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      1. 各種真空泵工作原理分析

        各種真空泵工作原理分析

        關鍵字:干式真空泵

        無油干式機械真空泵(又簡稱干式機械泵)是指泵能從大氣壓力下開始抽氣,又能將被抽氣體直接排到大氣中去,泵腔內無油或其他工作介質,而且泵的極限壓力與油封式真空泵同等量級或者接近的機械真空泵。


        目前,真空行業使用的大多數機械真空泵都是用油、水或其它聚合物等流體充當泵的工作介質,在泵內起冷卻、密封、潤滑等多種作用。隨著科學技術的發展以及真空應用領域的擴大,原有的機械真空泵及其組成的抽氣系統出現了兩個急需解決問題:一是泵的工作介質返流污染被抽容器,而這種返流在許多情況下影響產品的質量、數量,增加設備的維護成本。其次,由于某些工藝過程中的反應物質使真空泵內的介質嚴重變質,使泵不能正常工作。


        對于普通的干式真空泵無油真空系統來說,雖然可用油封式真空泵加上冷阱或吸附阱之類附件來防止返流,但不能徹底解決問題,而且使系統顯得復雜。而使用適當型式的干式真空泵,新干式真空泵則可以達到理想的使用效果。


        干式機械真空泵的應用是廣泛的,主要有以下幾個方面:


        1)低壓化學氣相沉積中的多晶硅制備工藝中;


        2)半導體刻蝕工藝。干式真空泵在這些生產工藝中往往用到或生成腐蝕性氣體和研磨微粒;


        3)除半導體工藝外的某些產生微粒的工藝,不希望微?;烊氡糜椭?,而希望微粒排出泵外,則用干式機械真空泵可以滿足要求;


        4)在化學工業、醫藥工業、食品工業中的蒸餾、干燥、脫泡、包裝等,要防止有機溶劑造成污染,適合用干式真空泵;

        5)用做一般無油清潔真空系統的前級泵,以防止油污染。

        干式機械真空泵得到迅速的發展,國外多家大真空公司都研制出了新型的干式機械真空泵。國內的許多單位也一直在進行干式機械真空泵的開發研制工作,如東北大學、沈陽真空技術研究所、上海真空泵廠等。目前,干式機械真空泵主要分為接觸型及非接觸型。接觸型的干式真空泵主要有葉片式、凸輪式、往復活塞式、膜片式等,這類泵的速度較低,適用于小容量高壓縮比(單級壓縮比)。非接觸型的干式泵有:羅茨型、爪型、螺桿型、渦旋型等,其速度較高,適用于大容量,低壓縮比(指單級壓縮比)。不同類型的干式泵具有各自的特點。使用時可根據不同的用途加以選擇。


        油封式真空泵是用油來保持運動部件的密封、靠泵腔容積變化而實現抽氣的機械真空泵統稱。干式真空泵的工作原理都是使泵腔工作室容積機械地增大和縮小而抽氣。當泵腔內工作室容積變得最小時,與泵的入口管道連通,于是氣體進入泵吸入腔,一直到吸入腔容積最大并重新與進氣口分開時為止。當容積減少時,氣體被壓縮,直到氣體的壓力大于一個大氣壓,排氣閥被打開,將氣體排出。


        用油作密封泵的必要性:當前大量使用的機械真空泵,即使設計得最好,干式真空泵相向運動的零件間配合精度即使很高。在泵達到極限真空時,也難以阻止氣體由低真空端向入口端“突破”返流。另外,由于泵在設計制造及裝配中不可避免地存在有害空間,這也降低泵的極限真空度。油封式真空泵就是用油將相向運動的零部件和排氣閥零件間密封起來;將有害空間充填,使得高壓氣體反“突破”的機會少得多,密封性能也就好得多,從而使泵能達到較高的真空度。


        油封式真空泵的應用,油封式真空泵按照結構型式可分為定片式、旋片式、滑閥式、余擺線式四種。目前,油封式真空泵是國內真空獲得技術中應用最廣的一種泵,它可單獨用作低真空設備的排氣用泵,也可用作高真空排氣時的前級真空泵。真空行業中廣泛使用的油封式機械真空泵大多是中、小型的旋片泵和中、大型的滑閥泵。因此,它已在國民經濟的很多部門,例如電真空、電子、輕化工、鋼鐵、有色冶煉等工業部門中發揮著越來越大的作用。由于油封式真空泵均裝有氣鎮裝置,故也可以抽除潮濕氣體。但現在還不適于抽除含氧過高、有爆炸性、對黑色金屬有腐蝕性,對泵密封油起化學作用、及含有顆?;覊m的氣體。


        分子真空泵(MoserbaerPVD)它是利用高速旋轉的轉子把動量傳輸給氣體分子,干式真空泵使之獲得定向速度,從而被壓縮、被驅向排氣口后為前級抽走的一種真空泵。這種泵具體可分為:


        1)牽引分子泵氣體分子與高速運動的轉子相碰撞而獲得動量,被驅送到泵的出口。


        2)渦輪分子泵靠高速旋轉的動葉片和靜止的定葉片相互配合來實現抽氣的。這種干式真空泵通常在分子流狀態下工作。


        3)復合分子泵它是由渦輪式和牽引式兩種分子泵串聯組合起來的一種復合型的分子真空泵

         

        目前,國內的許多研究單位和生產廠家正在設計和生產出抽除水蒸氣和耐腐蝕的油封真空泵系列。隨著新技術、新材料的發展和應用,性能更好的、能滿足各種工業需要的、適應能力強的各種油封式真空泵必將生產出來。


        羅茨真空泵的泵體的布置結構決定了泵的總體結構。目前國內外的羅茨真空泵總體結構大致有三種型式:(1)立式結構的進、排氣口水平設置,裝配和連接管路都比較方便。但泵的重心較高,在高速運轉時穩定性差,故這種型式多用于小泵。(2)臥式泵的進氣口在上,排氣口在下。有時為了真空系統管道安裝連接方便,可將排氣口從水平方向接出,即進、排氣方向是相互垂直的。此時,排氣口可以從左或右兩個方向開口,除接排氣管道一端外,另一端堵死或接旁通閥。這種泵結構重心低,高速運轉時穩定性好。一般大、中型泵多采用此種結構。(3)泵的兩個轉子軸與水平面垂直安裝。這種結構裝配間隙容易控制,轉子裝配方便,泵占地面積小。但泵重心較高且齒輪拆裝不便,潤滑機構也相對復雜。僅見于國外產品。


        2、泵的傳動方式羅茨真空泵的兩個轉子是通過一對高精度齒輪來實現其相對同步運轉的。主動軸通過聯軸器與電機聯接。在傳動結構布置上主要有以下兩種:其一是電動機與齒輪放在轉子的同一側如圖。從動轉子由電動機端齒輪直接傳過去帶動,這樣主動轉子軸的扭轉變形小,則兩個轉子之間的間隙不會因主動軸的扭轉變形大而改變,故使轉子之間的間隙在運轉過程中均勻。這種傳動方式的最大缺點是:a.主動軸上有三個軸承,增加了泵的加工和裝配難度,齒輪的拆裝及調整也不便;b.整體結構不勻稱,泵的重心偏向電動機和齒輪箱一側。


        另一種是電動機和傳動齒輪分別裝在轉子兩側。這種形式使泵的整體結構勻稱,但主動軸扭轉變形較大。為保證轉子在運轉過程中的間隙均勻,要求軸應有足夠的剛度,軸和轉子之間的聯接要緊固(目前已有轉子與軸焊或鑄成一體的結構)。這種結構拆裝都很方便,所以被廣泛采用。
        水環泵工作輪在泵體中旋轉時形成了水環和工作室。水環與工作輪構成了月牙形空間。右邊半個月牙形的容積由小變大,形成吸氣室。左邊的半個月牙形的容積由大變小,構成了壓縮過程(相當于排氣室)。被抽氣體由進氣管和進氣口進入吸氣室。轉子進一步轉動,使氣體受壓縮,經過排氣口和排氣管排出。排出的氣體和水滴由排氣管道進入水箱,此時氣體由水中分離出來,氣體經管道排到大氣中,水由水箱進入泵中,或經過管道11排到排水設備中。水環泵的壓縮比由泵的吸氣口終了位置和排氣口開始位置所決定。因為吸氣口終止位置決定著吸氣腔吸入氣體的體積;而排氣口開始的位置決定著排氣時壓縮了的氣體的體積。對已經確定了結構尺寸的水環泵,可以求出其壓縮比。


        冷凝泵(MoserbaerPVD)又稱浮獲式真空泵,這種泵附加了一個高壓氦壓縮機,利用這個壓縮機把氣體冷凝成冰,而排出的主要是水氣,一般可以使氣體的溫度將至冷下100度,甚至更低。它主要應用于超高級半導體的制造中,特點是工作當中非常的潔凈,無污染。


        以上都是些物理上能產生真空的PUMP,在光通訊上應用一種名叫980PUMP,又稱為PUMPLASER。它主要是利用激光器把電能以泵浦的形式轉換成980NM的光信號,在摻鉺光纖中與鉺分子反應,為光纖中流過的光信號提高能量,使之放大傳送的更遠。在光通訊元件生產中,也使用了專用的真空泵,要求真空泵不但能產生高的真空,還對泵的潔凈度、抽氣速率、極限壓強、振動等參數提出了更高的需求。

         

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