【文章內(nèi)容簡介】 國外干式機械真空泵市場的不斷增長，其主要驅(qū)動來自于半導(dǎo)體行業(yè)、化學(xué)工業(yè)、薄膜產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。在日本，半導(dǎo)體 行業(yè)已全部用干式真空泵代替油封式機械泵，歐美半導(dǎo)體行業(yè) 45%以上用干式真空泵代替了油封式機械泵，大大提高了產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。為了滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域和不同工況的要求，國外有多級羅茨真空泵、多級爪式真空泵、螺桿式真空泵、渦旋式真空泵、往復(fù)式活塞真空泵以及渦輪式無油真空泵等。極限壓力從 10Pa～ 102Pa，抽速從 20m3/h～500m3/h。據(jù)統(tǒng)計，目前國產(chǎn)干泵的應(yīng)用還不足 1%，國內(nèi)半導(dǎo)體工業(yè)用的干泵全部從國外進口，其價格十分昂貴。所以，我國應(yīng)大力研究開發(fā)干泵，使干泵成為我國真空工業(yè)新的經(jīng)濟增長點。 真空 泵技術(shù)進展趨勢 技術(shù)發(fā)展的原動力在于市場的需求。由于真空技術(shù)領(lǐng)域的擴展和迅速成長的高新技術(shù)，國內(nèi)真空泵市場對真空泵的技術(shù)水平提出了更高的要求。真空泵的生產(chǎn)企業(yè)必須通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整兩個途徑來保住原有市場，進而繼續(xù)沈陽建 筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 擴大市場占有率。 提高真空泵的可靠性，降低振動、噪聲，注重真空泵的綜合水平。過去的若干年，生產(chǎn)廠注重真空泵的主要性能指標(biāo)，比如，極限壓力、抽速等，而忽視真空泵的綜合性能。而現(xiàn)在，產(chǎn)品的可靠性、性能的穩(wěn)定性以及對環(huán)境不 造成污染逐漸成為用戶購買產(chǎn)品時考慮的主要因素。對于旋片泵、羅茨泵 、滑閥泵等而言要將成熟的可靠性設(shè)計理念運用到真空泵的設(shè)計中，在可靠性設(shè)計、可靠性實驗等方面下工夫，以大幅度提高真空泵的可靠性 、 穩(wěn)定性和壽命，保證真空泵能夠在各種工況下長期可靠的運行。同時通過采用新技術(shù)、新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)來降低振動、噪聲，解決泵的噴油、漏油問題，還用戶一個清潔環(huán)保的工作環(huán)境。 企業(yè)面對的永遠是變化的市場，而我們的真空泵產(chǎn)品卻千篇一律的雷同。產(chǎn)品和市場的不銜接，使我們丟掉了許多機會。真空泵的下一步發(fā)展應(yīng)該面向個性化和多樣化。所謂個性化和多樣化就是針對不同用戶的不同需求，設(shè)計針對某一用戶 的特定場合的產(chǎn)品，使產(chǎn)品在這一場合應(yīng)用，其特性的發(fā)揮恰倒好處。 盡快形成分子泵和干泵的規(guī)模生產(chǎn)。根據(jù)預(yù)測，到 2021 年我國將成為世界上第二大半導(dǎo)體集成電路市場，總需求量約 1000 億塊，達到 1000 億美元以上的總金額，需要建 30多條大生產(chǎn)線才能滿足需求。 30條生產(chǎn)線所需干式真空泵大約 15000 臺，是目前我國真空泵年產(chǎn)量的 1／ 10 左右。 國內(nèi)目前真空獲得設(shè)備仍然以傳統(tǒng)的真空泵為主，主要為旋片真空泵、滑閥真空泵、羅茨真 空泵、蒸汽流泵、水環(huán)真空泵等，且全部用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，我國生產(chǎn)的真空泵用于電子信 息產(chǎn)業(yè)不足 1％，與日本、歐美等國相比差距巨大 。 我國干式真空泵的生產(chǎn)處于剛剛起步階段，在全國 200多家生產(chǎn)真空泵的企業(yè)中，能夠生產(chǎn)干式真空泵的企業(yè)不足 10 家，年產(chǎn)量不足 1000 臺。沒有形成批量生產(chǎn)。目前國內(nèi)生產(chǎn)的干泵絕大多數(shù)用于實驗室及化學(xué)、醫(yī)藥等領(lǐng)域，用于半導(dǎo)體行業(yè)的很少。 國內(nèi)飛速發(fā)展的電子信息產(chǎn)業(yè)沒有有效的刺激國內(nèi)干式真空泵發(fā)展，而卻成為國際上真空工業(yè)發(fā)達國家的擴張之地。目前國內(nèi)建成的半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)線，幾乎所有的干式真空泵 (包括其它真空設(shè)備 )均為進口，主要來自英國、日沈陽建 筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 本、德國、美 國等。國內(nèi)生產(chǎn)的干式真空泵進入該領(lǐng)域十分艱難，使得干式真空泵這個未來真空獲得設(shè)備的主導(dǎo)產(chǎn)品在我國處于十分困難的境地。 造成 此狀況的主要原因為干式真空泵在我國的起步較晚，剛一起步即面臨國外已經(jīng)發(fā)展成熟的產(chǎn)品大量進入我國市場，國內(nèi)產(chǎn)品除了價格低外，在加工制造、技術(shù)水平、質(zhì)量狀況等各方面不含有優(yōu)勢，國外各國的產(chǎn)品經(jīng)過幾年的較量，已經(jīng)基本瓜分了國內(nèi)市場，并且站穩(wěn)了腳，國內(nèi)的干式真空泵生產(chǎn)由于失去了市場的激勵，沒有了發(fā)展的動力，進步緩慢。 業(yè)內(nèi)專家一致認為干式真空泵是真空獲得設(shè)備發(fā)展的方向，也是真空 獲得手段的 “ 尖端 ” 技術(shù)，我國的真空泵產(chǎn)業(yè)必須在此領(lǐng)域有所作為，首先進入食品、化工、醫(yī)藥等行業(yè)。經(jīng)過這些市場的培育和鍛煉，進而打入半導(dǎo)體行業(yè)。才能使整個行業(yè)與時俱進的發(fā)展。 目前國內(nèi)分子泵應(yīng)健全系列并開發(fā)多品種，如低溫分子泵、復(fù)合分子泵等，逐漸擴展市場。 引進國外先進技術(shù)，提升我國產(chǎn)品的科技含量在其他行業(yè)有成功的經(jīng)驗。在發(fā)展真空獲得設(shè)備的高端產(chǎn)品中引進國外技術(shù)，并很好的消化吸收，將宅譽速改變我國產(chǎn)品技術(shù)含量低、質(zhì)量 和技術(shù)水平不能滿足市場需求的現(xiàn)狀。但苧引進國外技術(shù)，應(yīng)特別注意兩點：一是重在消化吸收， 在此基礎(chǔ)上培育企業(yè)的自主知識產(chǎn)權(quán)和創(chuàng)新能力。二是不要重復(fù)盲目引進，要瞄準(zhǔn)國際上當(dāng)代最新技術(shù)，避免引進一代，落后一代。引進國外技術(shù)不是目的，而是手段，通過引進技術(shù)最終打造國產(chǎn)自主品牌。 傳統(tǒng)的真空設(shè)備我們生產(chǎn)了幾十年，在全國范圍內(nèi)形 成了產(chǎn)品分布的穩(wěn)定格局。但是隨 著經(jīng)濟的高速發(fā)展，信息技術(shù)、航空航天、納米科學(xué)等高科技弓 I導(dǎo)了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的潮流。而這些高新技術(shù)的發(fā)展離不開真空獲得設(shè)備這個基礎(chǔ)裝備。目前國內(nèi)的狀況是真空泵生產(chǎn)企業(yè)仍然以生產(chǎn)傳統(tǒng)產(chǎn)品為主 39。在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域占領(lǐng) 90％以上的市場份額。在高科技領(lǐng)域， 國內(nèi)產(chǎn)品在技術(shù)水平和質(zhì)量上不能滿足要求， 90％以上市場份額由國外產(chǎn)品占領(lǐng)。國內(nèi)真空獲得產(chǎn)品與高新技術(shù)的發(fā)展嚴重脫節(jié)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不盡合理。多數(shù)企業(yè)期望只靠已有的老產(chǎn)品，不斷增加產(chǎn)量而逐年增加利潤，這種可能性在市場競爭日益激烈的今天會越來越小。在今天的國內(nèi)外市場格局面前，盡快調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使其適應(yīng)市場需求才是沈陽建 筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 最明智的選擇。 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整一是要不斷推出市場需要的對路產(chǎn)品，對真空泵市場來說，就是要加快各種干式泵、分子泵以及其他高端產(chǎn)品的研制生產(chǎn)，盡快形成批量 。二是全行業(yè)要形成高、中、低端產(chǎn)品的合理布局，并 隨著 市場的變化，不斷調(diào)整，始終保持比較合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)狀態(tài)。 盡管 2021 年真空行業(yè)取得了令人矚目的成績，但目前的真空泵技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r卻并不樂觀。全行業(yè)要認真分析形勢，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn) ，團結(jié)一致，為行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進步開出一條道路，為我國的經(jīng)濟建設(shè)做出 全行業(yè)應(yīng)有的貢獻。 對真空技術(shù)未來發(fā)展的期望 對未來真空技術(shù)的期望，首先希望廠家能研制出方便耐用的設(shè)備，朝著用戶與廠家相互滿足的方向努力。操作要方便，要縮短運轉(zhuǎn)時間或生產(chǎn)周期。因為花費在抽真空上的時間非常長，所以要加以解決。 真空裝置和儀 表要高級化，提高設(shè)備的壽命和精度。希望在太空中建立真空應(yīng)用的工廠?？臻g站和飛船也會釋放出自身的氣體，真空并不理想，在空間飛船后 100 米以外的地方才能獲得理想的超高真空。要利用微重力條件下宇宙真空環(huán)境，為人類服務(wù)。 鋁合金真空裝置可能代替不銹鋼。實現(xiàn)真空裝置鋁合金化，硬度問題利用離子鍍就可以達到實用化。 今后的發(fā)展方向，一是向微小化領(lǐng)域 (納米科技和固體元件的研制 )，另一個是向巨大化的領(lǐng)域 (如核聚變的研究 )，其中在巨大化裝置和使用多種氣體的真空裝置方面，希望能研制出能夠用于從粘滯流領(lǐng)域到超高真空 的寬域型真空泵。希望能研制出不經(jīng)烘烤的超高真空裝置或者烘烤 100℃ 就可以了?？傊苑奖阌脩舻牟僮鳛槌霭l(fā)點，得到全世界用戶對歡迎。 我們希望 21 世紀(jì)中真空科學(xué)與技術(shù)取得更新的成就。真空行業(yè)得到更大的發(fā)展。 沈陽建 筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 第二章 羅茨真空泵的介紹 羅茨真空泵的術(shù)語和定義 （ 1）抽氣速率 當(dāng)泵裝有標(biāo)準(zhǔn)試驗罩并按規(guī)定條件工作時，從試驗罩流過的氣體流量與在試驗罩上指定位置測得的平衡壓力之比，簡稱抽速，單位 L/s。 （ 2）極限壓力 泵裝有標(biāo)準(zhǔn)實驗罩并按規(guī)定條件工作，在不引入氣體正常工作的情況 下，趨向穩(wěn)定的最低壓力，單位為 Pa。 （ 3）最大允許壓差 最大允許壓差是指泵入口壓力等于或低于 Pa3101? 時，連續(xù)運轉(zhuǎn) 1h，不發(fā)生故障所允許的出口壓力與入口壓力差值的最大值，單位為 Pa。 （ 4） 零流量最大壓縮比 零流量壓縮比 0K 就是關(guān)閉進氣管路、氣體流量為零時，前級真空管路中的壓力與入口壓力之比，該壓縮比的最大值用 max0K 表示。實驗氣體為非可凝性氣體，一般指空氣。 羅茨 真空泵的型式和基本參數(shù) （ 1）型號表示方法 圖 21 型號示意圖 沈陽建 筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 表 21 類型 一般型 帶溢流閥 氣冷式 代號 P Q （ 2）標(biāo)記示例 1）名義抽氣速率為 150L/s 的羅茨真空泵，標(biāo)記為： ZJ150： 2）名義抽氣速率為 300L/s 的帶溢流閥羅茨真空泵，標(biāo)記為： ZJP300 3）名義抽氣速率為 600L/s 的氣 冷式羅茨真空泵，標(biāo)記為： ZJQ600 （ 3）基本參數(shù) 一般型及帶溢流閥型泵的基本參數(shù)應(yīng)符合 圖 22 圖 22 參數(shù)表 1 沈陽建 筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 氣冷式泵的基本參數(shù)符合圖 23 圖 23 參數(shù)表 2 羅茨真空泵的技術(shù)要求 （ 1）泵應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并按照經(jīng)規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣及技術(shù)文件制造。 （ 2） ZJ（ P）型泵必須有前級泵為其預(yù)抽真空，它不能單獨使用； ZJQ 型泵可單獨使用，直排大氣。 （ 3）泵配用油封機械真空泵作前級泵 時，則不適于抽除含氧氣量過高、有爆炸性的、對黑色金屬有腐蝕性的、與真空泵油起化學(xué)反應(yīng)和含有塵埃 的氣體。 （ 4）在帶試驗罩的條件下， ZJ（ P）型泵啟動運轉(zhuǎn) 30min 之后，應(yīng)達到圖 22規(guī)定的極限壓力； ZJQ 型泵在啟動和運轉(zhuǎn)平衡后（一般 3min 到 5min），應(yīng)達到圖 23規(guī)定的極限壓力。 （ 5）本標(biāo)準(zhǔn)不考核抽氣速率。如需測量抽速， ZJ（ P）型泵必須配置相應(yīng)的前級泵，并注明前級泵的型號和規(guī)格。 （ 6） ZJ（ P）型泵的其他性能應(yīng)符合圖 22的規(guī)定； ZJQ 型泵的其他性能應(yīng)符合圖 23的規(guī)定。 沈陽建 筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 （ 7）泵工作的環(huán)境溫度為 CC ?? 40~5 。 （ 8）泵應(yīng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)子不得有撞擊聲，不應(yīng)有 雜音。 （ 9）泵的 動密封不允許有漏油現(xiàn)象。 （ 10）泵的外表面應(yīng)油漆光潔，緊固件及其他外露加工表面應(yīng)做防銹處理。 （ 11）泵應(yīng)無故障運行時間 2500h。 （ 12）泵出廠必須帶有必要的備件和專用工具。 （ 13）在用戶遵守泵的運輸、保管、安裝、使用維護的條件下，從制造廠發(fā)貨日期起一年內(nèi)，泵因制造質(zhì)量不良發(fā)生損壞而不能正常工作時，制造廠應(yīng)為用戶免費修理或更換。 沈陽建 筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第 三 章 ZJ150 型羅茨真空泵的總體設(shè)計 羅 茨真空泵（簡稱羅茨泵）是一種旋轉(zhuǎn)式變?nèi)菡婵毡谩Ｋ怯闪_茨鼓風(fēng)機演變而來的。根據(jù)羅茨真 空泵工作范圍的不同，又分為直排大氣的低真空羅茨泵；中真空羅茨泵（又稱機械增壓泵）和高真空多級羅茨泵。一般來說，羅茨泵具有以下特點： （ 1） 在較寬的壓強范圍內(nèi)有較大的抽速； （ 2） 起動快，能立即工作； （ 3） 對被抽氣體中含有的灰塵和水蒸氣不敏感 ，泵腔內(nèi)氣體垂直流動，有利于被抽的灰塵或冷凝物的排除 ； （ 4） 轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵腔之間有間隙，泵內(nèi)運動無摩擦； 轉(zhuǎn)子不必潤滑，泵腔內(nèi)無油； （ 5） 轉(zhuǎn)子形狀對稱， 振動小， 選擇高精度的齒輪傳動，運動時噪音低 轉(zhuǎn)子動平衡條件較好，沒有排氣閥； （ 6） 驅(qū)動功率小，機械摩擦 損失??； （ 7） 結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小 ，通常選臥式結(jié)構(gòu) ； （ 8） 運轉(zhuǎn)維護費用低。 因此，羅茨泵在冶金、石油化工、造紙、食品、電子工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用。 在泵腔內(nèi)，有二個 “8” 字形的轉(zhuǎn)子相互垂直地安裝在一對平行軸上，由傳動比為 1 的一對齒輪帶動作彼此反向的同步旋轉(zhuǎn)運動。在轉(zhuǎn)子之間，轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁之間，保持有一定的間隙，可以實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運行。由于羅茨泵是一種無內(nèi)壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故高、中真空泵需要前級泵。羅茨泵的極限真空除取決于 羅茨 真空 泵 本身結(jié)構(gòu)和制造精度外，還取決于前級泵的極限真空。為了提高泵的 極限真空度，可將羅茨泵串聯(lián)使用。 沈陽建 筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 ZJ150 型羅茨真空泵的總體構(gòu)成 此次設(shè)計的 ZJ150 型羅茨真空泵 是參照國內(nèi)外同類產(chǎn)品，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，揚長避短，而設(shè)計出來的。 羅茨 真空 泵的工作原理與羅茨鼓風(fēng)機相似。由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，被抽氣體從進氣口吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間 v0 內(nèi)，再經(jīng)排氣口排出。由于吸氣后 v0空間是全封閉狀態(tài)，所以，在泵腔內(nèi)氣體沒有壓縮和膨脹。 但當(dāng)轉(zhuǎn)子頂部轉(zhuǎn)過排氣口邊緣， v0空間與排氣側(cè)相通時，由于排氣側(cè)氣體壓強較高，則有一部分氣體返沖到空間 v0中去，使氣體壓強突然增高。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn) 動時，氣體排出泵 。 如圖