干式螺桿真空泵的技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望:
目前各種真空泵的發(fā)展愈來愈受到真空應用場合的影響，一般的真空系統(tǒng)無法滿足清潔無油及耐腐蝕的要求，因此近年來干式真空泵市場需求量很大,真空獲得產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)更新?lián)Q代的局面,大量的有油真空系統(tǒng)已被無油清潔的真空系統(tǒng)所代替。國外幾乎每一家較大的真空公司都生產(chǎn)各種不同型式的干式真空泵.螺桿真空泵屬于非接觸型干式泵,是20世紀90年代初期出現(xiàn)的一種理想的泵種,以其抽速范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、抽氣腔元件無摩擦、壽命長、能耗低、無油污染等優(yōu)點,但其制造技術(shù)為國外掌握,我國尚處于起步階段,市場對于干式真空泵有迫切的需求。
1、研究現(xiàn)狀
干式螺桿真空泵由于其優(yōu)越的性能，在歐美和日本目前已經(jīng)成為微電子、半導體、制藥、精密加工等行業(yè)首選真空獲得設備，日本在螺桿壓縮機基礎(chǔ)上，很早就研發(fā)出了真空泵的多頭轉(zhuǎn)子型線，并投入市場。德國幾家真空設備公司也逐步的開發(fā)出了等螺距、變螺距轉(zhuǎn)子型線，并在轉(zhuǎn)子和機體冷卻方面做了很多研究。螺桿泵的技術(shù)關(guān)鍵問題。
(1)轉(zhuǎn)子端面型線
螺桿真空泵主要部件是一對旋向相反的螺距螺桿，電機的傳動軸連接主動轉(zhuǎn)子，通過一對高精度的同步齒輪帶動從動螺桿，兩螺桿間留有間隙，通過兩轉(zhuǎn)子的嚙合達到抽氣的目的(如圖1)。
核心技術(shù)是螺桿齒形，不同的齒形直接決著泵的極限真空、抽氣速率、容積效率、振動和噪聲等技術(shù)性能指標的差異。目前螺桿真空泵的端面型線主要分為兩種，單頭轉(zhuǎn)子型線和多頭轉(zhuǎn)子型線。如圖2、3所示。
3多頭轉(zhuǎn)子端面型線
源于螺桿壓縮機的多頭轉(zhuǎn)子型線起步較早，有的廠家直接用螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子型線用在真空泵上使用。日立公司很早就把4-6頭螺桿轉(zhuǎn)子型線用在真空泵上，韓國LG公司的真空泵目前也使用多頭轉(zhuǎn)子型線，由于兩嚙合轉(zhuǎn)子接觸線的頂點不能達到陰、陽轉(zhuǎn)子氣缸孔的交線，在接觸線頂點和機殼的轉(zhuǎn)子氣缸孔之間，會形成一個空間曲邊三角形，也就是泄漏三角形，氣體將從壓力較高的齒間容積，泄漏至壓力較低的鄰近齒間容積，由于這個泄漏三角形的存在，導致多頭螺桿真空泵的極限真空度較低，加上這類轉(zhuǎn)子加工難度大，需要專用機床，造價昂貴，因而逐步退出螺桿真空泵市場。為適應市場需求，各公司開始開發(fā)單頭等螺距轉(zhuǎn)子型線，日本的荏原株式會社和大晃株式會社等相繼研發(fā)出了具有知識產(chǎn)權(quán)的單頭螺桿轉(zhuǎn)子型線。KASHIYAMA公司也有自己的單頭轉(zhuǎn)子型線見世。
東北大學的劉春姐、張世偉等是國內(nèi)較早研究螺桿真空泵的學者，對單頭等螺距型線、單頭變螺距型線、雙邊對稱圓弧型線做了一定的研究，并申請了專利。但其所發(fā)表的文章中尚未給出完整的轉(zhuǎn)子端面構(gòu)成及嚙合、泄漏和齒間面積利用效率的分析。
臺灣中正大學的馮展華教授與漢鐘精機合作，研發(fā)螺桿真空泵，并于2004年申請了專利(圖4)。去年在爪式真空泵的基礎(chǔ)上，提出了螺桿爪式型線，給出了螺桿轉(zhuǎn)子端面型線的構(gòu)成，并與一般形式的螺桿真空泵型線進行了對比,螺桿爪式型線仍然存在泄漏三角形,但對極限真空影響很小,這種型線主要在軸向泄漏(透孔)方面進行了改進,使得改進后透孔面積大大減小,真空度可以明顯提高。
西安交通大學壓縮機研究所的郭蓓教授在多頭螺桿轉(zhuǎn)子型線基礎(chǔ)上,研發(fā)出一種新型的單頭轉(zhuǎn)子端面型線,也稱自共軛型線,兩個轉(zhuǎn)子完全相同,.理論上給出了完整的接觸線,在同樣的抽氣速率下,可以保證軸向泄漏(透孔)面積更小,極限真空度有很大提高。
里奇樂、凱尼和萊寶公司在單頭等螺距轉(zhuǎn)子型線基礎(chǔ)上均研發(fā)出單頭變螺距轉(zhuǎn)子型線，并將產(chǎn)品投放市場。除了使用一對非等距螺桿以外，變螺距螺桿式設計和等螺距螺桿式設計的基本原理非常相似。螺桿間容積的不斷減小使得其內(nèi)部產(chǎn)生壓縮。這種設計由于產(chǎn)生內(nèi)部壓縮而使得其耗電量降低到同多級泵相當?shù)乃�。但在很多工藝中，這種內(nèi)部壓縮同多級泵一樣，極易造成氣體在泵體內(nèi)的物理化學變化而產(chǎn)生固化或液化。而等螺距螺桿式設計中，氣體通路最短也最簡單。這樣，氣體在泵體內(nèi)停留的時間也最短。雖然這種設計由于減少了內(nèi)部的壓縮比而使得其耗電量相對較高，但在很多復雜的半導體工藝中表現(xiàn)出極高的穩(wěn)定性。 |
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