无油干式机械真空泵的原理及简介
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。目前，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；
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；
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；
4）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；
5）用做一般无油清洁真空系统的前级泵，以防止油污染。近年来，干式机械真空泵得到迅速的发展，国外多家大真空公司都研制出了新型的干式械真空泵。国内的许多单位也一直在进行干式机械真空泵的开发研制工作，如东北大学、沈阳真空技术研究所、上海真空泵厂等。目前，干式机械真空泵主要分为接触型及非接触型。接触型的干式泵有叶片式、凸轮式、往复活塞式、膜片式等，这类泵的速度较低，适用于小容量高压缩比（单级压缩比）。非接触型的干式泵有罗茨型、爪型、螺杆型、涡旋型等，其速度较高，适用大容量，低压缩比（指单级压缩比）。不同类型的干式泵具有各自的特点。使用时可根据不同的用途加以选择。
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凡是利用机械运动(转动或滑动)以获得真空的泵，称为机械真空泵。
机械真空泵按其工作原理及结构特点分述如下：
一、变容真空泵
它是利用泵腔容积的周期变化来完成吸气和排气以达到抽气目的的真空泵。气体在排出泵腔前被压缩。这种泵分为往复式及旋转式两种。
1、往复式真空泵 ：利用泵腔内活塞往复运动，将气体吸入、压缩并排出。又称为活塞式真空泵。
2、旋转式真空泵 ： 利用泵腔内转子部件的旋转运动将气体吸入、压缩并排出。它大致有如下几种分类：
1)油封式真空泵 它是利用真空泵油密封泵内各运动部件之间的间隙，减少泵内有害空间的一种旋转变容真空泵。这种泵通常带有气镇装置。它主要包括旋片式真空泵、定片式真空泵、滑阀式真空泵、余摆线真空泵等。
2)液环真空泵 将带有多叶片的转子偏心装在泵壳内。当它旋转时，把工作液体抛向泵壳形成与泵壳同心的液环，液环同转子叶片形成了容积周期变化的几个小的旋转变容吸排气腔。工作液体通常为水或油，所以亦称为水环式真空泵或油环式真空泵。
3)干式真空泵 它是一种泵内不用油类(或液体)密封的变容真空泵。由于干式真空泵泵腔内不需要工作液体，因此，适用于半导体行业、化学工业、制药工业及食品行业等需要无油清洁真空环境的工艺场合。
4)罗茨真空泵泵内装有两个相反方向同步旋转的双叶形或多叶形的转子。转子间、转子同泵壳内壁之间均保持一定的间隙。
二、动量传输泵
它依靠高速旋转的叶片或高速射流，把动量传输给气体或气体分子，使气体连续不断地从泵的入口传输到出口。这类泵可分为以下几种形式：
1、分子真空泵 ：它是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵。这种泵具体可分为：
1)牵引分子泵气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量，被驱送到泵的出口。
2)涡轮分子泵 靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的。这种泵通常在分子流状态下工作。
3)复合分子泵它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵。
按其工作原理，基本上分为气体输送泵和气体捕集泵两种类型。
一、气体输送泵包括：1、液环真空泵（水环式真空泵）2、往复式真空泵3、旋片式真空泵4、定片式真空泵5、滑阀式真空泵6、余摆线真空泵7、干式真空泵8、罗茨真空泵9、分子真空泵10、牵引分子泵11、复合式真空泵12、水喷射真空泵13、气体喷射泵14、蒸汽喷射泵15、扩散泵等
二、气体捕集泵包括：吸附泵和低温泵等。
干式真空泵很早就出现了,但没有明确的定义。就代替油封式机械泵来说,一般通用的说法是:
能在大气压到10-2Pa
的压力范围内工作在泵的抽气流道(如泵腔)中,不能使用任何油类和液体、排气口与大气相通,能连续向大气中排气的泵,
即称为干式真空泵(也称为无油真空泵)。干式真空泵的分类
现在市场上提供的干式泵种类很多。就其基本原理来分,
只有两类,
即:
①
容积式的无油真空泵,
例如多级罗茨泵、爪型泵、往复式活塞泵、螺杆式泵和涡旋式泵等。这种干式泵的极限压力一般为0.1～10Pa,
抽速为0.01～
0.04m
3?s。
②
动量传输式的无油真空泵,如涡轮式无油泵。排气侧与大气相接,
在连续流状态下压缩比较高。它是一种粗抽泵,
可从大气压抽到1022Pa。在结构上采用径向流和周向流泵的复合式结构,多级串联抽气。这种涡轮式泵的极限压力约为10-2Pa,
抽速为0.02～0.15m
3?s。牵引型干式泵也属于动量传输式的干式泵。
这些干式泵和油封式机械泵相比,
达到同样的极限压力,
其残余气体成分则全然不同,经分析结果明,
油封泵的残余气体,
CnHm
气体(碳氢化合物气体)为其主要成分,
而干式泵的残余气体为空气的组成成分。这就证实了干式泵的抽气不再有油的污染了。
有些干式泵在结构设计上,
如泵的传动齿轮和轴承等仍在使用润滑油,
也有用合成油,
如PFPE
油和其油脂等,并采取一定的措施使油蒸汽在泵腔内不存在,
严格来说不是全无油的泵,
但经分析,
这种合成油的成分在泵入口处是微乎其微的,并无影响。
