干式真空泵的应用及前景展望

干式真空泵的应用及前景展望●干式真空泵简介无油干式机械真空泵（又简称干式机械泵）是指泵能从大气压力下开始抽气，又能将被抽气体直接排到大气中去，泵腔内无油或其他工作介质，而且泵的极限压力与油封式真空泵同等量级或者接近的机械真空泵。

到目前为止，真空行业使用的大多数机械真空泵都是用油、水或其它聚合物等流体充当泵的工作介质，在泵内起冷却、密封、润滑等多种作用。

随着科学技术的发展以及真空应用领域的扩大，原有的机械真空泵及其组成的抽气系统出现了两个急需解决问题：一是泵的工作介质返流污染被抽容器，而这种返流在许多情况下影响产品的质量、数量，增加设备的维护成本。

其次，由于某些工艺过程中的反应物质使真空泵内的介质严重变质，使泵不能正常工作。

对于普通的无油真空系统来说，虽然可用油封式真空泵加上冷阱或吸附阱之类附件来防止返流，但不能彻底解决问题，而且使系统显得复杂。

而使用适当型式的干式机械真空泵，则可以达到理想的使用效果。

●干式真空泵的优点干式真空泵使工作容积中无油，因此带来了不少益处。

首先，它增强了泵的可靠性。

干式泵不像油密封泵那样受到水蒸气或者尘粒的影响，因此它们更耐用，所需的维护工作更少。

减少用油量还意味着减少了认真处理油而花费的成本。

使用干式真空泵还使可能的污染减到最小程度，这种污染既可能出现在油里——影响了泵的性能，也可能出现在某些极端的情况下，例如在最终产品中。

要想成功地更换现有的基于油的真空泵系统，关键是要找到针对特定应用的最合适的解决方案。

为了看一下可以受益的不同类型的应用，下面介绍四种不同的工业生产过程，以及它们使用干式真空泵的主要好处有哪些。

一、在滚动喷涂行业中便于维修金属喷镀覆膜是滚动喷涂行业中一种沿用已久的加工过程，它在真空环境下使用热蒸发技术。

一层薄薄的金属层（最常见的是铝）附着在纸张、聚乙烯（PE）或其他高分子膜上，从而形成一种坚固、漂亮的包装材料，它们能防潮、防灰、隔离光线。

这是适合于食品应用领域的理想材料，因为它使产品保持新鲜，延长保存期限。

该加工过程也日益被用于生产装饰纸、礼品包装纸和薄膜。

加工过程中用到了绕有衬底材料（纸张或PE膜）的大型卷轴（宽度达2米），它们被安全地置于缠绕室中。

这些卷轴连续旋转——使衬底材料高速穿过隔膜进入喷涂室（图1）。

喷涂室要求有极高的真空度，在10-4到10-5mbar之间，缠绕室可以保持较低的真空度，大约为10-2mbar。

喷涂是热蒸发过程的结果，在此过程中，金属被加热，从而使其汽化，然后沉淀在衬底材料上。

滚动喷涂应用领域中所使用的真空泵系统包含有数个蒸汽增压器/扩散泵，以及机械升压器的一级或多级，此外还有前级泵（图1）。

前级泵必须在任何时候都符合系统的生产量和前级压力要求——因此最重要的一点是它们要可靠并且易于维护。

这样就将生产时间的损失减到最小，生产时间的损失会影响设备的生产率。

在许多先进的滚动喷涂公司中，干式泵送技术已经成为一种越来越吸引人的前级泵替代品，被用来取代传统的油密封系统。

干式泵天生就是一种清洁的设备，它们不易受灰尘或其他微粒的累积的影响，而这种积灰现象经常出现在湿式泵的密封液体中，导致喷涂的质量降低。

干式泵不会在各次工作之间出现性能降低，因而确保了滚动喷涂过程中的可重复性。

泵中不用油还带来了环境和维护方面的其他好处。

例如，湿式泵中所用的油经常暴露在加工过程的气体当中，而该气体被泵送到喷涂室内。

因此，油会受到加工过程中的微粒的污染。

时间长了，油就会变质，因而需要定期、频繁的更换油。

还必须考虑到气体是正被使用着的。

例如，如果使用氧气来生成氧化铝，那么当氧气与烃油混合时，就会形成爆燃性空气。

干式泵能够安全地泵送任何浓度的氧气，因此使用干式泵作为替代品意味着公司无需安装严格的生产过程控制设备，这些设备要耗费相当大的成。

二、能有效处理水蒸气干式泵技术目前正被广泛用于冶金和热处理应用领域。

最近安装了一些世界上最大的干式泵系统来进行大型炼钢排气。

稍小一些的系统用于处理精炼钢和超耐热不锈钢。

例如，真空感应熔化（VIM）就是一种冶金加工过程，起初研发该技术是为了处理特殊的合金，如今它日益被用于生产不锈钢等其他材料。

使用VIM的典型应用场合有铸造飞机发动机的零部件和精炼高纯度的金属和合金。

该过程使用电磁感应在真空下将金属熔化。

这样会在金属中感应产生涡电流——感应源是感应线圈，它带有交变电流。

涡电流使负载发热并熔化。

像这样的冶金过程产生一定量的可冷凝水蒸气，其中含有水汽。

油密封的旋转柱塞泵曾经是这些处理过程中用的最普遍的一种泵，但是用这种泵，水蒸气会与润滑油混合在一起，导致润滑油老化，并且增大了泵送机构的磨损程度。

干式泵不会像这样受水汽的影响，因为它们工作在较高的温度下，并且在处理室内没有油。

三、减少维护成本真空还用于制动器加油站，它是汽车生产线的一部分。

汽车制造商希望装配时间尽可能快速，他们研发出了这样一种方法，即使用真空泵来排空和填充制动回路，并对制动回路进行检漏试验——结果，他们现在能在60秒内完成整个过程。

某汽车制造商最近用三台BOC Edwards Drystar泵取代了原来的三台油密封真空泵；每条制动回路各有一台泵，另外再加上一台备用泵。

这样做的主要原因是，需要对油密封泵进行维护以使它们保持在最大工作能力下运转。

和被取代的油密封泵不同，现在安装的干式泵只需要每6年进行一次大修即可。

干式真空泵系统还更加节约成本，因为所需的消耗品也减少了。

诸如BOC Edwards的GV 系列这样的很多泵都具有和标准泵一样的安全特性，例如迅速关合温度开关，如果出现了与加工过程有关的热问题，它们能保护泵。

四、尽量减小污染的危险某质谱仪生产商最近将干式泵纳入了其颇受瞩目的质谱仪系列产品中。

质谱仪用于测量和分析分子，它们是工业领域和学术界的研究和开发工具所必需的设备。

它们根据气体离子的不同质量和电荷将这些离子分开，从而确定物质的化学成分。

为了达到这一目的，必须保证当离子产生时（这是在过程的开始阶段发生于电离室），它们能够自由地在机器中穿行，而不碰撞到空气分子——因此要产生一个真空来确保室内没有空气。

使真空泵的工作容积中不含有油还能确保没有油分子存在。

大部分用户是制药公司，它们需要用设备进行生物分析，对药物予以鉴定以进行临床试验。

干式真空泵解决方案更好地确保了高精度测量，这对于某些机构来说是必不可少的，这些机构必须满足美国食品和药物管理局（FDA）以及其他一些国家部门所制定的规章制度。

通过使用干式真空泵，消除了污染的危险。

综上，它们的应用日益增加的原因很清楚，因为它们可靠、耐磨、易于维护，给结果带来重大的好处。

例如在滚动喷涂行业里，该环境中所用的一台油密封真空泵每年的维护费用大约是一台新泵成本的40％。

干式泵使正常工作时间更长，并且由于它们具有可重复性，所以使生产的产量更高，节约了成本。

该技术不仅安全，而且它的设计使其即使在颇为苛刻的工作环境中也能够无故障的工作。

干式泵具有良好的投资收益，预计在12到18个月内就可获得回报——假设无需削减投资就可改善加工过程。

干式真空泵目前的应用领域干式机械真空泵的应用是广泛的，主要有以下几个方面：1)低压化学气相沉积中的多晶硅制备工艺中；上图就是改良的西门子法生产多晶硅的工艺流程图，在反应尾气的回收与分离时，由于HCl等极易溶解于水，所以如果用传统的真空泵将不能很好地回收和分离反应的尾气，更严重的是，HCl溶于水之后是强酸，能迅速溶解腐蚀金属的容器和器械，严重降低设备的使用寿命，加大生产的成本，增加产品的生产周期。

而应用了干式真龙泵之后，由于干式真空泵不需要水，所以就很好地解决了HCl溶于水而腐蚀设备地问题，从而降低了生产成本，提高生产效率。

2)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；下图是刻蚀过程中其中的一道去离子水的工艺流程图。

图二去离子水的工艺流程图在此工艺中，虽然加热到393k的高温干燥，但是政法的水分还会留在空气中，也会影响刻蚀工艺的效果，因此需要在真空环境下进行，而传统的真空泵有不可避免地引入了油和部分水，所以这个真空环境的创造最好的选择是用干式真空泵进行抽气。

3)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，则用一定型式的干式机械真空泵可以满足要求；这项的例子和上面一项相同4)用做一般无油清洁真空系统的前级泵，以防止油污染；清洁真空的获得有些工业部门和高新产业要求真空行业能提供可获得清洁无油的真空条件以防止碳氢化合物的污染。

人们在有油的真空系统中,研究如何防止油蒸汽的返流一直是人们关注的技术问题。

例如在利用油封机械泵时,泵入口压强应高于1.33 Pa量级,以便使正向气流阻止油蒸汽的返流造成的污染。

当然一些挡油措施如液氮冷阱等,都对清洁真空获得起过一定的作用。

但随着科技的发展,有些工艺对清洁度的要求也是越来越高的。

对于无油的干式泵而言,在20～30年前就有过专门的设计,主要是针对发展核工业的需要提出的。

实际上作为干式泵直接向大气中排气,泵腔内不得用任何液体来密封其内漏,而且泵的压缩比要高达106,能设计出一种新的抽气原理的干式泵确实是一件不容易的事,就目前所有的干式泵而言,大多数都是在原有压气机构的基础上改进发展而来的。

图三干泵的适用条件无油干式真空泵是近年来国外发展较快的一个泵种。

在干泵市场上气体传输式干泵种类较多,一般能在大气压到1～10-2 Pa的压强范围内工作。

这种泵基本上是动量传输式和容积式的两种。

到目前为止,这种干式泵的种类很多,如多级往复式、多级罗茨式、多级爪式、涡旋式、螺杆式以及涡轮式等。

往复式干泵以美国瓦里昂公司生产的DVP系列为代表。

这种泵类似于汽车发动机,有两个活塞串并联组成单、双级泵,也有四个活塞组成的三级泵,头两个活塞并联抽气,活塞与缸壁以低摩擦涂料来降低功率消耗,结构上对置活塞平衡性好,可以获得高的抽速,所有活塞均设有双阀系统,这种泵最高压缩比可达到105,简单耐用。

爪型干式泵,英国爱德华公司生产的有罗茨转子加上2～3级爪式转子组成的干式泵,而德国莱宝公司是4级全爪型转子的干式泵。

二者的抽气性能不同,英国在20 Pa时有最大抽速,而德国泵在300 Pa时才有最大抽速。

我国上海、北京一些真空泵厂家也生产了单级、双级和4级串联的爪型干式泵,以适应各种用途之需。

各种爪型泵的泵温较高,适于半导体工业的应用。

5)在化学工业、医药工业、食品工业中的蒸馏、干燥、脱泡、包装等，要防止有机溶剂造成污染，适合用干式真空泵。

这个可以举中石化烷基生产的例子干式抽真空技术与蒸汽抽真空技术比较1抽真空系统设计参数烷基化装置是连续操作系统，由工艺条件产生的工艺气体量以及可能泄漏的空气量确定单位时间所需抽走的气体量，并考虑由工艺设备到真空泵入口管路的阻力降，以确定真空泵入口的压力。