)和所述导流板(14；24；26)的与承载所述环形端部(16)的表面(23；27)相反的表面(17)的边缘隔开一小于3mm的轴向距离(da)和一小于3mm的垂直距离(dv)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵(1)，其特征在于，所述密封装置(6)包括环形密封件(11)，例如具有单唇部或双唇部(12a、12b)的环、或者分段式密封件。
11.干式真空泵(1)，其包括：
-至少一个集油槽(2)，
-至少一个泵送级(3a-3e)，
-两个旋转轴(4)，这两个旋转轴分别保持至少一个在所述至少一个泵送级(3a-3e)中延伸的转子(5)，这些转子(5)构造为沿着相反的方向以同步的方式旋转，从而在所述真空泵(1)的进入口(7)和排出口(8)之间运送待泵送的气体，这些轴(4)由轴承支撑，这些轴承由所述集油槽(2)中所包含的润滑剂润滑，
-至少一个润滑剂密封装置(6)，其在每个轴通道处插置在集油槽(2)和泵送级(3e)之间，所述密封装置(6)包括总体上盘形的导流板(28)，该导流板安装在所述轴(4)上以与所述轴一起旋转，
其特征在于，所述导流板(28)的盘部包括至少一个具有截头锥形形状并且与所述导流板(28)的中心同轴的表面(17、29)。
12.根据前一权利要求所述的真空泵，其特征在于，所述导流板(28)的具有截头锥形形状的表面(29)朝向泵送级(3e)，所述截头锥形形状的顶点位于集油槽(2)侧。
13.根据权利要求11或12所述的真空泵，其特征在于，所述导流板(28)的具有截头锥形形状的表面(17)与集油槽(2)相对，所述截头锥形形状的顶点位于泵送级(3e)侧。
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