干式螺桿真空泵的技術研究現狀與展望:
目前各種真空泵的發展愈來愈受到真空應用場合的影響，一般的真空系統無法滿足清潔無油及耐腐蝕的要求，因此近年來干式真空泵市場需求量很大,真空獲得產品已經出現更新換代的局面,大量的有油真空系統已被無油清潔的真空系統所代替。國外幾乎每一家較大的真空公司都生產各種不同型式的干式真空泵.螺桿真空泵屬于非接觸型干式泵,是20世紀90年代初期出現的一種理想的泵種,以其抽速范圍寬、結構簡單緊湊、抽氣腔元件無摩擦、壽命長、能耗低、無油污染等優點,但其制造技術為國外掌握,我國尚處于起步階段,市場對于干式真空泵有迫切的需求。
1、研究現狀
干式螺桿真空泵由于其優越的性能，在歐美和日本目前已經成為微電子、半導體、制藥、精密加工等行業首選真空獲得設備，日本在螺桿壓縮機基礎上，很早就研發出了真空泵的多頭轉子型線，并投入市場。德國幾家真空設備公司也逐步的開發出了等螺距、變螺距轉子型線，并在轉子和機體冷卻方面做了很多研究。螺桿泵的技術關鍵問題。
(1)轉子端面型線
螺桿真空泵主要部件是一對旋向相反的螺距螺桿，電機的傳動軸連接主動轉子，通過一對高精度的同步齒輪帶動從動螺桿，兩螺桿間留有間隙，通過兩轉子的嚙合達到抽氣的目的(如圖1)。
核心技術是螺桿齒形，不同的齒形直接決著泵的極限真空、抽氣速率、容積效率、振動和噪聲等技術性能指標的差異。目前螺桿真空泵的端面型線主要分為兩種，單頭轉子型線和多頭轉子型線。如圖2、3所示。
3多頭轉子端面型線
源于螺桿壓縮機的多頭轉子型線起步較早，有的廠家直接用螺桿壓縮機的轉子型線用在真空泵上使用。日立公司很早就把4-6頭螺桿轉子型線用在真空泵上，韓國LG公司的真空泵目前也使用多頭轉子型線，由于兩嚙合轉子接觸線的頂點不能達到陰、陽轉子氣缸孔的交線，在接觸線頂點和機殼的轉子氣缸孔之間，會形成一個空間曲邊三角形，也就是泄漏三角形，氣體將從壓力較高的齒間容積，泄漏至壓力較低的鄰近齒間容積，由于這個泄漏三角形的存在，導致多頭螺桿真空泵的極限真空度較低，加上這類轉子加工難度大，需要專用機床，造價昂貴，因而逐步退出螺桿真空泵市場。為適應市場需求，各公司開始開發單頭等螺距轉子型線，日本的荏原株式會社和大晃株式會社等相繼研發出了具有知識產權的單頭螺桿轉子型線。KASHIYAMA公司也有自己的單頭轉子型線見世。
東北大學的劉春姐、張世偉等是國內較早研究螺桿真空泵的學者，對單頭等螺距型線、單頭變螺距型線、雙邊對稱圓弧型線做了一定的研究，并申請了專利。但其所發表的文章中尚未給出完整的轉子端面構成及嚙合、泄漏和齒間面積利用效率的分析。
臺灣中正大學的馮展華教授與漢鐘精機合作，研發螺桿真空泵，并于2004年申請了專利(圖4)。去年在爪式真空泵的基礎上，提出了螺桿爪式型線，給出了螺桿轉子端面型線的構成，并與一般形式的螺桿真空泵型線進行了對比,螺桿爪式型線仍然存在泄漏三角形,但對極限真空影響很小,這種型線主要在軸向泄漏(透孔)方面進行了改進,使得改進后透孔面積大大減小,真空度可以明顯提高。
西安交通大學壓縮機研究所的郭蓓教授在多頭螺桿轉子型線基礎上,研發出一種新型的單頭轉子端面型線,也稱自共軛型線,兩個轉子完全相同,.理論上給出了完整的接觸線,在同樣的抽氣速率下,可以保證軸向泄漏(透孔)面積更小,極限真空度有很大提高。
里奇樂、凱尼和萊寶公司在單頭等螺距轉子型線基礎上均研發出單頭變螺距轉子型線，并將產品投放市場。除了使用一對非等距螺桿以外，變螺距螺桿式設計和等螺距螺桿式設計的基本原理非常相似。螺桿間容積的不斷減小使得其內部產生壓縮。這種設計由于產生內部壓縮而使得其耗電量降低到同多級泵相當的水平。但在很多工藝中，這種內部壓縮同多級泵一樣，極易造成氣體在泵體內的物理化學變化而產生固化或液化。而等螺距螺桿式設計中，氣體通路最短也最簡單。這樣，氣體在泵體內停留的時間也最短。雖然這種設計由于減少了內部的壓縮比而使得其耗電量相對較高，但在很多復雜的半導體工藝中表現出極高的穩定性。 |
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