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技术文章

干式螺杆真空泵研究现状与展望


目前各种真空泵的发展愈来愈受到真空应用场合的影响,一般的真空系统无法满足清洁无油及耐腐蚀的要求,因此近年来干式真空泵市场需求量很大,真空获得产品已经出现更新换代的局面,大量的有油真空系统已被无油清洁的真空系统所代替。国外几乎每一家较大的真空公司都生产各种不同型式的干式真空泵.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,但其制造技术为国外掌握,我国尚处于起步阶段,市场对于干式有迫切的需求。
1、研究现状
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。螺杆泵的技术关键问题。
 干式螺杆真空泵的结构
螺杆真空泵结构主要由螺杆转子、壳体、冷却循环和密封件构成。传动轴连接主动转子,通过同步齿轮带动从动转子旋转,在壳体上开有冷却水通道,用来冷却转子和排气口温度,同步齿轮及轴承用油润滑,轴承和壳体内部通过密封件来密封以达到无油的效果。干式螺杆真空泵同无油螺杆压缩机在密封和润滑上结构类似,一般真空泵的排气端用机械式密封件,进气侧通常用双唇形密封件。在传动方式上,目前通用的是直连电机,用联轴器与转子连接,极少数用皮带或者传动链传动。
等螺距螺杆泵由于无内压缩过程,排气温度非常高,如冷却效果不好,会造成转子和机壳变形,影响抽气效果。冷却机壳是必不可少的一个环节,水冷是蕞常见的方法,在机壳本体、轴承外侧通冷却水,可以达到冷却壳体进而冷却转子的目的。莱宝公司在转子内部通水冷却,增加转子寿命,并达到很好的冷却效果。但该结构设计,需要一定的技术及加工水平支持。
用水冷有时不能达到冷却效果,因而通常在靠近排气端转子附近通冷却气体(多为氮气),现在国外的主流螺杆真空泵都采用这种方法。这种方法有几个好处,第一,能冷却转子及机壳,降低排气温度;第二,当气体内含有颗粒物时,能防止颗粒物沉积,或者发生化学反应引起爆炸。
2、国内外主要生产公司概况
(1)塔海尔公司的KDP,SDV系列螺杆真空泵,塔海尔公司收购了凯尼真空公司,凯尼是美国历史上蕞悠久的从事真空获得设备的专业制造公司,在螺杆真空泵制造方面也是处于世界领先地位,KDP系列为等螺距转子的真空泵,SDV为变螺距螺杆泵,二者均为水冷系统,风冷系统可选择。SDV是在KDP基础上进行的改进,变螺距螺杆泵能实现气体内部压缩,使排气温度降低,同比等螺距节能30%;在转子上采用NiFlon涂层,即第一层为Ni,第二层为PFA,即使PFA磨损了,Ni层也能实现防腐蚀,同时采用Kalrez全氟化橡胶密封圈。SDV系列是凯尼公司主推的螺杆真空泵。
(2)德国莱宝公司在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。
(3)德国普旭公司的COBRAN系列螺杆泵,制程工艺蕞理想的真空泵,特别适用于化工和制药行业的各工艺流程。普旭是世界上蕞大的真空泵、鼓风机和压缩机的供应商之一,真空泵的质量较高,相比其他厂家,在欧洲市场占有率极高,价格偏贵。
(4)德国里奇乐的VSA/VSB系列,VSA系为等螺距转子,市场评价较好,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。
(5)日本的几个生产商。日本是应用螺杆真空泵非常多的国家,半导体和LCD行业应用广泛,大晃株式会社的吉村将士等很早就在单头等螺杆转子方面申请了专利,在转子上做了深入的研究。日立公司早期也做过螺杆泵方面的研究。
3、研究展望
干式螺杆真空泵国内的研究还处在起始阶段,很多技术难题还没有解决。比如转子涂层防腐蚀技术、降低排气口温度、增大转子面积利用率等问题仍然很棘手,当抽取一些活泼气体时,由于排气温度高,安全性也是需要设计中考虑的,用在需要控制音量的场合,如何降噪也要成为研究方向。但其优越的性能决定了它一定会在真空获得设备行业占主导地位,就像现在螺杆压缩机在行内的统治地位一样。
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