爪型干式真空泵的工作原理

好凯德爪式真空泵原理：

有两个计数旋转的转子同步转动的压缩室，与不接触，不摩擦，很紧的间隙。在同步性是通过精密齿轮来实现的。作为爪轮流在吸入腔，气体流入通过进气口的腔室，并移向排放口。在运动过程中的这个过程中，气体被由于两个爪之间体积的收缩，直到下爪压缩揭示了压力通道。随后被压缩的气体排出通过的通道。以除去造成在压缩过程的热量，冷却空气被吸入壳体和一个消音盖之间。

首先你要理解什么是干式真空泵。

干式真空泵是相对于湿式真空泵而言的，例如水环真空泵需要水或者其他溶液做工作液，否则无法工作。旋片真空泵或者滑阀真空泵需要油做介质。而干式真空泵不要任何工作液就可以工作。

干式真空泵目前主要有罗茨干式真空泵真空泵，螺杆干式真空泵，爪式干式真空泵。这三类的转子分别是罗茨转子、螺杆转子、爪式转子。名称也是这么来的。

目前国内用的最多的就是螺杆干式真空泵和爪式干式真空泵。故障率都比较高。

罗茨干式真空泵国内能做的了的一个巴掌数的过来。但是在国外，罗茨干式真空泵最广泛。其实在同样加工精度下，罗茨结构更稳定。

上面说的都是真空度比较高的，都是多级转子组合起来的。

另外，罗茨气冷真空泵也可以称作干式真空泵，但是真空度很低。

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。

液环真空泵有很多种系列的，例如2BV系列液环真空泵，2BE系列液环真空泵，2SK系列液环真空泵，SK系列液环真空泵，SZ系列液环真空泵。

用来较高真空的真空泵(机械增容泵)使不得直排大气，如直排大气会造成罗茨真空泵吸气口与排气口压差太大，从而使罗茨真空泵过载，如复杂加大真空泵电机功率又会造成真空泵过热致使罗茨真空泵旋子之间的微弱间隙很快因热收缩而卡死。

为保障真空泵能达成较高真空务必保障真空泵旋子之间的间隙。因而真空泵运用时务必设有前级泵，用前级泵将零碎内压力抽至定然规模内时再启动真空泵，如此能够防止真空泵过载。

扩展资料：

正确地组合真空泵。由于真空泵有选择性抽气，因而，有时选用一种泵不能满足抽气要求，需要几种泵组合起来，互相补充才能满足抽气要求。如钛升华泵对氢有很高的抽速，但不能抽氦，而三极型溅射离子泵，（或二极型非对称阴极溅射离子泵）对氩有一定的抽速，两者组合起来，便会使真空装置得到较好的真空度。

另外，有的真空泵不能在大气压下工作，需要预真空；有的真空泵出口压强低于大气压，需要前级泵，故都需要把泵组合起来使用。

真空设备对油污染的要求。若设备严格要求无油时，应该选各种无油泵，如：水环泵、分子筛吸附泵、溅射离子泵、低温泵等。如果要求不严格，可以选择有油泵，加上一些防油污染措施，如加冷阱、障板、挡油阱等，也能达到清洁真空要求。

参考资料来源：百度百科-真空泵

无油爪式真空泵优势：

结构紧凑,抽速快,效率高。无油运行,设备本身不产生制造污染,噪音小,性能稳定,无需定时保养,节省成本。

泵腔与泵爪含特殊涂层,防腐耐磨,超强的粉尘和腐蚀性气体处理能力,持久耐用,提高生产力。

1、泵腔内不含油,排气口不喷油,对被抽容器和环境均不产生污染；

2、转子悬浮于泵腔内,转子间及其与泵腔间均无摩擦,转子转速高；

3、能抽除腐蚀性、有毒性、放射性及含有粉尘的气体,雅之雷德机电科技无油爪式真空泵适于用作气体输送泵。

干式真空泵的定义

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。

干泵的泵腔内没有任何液体，可以从大气抽到几个Pa。1980年干泵在半导体行业己经替代油封式机械泵，获得（1～100）Pa的极限压力，用于化学汽相沉积和芯片的刻蚀。过去半导体行业的油封机械泵都是采用惰性的氟油来润滑，以防止腐蚀性气体对油的侵蚀，但是氟油十分昂贵，而且维护费用亦很高。

采用干式真空泵，泵内不仅不存在润滑油，而且亦不存在废液处理的问题。但是泵腔内没有油，就使得泵腔内部的间隙无法保持密封，而且还失去了用于控制温度的传热介质，这对干式真空泵带来很大的挑战。

早期的干泵是由几级罗茨型转子或几级爪型转子串联而成，它们在泵腔内没有任何接触，用同步齿轮带动二个平行的转子轴，由于泵腔内没有任何液体，所以内部间隙要尽可能保持很小，以减少气体的返流。但是这个很小的间隙对于工艺颗粒的堆积显得十分敏感，目前解决这个问题的办法就是：从泵的入口充入惰性气体将它冲刷掉，或者用惰性气体来稀释可凝性的腐蚀气体。

干泵在半导体行业应用成功，亦激励干泵制造商将干泵引入化学工业，虽然干泵价格昂贵，但运行成本较低，特别是没有废液处理问题，对环境和健康十分有利。目前各种类型的干泵很多，包括涡旋泵、隔膜泵、干式旋片泵、罗茨型干泵、爪式干泵和螺杆真空泵。在化工行业应用中占主导地位的是罗茨型干泵、爪式干泵和螺杆真空泵。

1 罗茨型干泵

罗茨型干泵是属于较大型的干式真空泵，在化学工业有着广泛应用。该泵是由三级三叶型罗茨转子串联组成，它们装在同一根轴上，各级转子之间由中隔板隔开，形成各级泵腔，上一级排气口连到下一级进气口，各级串联进行抽气。各级转子的直径和形状是相同的，各级转子的宽度向高压侧方向变窄，但是这种设计均需要级间冷却，亦即上一级排出的气体通过热交换器后冷却后再进入到下一级的入口，如图8所示。这种三叶型的罗茨型干泵虽然可以减少气体返流，但是被抽气体要经过曲折路程才能排出到泵外，容易造成工艺物料堆积在泵腔内，而且颗粒杂质也不容易直接排出到泵外。罗茨型干泵可以从大气抽到10Pa，抽速为（36～60）升/秒。

图8 罗茨型干泵

2 爪式干泵

爪泵在1930年就己经研究成功，并首次用于压缩机行业，这种爪式转子的特点是在高压下具有高的压缩比。爪式转子还具有两个功能：一是用来截获、输送以及压缩气体，另一个就是像阀门一样，在适当的时间打开和关闭吸气口和排气口。目前这种泵的设计结构大都是由一级罗茨转子与三级爪式转子串联而成，罗茨转子作为高真空级，爪形转子作为压缩排气级，如图9所示。

图9 单爪式泵

这种爪式干泵早期应用于半导体的溅射、刻蚀、离子注入及PCVD薄膜制备等领域时，由于在工艺过程中会生成大量微小颗粒或反应生成的腐蚀性介质，可以通过向泵口引入惰性气体进行清洗，以防止微小颗粒在泵腔内沉积，同时亦降低腐蚀性气体的浓度。爪型泵己经在化工行业的蒸发、蒸馏、干燥、浓缩等领域应用。这种爪型泵的极限压力为（1～10）Pa，抽速为（25～140）L/s。

3 螺杆真空泵

螺杆真空泵是20世纪90年代初出现的一种理想的泵种，具有抽速范围宽广、结构简单紧凑、泵腔内无摩擦组件、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、低压风洞等领域到广泛应用。

螺杆真空泵的工作原理：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，见图10。

图10 螺杆真空泵断面图

早期的螺杆真空泵是等螺距，为了降低能耗、降低泵腔内的温度，又开发了变螺距的螺杆真空泵。其中一种螺杆是由二段螺距大小不等的螺杆拼接而成，另外一种就是螺距连续变化的螺杆真空泵，螺杆是由一个整体材料加工制作而成，各种不同的螺杆设计见图11所示。

图11 各种不同的螺杆设计

变螺距真空泵的最大优点就是比等螺距螺杆真空泵节能30％，排气温度亦较低。图12和图13分别为等螺距与变螺距的P-V图。

图12 等节距螺杆P—V图

图13 变节距螺杆P—V图

与罗茨型干泵和爪式泵相比，螺杆真空泵被抽气体在泵内的路程很短（见图14、15、16），很少受到扰动，可以迅速排出，因而微小的颗粒杂质不易积累在泵内。

图14 多级罗茨式

图15 罗茨+爪式

图16 干式螺杆泵

另外，螺杆真空泵的抽速特性较好，有效工作压力范围很宽，在大气到100Pa时仍有较高抽速（见图17）。

图17 抽速特性比较

由于螺杆真空泵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；

●涂层寿命较短；

●熔点低于300℃；

●耐磨性较差。

NIFA涂层：

●2个涂层（Ni+PFA），第一层Ni（15～20）μm，第二层PFA（25～35）μm(可溶性聚四氟乙烯)；

●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；

●即使PFA涂层磨损，仍然有Ni涂层保护基体材料。

NIFLON涂层：

●1个涂层（PTFE溶于化学镀Ni）15～20μm；

●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；

尽管螺杆真空泵有涂层保护，但是仍然要避免腐蚀性介质冷凝在泵内，因此正确的操作使用和日常维护仍然十分重要——

在启动螺杆泵以前，首先要从泵的入口充入惰性气体，运行半小时，使泵腔内的温度升高，以防止被抽气体冷凝在泵腔内；

在螺杆泵停机以前，亦要从泵的入口充入惰性气体，运行半小时，以彻底清除泵腔内的残余物质；

如果工艺物质堆积在泵腔内，造成再启动困难或启动电流过大，则需要在停泵情况下，关闭主阀，打开排气口，用水蒸汽进行冲刷，直到泵可以灵活转动为止；

最后，由于螺杆泵在化工行业使用工况比较恶劣，必须根据使用说明书的要求进行日常维护。

结语

液环泵结构简单，运动部件少，操作、维护都十分简便，而且价格亦较低廉。螺杆真空泵虽然价格比较昂贵，但性能十分优越，运行费用亦低，不存在废液排放问题，既节能又环保。所以上述两种真空泵最适合于化工工艺应用。

螺杆式无油干式机械真空泵是利用齿轮传动同步反向旋转的相互啮合而不接触的左螺杆与右螺杆作高速转动，利用泵壳和相互啮合的螺旋将螺旋槽分隔成多个空间、形成多个级，气体在相等的各个槽内（柱形等螺距）进行传输运动，但无压缩，只有螺杆最末端的螺旋结构对气体有压缩作用。螺杆的各级间可形成压力梯度，以分散压差和提高压缩比。各部间隙和泵转速对泵的性能有很大影响。在设计螺杆各部的间隙时，要考虑膨胀、加工及装配精度和工作环境（如抽除含粉尘气体等）等。该泵与罗茨真空泵一样不设排气阀。泵是立式结构，进气口在上方，排气口在中部，下部为电机和润滑油池。螺杆转子呈中空形，为悬臂支承结构。同步传动齿轮位于轴承支座下面。变频电机通过联轴节与主动转子连接。该泵的气体路径较短，且立式结构对排除含微尘气体较为有利。泵外壳有水冷却，泵维修也便利。这种类型的泵如果选用适当的较简单螺杆牙型截面，则制造简单，可保证很高的加工精度，且容易动平衡。