具有多个容积式真空泵的真空泵送系统和用于运行真空泵送系统的方法
阅读说明：本技术 具有多个容积式真空泵的真空泵送系统和用于运行真空泵送系统的方法 (Vacuum pumping system with a plurality of positive displacement vacuum pumps and method for operating a vacuum pumping system ) 是由 安德莉亚·伯塔洛特 罗伯托·卡博里 大卫·卢克曼 帕斯卡·马丁 克里斯蒂安·斯帕达 于 2021-05-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及具有多个容积式真空泵的真空泵送系统和用于运行真空泵送系统的方法。本发明涉及一种具有多个容积式真空泵(20、30)以及更特别地并行工作的多个容积式真空泵的真空泵送系统(100),并且涉及一种用于操作这样的真空泵送系统的方法。该真空泵送系统(100)包括管理单元(90),该管理单元对真空泵送系统的所有容积式真空泵进行同步控制,并且因此允许检查真空泵送系统的可能的污染风险,并且如果需要,进行必要的校正动作而不需要对真空泵送系统的构造进行任何修改。(The invention relates to a vacuum pumping system having a plurality of positive displacement vacuum pumps and a method for operating a vacuum pumping system. The invention relates to a vacuum pumping system (100) having a plurality of positive displacement vacuum pumps (20, 30) and more particularly a plurality of positive displacement vacuum pumps working in parallel, and to a method for operating such a vacuum pumping system. The vacuum pumping system (100) comprises a management unit (90) which controls all the positive displacement pumps of the vacuum pumping system in synchronism and thus allows to check the vacuum pumping system for possible risks of contamination and, if necessary, to carry out the necessary corrective actions without requiring any modifications to the construction of the vacuum pumping system.)
技术领域
本发明涉及一种具有多个容积式真空泵、并且更特别地是并行工作的多个容积式真空泵的真空泵送系统。
本发明还涉及一种用于运行具有多个容积式真空泵、并且更特别地是并行工作和/或连接到彼此连通的真空腔室的多个容积式真空泵的真空泵送系统的方法。
背景技术
真空泵用来实现真空状态，即用于排空腔室(所谓的“真空腔室”)并且在所述腔室中建立亚大气压状态。已知具有不同结构和运行原理的许多不同类型的真空泵，并且每次都要根据特定应用的需要、即根据有待在相应的真空腔室中取得的真空度来选择特定的真空泵。
容积式真空泵将气体从密封区域移位到大气或下游的泵级。
容积式泵在产生低真空状态时非常高效并且划算。为此原因，其可以用作真空系统中的主要泵，但是其常常用作其他泵(比如涡轮分子泵)的压力泵。
不幸地，在一些情况下，容积式真空泵，比如回转叶片泵或涡旋泵，可能污染供其安装在其中的真空系统。
回转叶片真空泵可以通过非限制性示例的方式来考虑。
图1和图2示意性地示出了真空泵送装置150，其包括传统的回转叶片式真空泵110和与其相关联的电机140。
如图1和图2所示，传统的回转叶片式真空泵110通常包括接收泵体114的壳体112，在泵体114内限定了围绕并且限定圆柱形泵送腔室116的定子。泵送腔室116容纳圆柱形转子118，转子118关于泵送腔室116的轴线偏心地定位；一个或多个能够径向移动的径向叶片120(图2所示的示例中为两个)安装在所述转子118上并且例如通过弹簧122保持抵靠泵送腔室116的壁。
在真空泵110运行期间，气体从真空腔室流动通过泵的入口端口124，并且通过抽吸管路126传递到泵送腔室116中，其在泵送腔室116处由叶片120来推动并且因此压缩，并且然后其通过终止于对应的出口端口130处的排泄管路128排泄。
适当量的油从油罐(未示出)引入到壳体112中来用作冷却剂和润滑流体。在图2所示的示例中，例如，内壳114浸没在油槽132中。
为了驱动真空泵的转子118，真空泵送装置150还包括电机140，并且泵转子118安装到由所述电机驱动的转动轴。
如上所述，在回转叶片式真空泵中，使用油来对泵的移动零件进行润滑和冷却。在这种类型的泵中，油还用作用于在不同压力下的区域之间提供密封的密封剂。
在真空泵的入口处存在油蒸汽引发回流和污染被真空泵排空的真空腔室的风险。
在其中有两个或更多个并行工作和/或连接到彼此连通的真空腔室的回转叶片式真空泵的真空泵送系统中，这种风险更高。
的确，在这种复杂的真空泵送系统中，如果回转叶片式真空泵中的一个由于失效而停止，则真空泵送系统的另一个回转叶片式真空泵可以抽吸在已经停止的真空泵的入口处的油蒸汽。因此，所抽吸的油传递通过真空泵所连接到的真空腔室，并且最终的效果是污染了真空泵送系统。
为了防止对真空腔室的污染，容积式真空泵、比如回转叶片式真空泵可以配备有保护装置以在泵关闭时避免压力升高和/或油朝向真空腔室回流。通过这种方式，真空腔室可以与容积式真空泵完全隔离。
在具有并行工作的多个容积式真空泵的真空泵送系统的情况下，每个容积式真空泵配备有其自己的保护装置，比如防回流阀，其防止朝向真空腔室回流，从而抑制真空腔室的污染风险。
然而，当两个或更多个容积式真空泵并行连接到同一真空腔室时，装配在每个单个泵上的防回流阀可能在一些特定的运行状态下失效，使得真空腔室暴露于污染。
为了避免在所有情况下(在正常运行状态和错误状态期间)污染的风险，可以设置具有外部系统或装置的真空泵送。例如，可以为每个容积式真空泵设置隔离阀。
然而，这种解决方案并无吸引力，因为其增加了部件的数量和真空泵送系统的复杂性，并且涉及附加的成本。
在依赖于真空泵送系统并且由本申请人运行的先前的分析仪器(质谱仪)中，多个真空泵与真空泵送系统的真空腔室共同流体连通，例如通过与真空腔室的真空端口共同连通的T形连接器。不知道由于真空泵失效而使这些系统发生了污染。本申请人最近的开发工作已经导致需要与真空腔室分离连通的真空泵，使得真空腔室在真空泵之间形成流体路径。虽然真空泵以传统方式运行，但本发明人意外地发现了这种系统的污染问题。因此，本发明人认识到需要一种用于运行与真空腔室分离连通的多个真空泵的系统和方法，其减少污染真空腔室的风险。
本发明的主要目的是提供一种真空泵送系统，其中抑制了污染真空腔室的风险，同时避免引入附加的外部装置或系统。
本发明的另一个目的是提供一种用于运行真空泵送系统的方法，其允许避免污染真空腔室的风险而不实施任何附加的外部装置或系统。
这些和其他目的通过如所附权利要求书所述的真空泵送系统和用于运行真空泵送系统的方法来实现。
发明内容
本发明人已经发现，当两个或更多个真空泵分别连接到真空腔室时，即当通过与真空腔室流体连通的分离的真空端口，每个真空端口分别将至少一个真空泵连接到真空腔室时，可能污染真空泵送系统的真空腔室。在某些泵运行状态下，真空泵送系统的一个真空泵有可能引起通过另一个真空泵的回流，从而将被污染的气体抽取到真空腔室中，因此污染真空腔室。
根据本发明的真空泵送系统包括多个容积式真空泵，其并行工作，即旨在分别连接到同一真空腔室，和/或分别连接到彼此连通的真空泵送腔室。
真空泵送系统还包括以同步方式控制真空泵送系统的所有容积式真空泵的管理单元。同步方式调整真空泵的运行参数以避免一个或多个真空泵可能回流到共用的真空腔室中的状态。
更具体地，该管理单元配置为：
-识别与真空泵送系统被容积式真空泵污染的风险相关的一个或多个运行参数；
-针对所述参数中的每一个设定阈值或阈状态；
-通过检测每个泵的识别参数并且通过针对每个泵比较识别参数的当前值或状态与对应的阈值或阈状态来控制真空泵送系统的所有容积式真空泵。
在实施例中，管理单元可以配置为：
-监测并行真空泵送系统的真空泵中的每一个的一个或多个运行参数；
-根据监测来识别其中泵中的至少一个在阈水平下运行的状态，该阈水平指示具有来自真空泵送系统的该泵或另一个泵的潜在回流的风险或指示来自真空泵送系统的该泵或另一个泵的潜在回流的状态；
-基于所识别的状态，使真空泵送系统的真空泵同步运行，以防止回流。
在一些方面，同步运行可以包括增加相对于其他一个或多个真空泵泵送不足的一个或多个真空泵的运行速度。在一些方面，同步运行可以包括降低相对于其他一个或多个真空泵过度泵送的一个或多个真空泵的运行速度。在一些方面，一个或多个运行参数包括对泵速度/频率的度量。
该管理单元还配置为在一个或多个识别参数的检测值超过对应的阈值或者一个或多个识别参数的检测状态与对应的阈状态不一致的情况下，以同步的方式对真空泵送系统的多个容积式泵(优选地，所有的所述容积式真空泵)实施校正动作。
更具体地，该管理单元还配置为在一个或多个识别参数的检测值超过对应的阈值或者一个或多个识别参数的检测状态与对应的阈状态不一致的情况下，以同步的方式关闭真空泵送系统多个容积式泵(优选地，所有的所述容积式真空泵)。
该管理单元还可以配置为在一个或多个识别参数的检测值超过对应的阈值或者一个或多个识别参数的检测状态与对应的阈状态不一致的情况下触发警报。
有利地，本发明提供了对真空泵送系统的多个容积式真空泵(优选地，所有的所述容积式真空泵)的同步管理，使得通过不仅作用在故障真空泵上，而且作用在真空泵送系统的其他真空泵上而立即考虑单个真空泵的失效，从而有效地防止真空泵送系统本身的任何污染风险。
管理单元可以同时控制真空泵送系统的所有容积式真空泵。
作为替代，管理单元可以顺序地或根据预定顺序来控制真空泵送系统的所有容积式真空泵。
管理单元可以连续地控制真空泵送系统的容积式真空泵。
作为替代，管理单元可以以预定时间间隔以离散方式控制真空泵送系统的容积式真空泵。
有利地，根据本发明的真空泵送系统的管理单元允许检查真空泵送系统的可能的污染风险，并且在需要时进行必要的校正动作，而不需要对真空泵送系统的构造进行任何修改，即不需要任何附加部件，比如传感器、真空计、隔离阀等。
如已知的，虽然容积式真空泵可以直接连接到真空腔室，但是其更经常地用作高真空真空泵的前级泵，比如涡轮分子真空泵。
相应地，根据本发明的真空泵送系统还可以包括一个或多个高真空真空泵(例如一个或多个涡轮分子泵)，并且管理单元可以配置为控制所述高真空真空泵，目的是提高其工作寿命。
例如，在涡轮分子真空泵的情况下，通过检查轴承的比如功率、频率和温度的参数，可以预测涡轮分子真空泵的失效。
此外，在作为涡轮分子真空泵的前级泵工作的容积式真空泵失效的情况下，涡轮分子真空泵本身将在临界状态下工作。在这种情况下，通过以同步方式检查真空泵送系统的所有真空泵的参数，管理单元将能够立即关闭涡轮分子真空泵，从而避免损坏并且增加工作寿命。
在真空泵送系统的一些实施例中，管理单元可以运行来开启启动序列，该启动序列以同步方式顺序地验证真空泵的运行，以便在增加泵送速度以在真空泵送系统的真空腔室中致使运行真空之前确认所识别的运行参数维持在预期的阈或带内。在一些方面，真空泵送系统可以包括多个组的一个或多个真空泵，多个组的一个或多个真空泵中的每一个与真空泵送系统的真空腔室分别连通。防回吸阀可以将一个或多个真空泵的组中的每一个与真空腔室分离。在运行中，管理单元可以运行来激活第一组的一个或多个泵以在低启动水平下运行，而另一组的一个或多个泵保持不工作。不工作的泵不对其各自的回流阀施加抽吸，这导致回流阀保持闭合，从而防止回流。管理单元监测第一组泵的一个或多个运行参数，以识别第一组泵按照预期运行。在确认第一组泵的预期运行之后，管理单元激活下一组的一个或多个泵。下一组泵的运行参数设定为使下一组泵的运行与先前激活一组泵同步，以在回流阀打开并且使第一组泵与所述第二组泵连通时避免回流状态。在一些方面，可以类似地激活、监测和同步其他组的泵，以避免回流状态。在真空泵送系统的一些实施例中，管理单元可以运行来监测真空泵的运行，从而通过监测泵的运行参数来确认其以同步方式运行，以确认其对于给定运行状态维持在预期阈或带内。在一些方面，真空泵送系统可以包括多个组的一个或多个真空泵，多个组的一个或多个真空泵中的每一个与真空泵送系统的真空腔室分别连通。防回吸阀可以将一个或多个真空泵的组中的每一个与真空腔室分离。在运行中，管理单元可以运行来监测泵的一个或多个运行参数，以识别其按照预期运行。当管理单元例如通过检测泵的运行参数满足或偏离预期阈值而检测泵在预期状态以外运行时，管理单元可以运行来使泵的运行同步，以避免将会导致通过系统的一个或多个泵的回流的其他泵的运行状态。
相应地，用于运行根据本发明的包括多个容积式真空泵的真空泵送系统的方法包括以下步骤：
-识别与真空泵送系统被容积式真空泵污染相关的一个或多个运行参数；
-针对所述参数中的每一个设定阈值或阈状态；
-针对每个容积式真空泵检测识别参数；
-针对每个容积式真空泵，将识别参数的检测值或状态与对应的阈值或阈状态比较。
该方法还包括在一个或多个识别参数的检测值超过对应的阈值或者一个或多个识别参数的检测状态与对应的阈状态不一致的情况下，以同步的方式对真空泵送系统的多个容积式泵(优选地，所有的所述容积式真空泵)实施校正动作的步骤。
更特别地，该方法优选地包括在一个或多个识别参数的检测值超过对应的阈值或者一个或多个识别参数的检测状态与对应的阈状态不一致的情况下，以同步的方式关闭真空泵送系统多个容积式泵(优选地，所有的所述容积式真空泵)的步骤。
此外，该方法还可以包括在一个或多个识别参数的检测值超过对应的阈值或者一个或多个识别参数的检测状态与对应的阈状态不一致的情况下触发警报的步骤。
对于真空泵送系统的所有容积式真空泵，可以同时进行检测和比较步骤。
作为替代，检测和比较步骤可以在真空泵送系统的容积式真空泵上顺序地或根据预定顺序来进行。
检测和比较步骤可以以连续的方式进行。
作为替代，检测和比较步骤可以以离散方式、以预定时间间隔来进行。
在一些实施例中，提供了一种真空泵送系统。真空泵送系统可以包括至少一个相互连通的真空腔室和多个真空泵，多个真空泵各自分别连接到该至少一个真空腔室。管理单元可以配置为控制多个真空泵的运行并且监控多个真空泵的一个或多个运行参数。基于监测，管理单元可以基于一个或多个运行参数来识别多个真空泵中的一个或多个之间的预期泵送的不匹配。在一些方面，真空泵送系统的至少一个相互连通的真空腔室包括多个相互连通的真空腔室，并且其中，多个真空泵中的一个与多个真空腔室中的第一真空腔室分离地连通，并且多个真空泵中的另一个与多个真空腔室中的另一个分离地连通。在一些方面，真空腔室中的至少一个与大气连通。在一些方面，管理单元还可以运行来通过以下方式激活多个真空泵：激活多个真空泵中的第一真空泵，监测第一真空泵的一个或多个运行参数，根据监测来确认第一真空泵正在提供预期的泵送，比如通过在预期的泵速范围内运行，以及基于确认，激活(多个真空泵中的)第二真空泵；监测第一真空泵和第二真空泵的一个或多个运行参数，同时使第一真空泵和第二真空泵的运行同步以匹配第一真空泵的预期泵速和第二真空泵的预期泵速，从而防止从多个真空泵中的一个到至少一个相互连通的真空腔室中的回流。
在上述真空泵送系统或方法的实施例中，在一些实施例中，一个或多个运行参数可以选自包括以下参数的组：泵速或频率、功率、电流、电压和泵部件的温度。
附图说明
以下将参照附图描述通过非限制性示例给出的本发明的一些优选实施例，其中：
-图1是现有技术的真空泵的一部分的纵向截面图；
-图2是类似于图1的现有技术的真空泵的一部分的横截面图；
-图3a-图3c是根据本发明的真空泵送系统的可能构造的示意图；
-图4是示出根据本发明的真空泵送系统的管理单元在第一运行状态下的运行的流程图；
-图5是示出根据本发明的真空泵送系统的管理单元在第二运行状态下的运行的流程图；
-图6是示出根据本发明的真空泵送系统的管理单元在第三运行状态下的运行的流程图；
-图7是示出根据本发明的变型的真空泵送系统的管理单元在第三运行状态下的运行的流程图；
-图8是示例性质谱仪系统中的根据本发明的各个方面的真空泵送系统的实施方式示意图；
-图9是示出计算机系统的框图，本教导的实施例可以根据申请人的教导的各个方面来在该计算机系统上实施。
具体实施方式
本发明可以有利地应用于包括并行工作和/或连接到相互连通的真空腔室的两个或更多个容积式泵的真空泵送系统。
图3a-图3c示出了这种真空泵送系统100的构造的一些示例性的非限制性示例。
然而，应当理解，本发明可以应用于包括多个任意类型和结构的容积式真空泵并且可能还包括一个或多个任意类型和结构的高真空真空泵的真空泵送系统。
图3a示出了本发明的真空泵送系统100的第一示例性实施例，其中两个容积式真空泵20、30分别连接到同一真空腔室60，即它们并行工作，但是通过分离的真空端口连接到真空腔室60。在图3a中，真空腔室60在真空泵20、30之间形成流体连通。
图3b示出了本发明的真空泵送系统100的第二示例性实施例，其中第一容积式真空泵20连接到第一真空腔室60，并且第二容积式真空泵30连接到第二真空腔室70，真空腔室60、70彼此流体连通。类似于图3a，真空腔室60、70形成真空泵20、30之间的流体连通。
图3c示出了本发明的真空泵送系统100的第三示例性实施例，其中第一容积式真空泵20连接到第一真空腔室60，并且第二容积式真空泵30作为用于高真空真空泵40的前级泵工作(例如涡轮分子真空泵)，其转而连接到第二真空腔室70，真空腔室60、70彼此流体连通。类似于图3a，真空腔室60、70和高真空真空泵40形成真空泵20、30之间的流体连通。
在图3a-图3b的示例性真空泵送系统中，第一和第二容积式真空泵可以是油脂润滑式泵，比如第一和第二回转叶片式真空泵，其具有如图1和图2所示的总体结构。
然而，可以选择具有不同结构和运行的容积式真空泵作为所述真空泵送系统中的第一和第二容积式泵。
更特别地，可以选择不同类型的真空泵作为所述真空泵送系统中的第一和第二容积式泵：例如所述容积式真空泵中的一个可以是油脂润滑式泵，比如回转叶片式真空泵，其具有如图1和图2所示的总体结构，而另一个可以是具有不同结构的容积式真空泵。
对于本领域技术人员显而易见的是，在所有示出的实施例中，第一回转式真空泵20和第二回转式真空泵30中的一个的失效会导致污染真空泵送系统的风险。
在所有示出的构造中，例如，如果当启动真空泵送系统时，第一回转叶片式真空泵20由于失效而停止，并且第二回转叶片式真空泵30开启，则第一回转叶片式真空泵20的入口处的油蒸气将被第二回转叶片式真空泵30泵送并且抽吸到真空腔室60或真空腔室60、70中，因此污染真空泵送系统。
在一些布置中，可以在真空泵20、30与真空腔室60、70之间引入防回吸阀。当真空泵20、30不工作时，防回吸阀能够闭合，以防止回流到真空腔室60、70中。在致动真空泵20、30时，防回吸阀在由真空泵20、30生成的真空下打开。本发明人已经确定，在一些运行状态下，防回吸阀可以在其相关联的泵20、30的致动下打开，但是在真空腔室60、70中某些流动状态下，其可能引起从泵20、30到真空腔室60、70的回流。这些运行状态通常可能在真空泵30、40的不协调的启动、真空泵30、40的缺陷运行或真空泵30、40的非协调关闭期间存在。从泵20、30到真空腔室60、70的回流可能导致污染和在真空系统100内运行的分析仪器的不准确测量。
在一些实施例中，真空系统100的真空腔室60、70中的一个可以例如通过孔与大气连通。在这些实施例中，真空腔室60、70在运行期间维持在不同的运行压力下，并且流体通过真空泵20、30的运行通过孔连续地抽取。当在这些实施例上工作时，已经发现真空泵20、30的不同步运行生成意外的流动状态，其可能导致从真空泵20、30中的一个或多个回流到真空腔室60、70中。
以上在图3a-图3c所示和描述的所有示例性实施例中，真空泵送系统100还包括管理单元90。
管理单元90配置为以同步方式控制回转叶片式真空泵20、30两者。通过以同步方式控制真空泵20、30，避免了从真空泵20、30中的至少一个到真空腔室60、70中的回流状态。
详细地，管理单元90旨在检查是否出现可能的污染风险，并且在确定出现风险时，执行必要的校正动作以避免发生这种污染。
为此目的，管理单元90：
-识别与真空泵送系统被容积式真空泵污染相关的一个或多个运行参数；
-针对所述参数中的每一个设定阈值或阈状态；
-检测每个容积式真空泵20、30的识别参数；
-针对每个容积式真空泵20、30，将识别参数的当前值或状态与对应的阈值或阈状态比较；
-在容积式真空泵中的一个或多个的一个或多个识别参数的检测值超过对应的阈值或者一个或多个识别参数的检测状态与对应的阈状态不一致的情况下，以同步的方式对容积式真空泵20、30两者实施校正动作。
优选地，在容积式真空泵中的一个或多个的一个或多个识别参数的检测值超过对应的阈值或者一个或多个识别参数的检测状态与对应的阈状态不一致的情况下，管理单元90以同步的方式关闭容积式真空泵20、30两者。
优选地，在一个或多个容积式真空泵的一个或多个识别参数的检测值超过对应的阈值或者一个或多个识别参数的检测状态与对应的阈状态不一致的情况下，管理单元90还触发警报。
通过以同步方式作用在真空泵送系统的容积式泵上，并且优选作用在真空泵送系统的所有容积式泵上，根据本发明的真空泵送系统的管理单元90允许有效地防止由于容积式真空泵在真空泵送系统的另一容积式真空泵失效之后运行而导致的任何污染风险，或者允许以与故障泵或在其预期的运行参数以外运行的泵的减慢和停用同步的方式减慢和停用容积式真空泵。
并且该效果能通过本发明实现，而不需要引入任何附加的安全部件。
参考图3c的示例性构造，管理单元90还可以配置为控制涡轮分子真空泵40。
更具体地，在容积式真空泵中的一个或多个的一个或多个识别参数的检测值超过对应的阈值或者一个或多个识别参数的检测状态与对应的阈状态不一致的情况下，管理单元90还可以配置为对涡轮分子真空泵40实施校正动作。
例如，在容积式真空泵中的一个或多个的一个或多个识别参数的检测值超过对应的阈值或者一个或多个识别参数的检测状态与对应的阈状态不一致的情况下，管理单元90还可以配置为关闭涡轮分子真空泵40。
图4-图7是以非限制性示例的方式示出在真空泵送系统本身的可能可运行状态下根据本发明的真空泵送系统的管理单元90的运行的流程图。
在图4-图7中，示出了具有根据图3a的构造的真空泵送系统的管理单元的运行。然而，对于具有不同构造的真空泵送系统，比如图3b和图3c中所示的那些，也可以绘制类似的流程图。
在图4-图6的流程图中，泵频率主要用作控制真空泵送系统的容积式真空泵20、30的运行的参数。选择对应于真空腔室60、70内的期望压力的泵20、30的运行频率。当系统包括与真空腔室60、70分离地连通的多个真空泵20、30时，则真空腔室60、70中的每一个的压力取决于各自以针对该泵20、30选择的运行频率运行的真空泵20、30。因此，监测泵频率对于使泵20、30同步以在真空腔室60、70中的每一个中实现期望的压力范围是有用的参数。
然而，很明显，这种选择不应被理解为限制：容积式真空泵是一种复杂的装置，其中不同的运行参数密切相关，比如泵吸收的功率、电流、电压，泵部件的温度等；这些参数和其他参数中的任何一个都可以用作控制参数。在一些实施例中，运行参数可以包括对真空泵送系统的环境的度量，比如真空腔室60、70中的每一个的压力、通过泵20、30与真空腔室60、70之间的连接的流率或这种因素的一些组合。此外，在更复杂的控制算法中，可以使用若干参数来检查容积式真空泵的运行。
图4通过非限制性示例示出了管理单元90在真空泵送系统的第一运行状态下的运行，其对应于真空泵送系统100的正常运行状态。
在该可运行状态下，回转叶片式真空泵20、30以标称频率运转，真空腔室60、70中的压力与预期的运行压力相匹配，并且流入真空泵20、30中的每一个中。
管理单元90识别与真空泵送系统的可能污染风险相关的两个参数：
-第一参数：回转叶片式真空泵失效；
-第二参数：回转叶片式真空泵的泵频率。
第一参数可以呈现两种状态，即是或否。管理单元90将“否”设定为不存在污染风险的状态，而将“是”设定为出现污染风险的状态。
第二参数可以呈现一定范围的值，而管理单元90设定阈最小值，低于阈最小值则出现污染风险。
因此，在该第一可运行状态下，管理单元90的运行如下：
-回转叶片式真空泵20、30以标称频率运转(步骤101)；
-管理单元90检查泵20、30的实际频率，并且针对每个泵将实际频率与标称频率进行比较(步骤103)；
-如果实际频率等于标称频率，则不实施校正动作，并且开启新的控制周期；
-如果否，则管理单元针对每个泵检查泵是否正在降额(步骤105)；
-如果泵中的任一个正在降额，则管理单元90进一步检测每个泵20、30的泵频率，并且将所检测的频率与最小阈值进行比较(步骤107)；
-如果针对两个泵20、30检测的频率高于最小阈值，则管理单元90触发警报，指示泵中的一个的泵频率不同于标称频率(步骤109)；
-如果针对泵20、30中的一个检测的的频率低于最小阈值，则管理单元90检测到危险情况并且触发两个泵20、30的同步关闭程序(步骤111)；
-如果没有泵降额，则管理单元90进一步检查泵中的一个是否失效(步骤113)；
-如果泵中的任一个失效，则管理单元90检测到危险情况并且触发两个泵20、30的同步关闭程序(步骤115)；
-如果没有泵失效，则不实施校正动作并且开启新的控制周期。
上述控制周期可以连续地或以预定的时间间隔进行。
图5以非限制性示例的方式示出了管理单元90在真空泵送系统的第二运行状态下的运行，其对应于关闭时的排放阶段。
在这种可运行状态下，回转叶片式真空泵20、30将通常停止并且防回吸阀(ASBV)将闭合。这确保真空系统不会被污染，除非ASBV发生故障。因此，在排放阶段期间污染的风险相对较低。
在这种状态下，管理单元90识别与真空泵送系统的可能污染风险相关的单个参数，即回转式真空泵仍然在运转。
该参数可以呈现两种状态，即是或否。管理单元90将“否”设定为不存在污染风险的状态，而将“是”设定为出现污染风险的状态。
因此，在该第二可运行状态下，管理单元90的运行如下：
-排放阶段开启(步骤201)；
-同时关闭回转叶片式真空泵20、30(步骤203)；
-管理单元90针对每个泵检查泵是否已经停止(步骤205)；
-如果两个泵20、30都已经停止，则管理单元不执行任何校正动作，并且真空泵送系统被置于空气中；
-如果没有，则管理单元90触发警报，以向操作者指示必须手动关闭真空泵20、30中的一个或两个。
图6是示出管理单元90在真空泵送系统的第三运行状态下的运行的流程图，其对应于真空泵送系统的启动。
鉴于真空泵送系统污染的风险，启动阶段是最关键的阶段，因为在大气压力下，泵20、30的ASBV是打开的。
如果在起动阶段期间，泵20、30中的一个实现目标频率，而另一个泵30、20由于任何原因而停止，则运转的泵能够通过真空腔室60从另一个泵20抽吸油蒸气。最后的效果是真空泵送系统被污染。
在启动阶段期间，泵以其最小频率启动，并且逐渐增加到标称频率。在频率逐渐增加期间，连接到同一真空腔室的泵在泵送速度方面的差异必须保持最小。在采用不同尺寸或型号的泵的实施例中，每个泵的泵送速度在同步运行中可以是不同的，然而，其在真空上的有效泵送是匹配的，以避免一个泵通过另一个泵抽取回流。泵的泵送速度或有效泵送可以通过一个或多个运行参数来反映，所述运行参数包括例如泵频率、功率抽取等。
在这种状态下，管理单元90识别与真空泵送系统的可能污染风险相关的两个参数：
-第一参数：回转叶片式真空泵的失效；
-第二参数：在回转叶片式真空泵已经开启之后的特定延迟处，第一回转叶片式真空泵20的泵频率与第二回转叶片式真空泵30的泵频率之间的差。
管理单元90为上述泵频率的差设定最大阈值。
因此，在该第三可运行状态下，管理单元90的运行如下：
-启动阶段开启(步骤301)；
-使回转叶片式真空泵20、30的频率达到第一检查值(步骤303)；
-管理单元检查两个泵在第一预定时间间隔之后是否已经达到第一检查值，即泵的频率之间的差是否在设定阈内(步骤305)；
-如果否，则管理单元检查泵中的任一个是否失效(步骤307)；如果是，管理单元关闭泵20、30两者(步骤309)；如果否，则继续泵的频率逐渐增加，并且进行新的检查；
-如果是，则频率逐渐增加继续，并且使两个泵都达到第二检查值(步骤311)；
-管理单元检查在第三预定时间间隔之后两个泵是否已经达到第二检查值，即泵的频率之间的差是否在设定阈内(步骤313)；
-如果没有，则管理单元检查泵中的任一个是否失效(步骤315)，并且进一步检查泵中的任一个的频率是否已经下降到第一检查值以下(步骤317)；如果满足这些状态中的一个，则管理单元关闭泵20、30两者(步骤309)；如果不满足这些状态，则继续泵的频率逐渐增加，并且进行新的检查；
-如果是，则频率继续逐渐增加，使两个泵都达到与标称频率相对应的最终检查值(步骤319)；
-管理单元检查两个泵在第四预定时间间隔之后是否已经达到最终检查值，即泵的频率之间的差是否在设定阈内(步骤321)；
-如果没有，则管理单元检查泵中的任一个是否失效(步骤323)，并且进一步检查泵中的任一个的频率是否已经下降到第二检查值以下(步骤325)；如果满足这些状态中的一个，则管理单元关闭泵20、30两者(步骤327)；如果不满足这些状态，继续泵的频率逐渐增加，并进行新的检查；
-如果是，则实现了真空泵送系统的正常运行(步骤329)。
图7是示出了管理单元90在与图6相同的运行状态下运行的流程图，但是其应用于包括具有显著不同尺寸的两个回转叶片式真空泵的真空泵送系统。
在这种情况下，首先仅启动较小的泵，而在较晚阶段启动较大的泵。
因此，图7的流程图与图6的流程图的不同之处在于，其最初包括以下步骤：
-使第一回转叶片式真空泵20的频率达到第一检查值(步骤331)；
-管理单元检查第一泵在第一预定时间间隔之后是否已经达到第一检查值(步骤333)；
-如果否，则关闭泵(步骤335)；
-如果是，则使第二回转叶片式真空泵30的频率达到第一检查值(步骤337)。
然后，管理单元的运行与参考图6描述的运行相同。
对于本领域技术人员显而易见的是，以上描述仅以非限制性示例的方式给出，并且在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，许多变型和修改是可能的。
例如，显然可以考虑真空泵送系统的许多其他运行状态以及与可能的污染风险相关的相应参数。
此外，尽管在本发明的优选实施例的描述中参考了回转叶片式真空泵，但是显然本发明可以应用于具有多个容积式真空泵的真空泵送系统。
例如，本发明可以应用于具有多个涡旋真空泵的真空泵送系统。
在这种情况下，污染的风险将与涡旋真空泵的入口处可能存在的灰尘有关：如果涡旋真空泵中的一个由于失效而停止，则真空泵送系统的另一个真空泵可能会抽吸已经停止的涡旋真空泵的入口处的灰尘；因此，抽吸的灰尘会穿过真空泵所连接的真空腔室，而最终的效果是真空泵送系统受到污染。
现在参考图8，示意性地描绘了实施根据本教导的各个方面的真空泵送系统的示例性质谱仪系统800。如图8所示，示例性质谱仪系统800通常包括用于在电离室850内产生离子的离子源802，离子然后在由箭头指示的大致方向上传输通过容纳一个或多个离子导向器(例如，离子导向器806、离子导向器810、离子导向器814、质谱仪818)的各种差动泵送真空腔室860、870和880a、880b以处理、质量分析和/或检测离子。管理单元890可操作地连接到包括一个或多个容积式真空泵820、830和一个或多个涡轮分子泵840a、840b的真空泵吸系统，管理单元890配置为将各个腔室维持在如本文中另外讨论的各种运行压力下。
离子源802可以是任何已知的或此后开发的用于产生离子并且根据本教导进行修改的离子源。适用于本教导的离子源的非限制性示例包括大气压化学电离(APCI)源、电喷雾电离(ESI)源、连续离子源、脉冲离子源、电感耦合等离子体(ICP)离子源、基质辅助激光解吸/电离(MALDI)离子源、辉光放电离子源、电子撞击离子源、化学电离源、或光电离离子源等。另外，如图1所示，系统800可以包括配置为向离子源802提供样品的样品源。样品源可以是本领域已知的任何合适的样品入口系统。举例而言，离子源802可以配置为接收来自各种样品源的流体样品，包括容纳要递送到样品源(例如，泵送的)的流体样品的贮存器、液相色谱(LC)柱、毛细管电泳装置以及将样品喷射到承载液体中。在图8所示的示例中，离子源802包括电喷雾电极，该电喷雾电极可以包括与样品源流体耦合的毛细管(例如，通过一个或多个导管、通道、管道、管、毛细管等)并且终止于出口端，该出口端至少部分地延伸到电离室850中以在其中排出液体样品。
从离子源802排出的样品内容纳的所关注的分析物可以在电离室850内进行电离，电离室850通过遮挡板804a和孔口板804b与第一真空腔室860分离，遮挡板804a和孔口板804b具有在电离室850与第一真空腔室860之间提供流体连通的孔口(例如，孔861)。在该实施例中，遮挡板804a和孔口板804b中的孔口大得足以允许到来的离子进入第一真空腔室860。作为示例，孔口(例如，孔861)可以是直径在约0.6mm至约10mm的范围内的大致圆形。
虽然在图8的示意图中未示出，但是系统800可以包括各种其他部件。例如，系统800可以包括遮挡气体供应器(未示出)，遮挡气体供应器提供与遮挡板804相邻的遮挡气体流(例如N2)，以帮助减少高真空下游真空腔室中的污染(例如，通过解聚并且排出大的中性粒子)。在一些方面，遮挡气体的一部分可以从遮挡板孔861流出到电离室850中，从而防止液滴和/或中性分子穿过遮挡板孔861进入。
在各方面，电离室850可以维持在压力P0，压力P0可以为大气压力或大致大气压力(例如，约760托)。然而，在一些实施例中，可以例如经由耦合到电离室850的泵(未示出)将电离室850排空至低于大气压力的压力。
最初，由离子源802产生的离子可以在由图8中的箭头所指示的方向上连续传输通过设置在差动泵送中间真空腔室860、870、880a中的上游离子导向器806、810、814，以产生窄且高度汇聚的离子束(例如，沿着系统800的中心纵轴)以在其中布置有质谱仪818的高真空腔室880b内进行进一步的基于m/z的分析。
上游离子导向器806、810、814可以具有各种不同的配置。作为非限制性示例，第一离子导向器806可以包括以十二极配置布置的杆的集合，以便提供用于离子穿过离子导向器806的通路。在美国专利号10,475,633中描述了这种离子导向器的示例，该专利的教导通过引用整体并入本文。更一般而言，第一离子导向器806可以包括任何数量的杆，例如，维持在四极、六极、八极或十二极配置的多个杆，或者可以使用一系列堆叠的环形成，使得以本领域已知的方式向这些杆或环中的一个或多个施加DC和/或RF电压，结合气体动力学可以允许离子导向器806在离子导向器806穿过离子导向器806以传输到下游元件时聚集通过孔861接收的离子。
如本文中另外描述的，真空泵送系统的运行可以将各个腔室中的压力维持在所需范围内。举例而言，第一容积式真空泵820可以经由例如开口或端口连通到第一腔室860，以便将负压施加到腔室860以将第一真空腔室860中的压力(P1)维持在约1托与约100托之间的范围内，尽管其他压力也可以用于此目的或其他目的。在一些方面，腔室860可以维持在约1托至约15托的范围内，例如，维持在约4托至约8托的范围内。
设置在位于第一离子导向器806下游的离子透镜808(在本文中也称为IQ00)中的孔871允许离子从第一真空腔室860传递到第二下游真空腔室870中，在第二下游真空腔室870中定位有另一离子导向器810。应当理解，真空腔室860、870因此通过孔871流体连通，使得气体可以根据例如其之间的压差而在其之间流动。在本实施例中，离子透镜808中的孔871大得足以允许从第一离子导向器806传输的离子进入第二真空腔室870。
离子导向器810可以具有与离子导向器808相同或不同的配置，但通常可以配置为例如使用电场和气体动力学的组合将通过孔871接收的离子汇聚到下游元件。如上所述，电源(未示出)可以向离子导向器810的杆施加RF和/或DC电压，以在离子通过时径向地限制和汇聚离子。
如图8所示，真空泵送系统还可以至少包括第二容积式真空泵830，其可以耦合到腔室870(例如，经由开口或端口)，以便能够将负压施加到腔室870，以将第二真空腔室870中的压力(P2)维持在期望的范围内。在一些实施例中，腔室870内的压力通常维持在比腔室(P1)的压力低的压力。作为非限制性示例，第二真空腔室中的压力(P2)可以维持在约500毫托至约5托之间的范围内，但可以将其他压力用于此或用于其他目的。
离子透镜812(也称为IQ0)将第二真空腔室870与第三真空腔室880a分离，在该第三真空腔880a中可以设置另一离子导向器814。设置在离子透镜812内的孔881允许从离子导向器810传输的离子通过进入第三真空腔室880a。应当理解，真空腔室870、880a因此通过孔881流体连通，使得气体可以根据例如压差而其之间流动。在本实施例中，离子透镜812中的孔881大得足以允许从第二离子导向器810传输的离子进入第三真空腔室880a。
离子导向器814可以具有与离子导向器810相同或不同的配置，但通常可以配置为在离子通过离子透镜816中的孔891(本文中也称为“IQ1”)传输到质谱仪818之前，随着其通过中间压力区传输而进一步汇聚通过孔881接收的离子。在一些实施例中，离子导向器814(在本文中也称为“Q0”)可以是RF离子导向器并且可以包括四极杆集合。如上所述，电源(未示出)可以将RF施加到离子导向器814的杆，以在离子穿过时径向地限制和汇聚离子。
如图8所示，真空泵送系统还可以包括至少第一高真空泵840a，用于将容纳离子导向器Q0的真空腔室880a维持在真空腔室870(例如，在P2处)和真空腔室880b(例如，在P4处)之间的中间压力(P3)。
真空泵840a可以为此领域中已知的任何泵，例如涡轮分子泵，其通常能够将腔室880a维持在至少低于约100毫托的压力。在一些实施例中，第三真空腔室880a可以维持在约3至15毫托之间的压力，但其他压力可以用于此或其他目的。虽然容积式泵820、830可能不能单独地维持这样的低压，但是第二容积式泵830可以耦合(例如，串联)到泵840a，以用作如图8所示的前级泵，从而帮助维持第三真空腔室880a的降低的压力。
离子从离子导向器814传输到容纳质谱仪818的真空腔室880b中，质谱仪818通常在非常低的压力(高真空)下运行以减少离子与一个或一个以上质量分析器内的其他分子(例如，气体分子)碰撞的机会，以根据离子的质荷比(m/z)实现离子的表征化。作为非限制性示例，在一个实施例中，质谱仪818可以包括检测器以及两个四极质量分析器(例如Q1、Q3)，碰撞池(例如q2)位于其之间。对于本领域技术人员而言，显而易见的是，所采用的质谱仪818可以采用四极质谱仪、三重四极质谱仪、飞行时间质谱仪、FT-ICR质谱仪或轨道阱质谱仪的形式，所有这些均为非限制性示例。
如图8所示，真空泵送系统还可以包括第二高真空泵840b，用于将容纳质谱仪818的真空腔室880b维持在1×10-4托或更低的压力(P4)(例如，大约5×10-5托)，但是其他压力也可以用于此或其他目的。如图所示，第二容积式泵830可以耦合(例如，串联)到泵840b来用作前级泵，以帮助将压力(P4)维持在期望范围内。即，在一些实施例中，第二容积式泵830可以用作并行运行的两个涡轮分子泵840a、840b的前级泵，以将两个腔室880a、840b维持在压差下。
应当理解，不仅相邻的真空腔室(例如，腔室870、880a)通过孔(例如，孔881)流体耦合，而且示例系统800中的每个真空腔室间接地彼此耦合。以此方式，根据各种腔室之间的相对压力，根据本教示将显而易见的是，即使不直接耦合到一个真空腔室，一个泵(例如，泵820)的运行(或失效)可以影响该真空腔室中的压力和气体流入或流出真空腔室。作为非限制性示例，如果以不协调的方式关闭两个泵420和430，则由于每个腔室之间的压差，可能在下游室之间产生气流。然而，如本文另外讨论的(例如，参考图3-图7)，并行泵820、830的同步控制可以有效地防止由于泵820、830中的一个或多个的不协调运行的回流而引起的系统800的污染。这种污染导致质谱系统费用增高，因为其需要较高的清洁成本和仪器停机时间。此外，管理单元890还可以配置为在容积式真空泵820、830的错误或不同步运行的情况下对涡轮分子真空泵840a、b实施校正动作。例如，在容积式真空泵中的一个或多个的一个或多个识别参数的检测值超过对应的阈值或者一个或多个识别参数的检测状态与对应的阈状态不一致的情况下，管理单元890还可以配置为关闭涡轮分子真空泵840a、840b。
图9是示出计算机系统900的框图，在该计算机系统900上可以实现本教导的实施例以防止从泵820、830中的至少一个回流到图8的真空腔室860、870中的回流条件。计算机系统900包括用于传送信息的总线922或其他通信机构以及与总线922耦合来处理信息的处理器920。计算机系统900还包括存储器924，其可以是随机存取存储器(RAM)或其他动态存储装置，其耦合到总线922来存储将由处理器920执行的指令。存储器924还可以用于在要由处理器920执行的指令的执行期间存储临时变量或其他中间信息。计算机系统900还包括耦合到总线922的只读存储器(ROM)926或其他静态存储装置来存储用于处理器920的静态信息和指令。比如磁盘或光盘的存储装置928被提供并且耦合到总线9用于存储信息和指令。
计算机系统900可以经由总线922耦合到显示器930，例如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)，用于向计算机用户显示信息。包括字母数字键和其他键的输入装置932耦合到总线922来向处理器920传送信息和命令选择。另一种类型的用户输入装置是光标控制器934，比如鼠标、跟踪球或光标方向键，用于向处理器920传送方向信息和命令选择并且控制显示器930上的光标移动。该输入装置通常在两个轴上具有两个自由度，即第一轴(即，x)和第二轴(即，y)，这允许装置指定平面中的位置。
计算机系统900可以执行本教导。与本教导的某些实现一致，响应于处理器920执行存储器924中包含的一个或多个指令的一个或多个序列，由计算机系统900提供结果。这样的指令可以从另一计算机可读介质(比如存储装置928)读入存储器924中。包含在存储器924中的指令序列的执行使得处理器920执行本文中所描述的过程。替代地，可以使用硬接线电路代替软件指令或与软件指令结合来实施本教导。因此，本教导的实施方式不限于硬件电路和软件的任何特定组合。例如，根据各种实施例，本教导可以由包括用于同步泵的运行以防止回流状况的一个或多个不同的软件模块的系统来执行。
在各种实施例中，计算机系统900可以通过网络连接到一个或多个其他计算机系统，如计算机系统900，以形成联网的系统。该网络可以包括专用网络或比如因特网的公共网络。在联网系统中，一个或多个计算机系统可以存储数据并将数据提供给其他计算机系统。在云计算场景中，存储和服务数据的一个或多个计算机系统可以被称为服务器或云。一个或多个计算机系统可以包括例如一个或多个网络服务器。向和从服务器或云发送和接收数据的其他计算机系统可以被称为例如客户端或云装置。
此处使用的术语“计算机可读介质”是指参与向处理器920提供用于执行的指令的任何介质。这种介质可以采用许多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，比如存储装置928。易失性介质包括动态存储器，比如存储器924。传输介质包括同轴线缆、铜线和光纤，包括构成总线922的导线。
计算机可读介质或计算机程序产品的常见形式包括例如软盘、可折叠盘、硬盘、磁带或任何其他磁介质、CD-ROM、数字视频盘(DVD)、蓝光光盘、任何其他光学介质、拇指驱动器、存储卡、RAM、PROM和EPROM、快闪存储器、任何其他存储芯片或存储盒、或者计算机可以从中读取的任何其他有形介质。
各种形式的计算机可读介质可能涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带到处理器920以供执行。例如，指令最初可以携带在远程计算机的磁盘上。远程计算机可以将指令加载到其动态存储器中，并且使用调制解调器在电话线上发送指令。计算机系统900本地的调制解调器可以接收电话线上的数据，并且使用红外发射器将数据转换成红外信号。耦合到总线922的红外检测器可以接收红外信号中携带的数据并且将数据放置在总线922上。总线922将数据携带到存储器924，处理器920从存储器924获取并且执行指令。由存储器924接收的指令可以可选地在由处理器920执行之前或之后存储在存储装置928上。
出于说明和描述的目的，本文已经给出了本教导的各种实施方式的描述。其不是穷举的，并且不会将本教导限于所公开的精确形式。根据上述教导，修改和变化是可能的，或者可以从本教导的实践中获得。另外，所描述的实施方式包括软件，但是本教导可以实现为硬件和软件的组合或者单独以硬件实施。本教导可以通过面向对象的和非面向对象的编程系统来实施。
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