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4.5 多级罗茨泵的真空获得

4.5.1 设计与工作原理

单级和多级罗茨泵属于容积式干式真空泵的范畴。它们也被 称为罗茨泵或罗茨鼓风机。本章描述的多级罗茨泵属于ACP 范围(阿迪克森清洁泵)
在一个泵中,两个同步反向旋转的转子 (1) 在单个壳体中非 接触旋转(图 4.9)。该转子具有 8 字形结构,且相互之间 有狭窄间隙。有四到六对转子位于转子轴上。每个转子腔通 过带有吸/排气口的定子盘与其他转子分离开来。输送的气体 从入口 (3) 被抽到出口 (4)。
一个轴由电机 (5) 驱动。另一轴通过齿轮箱中的同步齿轮 (6) 同步进行。润滑仅限于齿轮箱和低压和高压处的轴承 (9), 其与吸入室 (7) 通过轴封 (8) 密封开来。
由于吸入室中无摩擦,罗茨真空泵可在高达 6,000 rpm 的高 转速下操作。转子质量围绕轴线对称分布还产生完美的动态 平衡, 这意味着,尽管其转速很高,泵的运行却极为安静。

4.5.2 应用

ACP 范围内的干式、风冷式多级罗茨泵基于设计和性能参 数, 通常可直接替代同抽速范围内的油润滑旋片式真空泵。

多级罗茨泵的优势包括:

  • 在气体抽气腔区域没有润滑剂
  • 无油或粒子污染
  • 无工作液处理问题
  • 具有长期稳定的恒定真空参数
  • 因易损件的最小数量而实现的高可靠性
  • 具有一相或三相变频器恒定工作参数
  • 风冷、无安装费用和水冷操作成本
  • 可针对高入口压力连续运行
  • 长维修间隔产生低运营成本
  • 采用变频器的遥控选择
  • 因可调节 rpm、降低的噪音水平、能源利用和电源输入而 理想地适用于更多应用
  • 最小泄漏率
  • 涡轮分子泵和罗茨泵理想的前级泵
  • 认证符合 UL/CSA 和 SEMI S2 要求

蒸汽

如果没有额外的措施,由于其相对较低的工作温度,使用无油 泵则有泵内发生冷凝的危险。与旋片式真空泵类似,多级罗茨 泵装有气镇阀,以增加泵的水蒸汽耐受性和抽出水蒸气的能 力。泵内形成冷凝物增加了极限压力,导致腐蚀,且最坏情况 下,将导致泵故障。

在无气镇的情况下,ACP 泵可输送水分含量高达 5% 的介 质。 使用标准的泵气镇,水蒸汽耐受性为 10 hPa 且抽水蒸气 的能力为 100 g · h-1。在特殊泵版本(CV,可冷凝蒸汽)增 加气镇量, 可实现水蒸汽耐受性约为100 hPa,水蒸气的抽出 能力为 700 至 1,000 g · h-1,这取决于环境温度。

至于旋片式真空泵:在排空蒸汽前,泵体必须用气镇预热至少 半个小时。较高温度的泵体减少冷凝。减少冷凝的其他方法包 括获得尽可能低的出口压力及单独排出冷凝物。必须使用垂直 排气管道防止出口处的背压。如有有萃取系统,应将出口与其 连接。


灰尘和粒子

如果没有对大粒子物质的进入进行控制,在最坏情况 下,ACP 系列多级罗茨泵可堵塞并彻底损坏。为此,在含尘 工艺或如玻璃制造中, 在进气侧安装过滤器以防止造成破坏


腐蚀性气体

ACP 系列泵不适合于抽空大量的腐蚀性气体。在这方面多级 罗茨泵可用于半导体、太阳能和涂层行业中的腐蚀性气体工 艺(见第 4.6 节)。 然而,ACP 系列泵至少可用于处理少量 的腐蚀性气体。 在这种情况下,使用具有惰性气体净化的 泵,其中, 采用惰性气体保护轴承,且工艺气体通过在一个 泵腔中引入惰性气体进行稀释。


泄漏率

其高气密性能够保证多级罗茨泵 的长期使用以及昂贵气体的 循环使用 (4He, 3He, 同位素标记气体) 成为最佳解决方 案。


轻气体和高真空

多级罗茨泵通过出口阀以防止蒸气和氧气扩散回到吸入室, 这在抽出腐蚀性气体应用中会导致泵内发生化学反应。如果 需要产生真空以防止轻气体聚集和回流扩散,在应用中,必 须定期将该阀打开(如通过气镇)。

即便排气处的粗真空或气镇的使用就足以抽出连续的氦气体 流量,如在蒸发器低温恒温器中,几乎与氮或空气具有相同 的功能。

在载气禁止使用的应用中(如在闭合环路应用中),泵出口 处必须有真空。

4.5.3 ACP 产品概览

ACP 是风冷、干式多级罗茨泵,应用于低、中真空范围。该 产品的抽速范围从 14 到 37 m3 · h-1。可实现低于 0.1 hPa 的极限压力。其抽速和可达到的最终压力取决于通过变频器 选择的转速。

不管所涉及的是什么型号,ACP 泵可在其特定工作范围内任 何压力下连续操作。

通过在泵的不同位置增加气镇或密封气体,ACP 泵进行不同 的配置和优化适用广泛的应用范围。

4.5.3.1 风冷式多级罗茨泵

表 4.14 中显示的版本可配置三相或单相电源连接。 不论电源 电压和频率如何,所有的泵都配有变频器。

4.5.3.2 配件

粒子过滤器 (IPF)

如果存在过程相关的粉尘和粒子,泵必须配有上游粒子过滤 器, 以防止泵堵塞。可提供各种类型,以适合于泵上的连接 法兰。有效过滤网孔为 25µm。根据要求,可提供其他过滤 器类型和网孔尺寸。


消声器 (ES)

出口侧的消声器 ES 25S 降低了泵的噪音水平,特别是在接 近大气压的高工作压力下。它对接近极限压力下泵的噪音水 平无任何影响。


声音保护罩(NRC 和 SEK)

声音保护罩降低了 ACP 泵的声压水平,即使在工作压力接近 极限压力时。NRC 型罩将声压降低了约 5 到 6 dB(A) 并将最 高环境温度限制在 35 °C。SEK 型罩将声压降低了约 10 dB(A) 并将最高环境温度限制在 30 °C。