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kalrez 干式螺杆真空泵最全详解

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  • 2022-09-22
  • 小编

干式螺杆真空泵是干式泵家族中的一员。所谓干式真空泵,在泵的抽气流道中,不能使用任何油类和液体,排气口与大气相通,能直接连续向大气中排气的泵。干式真空泵在抽气流道内无任何液态工作介质或密封介质,从根本上解决了油封式真空泵引发的各种问题。

干式螺杆真空泵出现于上世纪90年代初,由于它具有抽速范围宽广、结构简单紧凑、泵腔内无摩擦元件、能耗低、无废液排放以及运行成本低等一系列优点,因而在半导体、光伏产业、化工、制药、石化、空间模拟、低压风洞等领域得到广泛应用。


PART 01 工作原理及其特点

干式螺杆真空泵是由一对同步齿轮带动逆向旋转的螺杆,在螺杆与螺杆之间、螺杆与泵腔之间均有一定的间隙,没有任何金属与金属之间的接触。于是螺杆在旋转过程中就将被抽气体从进气口吸入并排出到排气口。干式螺杆真空泵按照其中螺杆类型划分可分为等螺距和变螺距两类,而变螺距中又分为螺杆二段螺距大小不等和螺杆螺距连续变化两种。


从左至右:等螺距、变螺距(二段拼成)、螺距连续变化(整体)不同的螺杆设计。



等节距螺杆与变节距螺杆P-V图

螺杆式真空泵与罗茨型、爪式真空比较


气路比较

多级罗茨式气路

罗茨+爪式气路

干式螺杆泵气路

抽速特性比较



干式螺杆真空泵的特点

干式螺杆真空泵零部件少,没有易损件,因此它运转可靠且寿命长,操作维护方便;

由于采用变螺距结构,比等螺距螺杆可节省30%能耗,排气温度较低;

干式螺杆真空泵没有不平衡的惯性力,机器可平稳地高速运行,噪声低;

具有强制输气的特点,在宽广的压力范围内能保持较高的抽速,排气量几乎不受排气压力的影响;

由于干式螺杆真空泵转子齿面间留有微小间隙,因而可抽除腐蚀性、有毒、含有粉尘、可凝性蒸汽等多种气体,微小颗粒不容易堆积,泵腔内的剩余物也容易被清除;

螺杆真空泵结构断面图

PART 02 材料配置及特殊涂层


部位

材料配置

泵体/端盖

球墨铸铁

转子

铸铁,标准为无涂层,特殊涂层可选

同步齿轮

合金钢,精磨斜齿轮

轴封:驱动端

机械密封和唇形密封

轴封:非驱动端

三联唇形密封

轴封:驱动轴端

机械密封

O 型圈

Kalrez® 4079 / Viton® A-1009


螺杆真空泵的涂层

由于干式真空泵极大多数是用于抽除腐蚀性或危险性气体,为了防止泵腔和螺杆被腐蚀或生锈并延长泵的使用寿命,根据不同的应用可选择下列不同的涂层:

PTFE (聚四氟乙烯)涂层:耐化学性能好,但涂层寿命较短,熔点低于300℃且耐磨性较差。

NIFA涂层:对所有的化学物质均具有良好的耐腐蚀性,耐机械划伤的性能好;

NIFLON涂层:良好的耐磨性,对基材具有良好的结合力,对极大多数化学物质具有良好的耐蚀性,耐机械划伤。


PART 03 性能参数与注意事项

下述是7种不同规格型号的变螺距螺杆真空泵的技术参数。


使用注意事项

螺杆真空泵背压:螺杆真空泵通常的排气压力是大气压,在配用电机功率不变的情况下最大允许背压到0.3barg。如果螺杆真空泵在高背压下运行,会造成抽速下降、极限真空变差、排气温度过高等问题。

进气温度:螺杆真空泵进气温度15℃~60℃,在此温度范围内泵可连续长期工作;进气温度超出此范围则需采取必要措施。

冷却水温度:冷却水是在冷却水温度为20℃下的流量,冷却水最高的允许温度为32℃,但必须适当加大冷却水流量。

处理液体和固体的能力:螺杆真空泵的被抽气体可以夹带一定量的液体和微小颗粒。


PART 04 应用及其解决方案


低压化学气相沉积中的多晶硅制工艺;

半导体刻蚀工艺。在这些生产工艺中往往用到或生成腐蚀性气体和研磨微粒;

除半导体工艺外的某些产生微粒的工艺, 不希望微粒混入泵油中, 而希望微粒排出泵外, 则使用干式螺杆真空泵;

化学工业、医药工业、食品工业中的蒸馏、干燥、脱泡、包装等, 防止有机溶剂造成污染;

用做一般无油清洁真空系统的前级泵,以防止油污染。



制药行业溶媒回收

采用溶媒结晶工艺的原料药,在结晶后要进行过滤、洗涤、真空干燥。湿物料所带溶媒通常是易燃、易爆、有毒、有害的危险化学品,它们在干燥过程中被真空机组所抽走。由于干式真空系统可使干燥过程中的有机溶媒在排气侧冷凝,且泵腔内无任何其他工艺介质,无废液处理问题节能环保,溶媒又可以全部回收,所以它成为这一应用领域的最佳选择。

三级罗茨螺杆干式真空机組

石化行业汽油蒸汽回收

油气回收装置是采用活性吸附来实现油气中烃类成分和空气的分离,以达到排放标准,活性碳的再生是采用真空解吸的方法来实现,以达到循环使用的目的。真空解吸的油气则通过汽油喷淋吸收的方法,将油气转化为汽油并回收。干式螺杆真空泵在汽油蒸汽回收装置中的是一个关键性设备,所抽气体为容易挥发的汽油蒸汽,主要成份是C4、C5、C6等汽油蒸汽,其装置原理如下。

汽油蒸汽回收装置原理图

考虑到安全,通常汽油回收要求泵的运行温度控制在80℃以下,另外在多数现场都不能提供冷却水,可以提供的冷却液就是汽油;为了降低泵的运行温度,对于抽速为800m3/h以上的大型泵,除了泵体夹套通入汽油外,最有效的方法就是向泵腔内(在温度最高点)注入适量的汽油,通过汽油蒸发吸热来降低泵腔内温度。


向泵内注入冷却


由于螺杆真空泵在油汽回收工艺过程中,被冷凝的汽油会堆集在泵的排气口处,如不及时排出会造成泵的异常振动和噪声,为此可以采取下列二种改进措施:




措施1(左)泵的排气管向下倾斜,排气管道位置要低于泵的排气口位置;

措施2(右)在泵的排气口或消音器最低位处安装一台循环泵,以消除排气口的积液现象。


航空航天空间模拟

由于空间模拟装置其被抽容器的容积从几千立方米到几万立方米,压力变化从几万Pa到几个Pa,而且被抽气体中含有大量的水蒸气或部分氮氧化物,所以这种真空系统首先遇到问题就是预抽真空问题,如果选用传统的滑阀真空泵作前级泵存在喷油严重、真空泵油乳化变质严重、配置泵需求数量较多、噪声大等问题。

螺杆真空泵由于具有清洁无油、抽速大、振动小、噪声低等优点,已成为当前大型空间模拟真空系统的首选产品。一般采用罗茨泵与螺杆真空泵串联构成的二级机组或三级机组。


某空间模拟装置二级罗茨螺杆干式真空泵机组主泵为ZJB-1200带旁通阀罗茨泵,前级泵为SP1500螺杆真空泵,单套机组抽速为1200L/S,极限压力10-1Pa。


某空间模拟装置三级罗茨螺杆干式真空泵机组主泵为RP3600罗茨泵,中间泵为RP2000罗茨泵,前级泵为SP1500螺杆真空泵,单套机组抽速为1500L/S,极限压力10-2Pa。


PART 05 国内外应用现状

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。德国很多真空设备公司也在干式螺杆真空泵的转子和机体冷却方面做了很多研究,创新推出了很多代表性产品,如德国莱宝公司在2002 年推出的SREWLINE系列专为工业应用的螺杆式无油压缩真空泵,普旭公司的COBRAN系列螺杆泵特别适用于化工和制药行业的各工艺流程。德国里奇乐的VSA/VSB等螺距/变螺距转子系列,性能稳定市场评价较好。


国内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, 真空市场从有油时代向无油时代的转化极大地推动了干式螺杆真空泵的发展。虽然我国螺杆真空泵的生产技术与国外相比存在差距,但是对于干式螺杆真空泵的研究逐渐增多,主要集中于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。目前国内很多企业争相自主生产,随着干式螺杆真空泵的引进与国内相关技术的研发,加之企业环保意识提升,大大增加了我国干式真空泵的市场需求,干式螺杆真空泵将是国内各行各业真空获取的最优选择。


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