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無油渦旋真空泵技術的發展與現狀

1 引言

    渦旋的概念相當久遠,20世紀初世界上就已經有了渦旋技術的專利。但由于當時技術水平的限制,渦旋機構制造不出來,渦旋的概念也就被淡忘了。1973年渦旋機構被重新提起并制造出第一臺模型機構,使這項技術實際應用成為可能。渦旋機構的可靠性高、運行平穩、噪音極低、節省能源等潛力和巨大優勢馬上引起了冰箱行業的重視和迫切需求,大受行業領先者青睞,迅速被投入工業化應用。Trance、Hitachi、Copland等著名公司的渦旋壓縮機技術與產品引領了世界渦旋技術實用化的浪潮,帶動了如冰箱、空調等諸多行業的技術進步和產品的更新換代。

    今天渦旋技術已經由初期的應用在壓縮機行業推廣到真空泵制造業,實現了全無油、運行更平穩、噪音更低、更加節省能源的渦旋清潔真空獲得技術的實用化。人們應用渦旋概念與原理制造出了對真空應用儀器設備和環境沒有污染,并且抽速、壽命、能耗等指標均優于普通油泵的單級、雙級無油渦旋真空泵系列產品。

    上個世紀90年代初,世界上首臺渦旋真空泵推向市場,渦旋技術由此開始作為一種新型真空獲得技術在世界范圍內被推廣應用。到目前為止,世界上渦旋真空泵的生產廠家集中在美國、日本和歐洲,以日本的Anest Iwata、美國的Varian、德國的Bush等為代表。產品包括了自0.25L/S~10L/S系列產品,有些15L/S或更大抽氣量的產品也在試驗階段。

2 無油渦旋真空泵的特點與應用領域

    清潔的真空環境一直是科學家和企業界追求的理想真空環境。自能夠創造真空環境開始,人們就試圖采用不同的手段達到清潔真空的效果。時至今日,清潔真空獲得設備已經發展到冷凝泵、柱塞泵、爪式泵、渦旋泵以及隔膜泵等多種產品。在現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運行平穩、噪音低、節省能源、重量輕、體積小的特點并已經被廣泛應用到下述科學研究與生產領域:1半導體行業——薄膜制備設備、半導體器件封裝設備;2真空冶金行業——真空爐、納米材料制備設備、真空檢漏設備;3科學儀器行業——同步輻射光束線、電子顯微鏡、分析測試儀器;4醫療設備——牙科儀器、透析機;6生物制品行業——材料提純、藥品制備;7包裝行業——食品、藥品、生物制品等包裝設備。

3 無油渦旋真空泵工作原理、技術指標以及與普通油泵的對比

    無油渦旋真空泵的渦旋盤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一個渦旋型盤狀結構。一個靜渦旋盤與一個動渦旋盤組成一對渦旋盤付構成了渦旋無油真空泵的基本抽氣機構。例如在雙級無油渦旋真空泵中,有兩個方向對應的固定渦旋盤,一個位于兩個渦旋盤之間的轉動渦旋盤。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入、排氣口排出、完成排氣循環。

    眾所周知,無油渦旋真空泵(Oil free scroll vacuum pump)與普通油真空泵相比具有顯著的特點。

4 無油渦旋真空泵的優點及其能給用戶解決的問題
4.1無油渦旋真空泵性能優越

    渦旋真空泵的主要優點是間隙小、泄漏少,具有較高的壓縮比,在較寬的壓力范圍內有穩定的抽速,工作壓力范圍寬;由于壓縮腔容積的變化是連續的,因而驅動扭矩變化小,功率變化小,振動噪音低,可靠性高。這是其他類型的干式真空泵所不具備的。

4.2 無油渦旋真空泵解決了污染與震動等基礎、共性問題

    由于普通旋片油泵的漏油、噪音、返油污染、高能耗以及振動等問題給用戶造成不良影響,如生物制品行業與半導體行業的油蒸汽污染與工藝系統返油問題。真空鍍膜設備的鍍膜工藝中,在20~40Pa真空條件下鍍膜時,如果應用普通旋片機械真空泵作為前級真空泵要將對鍍膜工藝設備造成污染,影響成膜質量。半導體晶片制造工藝中使用油泵與使用干泵相比,成品率存在50%左右的差距,并且排出的油霧蒸汽對環境也有污染?茖W儀器行業尤其是在分析測試儀器行業,采用油泵對測試結果將造成不良影響。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。另外渦旋無油真空泵消除了普通油泵的漏油給用戶帶來的環境污染與煩惱。

4.3 無油渦旋真空泵使系統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的返油污染,需要在抽氣系統中加冷阱捕獲油分子;系統運行過程當中還需要定期清洗除油;有的需要定期更換真空泵油。采用渦旋無油真空泵第一不需要加冷阱之類捕油機構、第二不需要更換真空泵油、第三振動更小、運行更平穩、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,上述優點使無油渦旋真空泵成為普通旋片油真空泵的更新換代產品。

5 結束語

    國內以半導體、電子工業為代表的制造工藝當中和科學研究與分析測試行業迫切需要無油污染的清潔真空環境,但是清潔真空獲得設備如冷凝泵、柱塞泵、爪式泵、渦旋泵以及隔膜泵等目前都沒有形成可靠先進的批量國產產品。進口無油渦旋真空泵作為一種在中國正式投放市場不超過3年的新產品,由于價格、市場的開拓和用戶的認識程度等原因,沒有形成良性循環。這樣,一方面是迫切的市場需求,另一方面從價格與技術雙方面看沒有合適的產品,造成了極大的市場缺口。

    毫無疑問價格適中、性能可靠的無油渦旋真空泵將成為適合中國市場要求產品的主流,大力發展無油渦旋真空泵勢在必行。研制符合中國市場需求的渦旋類及其他無油真空泵系列產品及其檢測技術手段也成為中國真空獲得行業進一步發展的一個契機。

    為解決我國科學研究和新材料、半導體等行業發展面臨的技術手段存在的基礎、共性問題,近年來已經不斷有業內專家向國內介紹無油渦旋真空泵技術及其發展現狀,國外無油渦旋真空泵生產廠家與代理對中國市場的開發使其在中國市場的銷量在逐年增長。國內真空行業相關企業也開展了基礎、應用研究及小規模試制無油渦旋真空泵生產等不同階段的探索,只是由于技術基礎、激勵機制、研發手段、資金投入的限制,研發工作進展不是非?。產品質量、穩定可靠性、以及技術推廣與市場開拓規劃、原則、手段等也是問題。因此無油渦旋真空泵系列產品下一步產業化技術研發與市場開發是企業必須解決的兩大問題。隨著研發手段、資金投入、市場開拓問題的解決,渦旋無油真空泵將會打開市場,從而提高整個真空獲得行業的技術水平。成功的渦旋無油蔗農蹦系列產品研發與市場開發模式也將為我國其他清潔真空獲得設備如冷凝泵、柱塞泵、爪式泵以及隔膜泵等提供有效的借鑒。

 

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