真空获得技术面临的挑战与对策

收稿日期:2006-08-14

作者简介:姜燮昌(1933-),男,上海市人,教授级高级工程师。

真空获得技术面临的挑战与对策

姜燮昌

(上海凯尼真空设备有限公司,上海　201709)

摘　要:为了适应不同应用场合的需要,本文在分析各类真空泵的结构、特性基础上,提出了各种解决方案。最后指出了我国真空获得设备的发展方向。

关键词:真空泵;真空机组;有害气体抽除;无油清洁真空

中图分类号:T B 751 文献标识码:A 文章编号:1002-0322(2007)02-0001-07

New challenge to vacuum acquisition technology and corresponding strategy

JIAN G Xie -chang

(Shanghai Kinney Vacuum Equipment Co .,Ltd ,Shanghai 201709,China )

Abstract :In o rder to mee t the requirements fo r differ ent v acuum a pplica tio ns,v ario us solutio ns a re int roduced o n the basis

o f ana ly zing the desig n and per fo rmance of all ex isting so r ts of v acuum pumps .Discusses the trend to dev elop va cuum acquisitio n technolog y.

Key words :vacuum pump;v acuum unit;ha rmful g as ex hausting;oil-free v acuum

1　我国真空获得设备概况

真空获得设备是量大面广的产品。产量很大,单台产值并不高,但它确实是一个直接影响到真空成套设备性能质量的必不可少的基础产品。

真空获得设备简称真空泵,按其原理来划分,基本上可以分为气体输送型和气体捕集型两大类。见表1。

表1　真空泵的类型Table 1

　Types of vacuum pumps 真空泵

气体输送泵

变

容

泵往复泵

隔膜真空泵、活塞往复泵

旋转泵

油封泵——旋片泵、定片泵、滑阀泵、余摆线泵

无油泵——多级罗茨泵、爪式泵、涡旋泵、螺杆泵液环泵——水环泵、油环泵

罗茨泵——普通罗茨泵、气体循环冷却罗茨泵

动量泵

分子泵——涡轮分子泵、牵引分子泵、复合分子泵、磁悬

浮轴承分子泵喷射泵——水喷射泵、气体喷射泵、水蒸汽喷射泵、油蒸

汽喷射泵扩散泵——油扩散泵、油扩散增压泵、汞扩散泵

气体捕集泵

分子筛吸附泵、吸气剂泵、钛升华泵、溅射离子泵、低温泵

由于各种真空泵的工作原理和抽气特性各不相同,因而它可以适用于各种不同的应用领域。见表2。

表2　真空获得产品的应用领域

Table 2

　Application f ields of various vacuum pumps 泵种应　用　领　域

水环泵化工、石油化工、电站、煤矿、造纸、真空浸渍、干燥等旋片泵制冷设备、真空镀膜、真空热处理、真空包装、真空成型、真空排气装置等

滑阀泵真空冶金、真空热处理、真空镀膜、真空浸渍、干燥,空间模拟及低压风洞装置

罗茨泵真空冶金、真空热处理、真空镀膜、化学工业、真空浸渍、干燥、真空排气、空间模拟及低压风洞装置等

扩散泵真空镀膜、真空冶金、真空热处理、真空排气、空间模拟装置等

干泵

半导体、平板显示、太阳能光伏电池、化工、制药、科学仪器等

分子泵半导体、平板显示、薄膜制备、科学仪器等

离子泵加速器、分子束外延、超高真空装置、电子器件排气装置及科学分析仪器等

低温泵半导体、薄膜制备、空间模拟装置等

近年来,随着我国真空技术应用领域的不断扩大,各种真空获得设备的发展非常迅速。目前我国生产的各种真空获得产品其型号、规格、性能参数基本上能满足我国真空应用发展的需要,特别是老产品都在不断改进,新产品亦在不断开发,并取得了可喜的成果。表3列出了我国真空获得产品生产概况。

第44卷第2期2007年3月 真　空 VACUUM Vol .44,No .2Mar .2007

表3　我国真空获得产品的年产台数

Table 3　Annual output of vacuum pumps in China

泵种水环泵旋片泵滑阀泵罗茨泵扩散泵干　泵分子泵离子泵低温泵总　计台数30,000200,0005,0008,0003,0001001,20040060247,760

比例12%81%2%3%1%0.04%0.5%0.1%0.02%排位

2

1

4

3

5

8

6

7

9

从上述情况可以看出,我国生产的真空获得产品,极大多数是属于传统的真空获得设备。高真空泵是以油扩散泵为主,中低真空泵仍然以水环泵、旋片泵、滑阀泵、罗茨泵为主。我国真空技术的应用90%左右都是集中在传统的工业领域,如真空冶金、真空热处理、真空镀膜、真空浸渍干燥、真空蒸馏、浓缩以及真空排气、真空包装、制冷等行业。近年来,国外的真空技术应用已从传统的工业领域转向半导体、平板显示(LCD,PDP,O LED)、太阳能光伏电池、化学工业、生物制药等高端产业领域,真空系统已经出现更新换代的局面,有油的真空系统已被清洁无油、耐腐蚀的真空系统所代替。所以国外各种类型的干式真空泵、复合分子泵、磁悬浮轴承分子泵和低温泵发展很快,市场上均有商品出售。而国内,这一类产品基本上处于空白,无法适应时代发展的需要。

2　根据不同应用领域真空获得设备的解决方案

2.1　抽除大量水蒸汽和可凝性气体的真空系统

在许多化工、制药等行业的真空蒸馏、浓缩、脱水、干燥的工艺过程,不但要求真空系统具有抽水蒸汽和可凝性气体的能力,还要求真空系统能维持在某一压强下运行。通常有下列两种解决方案:

(1)罗茨水环真空机组:

这种罗茨水环真空机组在化工行业应用十分普遍。图1表示JZJS -600×150×75型罗茨泵水环泵真空机组示意图。表四列出了各种罗茨水环真空机组达到的极限压力。

表4　各种罗茨水环真空机组的极限压力

Table 4　Ultimate pressure of various Roots -water ring

pumping units

机组类别

极限压力二级罗茨水环真空机组≤300Pa 三级罗茨水环真空机组≤40Pa 四级罗茨水环真空机组

≤5×

10-1

Pa

这种罗茨水环真空机组在化工行业亦可用于抽除腐蚀性气体和溶剂。当抽除腐蚀性气体时,罗茨泵的泵体和转子以及水环泵的泵体和叶轮都必须由

316L 不锈钢制成,或采用化学表面处理技术在接触工艺气体部位涂上一层美多斯(N EDOX)。这种涂层的特点是耐磨性好、不粘、不剥落,经过热处理后表面硬度可达HV 750～1000,涂层厚度为10～15μm 。当这种罗茨水环真空机组需要抽除溶

剂时,水环泵的工作液必须与被抽溶剂相兼容,并采用工作液闭式循环系统。

图1　JZJS-600*150*75型罗茨水环真空机组示意图

注:KLRC-200水环泵　S =6M 3/min

Fig.1　Sch ematic of JZJS-600×150×75Roots-w ater ring

p umping unit

在设计或选用这类罗茨水环真空机组时,应考虑下列几点:

·确定真空机组主泵的抽速S

S =83.14×T G P A Q M [m 3

/h ]

83.14:气体常数　

h Pa ×m 3

km ol ×k

T G :气体入口温度,[K ]

P A :工作压力,[h Pa ]

Q :被抽除的水蒸汽/可凝性气体的气体量,[kg /h ]M :水蒸汽/可凝性气体分子量,[kg /km ol ]

·合理选择罗茨泵与前级泵之间的级比因为罗茨泵的抽速效率由下式决定:

Z =1-K Ko

Ko :罗茨泵零流量最大压缩比,一般Ko 在35～50。

K :罗茨泵与前级泵级比。

·

2·真　空 VACUUM 第44卷