無油渦旋真空泵技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

1、無油渦旋真空泵技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用作者：未知 來源：未知 日期: 2005-10-25 訪問： 156一、引言 渦旋的概念相當久遠，20世紀初世界上就已經(jīng)有了渦旋技術(shù)的專利。但由于當時技術(shù)水平的限制，渦旋機構(gòu)制造不出來，渦旋的概念也就被淡忘了。1973年渦旋機構(gòu)被重新提起并制造出第一臺模型機構(gòu)，使這項技術(shù)實際應(yīng)用成為可能。渦旋機構(gòu)的可*性高、運行平穩(wěn)、噪音極低、節(jié)省能源等潛力和巨大優(yōu)勢馬上引起了冰箱行業(yè)的重視和迫切需求，大受行業(yè)領(lǐng)先者青睞，迅速被投入工業(yè)化應(yīng)用。Trance、Hitachi、Copland等著名公司的渦旋壓縮機技術(shù)與產(chǎn)品引領(lǐng)了世界渦旋技術(shù)實用化的浪潮，帶動了如冰箱、空調(diào)等諸多行業(yè)的

2、技術(shù)進步和產(chǎn)品的更新?lián)Q代。今天渦旋技術(shù)已經(jīng)由初期的應(yīng)用在壓縮機行業(yè)推廣到真空泵制造業(yè)，實現(xiàn)了全無油、運行更平穩(wěn)、噪音更低、更加節(jié)省能源的渦旋清潔真空獲得技術(shù)的實用化。人們應(yīng)用渦旋概念與原理制造出了對真空應(yīng)用儀器設(shè)備和環(huán)境沒有污染,并且抽速、壽命、能耗等指標均優(yōu)于普通油泵的單級、雙級無油渦旋真空泵系列產(chǎn)品。上個世紀90年代初，世界上首臺渦旋真空泵推向市場，渦旋技術(shù)由此開始作為一種新型真空獲得技術(shù)在世界范圍內(nèi)被推廣應(yīng)用。到目前為止，世界上渦旋真空泵的生產(chǎn)廠家集中在美國、日本和歐洲，以日本的Anestta、美國的Varian、德國的Busch等為代表。產(chǎn)品包括了自0.25L/S到10L/S系列產(chǎn)品，

3、有些15L/S或更大抽氣量的產(chǎn)品也在試驗階段。二、無油渦旋真空泵的特點與應(yīng)用領(lǐng)域清潔的真空環(huán)境一直是科學(xué)家和企業(yè)界追求的理想真空環(huán)境.自能夠創(chuàng)造真空環(huán)境開始,人們就試圖采用不同手段達到清潔真空的效果.時至今日,清潔真空獲得設(shè)備已經(jīng)發(fā)展到冷凝泵、住賽泵、爪式泵、渦旋泵以及隔膜泵等多種產(chǎn)品.在現(xiàn)有的無油真空泵當中,無油渦旋真空泵與其他種類的無油真空泵相比具有下述特點:.無油，無摩擦真空腔內(nèi)無油，非接觸，無磨損，不產(chǎn)生微粒塵埃污染，可獲得清潔真空；.抽氣量大雙渦旋盤，結(jié)構(gòu)與單級相比相同直徑泵抽氣容積為2倍，節(jié)省能源；.抽氣效率高帶有3-4個抽氣單元，壓差??；大氣與真空之間由O型圈密封，泄漏低；.非接

4、觸,良好平衡,力矩影響小，噪音低，振動小；.結(jié)構(gòu)簡單緊湊，相同尺寸下，運動半徑小，運行平穩(wěn)；.體積小，維修方便，維護費用低；.采用空氣冷卻，無需水冷。目前無油渦旋真空泵的應(yīng)用領(lǐng)域為:.半導(dǎo)體行業(yè)薄膜制備設(shè)備、半導(dǎo)體器件封裝設(shè)備；.科學(xué)儀器行業(yè)同步輻射光束線、電子顯微鏡、分析測試儀器；.機械設(shè)備行業(yè)材料制備設(shè)備、真空檢測、材料提純設(shè)備；.化學(xué)工業(yè)；醫(yī)療設(shè)備牙科儀器、透析機、生物制品與藥品制備；包裝行業(yè)食品、藥品、生物制品等包裝設(shè)備。三、無油渦旋真空泵工作原理、技術(shù)指標以及與普通油泵的對比無油渦旋真空泵主要由5個部件組成：動靜渦旋盤付與基座；曲軸；密封墊；防自轉(zhuǎn)機構(gòu)；電機。無油渦旋真空泵的渦旋盤就

5、是一個一端與一個平面相接的一個或幾個漸開線螺旋形成的一個渦旋型盤狀結(jié)構(gòu)體。一個靜渦旋盤與一個動渦旋盤相互交*組裝在一起，兩者之間由防自轉(zhuǎn)機構(gòu)保證180。相位差，這樣結(jié)合組成的一對渦旋盤付構(gòu)成了無油渦旋真空泵的基本抽氣機構(gòu)。靜渦旋盤與動渦旋盤彼此之間在幾條直線(即橫截面渦旋線上的幾個點上接觸形成對稱的幾對月牙腔，動渦旋盤在曲軸的驅(qū)動下繞靜渦旋盤的渦旋體中心運動，使靜渦旋盤與動渦旋盤的接觸點沿渦旋曲面移動實現(xiàn)吸氣、壓縮與排氣。例如在雙級無油渦旋真空泵中，有兩個方向?qū)?yīng)的靜渦旋盤，一個位于兩個渦旋盤之間的動渦旋盤。動、靜渦旋盤相對運動形成容積不斷變化的新月形真空腔使氣體從抽氣口吸人、排氣口排出，完成

6、吸氣、壓縮、排氣的循環(huán)。曲軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，就有一組新的月牙腔形成，所以無油渦旋真空泵的吸氣、壓縮、排氣循環(huán)以近1500轉(zhuǎn)/分的頻率被連續(xù)重復(fù),對被抽氣體形成包容和強制輸送。眾所周知，無油渦旋真空泵(Oil free scrloo vacuum pump與普通油真空泵相比具有顯著的特點。下面以普通旋片真空泵為例，說明其差別：表1 無油渦旋真空泵與普通直聯(lián)式旋片真空泵技術(shù)指標的對比技術(shù)指標 旋片式油真空泵 渦旋無油真空泵 抽速（ 1/s ） 2.0 ， 4.0 ， 8.0 2.0 ， 4.4 ， 8.7 極限真空度（ pa ） 0.6 1.0 使用壽命 (h 40000 40000 大修間隔（ h ）

7、 8000 8000 冷卻介質(zhì) 油 空氣 噪聲（ dB ） 75 60 質(zhì)量（ kg ） 70 41 電機 相數(shù) 3/1 1 電壓 (V 220/380 220 功率 (KW 1.1 0.6 轉(zhuǎn)數(shù) (r/min 1400 1437 四、無油渦旋真空泵的優(yōu)點及其能給用戶解決的問題1無油渦旋真空泵性能優(yōu)越無油渦旋真空泵的主要優(yōu)點主要包括：.密封性良好,沒有向機械泵那樣直接連接吸、排氣腔的泄漏通道,容易密封,容易達到較高的真空度。.回轉(zhuǎn)半徑小，動靜渦旋盤相對滑動速度僅為旋片真空泵的1/7左右，動靜渦旋盤之間的動密封相對容易，有利于延長泵的使用壽命。壓縮進程必較緩慢，有2個或者3個壓縮過程同時進行，壓

8、縮腔相對曲軸對稱，這樣泵的運轉(zhuǎn)過程平穩(wěn)、驅(qū)動力矩和氣體沖擊波動小，使泵的噪音和振動降低?？偠灾?，無油渦旋真空泵結(jié)構(gòu)簡單、具有較高的壓縮比，在較寬的壓力范圍內(nèi)有穩(wěn)定的抽速，工作壓力范圍寬；動靜渦旋盤之間間隙小、泄漏少，由于壓縮腔容積的變化是連續(xù)的，因而驅(qū)動扭矩變化小，功率變化小,振動噪聲低，可*性高。這是其它類型的干式真空泵所不具備的。2無油渦旋真空泵解決了污染與振動等基礎(chǔ)、共性問題由于普通旋片油泵的漏油、噪聲、返油污染、高能耗以及振動等問題給用戶造成不良影響，如生物制品行業(yè)與半導(dǎo)體行業(yè)的油蒸汽污染與工藝系統(tǒng)返油問題。真空鍍膜設(shè)備的鍍膜工藝中，在2040Pa真空條件下鍍膜時，如果應(yīng)用普通旋片機

9、械真空泵作為前級真空泵將對鍍膜工藝設(shè)備造成污染，影響成膜質(zhì)量。半導(dǎo)體晶片制造工藝當中使用油泵與使用于泵相比，成品率存在明顯的差距，并且排出的油霧蒸汽對環(huán)境也有污染.科學(xué)儀器行業(yè)尤其是在分析測試儀器行業(yè)，采用油泵對測試結(jié)果將造成不良影響。大型同步輻射光束線上采用無油渦旋真空泵作為前級真空泵的作用也相當明顯。另外無油渦旋真空泵消除了普通油泵的漏油給用戶帶來的環(huán)境污染與煩惱?，F(xiàn)有無油渦旋真空泵用戶的使用情況也證明了這種泵的優(yōu)越性和可*性。3.無油渦旋真空泵使系統(tǒng)制造與運行成本降低為防止普通旋片油真空泵對真空系統(tǒng)的返油污染,需要在抽氣系統(tǒng)中加冷阱捕獲油分子；系統(tǒng)運行過程當中還需要定期清洗除油；有的需要

10、定期更換真空泵油.采用無油渦旋真空泵第一部需要加冷阱之類捕油機構(gòu)、第二不需要更換真空泵油、第三振動更小、運行更平穩(wěn)、第四能耗降低、第五重量更輕、第六突破了油泵使用范圍的限制。這些優(yōu)點使無油渦旋真空泵成為普通旋片油真空泵的更新?lián)Q代產(chǎn)品。五、無油渦旋真空泵的結(jié)構(gòu) 無油渦旋真空泵主要部件為渦旋盤付曲軸和密封墊.該泵的抽氣壓縮排氣機理是在動、靜渦旋盤相互不接觸的情況下，依*動、靜渦旋盤相對轉(zhuǎn)動形成吸氣腔和壓縮腔，將被抽氣體排出，連續(xù)完成吸氣、壓縮和排氣過程。在充分考慮抽氣過程中發(fā)生熱交換的情況下，盡量減少動、靜渦盤問的徑向和軸向間隙,可以提高抽速和極限真空度。針對無油渦旋真空泵結(jié)構(gòu)上存在著的運轉(zhuǎn)過程中

11、水分和雜質(zhì)易積聚和軸承易磨損的弱點,加氣鎮(zhèn)閥是必要的選擇。結(jié)構(gòu)上的改進主要有兩點：加氣鎮(zhèn)閥使極限真空度保持要求值進氣壓力O.03MPa(G以下，流量lOL/min以下。軸承端面加雙側(cè)密封圈密封，有效防止軸承磨損。在無油渦旋真空泵的設(shè)計過程中，需要解決的問題包括：渦旋泵的CAD設(shè)計一一型線方程的確定及修正，初始角修正，運動模擬；渦旋盤的加工一一加工精度、加工工藝間隙的大?。撼樗佟O限真空度；渦旋盤的表面處理一一耐腐蝕、潤滑、硬度、處理工藝、表面均勻性；密封墊材料的選擇與加工密封墊要求有彈性、耐磨、不產(chǎn)生微粒。六、無油渦旋真空泵的使用1安全注意事項使用前與使用過程中應(yīng)當注意的安全事項包括：無油渦旋

12、真空泵的抽氣范圍(用于抽潔凈氣體。不能抽有毒、易燃、易爆、腐蝕性氣體、化學(xué)品、溶劑及粉末等。安裝要求(安裝在沒有易燃、易爆物品、避雨、無蒸汽的安全場所。安裝在水平面上(傾角小于5。周圍無灰塵、無鐵屑、石塊或木塊。一定要安全接地。一定要安裝緊急制動開關(guān)。接線要由合格的電工完成。在合適的工作環(huán)境溫度(540內(nèi)工作。正確安裝使用(接線或檢查時必須切斷電源，不能將手指或其他物品放人泵的氣孔或冷卻翅片的間隙中。正確維修檢驗(根據(jù)本說明書要求定期檢查，泵徹底冷卻后再進行維護與檢驗工作；由專業(yè)人士維修，不能改造此泵。2安裝方法安裝前要認真檢查下述各項：檢查確認包裝放置方向正確。檢查確認產(chǎn)品為訂購的型號。檢查

13、確認無破損。泵運轉(zhuǎn)時拆掉進氣口與排氣口法蘭。如果連續(xù)帶法蘭工作，會對泵引起損害。安裝時應(yīng)注意：安裝在避雨、無蒸汽的場所，避免電擊危險；安裝在通風(fēng)良好、隔絕爆炸物、無腐蝕性和易燃氣體及其他有關(guān)物體處。安裝在堅實、平整面上(傾角小于5。，陽光不能直射處。在規(guī)定環(huán)境溫度范圍(540內(nèi)工作。要在真空室和進氣口連線上安裝截止閥和排氣閥。這些閥用于開關(guān)無油渦旋真空泵時阻止泵中積存的碎屑被抽回真空室中。開關(guān)泵時要先關(guān)閉截止閥。連接管路一定要潔凈。建議使用軟管連接，這樣泵的振動不會傳到真空室。連接排氣管時要注意管的長度和尺寸。建議排氣管長不超過15米，內(nèi)徑25mm。注意泵工作時排氣管不能堵塞。注意排氣壓力不能

14、超過大氣壓。連線時必須首先斷開電源，由合格的電工連線。泵必須提供外部保護，如8L/s泵最小電路容量為單相、18A，最大分路電流斷路器容量為15A。一定要安裝推薦容量的電流斷路器以避免電機燒毀，電線和地線截面積一定要超過2mm2。否則會引起損害或火災(zāi)。與電機接線端子連接的電線要配適當?shù)膱A圈形接頭。一定要接地。否則可能引起電擊或人身傷害。交貨時連線電壓為單相，220伏。3無油渦旋真空泵的操作抽干燥氣體無油渦旋真空泵在初次啟動或者長期不用時達到極限真空需要較長時間。應(yīng)在關(guān)閉進氣閥狀態(tài)下連續(xù)抽氣68小時，每小時打開進氣閥23次，每次35秒。如果泵抽水或者高濕度氣體(相對濕度>；60，水汽可能殘留

15、在泵中降低泵的性能。這時關(guān)閉泵與系統(tǒng)之間的截止閥，啟動泵，運轉(zhuǎn)時打開進氣閥進大氣幾次，每次35秒，可以將泵中的水汽排出。泵工作時要拆去進氣口法蘭和排氣口法蘭，否則會對泵有損害。泵啟動和關(guān)閉時要關(guān)閉截止閥，否則開關(guān)泵時泵中積存的碎屑會被抽回真空室中。重新啟動泵時，啟動前要開啟進氣閥進大氣35秒，否則會造成泵中溫度不平衡，導(dǎo)致泵失效。無油渦旋真空泵的啟動步驟包括：關(guān)閉截止閥(以免泵中積存的碎屑會被抽回真空室中(帶漏氣閥開寸耍開啟漏氣閥；打開泵開關(guān)；開啟截止閥(檢查確認真空泵已開啟，使用漏氣閥時要關(guān)閉漏氣閥，抽真空室。停泵步驟包括：關(guān)閉截止閥(避免泵中積存的碎屑被抽回真空室；關(guān)閉泵開關(guān)。4無油渦旋真

16、空泵的操作抽水汽(1抽水汽注意事項無油渦旋真空泵的維護標準是以抽潔凈氣體為基礎(chǔ)制定的，抽水汽標準不同。因此要注意下述各點：抽水蒸汽泵的維護時間間隔必須縮短，因為水汽的溫度、抽除量、抽除頻率和水汽中物質(zhì)成份對泵的工作都有影響。.抽水蒸汽時，要在規(guī)定溫度下工作，進氣溫度必須低于50。當被抽氣體溫度高于50時，應(yīng)當在無油渦旋真空泵與真空室之間的連接管路上安裝冷卻器或冷阱，以降低進氣溫度，使之低于50。進氣溫度高于50會對無油渦旋真空泵造成損害。抽水汽時要加氣鎮(zhèn)閥，無油渦旋真空泵抽水蒸汽會導(dǎo)致水汽在泵內(nèi)凝結(jié)。凝結(jié)的水汽會引起泵極限真空度降低，或者對泵造成損害。氣鎮(zhèn)閥不僅能抽水汽，還能維持極限真空。(2

17、氣鎮(zhèn)閥的使用注意事項所謂氣鎮(zhèn)閥及其作用概念非常簡單，就是在容積式真空泵的壓縮室上開一小孔，裝上一個調(diào)節(jié)閥。打開此調(diào)節(jié)閥啟動無油渦旋真空泵，當動渦旋盤轉(zhuǎn)動某一位置時，空氣就通過小孔摻人壓縮室以降低壓縮比，從而使大部分水蒸氣不至于凝結(jié)，和摻入的氣體一起被排出泵外。這樣就達到了抽水蒸汽的目的。而這個調(diào)節(jié)閥就是氣鎮(zhèn)閥。氣鎮(zhèn)閥的使用注意事項包括：抽水汽時，必須開啟氣鎮(zhèn)閥抽氣。如果氣鎮(zhèn)閥關(guān)閉抽氣，水汽會在泵內(nèi)積結(jié)，對泵造成損害。抽水汽后，必須在開啟氣鎮(zhèn)閥狀態(tài)下再抽氣超過l小時，如果抽水汽后立即關(guān)閉氣鎮(zhèn)閥，水汽會在泵內(nèi)積結(jié)，對泵造成損害。當給氣鎮(zhèn)閥口充氮氣或干燥大氣時，要將壓力控制在大氣壓內(nèi)，流量小于lON

18、L/min,氣壓高會對泵造成損害。當被抽真空室內(nèi)濕度高于60時，定要開啟氣鎮(zhèn)閥。 一定要在泵開啟前、關(guān)閉后，開啟和關(guān)閉氣鎮(zhèn)閥，千萬不能在泵工作過程中關(guān)閉氣鎮(zhèn)閥。泵工作時改變氣鎮(zhèn)閥工作狀態(tài)(開啟或關(guān)閉會使泵損壞，造成人身傷害。(3抽水汽時泵的操作抽水汽時，泵的啟動步驟包括：關(guān)閉截止閥(以免開關(guān)泵時泵中積存的碎屑會被抽回真空室中(帶漏氣閥時要開啟漏氣閥；打開氣鎮(zhèn)閥(拆下絲堵，換上氣體過濾器即可；打開泵開關(guān)；開啟截止閥(檢查確認真空泵已開啟，使用漏氣閥時要關(guān)閉漏氣閥，抽真空室。抽水汽時，停泵步驟包括：關(guān)閉截止閥(避免泵中積存的碎屑被抽回真空室；關(guān)閉泵開關(guān)；關(guān)閉氣鎮(zhèn)閥(結(jié)束氣鎮(zhèn)閥工作時，拆下氣體過濾器

19、，用扳手輕輕擰上絲堵。5無油渦旋真空泵的檢查與維護(1檢查與維護注意事項無油渦旋真空泵為防止碎屑在泵中沉積，每天抽大氣幾次，每次35秒。要注意高溫，在泵足夠冷卻后，再進行檢查與維護。停泵后立即維修可能引起燒傷。檢查與維護之前一定要切斷電源。否則可能引起電擊或被旋轉(zhuǎn)物傷害。如果安裝與工作條件差、工作環(huán)境溫度超過規(guī)定，請縮短維護間隔。環(huán)境溫度是泵失效的主要影響因。標準維護間隔是以環(huán)境溫度540，年平均溫度25為基礎(chǔ)制定的。(2檢查與維護內(nèi)容要點部件 檢查點與注意點 檢查時間間隔 軸承 異常噪聲（聽） 每天檢查 新更換軸承 8000 小時 密封件如密封墊、 O 型圈 新更新密封件 8000 小時&#

20、160;6故障診斷與排除 幾年來用戶在無油渦旋真空泵的使用過程中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了各種問題，也總結(jié)了問題解決的方法。歸納起來，不外乎下述各種。如果出現(xiàn)故障，可以參照下表排除之。如果自己不能解決問題，可以聯(lián)系賣泵的經(jīng)銷商和生產(chǎn)單位。同時筆者歡迎用戶提出使用中的問題，以利于無油渦旋真空泵的進一步改進。七、結(jié)束語國內(nèi)以半導(dǎo)體、電子工業(yè)為代表的制造工藝當中和科學(xué)研究與分析測試行業(yè)迫切需要無油污染的清潔真空環(huán)境，但是清潔真空獲得設(shè)備如冷凝泵、柱賽泵、爪式泵、渦旋泵以及隔膜泵等目前都沒有形成可*先進的批量國產(chǎn)產(chǎn)品。進口無油渦旋真空泵作為一種新產(chǎn)品，由于本文前述的價格、市場的開拓和用戶的認識程度等原因，沒有形成良性循環(huán)。這樣，一方面是迫切的市場需求，另一方面從價格與技術(shù)雙方面看沒有合適的產(chǎn)品，造成了極大的市場缺口。 毫無疑問價格適中、性能可*的無油渦旋真空泵將成為適合中國市場要求產(chǎn)品的主流,大力發(fā)展渦旋無油真空泵勢在必行。研制符合中國市場要求的渦旋類及其它無油真空泵系列產(chǎn)品及其檢測技術(shù)手段也成為中國真空獲得行業(yè)進一步發(fā)