TUTHILL真空产品的特点与应用

TUTHILL真空产品的特点与应用姜燮昌美国泰悉尔(中国)集团

真空获得设备是一个量大面广的产品。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。

近年来,随着我国真空技术应用领域的不断扩大,特别是粗、低、中真空获得设备占了整个真空工业应用的70％以止，各种真空获得设备的增长亦非常迅速。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,性能质量亦有明显提高。

然而，当今我们所生产的真空泵其原理和结构几乎与四、五十年前一样,并没有什么根本的变化。但是,随着一些特殊用户的需求以及一些新的应用领域的出现,这将使我们真空获得设备的发展正在进入一个新的时代。对于当前的真空应用领域而言,这些要求大致可归纳如下:降低泵的振动和噪声,提高长期运行的可靠性,处理大量可凝性和挥发性气体,降低能耗和运行成本,消除废液处理和对环境的污染,要求耐腐蚀、耐粉尘以及获得清洁、无油的真空环境等。上述这些要求迫使真空获得设备制造厂家不断改进它们产品特性以及研究开发新的真空获得设备。一、降低泵的振动与噪声

滑阀泵由于具有抽速大、性能稳定、经久耐用等特点，因而在真空工业装置中作为粗抽泵占有很重要地位。滑阀真空泵结构图见图（1）图1.滑阀真空泵结构图2.吸气腔扩大排气腔缩小4.最后压缩1.气体压缩3.继续压缩

排气阀滑阀组件排气腔吸气腔泵体导轨体

工作原理图2.滑阀泵工作原理

自从滑阀式真空泵问世以来,它的运动部件的惯性力和惯性力矩所产生的振动一直引起人们注意,五十多年来,人们对此做了大量工作,但至今尚未彻底解决。美国Kinney公司首创的“三缸结构”滑阀泵与目前国内单缸外置双平衡式结构的滑阀泵完全不同,它可以实现滑阀组件的自身平衡而无需外加配重,其结构见图2所示。1,结构特点1),三缸内平衡,使泵具有在运转时基本无振动的特点。图3.三联滑阀内平衡结构设计

图4是Kinney滑阀泵内置三缸平衡力的示意图,中间为长滑阀组件,两侧各为等长的短滑阀组件,短滑阀组件的长度为长滑阀组件的1/2,它们之间的位置相差180°。如长滑阀所产生的惯性力为F,则短滑阀所产生的惯性力为F/2,因此惯性力和惯性力矩大小相等而方向相反,即：

F=F/2+F/2F×L/2=F×L/2F为长滑阀组件的惯性力

F=eG/g×(n/30)2式中:e—偏心轮的偏心距,mG偏心轮的重量,Ng重力加速度,m/s2n泵的转速,r/min

用该平衡方法使得泵在运转时滑阀组件所产生的惯性力和惯性力矩可以完全抵消,是当今滑阀泵平衡效果最好的一种方法。图3.内置三缸惯性力和惯性力矩平衡图图4滑阀泵内置三缸平衡力示意图2),泵的噪声低

由于该泵运转平衡性好,再加上泵内有一系列降低噪声措施,使泵的噪声远远低于国家标准规定的同规格产品的噪声指标,其实测噪声值为72dB(A)。

3),安装简便

这种三缸内平衡的设计理念,可以使滑阀泵的安装无需地脚螺栓,无需特殊的地基,可以安放在任何能支撑其重量的地面或台架上,因而大大方便了用户的使用。

在半导体、FDP、薄膜太阳能电池以及某些工况条件非常苛刻的化工、制药等行业,大都是采用罗茨泵与干式真空泵所组成的真空机组,一方面可以减少干泵尺寸,提高真空机组在中真空范围的抽速，另外真空系统的极限真空亦可以提高一个数量级。根据罗茨泵的抽气机理,由于它既不需要润滑亦不需要密封介质,从原则上来说应该是无油的。但是罗茨泵的转子必须由轴承来支撑和精密的同步齿轮来伝动。这些轴承和齿轮均需要有润滑系统。另外当真空系统抽除腐蚀性气体或蒸汽时,润滑油亦会受到侵蚀。二、罗茨泵在清洁或腐蚀性工艺中的应用

罗茨真空泵工作原理美国Tuthill罗茨泵的轴封装置(图5)图5.美国Tuthill的五点机械密封的罗茨泵(KMBD系列)

为了彻底解决油箱内的油蒸汽和泵腔之间的交叉污染问题,即既要防止油箱内的油蒸汽通过轴封返流到泵腔而造成对系统的污染,又要阻止工艺气体通过轴封而进入油箱,造成对油的侵蚀。美国Tuthill的KMBD系列罗茨泵则全部采用机械密封,即除了电机输入端采用图7左下端所示的机械密封(54)外,其余4个机械密封(54)都用来作为泵腔与油箱之间的密封。这种全部是机械密封的罗茨泵特别适合于工艺气体腐蚀性很强的应用场合,为了防腐蚀,这种罗茨泵的内部凡是接触工艺气体的表面都要经过涂层处理,Bi-Protec(Ni0.076mm+Cr0.005mm),所有密封圈材料为Kalrez全氟橡胶。

机械密封结构图6随着高新技术的发展和真空应用领域的不断扩大，对真空获得技术提出了十分苛刻的要求：1.无油清洁真空的获得在半导体、平板显示、薄膜太阳能电池等领域,传统的有油真空系统已经不允许使用,因为这种系统产生的碳氢化合物会影响最终产品的性能质量,所以要求真空系统能获得清洁无油的真空环境。三.干式螺杆真空泵2.有害气体的抽除在半导体、化工、石化、制药等应用领域中,其被抽的工艺介质大多是有害气体,即有毒、易燃、易爆以及腐蚀性气体,在抽空过程中,这种有害气体会与泵油相混合,而使泵油变质劣化。同时在工艺过程中,化学反应的生成物及颗粒副产品也会给泵的正常工作带来不利影响,所以真空泵必须是能抽除有害气体和颗粒的无油干式真空泵。所谓干泵就是指:能在大气压到10-1Pa的压力范围内工作,在泵的抽气流道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。螺杆式真空泵是上世纪90年代出现的一种比较理想的干泵,其主要优点是:图7.螺杆真空泵工作原理干式螺杆真空泵干式螺杆真空泵是20世纪90年代初出现的一种理想泵型，它的工作原理见图7当两个并行的经过精密加工的螺杆相对旋转时，螺杆将被抽气体从进气口吸入并经压缩从排气口排出。螺杆真空泵工作原理

Suction进气口C/WReturn冷却水进口Discharge排气口C/WSupply冷却水出口螺杆真空泵装配KINNEY®

TuthillScrewVacuumPump

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TSP

系列螺杆真空泵的四个型号

TSP150&350&450&800

TSP

系列

ATEXZone1(ExⅡ2GcT3)■TSP

螺杆真空泵的规格参数TSP系列螺杆真空泵拥有独特的轴心冷却螺杆设计,这将非常有益于减少螺杆转子表面温度及转子的热膨胀.拥有螺杆转子的设计专利,冷却水能直接通入螺杆内部.凭借这一特色我们的泵非常适合于化工,制药及塑料等工业应用.TSP技术特点冷却水流通图■拥有专利的螺杆设计■冷却水能进入螺杆内部冷却水进冷却水出TSP技术特点●

螺杆表面温度低

螺杆表面温度低于120℃

流程介质在泵内不会碳化●

转子热膨胀小

因为螺杆内部有水冷却,螺杆与螺杆螺杆与泵壳之间不会因为热膨胀而卡死●

涂层耐用

因为螺杆内部有水冷却,螺杆表面温度低涂层不会因为高温而造成烧毁和脱落.

适合于强腐蚀环境的使用●

抽真空时间短

转子无热膨胀,冷态间隙小,很短时间内就能达到要求真空KINNEY®

TSP技术特点材质TSP技术特点机械密封■泄漏量

:氦检漏

(2*10-5stdcc/secHe)■

压力

:<5kg/㎠■温度

:<250℃■静止时弹簧压力:1.74~1.95Kg/㎠(一般情况的标准值

:1.7~2.2Kg/㎠)TSP技术特点涂层TSP技术特点冷却水条件

一般工业用水下表中±20%的用量含石灰石的地下水不适合用做冷却水TSP150TSP350TSP450TSP800冷却水量(l/min)12141620TSP技术特点

噪音及振动■振动4.5mm/s2.8mm/s2.8mm/s1.8mm/sTSP800TSP450TSP350TSP150

■噪音(dB)带消音器8382828150Hz8584848360HzTSP800TSP450TSP350TSP150TSP技术特点

润滑■ISOVG68■适当的油量■每三个月换一次油■视实际情况改变检查和换油的次数-15℃224℃9.55100ISOVG100-15℃220℃8.8368ISOVG68-12.5℃226℃6.9646ISOVG46倾点

闪点运动粘度100℃运动粘度

40℃TSP技术特点在停泵前关闭泵的进气口阀门,在进气口冲入氮气或水蒸气运转20~30分钟,对泵腔及螺杆进行吹扫,清洗泵腔内残留的工艺气体或表面粘附的粘稠物质.清洗吹扫对于当抽除腐蚀,有毒或是粘稠的例如树脂类介质时尤其重要.清洗吹扫TSP技术特点冷却吹扫冷却吹扫用于冷却螺杆及内部泵腔,减少排出气体因压缩而变热.

进气口吸入的工艺气体应螺杆的转动而被压缩送到排气口,压缩使得气体温度升高,这必须要用冷却吹扫来保护泵不会过热而卡住.通常用空气作为冷却吹扫的气体除非是有工艺要求来指定.在泵靠近排气口的地方安装有一个过滤器来吸入空气来冷却吹扫.

空气过滤器TSP技术特点密封吹扫用氮气加压于前端盖内使得工艺气体或液体不能进入装有齿轮及轴承的油箱.接入的接口有2个,位于前端盖的顶端.■氮气压力

:<0.5kg/㎠G■机械密封能承受得得最高压力:5kg/㎠G.TSP技术特点螺杆泵的比较

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变螺距泵有较高的极限真空,较低的功耗和排气温度.

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等螺距泵更耐用一点.

美国Tuthill最新开发的KDS425立式螺杆真空泵HourMeter计时器OilFilterchangemeter过滤器指示OilTemperature油温OilPressure油压Oillevel油位KDS-425KDS-425螺杆真空泵结构剖面图KDS-425立式螺杆真空泵工作原理KDS-425泵腔内设有专利技术的旁通阀，在高的入口压力下具有良好的抽气特性

a）对间歇式工艺和检漏来说，它的抽降时间较快；无外部密封

a)无轴封泄漏

b)在车间地面上无油污耐腐蚀的螺杆

a)高含镍量的螺杆

b)在许多化工应用中螺杆无需镀层气流式从上至下

a)由于重力和气体流速的原因，颗粒和冷凝物不可能累积在泵腔内

b)消除了累积区域，这种累积现象在所有卧式结构中是无法避免的KDS-425技术特点KDS425CapacityCurvesKDS-425抽气曲线KDS真空泵优点双螺杆的垂直流向设计使得最大程度上减少液体及颗粒在泵内的沉积垂直的悬臂设计不需要在进气端使用轴承及密封件大的邮箱，延长了更换油的期限淬硬的齿轮，齿轮耐久性提高强制供油，使得轴承的检修期高达5年容易清洗的泵腔/螺杆，泵壳能被垂直移开来清洗转子，清洗螺杆和泵腔时无需重新安装整个设备螺杆可以完全暴露在外，清洗螺杆和泵腔手工就可以，无需特殊工具和方法容易维护，不需特殊工具也不需要工厂协助，用户自己就能维护耐用的螺杆不需要移动设备就可以更换螺杆假使由于工艺中带有不可压缩的物料而造成螺杆损坏，方便更换螺杆就成为非常重要的优点，同时也降低了客户的维护成本轴封可以在原位更换KDS-425优点

KDS425Specifications参数规格表*50和60HZ电机泵的特性参数是一样的.不同的传动机构但使得螺杆的转速是一样的.KDS-425技术参数KDS-425螺杆泵驱动方式KDS-425传动系统KDS-425传动系统嵌齿皮带KDS-425传动系统为什么要用碳纤维皮带？KDS-425传动系统首次被美航天局应用于火箭和太空船碳纤维材料现今是商用航天器特选材料之一在其全部使用寿命中平均运转效率超过98%.安静(与齿轮比较而言)设计寿命超过25000小时（3年)较高的抗伸强度，不会伸长或延伸（免维护）带齿皮带定位精确降低维护成本当地就可以买到施加在皮带上的力恒定只需要在泵大修或更换电机时校正皮带更换皮带很容易，减少停机时间自动张紧轮装置

泵复装或是更换电机时只需再调校一下

滑轮的凸缘确保更换皮带后的同心性

容易进入更换皮带减少停机时间KDS-425传动系统四.中真空、低真空获得设备的主要应用领域

多晶硅：多晶硅铸锭炉要求炉内的极限压力亦必须抽到1Pa以下，美国GTSolar公司配置的真空机组是KMBD540罗茨泵加上KT-150单级滑阀泵，机组的极限压力可达1ｘ10-2Pa。由于多晶硅生产厂都是将几十台甚至于上百台炉子集中在一个封闭的空调厂房内，所以对真空机组的振动和噪声要求极为限严格，而且要求真空机组在连续60小时下运行无故障。由于KMBD540＋KT150罗茨滑阀机组体积小、重量轻、噪声低、无振动、可靠性好，所以现在国内外所有多晶硅铸锭炉基本上都是采用Tuthill公司生产的罗茨滑阀机组。1.在多晶硅太阳能电池行业的应用行业应用化工项目：在ABS(高性能工程塑科)、PS(聚苯乙烯是热塑性合成树脂之一)等项目中，其被抽气体中含有极毒的丙烯腈和苯乙烯以及易燃、易爆的工艺介质。一般均采用罗茨液环泵真空机组，其极限真空度可达25Pa左右。其罗茨泵均采用五点机械密封，工艺气体过流部分均作表面涂层处理，液环泵则配置双端面机械密封并采用AP153冲洗，以确保无任何泄漏。2、在化工行业的应用行业应用3、在制药行业溶媒回收中的应用

采用溶媒结晶工艺的原料药，通常在结晶后进行过滤、洗涤和真空干燥。物料中含湿通常在20%~200%，湿物料所含溶媒通常是易燃、易爆、有毒、有害的介质，它们在干燥工程中被真空机组抽走。传统的湿式真空系统普遍选用罗茨液环真空泵机组，液环泵的密封液在运行中会溶解或吸收部分有机溶媒，在汽液分离器中分离废气和高浓度的有机废液，这两部分都需要处理，这不仅不能充分回收这部分溶媒，而且使企业运行成本增加，更对健康安全和环保带来挑战