各种真空泵工作原理分析|旋涡气泵|干式真空泵|离心气泵|真空抽湿机|新欣真空设备,2014/6/6 9:54:15
各种真空泵工作原理分析

各种真空泵工作原理分析

关键字:干式真空泵

无油干式机械真空泵(又简称干式机械泵)是指泵能从大气压力下开始抽气,又能将被抽气体直接排到大气中去,泵腔内无油或其他工作介质,而且泵的极限压力与油封式真空泵同等量级或者接近的机械真空泵。


目前,真空行业使用的大多数机械真空泵都是用油、水或其它聚合物等流体充当泵的工作介质,在泵内起冷却、密封、润滑等多种作用。随着科学技术的发展以及真空应用领域的扩大,原有的机械真空泵及其组成的抽气系统出现了两个急需解决问题:一是泵的工作介质返流污染被抽容器,而这种返流在许多情况下影响产品的质量、数量,增加设备的维护成本。其次,由于某些工艺过程中的反应物质使真空泵内的介质严重变质,使泵不能正常工作。


对于普通的干式真空泵无油真空系统来说,虽然可用油封式真空泵加上冷阱或吸附阱之类附件来防止返流,但不能彻底解决问题,而且使系统显得复杂。而使用适当型式的干式真空泵,新干式真空泵则可以达到理想的使用效果。


干式机械真空泵的应用是广泛的,主要有以下几个方面:


1)低压化学气相沉积中的多晶硅制备工艺中;


2)半导体刻蚀工艺。干式真空泵在这些生产工艺中往往用到或生成腐蚀性气体和研磨微粒;


3)除半导体工艺外的某些产生微粒的工艺,不希望微粒混入泵油中,而希望微粒排出泵外,则用干式机械真空泵可以满足要求;


4)在化学工业、医药工业、食品工业中的蒸馏、干燥、脱泡、包装等,要防止有机溶剂造成污染,适合用干式真空泵

5)用做一般无油清洁真空系统的前级泵,以防止油污染。

干式机械真空泵得到迅速的发展,国外多家大真空公司都研制出了新型的干式机械真空泵。国内的许多单位也一直在进行干式机械真空泵的开发研制工作,如东北大学、沈阳真空技术研究所、上海真空泵厂等。目前,干式机械真空泵主要分为接触型及非接触型。接触型的干式真空泵主要有叶片式、凸轮式、往复活塞式、膜片式等,这类泵的速度较低,适用于小容量高压缩比(单级压缩比)。非接触型的干式泵有:罗茨型、爪型、螺杆型、涡旋型等,其速度较高,适用于大容量,低压缩比(指单级压缩比)。不同类型的干式泵具有各自的特点。使用时可根据不同的用途加以选择。


油封式真空泵是用油来保持运动部件的密封、靠泵腔容积变化而实现抽气的机械真空泵统称。干式真空泵的工作原理都是使泵腔工作室容积机械地增大和缩小而抽气。当泵腔内工作室容积变得最小时,与泵的入口管道连通,于是气体进入泵吸入腔,一直到吸入腔容积最大并重新与进气口分开时为止。当容积减少时,气体被压缩,直到气体的压力大于一个大气压,排气阀被打开,将气体排出。


用油作密封泵的必要性:当前大量使用的机械真空泵,即使设计得最好,干式真空泵相向运动的零件间配合精度即使很高。在泵达到极限真空时,也难以阻止气体由低真空端向入口端“突破”返流。另外,由于泵在设计制造及装配中不可避免地存在有害空间,这也降低泵的极限真空度。油封式真空泵就是用油将相向运动的零部件和排气阀零件间密封起来;将有害空间充填,使得高压气体反“突破”的机会少得多,密封性能也就好得多,从而使泵能达到较高的真空度。


油封式真空泵的应用,油封式真空泵按照结构型式可分为定片式、旋片式、滑阀式、余摆线式四种。目前,油封式真空泵是国内真空获得技术中应用最广的一种泵,它可单独用作低真空设备的排气用泵,也可用作高真空排气时的前级真空泵。真空行业中广泛使用的油封式机械真空泵大多是中、小型的旋片泵和中、大型的滑阀泵。因此,它已在国民经济的很多部门,例如电真空、电子、轻化工、钢铁、有色冶炼等工业部门中发挥着越来越大的作用。由于油封式真空泵均装有气镇装置,故也可以抽除潮湿气体。但现在还不适于抽除含氧过高、有爆炸性、对黑色金属有腐蚀性,对泵密封油起化学作用、及含有颗粒灰尘的气体。


分子真空泵(MoserbaerPVD)它是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子,干式真空泵使之获得定向速度,从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵。这种泵具体可分为:


1)牵引分子泵气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量,被驱送到泵的出口。


2)涡轮分子泵靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的。这种干式真空泵通常在分子流状态下工作。


3)复合分子泵它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵

 

目前,国内的许多研究单位和生产厂家正在设计和生产出抽除水蒸气和耐腐蚀的油封真空泵系列。随着新技术、新材料的发展和应用,性能更好的、能满足各种工业需要的、适应能力强的各种油封式真空泵必将生产出来。


罗茨真空泵的泵体的布置结构决定了泵的总体结构。目前国内外的罗茨真空泵总体结构大致有三种型式:(1)立式结构的进、排气口水平设置,装配和连接管路都比较方便。但泵的重心较高,在高速运转时稳定性差,故这种型式多用于小泵。(2)卧式泵的进气口在上,排气口在下。有时为了真空系统管道安装连接方便,可将排气口从水平方向接出,即进、排气方向是相互垂直的。此时,排气口可以从左或右两个方向开口,除接排气管道一端外,另一端堵死或接旁通阀。这种泵结构重心低,高速运转时稳定性好。一般大、中型泵多采用此种结构。(3)泵的两个转子轴与水平面垂直安装。这种结构装配间隙容易控制,转子装配方便,泵占地面积小。但泵重心较高且齿轮拆装不便,润滑机构也相对复杂。仅见于国外产品。


2、泵的传动方式罗茨真空泵的两个转子是通过一对高精度齿轮来实现其相对同步运转的。主动轴通过联轴器与电机联接。在传动结构布置上主要有以下两种:其一是电动机与齿轮放在转子的同一侧如图。从动转子由电动机端齿轮直接传过去带动,这样主动转子轴的扭转变形小,则两个转子之间的间隙不会因主动轴的扭转变形大而改变,故使转子之间的间隙在运转过程中均匀。这种传动方式的最大缺点是:a.主动轴上有三个轴承,增加了泵的加工和装配难度,齿轮的拆装及调整也不便;b.整体结构不匀称,泵的重心偏向电动机和齿轮箱一侧。


另一种是电动机和传动齿轮分别装在转子两侧。这种形式使泵的整体结构匀称,但主动轴扭转变形较大。为保证转子在运转过程中的间隙均匀,要求轴应有足够的刚度,轴和转子之间的联接要紧固(目前已有转子与轴焊或铸成一体的结构)。这种结构拆装都很方便,所以被广泛采用。
水环泵工作轮在泵体中旋转时形成了水环和工作室。水环与工作轮构成了月牙形空间。右边半个月牙形的容积由小变大,形成吸气室。左边的半个月牙形的容积由大变小,构成了压缩过程(相当于排气室)。被抽气体由进气管和进气口进入吸气室。转子进一步转动,使气体受压缩,经过排气口和排气管排出。排出的气体和水滴由排气管道进入水箱,此时气体由水中分离出来,气体经管道排到大气中,水由水箱进入泵中,或经过管道11排到排水设备中。水环泵的压缩比由泵的吸气口终了位置和排气口开始位置所决定。因为吸气口终止位置决定着吸气腔吸入气体的体积;而排气口开始的位置决定着排气时压缩了的气体的体积。对已经确定了结构尺寸的水环泵,可以求出其压缩比。


冷凝泵(MoserbaerPVD)又称浮获式真空泵,这种泵附加了一个高压氦压缩机,利用这个压缩机把气体冷凝成冰,而排出的主要是水气,一般可以使气体的温度将至冷下100度,甚至更低。它主要应用于超高级半导体的制造中,特点是工作当中非常的洁净,无污染。


以上都是些物理上能产生真空的PUMP,在光通讯上应用一种名叫980PUMP,又称为PUMPLASER。它主要是利用激光器把电能以泵浦的形式转换成980NM的光信号,在掺铒光纤中与铒分子反应,为光纤中流过的光信号提高能量,使之放大传送的更远。在光通讯元件生产中,也使用了专用的真空泵,要求真空泵不但能产生高的真空,还对泵的洁净度、抽气速率、极限压强、振动等参数提出了更高的需求。

 

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