CN102762867B - 具有吹扫气体系统的干式真空泵和吹扫方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供正排量干泵，包括：多个真空抽汲级，其包括由一个或多个传动轴驱动的相应的多个抽汲机构，以通过抽汲级将流体连续地从高真空级处的泵入口抽汲到低真空级处的泵出口；容纳支承传动轴以便其进行旋转运动的轴承组件的润滑室，传动轴通过润滑室的顶板的开口从高真空级延伸到润滑室；级间吹扫端口，气体能通过级间吹扫端口而在高真空级的下游的级间位置处进入泵，且仅传送通过级间端口的下游的真空抽汲级或各个真空抽汲级；位于润滑室中的润滑室吹扫端口，吹扫气体能通过润滑室吹扫端口而从吹扫气体源流出；其中级间端口连接到润滑室上，以控制润滑室中的吹扫气体的压力，从而阻止抽汲气体在使用期间通过顶板开口从高真空室传送到润滑室。

Description

具有吹扫气体系统的干式真空泵和吹扫方法

技术领域

本发明涉及正排量干泵、用于这种泵的吹扫系统和吹扫正排量干泵的方法。

背景技术

诸如罗茨泵、爪式泵或旋转式叶片泵的正排量泵可包括多个真空抽汲级，该多个真空抽汲级具有由一个或多个传动轴驱动的相应的抽汲机构。传动轴本身可由相应的马达驱动，或者更平常地，一个轴能由马达驱动，同时第二传动轴通过齿轮组件而连接到第一传动轴上。典型地，传动轴被容纳在泵的高真空侧和低真空侧处的润滑室中的轴承组件支承，以进行旋转。

传动轴延伸通过润滑室的顶板中的开口，并且轴和顶板之间的空间由轴密封件密封。虽然轴密封件大体上非常有效，但是仍然会发生通过开口的流体泄漏，这取决于顶板的各侧上的相对压力。当抽汲某些气体时，阻止气体传送到润滑室中是合乎需要的，气体传送到润滑室中会使润滑剂退化，并且能对泵的构件造成损害。使用吹扫气体来防止抽汲气体进入润滑室是已知的，而且典型地对低真空润滑室采用此方法。但是，在泵的高真空侧处引入吹扫气体会限制泵在泵入口处产生高的真空压力的能力。

本发明设法提供改进的组件。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种正排量干泵，其包括：多个真空抽汲级，其包括由一个或多个传动轴驱动的相应的多个抽汲机构，以通过抽汲级将流体连续地从高真空级处的泵入口抽汲到低真空级处的泵出口；容纳用于支承传动轴以便其进行旋转运动的轴承组件的润滑室，传动轴通过润滑室的顶板的开口从高真空级延伸到润滑室；级间吹扫端口，气体能通过该级间吹扫端口而在高真空级的下游的级间位置处进入泵，并且仅传送通过级间端口的下游的真空抽汲级或各个真空抽汲级；位于润滑室中的润滑室吹扫端口，吹扫气体能通过该润滑室吹扫端口而从吹扫气体源中流出；其中，级间端口连接到润滑室上，以控制润滑室中的吹扫气体的压力，从而阻止抽汲气体在使用期间通过顶板的开口从高真空室传送到润滑室。

将理解，在第二方面，本发明提供这样的吹扫组件：其基本如本文描述的那样能作为用于改型成适于现有的泵的吹扫系统的成套的部件来提供。

在又一方面，本发明还提供一种吹扫正排量干泵的方法，泵包括：多个真空抽汲级，其包括由一个或多个传动轴驱动的相应的多个抽汲机构，以通过抽汲级将流体连续地从高真空级抽汲到低真空级；以及容纳用于支承传动轴以便其进行旋转运动的轴承组件的润滑室，传动轴通过润滑室的顶板的开口从高真空级延伸到润滑室；其中，该方法包括：将吹扫气体从吹扫气体源传输到润滑室；通过将润滑室连接到位于高真空级的下游的级间端口上来控制润滑室中的压力，在使用中，润滑室比高真空级处于更高的压力，使得润滑室中的压力阻止抽汲气体通过顶板的开口从高真空级传送到润滑室。

在所附权利要求中限定本发明的其它优选的和/或可选的方面。

附图说明

为了较好地理解本发明，现在将参照附图来描述仅以示例的方式给出的本发明的实施例，其中：

图1示意性地显示了包括正排量干泵的吹扫系统；

图2更详细地显示了图1中显示的正排量干泵的顶板中的开口；

图3示意性地显示了包括正排量干泵的第二吹扫系统；以及

图4更详细地显示了图3中显示的正排量干泵的顶板中的开口。

具体实施方式

参照图1，显示了包括正排量干泵10的吹扫系统，正排量干泵10是罗茨型泵，但是备选地，正排量干泵10可为例如爪型泵或螺杆型泵。泵10包括包含相应的多个泵机构20、22、24、26的多个真空抽汲级12、14、16、18。虽然显示了四个抽汲级，但是所选择的级的数量取决于诸如入口处所需的压力和抽汲容量的要求。在图1中显示的罗茨型泵中，抽汲机构的转子由两个传动轴28、30驱动，但是在其它泵中，可需要更少或更多轴。抽汲机构由传动轴驱动，以通过抽汲级将流体连续地从高真空级12处的泵入口31抽汲到低真空级16处的泵出口33。

润滑室32、34位于抽汲级系的相对的轴向端处，并且顶板36、38使润滑室32、34与相应的邻近的抽汲级12、18分开。这个示例中的润滑室32容纳具有轴承40、42和齿轮组件44的轴承组件。位于马达室48中的马达46驱动轴承40所支承的第一轴28，而齿轮组件44则驱动第二轴30。润滑室34容纳具有轴承50、52的轴承组件，用于支承相应的传动轴28、30。齿轮组件44可改为容纳在润滑室34中。在润滑室的集存槽中提供诸如油的润滑剂54，并且抛掷臂(throwingarm)(未显示)可附连到轴中的一个上，以使润滑剂在壳体中循环，以润滑室内的运动部件(轴承、齿轮、轴)。

传动轴28、30延伸通过润滑室32、34的顶板36、38中的开口。在图2中显示在润滑室34和高真空级12之间的顶板38中的开口56的放大视图。

在图2中，传动轴28延伸通过开口56。轴密封组件在轴和顶板38之间进行密封。在这个示例中，轴密封件组件包括承座在顶板中的环形凹部中且朝轴28延伸的两个唇缘密封件60。由于轴密封件的制造容差和磨损的原因，轴密封件不完全在顶板38和轴28之间进行密封。会发生通过开口56的少量泄漏，这在图2中由唇缘密封件60和轴之间的间隙表示。出于阐明的目的，间隙在这个示例中有所夸大。因此，当在润滑室34和高真空级12之间存在压力梯度时，流体通过开口56泄漏到或者润滑室或者高真空级，如图2中的箭头所显示的那样。抽汲气体和相关联的副产物从高真空级12泄漏到润滑室34中能对泵造成损害，如下面更加详细地阐明的那样。

通常是使用传输到泵的或者工作容积或者高压力轴密封件中的非反应性气体吹扫(通常是氮)来最大程度地减小传送通过泵的过程气体的影响。通常仅在泵的低真空级处使用气体吹扫，因为在这点处，过程气体腐蚀或凝结最严重。在高真空级处使用气体吹扫通常不是必要的，并且能损害泵达到非常低的压力的能力。

当例如在半导体、太阳能板或平板显示器制造室中对处理室或工具进行抽汲时，一些抽汲的过程气体能为反应性的，并且对诸如齿轮组件(如果存在于泵的高真空侧处)或轴承组件的构件造成损害。例如，过程副产物甚至可在低压下凝结。如果允许这些气体在低压齿轮组件或轴承组件的内部凝结，则它们能与润滑剂结合而形成粘稠的浆糊，浆糊会覆盖组件的构件的表面。润滑剂可陷在浆糊中，这会降低集存槽中的润滑剂的水平。最终，泵构件将缺乏润滑剂，而且泵将受到损害。

润滑室34和高真空级12之间的压力梯度不是恒定的。在图1和2中显示的类型的泵的典型的操作期间，泵首先启动，并且降低泵入口31处的压力。由于从润滑室34到高真空级12有泄漏的原因，润滑室的压力也降低，使得其大体与高真空级处于相同的压力。泵在入口处保持高真空，直到需要从处理室中抽汲出过程气体为止。当泵处于这种状况中时，则称其以“极限”操作。

当过程气体从处理室中释放出时，高真空级中的压力增大，从而产生从高真空级到润滑室的压力梯度。这个压力梯度导致过程气体通过开口56而传送到润滑室中，而且如上面指示的那样，随着时间的过去，该压力梯度对泵的构件造成损害。

从处理室中释放出的过程气体的量和组成取决于所进行的特定的处理活动以及取决于处理活动中的步骤而有所变化。在后一种情况下，第一步骤可包括在处理室中在第一压力下进行处理，并且第二步骤例如可包括在第二压力下清洁处理室。

在过程气体释放到高真空级中之后，泵的连续操作导致高真空级中的压力减小，接下来润滑室中的压力降低，直到压力平衡且过程气体停止泄漏到润滑室中为止。但是，处理典型地是循环进行的，并且下一个步骤或过程再次导致高真空级中的压力临时增大，并且过程气体再次传送到润滑室中。

图1和2中显示的布置控制润滑室34中的压力，以阻止抽汲气体从高真空级传送到润滑室，从而减小泵的损害，以及改进泵的使用寿命和拥有的成本。

参照图1，提供级间吹扫端口62，气体能通过该级间吹扫端口62而在级间位置处从吹扫气体源64进入泵，并且气体仅传送通过高真空级的下游的真空抽汲级或各个真空抽汲级。就此而言以及取决于压力状况，级间端口能位于使得级间端口处的压力在使用期间高于开口56处的高真空级的压力的任何位置处。级间端口可位于任何真空级12、14、16、18之间，或者位于高真空级12的下游的任何真空级14、16、18处。

还在润滑室中提供吹扫端口66，吹扫气体能通过该吹扫端口66而从吹扫气体源64中流出。级间端口62连接到润滑室34上，以控制润滑室中的吹扫气体的压力，从而阻止抽汲气体在泵10的使用期间通过顶板38的开口56从高真空级12传送到润滑室34。

选择级间端口62的位置，使得润滑室34中的吹扫气体的压力在使用中大体高于高真空室12中的抽汲气体的压力，从而在润滑室和高真空级之间提供正压力差。

在图1中显示的示例中，吹扫气体源64具有连接到管道70、72上的管道68，管道70、72又分别连接到级间端口62和润滑室吹扫端口66上。因此，级间吹扫端口62通过管道70、72和吹扫端口66而连接到润滑室34上。在管道72中提供节流器74，以减少吹扫气体流传导到润滑室。管道70包括用于阻止抽汲气体从级间端口传送到润滑室的单向阀76。在运行期间，级间端口62处的压力高于高真空室中的压力，并且因此，因为级间端口连接到润滑室上，所以润滑室中的压力高于高真空级中的压力，从而产生从润滑室到高真空级的压力梯度，该压力梯度会阻止高真空级中的过程气体泄漏到润滑室。节流器74构造成减少吹扫气体传导到润滑室，并且因此，润滑室中的压力将低于级间端口处的压力，但是高于高真空级中的压力。

例如，高真空级中的压力可为10^-3毫巴，而级间端口处的压力可为1毫巴。润滑室中的压力可为大约10^-2毫巴，从而阻止过程气体流到润滑室中。

在操作中，当润滑室和高真空级处于大体相同的压力，并且过程气体释放到高真空级中时，高真空级中的压力增大导致下游级间端口处的压力增大，这又传递到润滑室，使得润滑室中的压力升高。照这样，级间吹扫端口处的压力响应于高真空级中的抽汲气体的压力，使得高真空级中的压力的变化导致润滑室中的吹扫气体的压力有对应的被动的变化。当进入到高真空室中的抽汲气体的流量增大时，润滑室中的吹扫气体的压力增大，而阻止抽汲气体通过顶板中的开口从高真空级传送到润滑室。

参照图1和2两者，润滑室吹扫端口66如显示的那样可位于顶板38中，使得吹扫气体能通过轴密封件60流到顶板的开口中。这个布置会提高润滑室中的压差，而不必影响润滑室中的其它构件，并且这个布置将吹扫气体传输到确切的关注位置。备选地或者另外，如图1中的虚线所显示的那样，在润滑室34的壳体中可提供吹扫端口66'，并且吹扫端口66'通过管道72'而连接到源64上，使得整个润滑室中的压力升高，而非只是顶板38的开口56中的压力升高。

虽然本文描述的发明特别适于防止过程气体通过顶板的开口而在轴的周围泄漏，但是如果需要在顶板中提供其它泄漏路径，本发明也适用于防止沿着这样的泄漏路径有泄漏。

在图3中显示了又一个泵80，其中，图1和2的布置的相同特征由相同的参考标号显示。本文对图3的布置的描述将仅集中于这个布置和图1和2中显示的布置之间的差别。

在图3中，润滑室34包括第二吹扫端口82，第二吹扫端口82通过管道84而连接到级间吹扫端口86上，使得吹扫气体能从润滑室34流到级间端口。第一吹扫端口66通过管道88而连接到吹扫气体源64上。在管道84中提供用于限制管道的传导性的节流器90。图4更详细地显示了第一吹扫端口82和第二吹扫端口84的布置，第一吹扫端口82和第二吹扫端口84将吹扫气体传输到润滑室34的顶板38中的开口56中，并且从开口56中传输出吹扫气体。图4的布置类似于图2的布置。

在以虚线显示的备选布置中，润滑室34包括位于室壳体的本体中的第二吹扫端口82'，第二吹扫端口82'通过管道84'而连接到级间吹扫端口86上，使得吹扫气体能从润滑室34流到级间端口。第二吹扫端口66'通过管道88'而连接到吹扫气体源64上。在管道84'中提供了节流器90。

在操作中，以及当以极限操作时，从吹扫气体源64传输到润滑室34的吹扫气体由真空抽汲级抽汲到级间端口86的下游，在所显示的示例中，真空抽汲级包括抽汲级16、18。因此，级间端口86处的压力比高真空级12中的压力处于更高的压力。虽然在级间端口86处对润滑室34进行抽汲，但是节流器90会降低能从润滑室中抽汲出的吹扫气体量，并且因此，润滑室比级间端口处于更高的压力。节流器构造成使得润滑室中的吹扫气体的压力略微高于高真空级中的压力，使得产生从润滑室到高真空级的正的压力梯度，但是压力梯度不会大得产生通过开口56进入到高真空级中的高的吹扫气体流。如果允许出现这种吹扫气体流，则该吹扫气体流会降低泵在泵的入口31处实现高真空压力的能力。

当抽汲气体通过入口31从处理室中释放出时，高真空级12中的压力升高，在短暂延迟(这可为大约一秒)之后，该压力升高导致级间端口处的压力升高。级间端口处的增大的压力又导致润滑室中的压力增大，使得当高真空级中的压力升高时，润滑室中的压力也升高。因此，润滑室中的压力响应于高真空级中的压力，使得从润滑室到高真空级大体保持正的压力梯度，从而阻止抽汲气体通过开口56传送到润滑室中。

Claims (15)

1.一种正排量干泵，包括：

多个真空抽汲级，其包括由一个或多个传动轴驱动的相应的多个抽汲机构，以通过所述抽汲级将流体连续地从高真空级处的泵入口抽汲到低真空级处的泵出口；

容纳用于支承所述传动轴以便其进行旋转运动的轴承组件的润滑室，所述传动轴通过所述润滑室的顶板的开口从所述高真空级延伸到所述润滑室；

级间吹扫端口，气体能通过所述级间吹扫端口而在所述高真空级的下游的级间位置处进入所述泵，并且仅传送通过所述级间吹扫端口的下游的所述真空抽汲级或各个真空抽汲级；

位于所述润滑室中的润滑室吹扫端口，吹扫气体能通过所述润滑室吹扫端口而从吹扫气体源流出；

其中，所述级间吹扫端口连接到所述润滑室上，以控制所述润滑室中的吹扫气体的压力，从而阻止抽汲气体在使用期间通过所述顶板的所述开口从所述高真空级传送到所述润滑室；

其中，在所述级间吹扫端口处的抽汲气体的压力响应于所述高真空级中的抽汲气体的压力，而所述润滑室中的吹扫气体的压力响应于所述级间吹扫端口处的抽汲气体的压力，使得所述高真空级的压力的变化导致所述润滑室中的压力有变化，并且所述润滑室中的吹扫气体的压力在所述高真空级中的压力变动期间维持高于所述高真空级中的压力。

2.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，选择所述级间吹扫端口的位置，使得在使用中，所述润滑室中的吹扫气体的压力大体高于所述高真空级中的抽汲气体的压力，从而在所述润滑室和所述高真空级之间提供正压力差。

3.根据权利要求1或2所述的泵，其特征在于，在所述级间吹扫端口处的压力响应于所述高真空级中的抽汲气体的压力，使得所述高真空级中的压力的变化导致所述润滑室中的吹扫气体的压力有对应的被动的变化。

4.根据权利要求3所述的泵，其特征在于，所述高真空级中的抽汲气体的压力的增大导致所述润滑室中的吹扫气体的压力增大，使得在进入到所述高真空级中的抽汲气体的流量增大的期间，所述润滑室中的吹扫气体的压力增大，以阻止抽汲气体通过所述顶板中的所述开口从所述高真空级传送到所述润滑室。

5.根据权利要求1或2所述的泵，其特征在于，所述润滑室吹扫端口位于所述顶板中，使得吹扫气体能流到所述顶板的所述开口中的轴密封件中。

6.根据权利要求1或2所述的泵，其特征在于，所述润滑室吹扫端口通过一个或多个管道而连接到所述级间吹扫端口上，使得吹扫气体流到所述润滑室中时所处的压力由所述级间吹扫端口处的压力控制。

7.根据权利要求6所述的泵，其特征在于，所述管道包括用以减少气体流传导到所述润滑室的节流器。

8.根据权利要求6所述的泵，其特征在于，所述管道包括用于阻止抽汲气体从所述级间吹扫端口传送到所述润滑室的单向阀。

9.根据权利要求1或2所述的泵，其特征在于，所述润滑室包括第二吹扫端口，所述第二吹扫端口通过管道而连接到所述级间吹扫端口上，使得吹扫气体能从所述润滑室流到所述级间吹扫端口。

10.根据权利要求9所述的泵，其特征在于，所述管道包括用以减少气体流从所述润滑室传导到所述级间吹扫端口的节流器。

11.一种吹扫系统，包括根据前述权利要求中的任一项所述的正排量干泵，以及通过第一管道而连接到所述润滑室吹扫端口上的吹扫气体源，使得在使用期间，在所述级间吹扫端口处的抽汲气体的压力控制接收自所述源的吹扫气体的压力，使得减少抽汲气体通过所述顶板中的所述开口从所述高真空级传送到所述润滑室。

12.根据权利要求11所述的吹扫系统，其特征在于，所述吹扫气体源通过第二管道而连接到所述第一管道上，使得所述润滑室中的吹扫气体的压力响应于所述级间吹扫端口处的抽汲气体的压力。

13.根据权利要求11所述的吹扫系统，其特征在于，第二管道将所述级间吹扫端口连接到所述润滑室中的第二吹扫端口上，使得吹扫气体能从所述润滑室流到所述级间吹扫端口。

14.一种吹扫正排量干泵的方法，所述泵包括：

多个真空抽汲级，其包括由一个或多个传动轴驱动的相应的多个抽汲机构，以通过所述抽汲级将流体连续地从高真空级抽汲到低真空级；以及

容纳用于支承所述传动轴以便其进行旋转运动的轴承组件的润滑室，所述传动轴通过所述润滑室的顶板的开口从所述高真空级延伸到所述润滑室；

其中，所述方法包括：

将吹扫气体从吹扫气体源传输到所述润滑室；

通过将所述润滑室连接到位于所述高真空级的下游的级间吹扫端口上来控制所述润滑室中的压力，在使用中，所述润滑室比所述高真空级处于更高的压力，使得所述润滑室中的压力阻止抽汲气体通过所述顶板的所述开口从所述高真空级传送到所述润滑室；

其中，在所述级间吹扫端口处的抽汲气体的压力响应于所述高真空级中的抽汲气体的压力，而所述润滑室中的吹扫气体的压力响应于所述级间吹扫端口处的抽汲气体的压力，使得所述高真空级的压力的变化导致所述润滑室中的压力有变化，并且所述润滑室中的吹扫气体的压力在所述高真空级中的压力变动期间维持高于所述高真空级中的压力。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法包括控制所述润滑室中的吹扫气体的压力，使得所述润滑室中的吹扫气体的压力大体高于所述高真空级中的抽汲气体的压力，而不管所述高真空级中的压力变化如何。