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--个人整理、总结
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目录
干式真空泵及现状
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思科涡旋科技(杭州)有限公司
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干式真空泵及现状
干式真空泵是清洁真空获得设备的代表,在各类真空泵的市场份额中占23%,年增长率超过
15%。干式泵的主要应用领域有半导体、化工、薄膜、仪器、医药、食品等行业。
往复式干泵是往复式真空泵(又称活塞式真空
泵)的一种,依靠气缸内的活塞作往复式运动来吸
入和排出气体。
往复式干泵的主要特点是①结构简单,易于操
作,价格便宜;②工作过程中不产生粉尘;③耐粉
尘,排水蒸气压力强;④流量跨度较大。但这种泵
又具有往复式真空泵易损件多,寿命短,可靠性
差,效率低等特点。往复式干泵最常见的就是活塞
干泵(DryPiston)和Vacuum无油隔膜泵Pump
(Oil-FreeDiaphragm)可抽除He,H,PumpAr和N等气体,可作为涡轮分子泵、低温泵的粗
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抽泵和前级泵使用。
活塞干泵(DryPiston)的Vacuum典型代表为莱宝Pump(EcoDry系列)和普发(Pfeiffer
XtraDry系列)。EcoDry系列泵,流量在11m3/hr至48m3/hr之间,。
XtraDry系列泵,两级活塞泵流量为13m3/hr,极限真空度为103Pa(10mbar),四级活塞泵流量为
,极限真空度为10Pa。主要作为气体分析泵及高真空泵的前级泵使用。
无油隔膜泵(Oil-FreeDiaphragm)主要有普发(Pfeiffer)Pump的MVP系列,凯孚(KNF)的
Laboport系列以及莱宝(Leybold)的DiVac系列。此类泵主要应用在实验室及作为分子泵的前级
泵使用。实验室应用主要有旋转蒸发器(rotaryevaporators)、真空干燥箱(dryingchambers)、
真空过滤设备(filtration、真空蒸units)馏设备(vacuumdistillation、凝configurations)
胶干燥(geldrying)、真空升华(sublimation)、疏散真空干燥(evacuating、desiccators)分析
仪器(analysispreparation)、流体灭菌(streamsterilization)、小样本真空冷冻干燥(small
samplefreeze及其他医drying)疗应用。作前级泵主要有质谱分析仪(MassSpectrum
Analysis)、ICP_MS测试仪、清罐仪及电子加速器等。
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普发的MVP系列无油隔膜泵流量在3L/min至160L/min之间,两极泵的极限真空度为
3mbar,。
莱宝的DiVac系列无油隔膜泵主要是实验室应用,流量有10L/min、20L/min和35L/min,单
级泵极限真空为100mbar,双级极限真空为8mbar。
德国凯孚是专业生产无油隔膜泵的厂商,产品主要分为OEM、LAB两个系列,产品以微、小流
量产品为主,单级极限真空可达100mbar,两级可达3mbar,。
爪式干泵是一种变容积式真空泵,通过转子对
同步反方向旋转来产生容积变化实现吸气和排气的
过程,从而实现抽真空(压缩)的目的。目前国内
外企业均有使用螺旋结构爪泵和反爪结构爪泵的原
理。
爪式干泵的特点:①泵腔内无润滑油介质;②
可直排大气,也可与罗茨真空泵及分子泵组成无油真空机组;③可抽除溶蚀性、可凝性及易燃易
暴气体,如酒精、氧气等;④不产生工业废水,可实现零排放。但这种泵对粉尘的容忍能力较
差,泵在整个工作过程中,都需要通冷却水。
目前爪式干泵有一级、两级、三级和四级,国产的基本为两级(非标)和三级泵,主要应用
领域是生物制药行业(溶剂回收、蒸馏、换热器散热装置)、化工行业以及真空干燥等。四级泵
国外典型厂商为Leybold、Edwards。
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两级爪式泵的极限真空在500Pa左右,三级泵的极限真空在50Pa左右,四级泵的极限真空能
达到1Pa左右。目前在我们爪式泵的最主要应用为生物制药和化工领域用,大多数为三级爪式
泵,常见流量在10m3/hr至540m3/hr。
罗茨干泵同样是容积式真空泵的一种,其原理与罗茨鼓风机相
似,由转子不断旋转,被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空
间内,再经排气口排出。这种泵中、大型泵居多,在化学工业与半导
体工业有较多应用,它可在恶劣(含较多粉尘的)条件下进行抽空作
业。
由于罗茨泵转子的压缩比较低,所以这种干式泵都必须多级串联
(一般是5至6级,)才能将压缩后的气体直接排到大气中。这种泵
在高压段压缩时,会产生较多的热量,故而多采用气体冷却方式
散热,故称这种泵为风冷式多级罗茨泵。
罗茨干泵(泵组)特点:①在较宽的压强范围内有较大的抽
速;②起动快,能立即工作;③对被抽气体中含有灰尘和水蒸气
不敏感;④振动小,噪音在78至93dB(A),转子动平衡条件较
好;⑤可长时间运行,机械摩擦损失较小,寿命长;⑥可抽除腐蚀性和有毒性的气体。目前应用
,(),流量
在1500L/min至20000L/min(90m3/hr至1200m3/hr之间,主要应用在)冶金、镀膜、真空干燥、
太阳能光伏设备、半导体行业等领域,主要是工业级的应用。典型生产厂家:Stokes、
Alcaltel、Edwards等。
螺杆真空泵有螺杆式、螺旋式和复合式三种结构,利用一对螺杆,在泵壳中作同步高速反向
旋转而产生的吸气和排气作用的抽气设备,两螺杆经精细动平衡校正,由轴承支撑,安装在泵壳
中,螺杆与螺杆之间都有一定的间隙,因此泵工作时,相互之间无摩擦,运转平稳,噪音低,工
作腔无需润滑油。螺杆真空泵属于非接触型干式泵,是20世纪90年代初期出现的一种理想的
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泵种,以其抽速范围宽、结构简单紧
凑、抽气腔元件无摩擦、寿命长、能耗
低、无油污染等优点。
干式螺杆真空泵由于其优越的性
能,在欧美和日本目前已经成为微电
子、半导体、制药、精密加工等行业首
选真空获得设备,日本在螺杆压缩机基
础上,很早就研发出了真空泵的多头转
子型线,并投入市场。德国几家真空设
备公司也逐步的开发出了等螺距、变螺距转子型线,并在转子和机体冷却方面做了很多研究。
目前国内与国外的螺杆技术还存在较大差距,技术还没有真正成熟,因此国内企业只能生产卧
式螺杆泵,质量较好的螺杆也基本都依赖进口,我国上海、北京、山东有不少企业生产干式螺
杆泵,其极限真空度理论上能达到1Pa左右,但实际应用中极限真空都在10Pa以上。国外生
产干式螺杆泵的企业主要有德国莱宝(Leybold)、德国普旭(Busch)、德国里奇乐
(Rietschle)、美国希赫(SIHI)等,且希赫能生产立式干式螺杆泵。主流干式螺杆泵的流量基
本在2500L/min至25000L/min(150m3/hr至1500m3/hr)之间,主要适合于工业级的应用,
比如:真空镀膜、离子刻蚀、真空干燥、真空蒸馏、分子蒸馏、化学(制药)溶剂回收、太阳
能光伏设备等。
德国莱宝Leybold公司在2002年底正式推出的SREWLINE系列螺杆式无油压缩真空泵是
一种专门为工业应用(非半导体应用)设计的干式泵,
它是一种全新的设计,是专门用来解决工业应用中艰
苦的真空问题,如粉尘、焦油等。此泵也是采用变螺
距转子,有内压缩过程,泵腔内无轴承和密封,大大
降低了故障率,泵腔内没有内部阀门,因而耐粉尘和
焦油能力强,此泵的螺杆采用内部中空冷却,可以降
低转子温度和热变形,螺杆寿命长。
德国普旭Busch公司的COBRAN系列螺杆泵,制程工艺最理想的真空泵,特别适用于化工
和制药行业的各工艺流程。
德国里奇乐Rietschle的VSA/VSB系列,VSA系为等螺距转子,性能稳定。VSB系列是
变螺距转子设计(非线型齿形设计),同其他几家一样,通过内压缩来改变泵的功耗和排气温
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度,不用两级压缩中间冷却,单级即可实现很高的真空度。在密封件上做了改进,静态密封元
件优选Viton材料,在有特殊要求的情况下选择PTFE或者添加有PTFE的密封件。动态密封
元件在真空泵吸入侧用双密封唇;真空泵排气侧用简单的带有防止气体外溢的密封圈,以防止
固体物质进入泵内。
涡旋干泵是涡旋式真空泵的一种,由一个固定的浙开线涡旋盘和一个呈偏心回旋平动的渐开
线运动涡旋盘组成可变容积腔的真空泵,其独特设计,使其成为当今世界上最节能的真空泵。
涡旋的概念已相当久远,20世纪初
世界上就已经有了涡旋技术的专利。但
由于当时技术水平的限制,涡旋机构制
造不出来,涡旋的概念也就被淡忘了。
1973年涡旋机构被重新提起并制造出第
一台模型机构,使这项技术实际应用成
可为能。涡旋机构的可靠性高、运行平
稳、噪音极低、节省能源等潜力和巨大
优势马上引起了冰箱行业的重视和迫切
需求,大受行业领先者青睐,迅速被投
入工业化应用。
今天涡旋技术已经由初期的应用在压缩
机行业推广到真空泵制造业,实现了全无油、运行更平稳、噪音更低、更加节省能源的涡旋清洁
真空获得技术的实用化。人们应用涡旋概念与原理制造出了对真空应用仪器设备和环境没有污
染,并且抽速、寿命、能耗等指标均优于普通油泵的单级、双级涡旋无油真空泵系列产品。
传统涡旋压缩技术,为保证产品运行过程中,动定涡卷之间不直接接触,同时又要保证气密
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性,促使对涡卷的加工精度要求高,成品率较低。若不保证加工精度,则会造成动定涡卷之间间
隙大,泄漏率高,从而造成气体重复压缩,直接影响产品可靠性及使用寿命。传统涡卷结构,动
定涡卷之间采用动涡卷顶端密封的方式,而采用PTFE条密封,使得密封件与定涡卷之间始终存在
一定的摩擦,导致其维修周期较短,可靠性较差,未能充分发挥涡旋压缩技术的优势。再者摩擦
会使PTFE材料的密封件磨损产生粉末,在空气洁度要求高的净领域无法适用。该技术的代表有
Iwata(日本岩田)、Varian(瓦里安)、Edwards(爱德华兹)等,其单级真空度最高能达到1Pa。
浮动式涡旋压缩技术,通过精细的
力平衡(气体压力与推力之间的平
衡),使得涡卷盘在无油或微没的条件
下,始终保持适当的接触,使之达到完
全密封状态而又将摩擦损失最小化,从
而直接提高了产品的压缩效率,可靠性
及使用寿命。浮动式涡旋结构,不采用
动涡卷顶端密封结构,无PTFE密封磨屑,成为最理想的洁净真空获得设备。
浮动式涡旋压缩技术,采用动定涡卷之间自补给设计结构,从而解决其他设计结构因产品正
常运行磨损,而导致抽气速率及真空度逐步降低的问题,使
其能量效率和容积效率在整个使用寿命期间,呈现逐步提高
直至完全磨合状态,直至轴承等易损件需要维修为止,大幅
度延长了产品的维护周期,降低了使用成本。该技术为思科
涡旋科技(杭州)有限公司23年来对涡旋技术的专注及研究
的结果,,双级更是
。
涡轮式干泵是一种动量传输式干式泵。该产品的代表公司有日本三菱以及台湾的一些厂家。
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分子泵自1912年诞生以来,至今已快近一个
世纪了。它在初期进展较缓慢,在1970年以前,
分子泵的应用还仅限于核物理、电真空、表面科学
等领域。但近20年来由于半导体产业的兴起和薄
膜工业的发展,分子泵才被人们所重视,并得到了
兴旺和发达,现代的分子泵已发展到实用和普及的
阶段。
分子泵是利用高速旋转的转子把动量传输给气
体分子,使之获得定向速度,从而被压缩、被向驱排气口后为前级抽走的一种真空泵,其极限压
力可达到10-9Pa,抽速在50~40000L/s,振动小,结构精密。
分子泵可分为:
⑴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。该泵
有螺旋矩形结构和盘型结构。
⑵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。这种泵通常在分子流状态下工作。这种泵有
两种基本结构,分别是卧式和立式。广泛应用于表面分析、
加速器技术、等离子体技术、电真空器件的制造及真空技术
的各个领域。
⑶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,有涡轮+螺旋矩形结构和涡
轮+盘型槽式结构。
分子泵的典型生产厂商有Varian(瓦里安)、Pfeiffer(普发)。
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表述不恰当之处,还请各位专家、大虾批评指正,欢迎各位沟通交流!
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