TUTHILL真空產(chǎn)品的特點與應用

TUTHILL真空產(chǎn)品的特點與應用姜燮昌美國泰悉爾(中國)集團

真空獲得設備是一個量大面廣的產(chǎn)品。產(chǎn)量很大,單臺產(chǎn)值并不高,但它確實是一個直接影響到真空成套設備性能質(zhì)量的必不可少的基礎產(chǎn)品。

近年來,隨著我國真空技術應用領域的不斷擴大,特別是粗、低、中真空獲得設備占了整個真空工業(yè)應用的70％以止，各種真空獲得設備的增長亦非常迅速。目前我國生產(chǎn)的各種真空獲得產(chǎn)品其型號、規(guī)格、性能參數(shù)基本上能滿足我國真空應用發(fā)展的需要,特別是老產(chǎn)品都在不斷改進,性能質(zhì)量亦有明顯提高。

然而，當今我們所生產(chǎn)的真空泵其原理和結構幾乎與四、五十年前一樣,并沒有什么根本的變化。但是,隨著一些特殊用戶的需求以及一些新的應用領域的出現(xiàn),這將使我們真空獲得設備的發(fā)展正在進入一個新的時代。對于當前的真空應用領域而言,這些要求大致可歸納如下:降低泵的振動和噪聲,提高長期運行的可靠性,處理大量可凝性和揮發(fā)性氣體,降低能耗和運行成本,消除廢液處理和對環(huán)境的污染,要求耐腐蝕、耐粉塵以及獲得清潔、無油的真空環(huán)境等。上述這些要求迫使真空獲得設備制造廠家不斷改進它們產(chǎn)品特性以及研究開發(fā)新的真空獲得設備。一、降低泵的振動與噪聲

滑閥泵由于具有抽速大、性能穩(wěn)定、經(jīng)久耐用等特點，因而在真空工業(yè)裝置中作為粗抽泵占有很重要地位?；y真空泵結構圖見圖（1）圖1.滑閥真空泵結構圖2.吸氣腔擴大排氣腔縮小4.最后壓縮1.氣體壓縮3.繼續(xù)壓縮

排氣閥滑閥組件排氣腔吸氣腔泵體導軌體

工作原理圖2.滑閥泵工作原理

自從滑閥式真空泵問世以來,它的運動部件的慣性力和慣性力矩所產(chǎn)生的振動一直引起人們注意,五十多年來,人們對此做了大量工作,但至今尚未徹底解決。美國Kinney公司首創(chuàng)的“三缸結構”滑閥泵與目前國內(nèi)單缸外置雙平衡式結構的滑閥泵完全不同,它可以實現(xiàn)滑閥組件的自身平衡而無需外加配重,其結構見圖2所示。1,結構特點1),三缸內(nèi)平衡,使泵具有在運轉時基本無振動的特點。圖3.三聯(lián)滑閥內(nèi)平衡結構設計

圖4是Kinney滑閥泵內(nèi)置三缸平衡力的示意圖,中間為長滑閥組件,兩側各為等長的短滑閥組件,短滑閥組件的長度為長滑閥組件的1/2,它們之間的位置相差180°。如長滑閥所產(chǎn)生的慣性力為F,則短滑閥所產(chǎn)生的慣性力為F/2,因此慣性力和慣性力矩大小相等而方向相反,即：

F=F/2+F/2F×L/2=F×L/2F為長滑閥組件的慣性力

F=eG/g×(n/30)2式中:e—偏心輪的偏心距,mG偏心輪的重量,Ng重力加速度,m/s2n泵的轉速,r/min

用該平衡方法使得泵在運轉時滑閥組件所產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩可以完全抵消,是當今滑閥泵平衡效果最好的一種方法。圖3.內(nèi)置三缸慣性力和慣性力矩平衡圖圖4滑閥泵內(nèi)置三缸平衡力示意圖2),泵的噪聲低

由于該泵運轉平衡性好,再加上泵內(nèi)有一系列降低噪聲措施,使泵的噪聲遠遠低于國家標準規(guī)定的同規(guī)格產(chǎn)品的噪聲指標,其實測噪聲值為72dB(A)。

3),安裝簡便

這種三缸內(nèi)平衡的設計理念,可以使滑閥泵的安裝無需地腳螺栓,無需特殊的地基,可以安放在任何能支撐其重量的地面或臺架上,因而大大方便了用戶的使用。

在半導體、FDP、薄膜太陽能電池以及某些工況條件非常苛刻的化工、制藥等行業(yè),大都是采用羅茨泵與干式真空泵所組成的真空機組,一方面可以減少干泵尺寸,提高真空機組在中真空范圍的抽速，另外真空系統(tǒng)的極限真空亦可以提高一個數(shù)量級。根據(jù)羅茨泵的抽氣機理,由于它既不需要潤滑亦不需要密封介質(zhì),從原則上來說應該是無油的。但是羅茨泵的轉子必須由軸承來支撐和精密的同步齒輪來伝動。這些軸承和齒輪均需要有潤滑系統(tǒng)。另外當真空系統(tǒng)抽除腐蝕性氣體或蒸汽時,潤滑油亦會受到侵蝕。二、羅茨泵在清潔或腐蝕性工藝中的應用

羅茨真空泵工作原理美國Tuthill羅茨泵的軸封裝置(圖5)圖5.美國Tuthill的五點機械密封的羅茨泵(KMBD系列)

為了徹底解決油箱內(nèi)的油蒸汽和泵腔之間的交叉污染問題,即既要防止油箱內(nèi)的油蒸汽通過軸封返流到泵腔而造成對系統(tǒng)的污染,又要阻止工藝氣體通過軸封而進入油箱,造成對油的侵蝕。美國Tuthill的KMBD系列羅茨泵則全部采用機械密封,即除了電機輸入端采用圖7左下端所示的機械密封(54)外,其余4個機械密封(54)都用來作為泵腔與油箱之間的密封。這種全部是機械密封的羅茨泵特別適合于工藝氣體腐蝕性很強的應用場合,為了防腐蝕,這種羅茨泵的內(nèi)部凡是接觸工藝氣體的表面都要經(jīng)過涂層處理,Bi-Protec(Ni0.076mm+Cr0.005mm),所有密封圈材料為Kalrez全氟橡膠。

機械密封結構圖6隨著高新技術的發(fā)展和真空應用領域的不斷擴大，對真空獲得技術提出了十分苛刻的要求：1.無油清潔真空的獲得在半導體、平板顯示、薄膜太陽能電池等領域,傳統(tǒng)的有油真空系統(tǒng)已經(jīng)不允許使用,因為這種系統(tǒng)產(chǎn)生的碳氫化合物會影響最終產(chǎn)品的性能質(zhì)量,所以要求真空系統(tǒng)能獲得清潔無油的真空環(huán)境。三.干式螺桿真空泵2.有害氣體的抽除在半導體、化工、石化、制藥等應用領域中,其被抽的工藝介質(zhì)大多是有害氣體,即有毒、易燃、易爆以及腐蝕性氣體,在抽空過程中,這種有害氣體會與泵油相混合,而使泵油變質(zhì)劣化。同時在工藝過程中,化學反應的生成物及顆粒副產(chǎn)品也會給泵的正常工作帶來不利影響,所以真空泵必須是能抽除有害氣體和顆粒的無油干式真空泵。所謂干泵就是指:能在大氣壓到10-1Pa的壓力范圍內(nèi)工作,在泵的抽氣流道中不能使用任何油類和液體,排氣口與大氣相通,能連續(xù)向大氣中排氣的泵,即稱為干式真空泵。螺桿式真空泵是上世紀90年代出現(xiàn)的一種比較理想的干泵,其主要優(yōu)點是:圖7.螺桿真空泵工作原理干式螺桿真空泵干式螺桿真空泵是20世紀90年代初出現(xiàn)的一種理想泵型，它的工作原理見圖7當兩個并行的經(jīng)過精密加工的螺桿相對旋轉時，螺桿將被抽氣體從進氣口吸入并經(jīng)壓縮從排氣口排出。螺桿真空泵工作原理

Suction進氣口C/WReturn冷卻水進口Discharge排氣口C/WSupply冷卻水出口螺桿真空泵裝配KINNEY?

TuthillScrewVacuumPump

■

TSP

系列螺桿真空泵的四個型號

TSP150&350&450&800

TSP

系列

ATEXZone1(ExⅡ2GcT3)■TSP

螺桿真空泵的規(guī)格參數(shù)TSP系列螺桿真空泵擁有獨特的軸心冷卻螺桿設計,這將非常有益于減少螺桿轉子表面溫度及轉子的熱膨脹.擁有螺桿轉子的設計專利,冷卻水能直接通入螺桿內(nèi)部.憑借這一特色我們的泵非常適合于化工,制藥及塑料等工業(yè)應用.TSP技術特點冷卻水流通圖■擁有專利的螺桿設計■冷卻水能進入螺桿內(nèi)部冷卻水進冷卻水出TSP技術特點●

螺桿表面溫度低

螺桿表面溫度低于120℃

流程介質(zhì)在泵內(nèi)不會碳化●

轉子熱膨脹小

因為螺桿內(nèi)部有水冷卻,螺桿與螺桿螺桿與泵殼之間不會因為熱膨脹而卡死●

涂層耐用

因為螺桿內(nèi)部有水冷卻,螺桿表面溫度低涂層不會因為高溫而造成燒毀和脫落.

適合于強腐蝕環(huán)境的使用●

抽真空時間短

轉子無熱膨脹,冷態(tài)間隙小,很短時間內(nèi)就能達到要求真空KINNEY?

TSP技術特點材質(zhì)TSP技術特點機械密封■泄漏量

:氦檢漏

(2*10-5stdcc/secHe)■

壓力

:<5kg/?■溫度

:<250℃■靜止時彈簧壓力:1.74~1.95Kg/?(一般情況的標準值

:1.7~2.2Kg/?)TSP技術特點涂層TSP技術特點冷卻水條件

一般工業(yè)用水下表中±20%的用量含石灰石的地下水不適合用做冷卻水TSP150TSP350TSP450TSP800冷卻水量(l/min)12141620TSP技術特點

噪音及振動■振動4.5mm/s2.8mm/s2.8mm/s1.8mm/sTSP800TSP450TSP350TSP150

■噪音(dB)帶消音器8382828150Hz8584848360HzTSP800TSP450TSP350TSP150TSP技術特點

潤滑■ISOVG68■適當?shù)挠土俊雒咳齻€月?lián)Q一次油■視實際情況改變檢查和換油的次數(shù)-15℃224℃9.55100ISOVG100-15℃220℃8.8368ISOVG68-12.5℃226℃6.9646ISOVG46傾點

閃點運動粘度100℃運動粘度

40℃TSP技術特點在停泵前關閉泵的進氣口閥門,在進氣口沖入氮氣或水蒸氣運轉20~30分鐘,對泵腔及螺桿進行吹掃,清洗泵腔內(nèi)殘留的工藝氣體或表面粘附的粘稠物質(zhì).清洗吹掃對于當抽除腐蝕,有毒或是粘稠的例如樹脂類介質(zhì)時尤其重要.清洗吹掃TSP技術特點冷卻吹掃冷卻吹掃用于冷卻螺桿及內(nèi)部泵腔,減少排出氣體因壓縮而變熱.

進氣口吸入的工藝氣體應螺桿的轉動而被壓縮送到排氣口,壓縮使得氣體溫度升高,這必須要用冷卻吹掃來保護泵不會過熱而卡住.通常用空氣作為冷卻吹掃的氣體除非是有工藝要求來指定.在泵靠近排氣口的地方安裝有一個過濾器來吸入空氣來冷卻吹掃.

空氣過濾器TSP技術特點密封吹掃用氮氣加壓于前端蓋內(nèi)使得工藝氣體或液體不能進入裝有齒輪及軸承的油箱.接入的接口有2個,位于前端蓋的頂端.■氮氣壓力

:<0.5kg/?G■機械密封能承受得得最高壓力:5kg/?G.TSP技術特點螺桿泵的比較

■

變螺距泵有較高的極限真空,較低的功耗和排氣溫度.

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等螺距泵更耐用一點.

美國Tuthill最新開發(fā)的KDS425立式螺桿真空泵HourMeter計時器OilFilterchangemeter過濾器指示OilTemperature油溫OilPressure油壓Oillevel油位KDS-425KDS-425螺桿真空泵結構剖面圖KDS-425立式螺桿真空泵工作原理KDS-425泵腔內(nèi)設有專利技術的旁通閥，在高的入口壓力下具有良好的抽氣特性

a）對間歇式工藝和檢漏來說，它的抽降時間較快；無外部密封

a)無軸封泄漏

b)在車間地面上無油污耐腐蝕的螺桿

a)高含鎳量的螺桿

b)在許多化工應用中螺桿無需鍍層氣流式從上至下

a)由于重力和氣體流速的原因，顆粒和冷凝物不可能累積在泵腔內(nèi)

b)消除了累積區(qū)域，這種累積現(xiàn)象在所有臥式結構中是無法避免的KDS-425技術特點KDS425CapacityCurvesKDS-425抽氣曲線KDS真空泵優(yōu)點雙螺桿的垂直流向設計使得最大程度上減少液體及顆粒在泵內(nèi)的沉積垂直的懸臂設計不需要在進氣端使用軸承及密封件大的郵箱，延長了更換油的期限淬硬的齒輪，齒輪耐久性提高強制供油，使得軸承的檢修期高達5年容易清洗的泵腔/螺桿，泵殼能被垂直移開來清洗轉子，清洗螺桿和泵腔時無需重新安裝整個設備螺桿可以完全暴露在外，清洗螺桿和泵腔手工就可以，無需特殊工具和方法容易維護，不需特殊工具也不需要工廠協(xié)助，用戶自己就能維護耐用的螺桿不需要移動設備就可以更換螺桿假使由于工藝中帶有不可壓縮的物料而造成螺桿損壞，方便更換螺桿就成為非常重要的優(yōu)點，同時也降低了客戶的維護成本軸封可以在原位更換KDS-425優(yōu)點

KDS425Specifications參數(shù)規(guī)格表*50和60HZ電機泵的特性參數(shù)是一樣的.不同的傳動機構但使得螺桿的轉速是一樣的.KDS-425技術參數(shù)KDS-425螺桿泵驅動方式KDS-425傳動系統(tǒng)KDS-425傳動系統(tǒng)嵌齒皮帶KDS-425傳動系統(tǒng)為什么要用碳纖維皮帶？KDS-425傳動系統(tǒng)首次被美航天局應用于火箭和太空船碳纖維材料現(xiàn)今是商用航天器特選材料之一在其全部使用壽命中平均運轉效率超過98%.安靜(與齒輪比較而言)設計壽命超過25000小時（3年)較高的抗伸強度，不會伸長或延伸（免維護）帶齒皮帶定位精確降低維護成本當?shù)鼐涂梢再I到施加在皮帶上的力恒定只需要在泵大修或更換電機時校正皮帶更換皮帶很容易，減少停機時間自動張緊輪裝置

泵復裝或是更換電機時只需再調(diào)校一下

滑輪的凸緣確保更換皮帶后的同心性

容易進入更換皮帶減少停機時間KDS-425傳動系統(tǒng)四.中真空、低真空獲得設備的主要應用領域

多晶硅：多晶硅鑄錠爐要求爐內(nèi)的極限壓力亦必須抽到1Pa以下，美國GTSolar公司配置的真空機組是KMBD540羅茨泵加上KT-150單級滑閥泵，機組的極限壓力可達1ｘ10-2Pa。由于多晶硅生產(chǎn)廠都是將幾十臺甚至于上百臺爐子集中在一個封閉的空調(diào)廠房內(nèi)，所以對真空機組的振動和噪聲要求極為限嚴格，而且要求真空機組在連續(xù)60小時下運行無故障。由于KMBD540＋KT150羅茨滑閥機組體積小、重量輕、噪聲低、無振動、可靠性好，所以現(xiàn)在國內(nèi)外所有多晶硅鑄錠爐基本上都是采用Tuthill公司生產(chǎn)的羅茨滑閥機組。1.在多晶硅太陽能電池行業(yè)的應用行業(yè)應用化工項目：在ABS(高性能工程塑科)、PS(聚苯乙烯是熱塑性合成樹脂之一)等項目中，其被抽氣體中含有極毒的丙烯腈和苯乙烯以及易燃、易爆的工藝介質(zhì)。一般均采用羅茨液環(huán)泵真空機組，其極限真空度可達25Pa左右。其羅茨泵均采用五點機械密封，工藝氣體過流部分均作表面涂層處理，液環(huán)泵則配置雙端面機械密封并采用AP153沖洗，以確保無任何泄漏。2、在化工行業(yè)的應用行業(yè)應用3、在制藥行業(yè)溶媒回收中的應用

采用溶媒結晶工藝的原料藥，通常在結晶后進行過濾、洗滌和真空干燥。物料中含濕通常在20%~200%，濕物料所含溶媒通常是易燃、易爆、有毒、有害的介質(zhì)，它們在干燥工程中被真空機組抽走。傳統(tǒng)的濕式真空系統(tǒng)普遍選用羅茨液環(huán)真空泵機組，液環(huán)泵的密封液在運行中會溶解或吸收部分有機溶媒，在汽液分離器中分離廢氣和高濃度的有機廢液，這兩部分都需要處理，這不僅不能充分回收這部分溶媒，而且使企業(yè)運行成本增加，更對健康安全和環(huán)保帶來挑戰(zhàn)