CN104989679B - 大口径高真空油扩散泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扩散泵，特别是涉及一种大口径高真空油扩散泵，它适合应用于真空炉、真空镀膜机。大口径高真空油扩散泵，它包括泵体、设置在泵体内的泵芯组件，其中加热器设置在泵体底部、泵体的排气口内设有挡油装置，泵体采用了凸腔结构，泵芯组件垂直安装在泵体内中心油槽内，泵芯组件结构是由内至外依次设置一级导流管、二级导流管和三级导流管构成整体结构，各级导流管上部均设有伞帽形扩散喷嘴，喷射喷嘴垂直焊接在三级导流管的底部，一级导流管的高度比二级导流管高，二级导流管的高度比三级导流管高。本发明具有大口径、极限真空度高、抽气速率高、返油率低、耗电量低的特点。

Description

大口径高真空油扩散泵

技术领域

本发明涉及一种扩散泵，特别是涉及一种大口径高真空油扩散泵，它适合应用于真空炉、真空镀膜机。

背景技术

高真空油扩散泵属于射流真空泵的一种，它工作在高真空区域，以低压高速油蒸汽作为工作介质。泵的抽气过程是被抽气体扩散到油蒸汽射流中而被携带到泵出口排除的过程。它由泵体、泵芯组件、加热器、挡油装置等组件组成。泵体大都采用碳钢或不锈钢制造；泵芯组件是由喷嘴及导流管组成，泵芯组件是高真空油扩散泵的关键部件，材料主要有铝或不锈钢；加热器由金属外壳、高温耐热陶瓷盘及加热组件组成；排气口处装有挡油装置，防止油雾进入真空设备，降低了对真空设备的污染。油扩散泵除了在一般工业中有广泛应用外，特别适用于那些要求对大的被抽容器进行快速抽空以及迅速排除被处理材料在处理过程中放出大量的气体的工艺过程。例如：真空冶金，真空热处理设备及真空镀膜的设备等。

传统的高真空油扩散泵根据泵体的形状主要分为两种，为直腔和凸腔两种，其口径在100-1000毫米之间，由于加工难度及整体结构的限制，使得目前市面上没有口径大于1000毫米的更大口径的高真空油扩散泵。由于传统技术结构的高真空油扩散泵无法生产更大口径的真空泵，使其应用领域受到限制。传统的高真空油扩散泵的抽速小，原有抽气速率最大仅能达到32000L/s，极限真空低，极限真空度最高为7×10^-5Pa，达到极限真空时间长，返油率高，耗电量大。

发明内容

本发明就是为了解决上述技术问题，而提供的一种大口径高真空油扩散泵，它具有大口径、极限真空度高、抽气速率高、返油率低、耗电量低的特点。

为了达到上述目的，本发明是通过下述技术方案试下的：

高真空油扩散泵，它包括泵体、设置在泵体内的泵芯组件，其中加热器设置在泵体底部、泵体的排气口内设有挡油装置，泵体采用了凸腔结构，泵芯组件垂直安装在泵体内的中心油槽内，泵芯组件结构是由内至外依次设置一级导流管、二级导流管和三级导流管构成整体结构，各级导流管上部均设有伞帽形扩散喷嘴，喷射喷嘴垂直焊接在三级导流管的底部，一级导流管的高度比二级导流管高，二级导流管的高度比三级导流管高。

上述泵体的凸腔的中间体直径尺寸是进气口径尺寸的1.25倍，泵体的内外焊缝处采用两面焊接结构，泵体进气口径处的法兰采用碳钢整体结构。

上述的泵体外设有全水套冷却外套，冷却外套为水套式冷却外套或水冷却铜管式冷却外套。

上述的水套式冷却外套的水套壁采用为不锈钢板，内部由圆钢缠绕泵体外部形成水流导向结构；水冷却铜管式冷却外套的结构为冷却铜管缠绕泵体外壁，冷却水在冷却铜管内流动，冷却铜管采用紫铜管，冷却铜管与泵体外壁接触处采用铜焊点焊，然后采用锡焊满焊结构。

上述的泵芯组件的上部通过支撑架组件与泵体内壁支撑紧固，支撑架组件结构如下：支撑套焊接在位于中间的支撑环上，支撑杆通过螺纹与支撑套连接。

上述的泵体的下部设有观察窗和测温电阻，其中观察窗由不锈钢制造，观察窗结构为是第一无氧铜密封垫安装于小法兰口处，小法兰与小接管焊接，小法兰上部安装盲板法兰并用不锈钢六角头螺、螺母、平垫圈连接紧固件，第二无氧铜密封垫安装在主法兰上，主管法兰与主接管焊接，第二无氧铜密封垫与观察窗法兰通过不锈钢六角头螺栓、螺母、平垫圈连接紧固。

上述的泵芯组件的伞帽形扩散喷嘴的喷射角度为55-65度，喷射喷嘴的喷射角度为11-14度。

上述的泵芯组件的具体结构为：一级导流管下部和一级导流管上部连接紧固；三级导流管和二级导流管通过三级支撑套连接在一起；二级导流管与一级导流管上部用二级支撑套安装连接；三级间隙垫安装在三级导流管上部；三级喷嘴帽放置在三级导流管上；二级间隙垫安装在二级导流管上；二级喷嘴帽与一级导流管上部接触连接；一级间隙垫放置在一级喷嘴座的中间位置；一级喷嘴帽通过螺栓与一级喷嘴座安装于一体，一级喷嘴座与一级导流管上部通过螺纹旋拧结构安装在一级导流管上。

上述的加热器的结构如下：金属外壳的底部安装有万向脚轮，金属外壳内由下自上依此设置有炉底、耐热绝缘板、耐热陶瓷盘、镍铬合金加热丝。

上述的挡油装置垂直安装在泵体的排气口处，挡油装置它是由位于中心的挡油杆及挡油杆上由下自上间隔、交错排列的半圆形挡板构成。

由于采用上述技术方案，使得本发明具有如下优点和效果：

为满足市场对大口径大抽速高真空油扩散泵的要求，本申请人设计出国内规格比较大型的KT1200-2000毫米大口径的较大型高真空油扩散泵，其特点在于比同行业中的泵抽气速率提高40%以上，设计抽速为60000-180000 L/s。本发明扩散泵的加热时间短为用户提高了工作效率，减少了抽气时间，缩短了生产工艺过程的操作时间，并降低了用电量成本。本发明大口径高真空油扩散泵结构紧凑，便于安装、操作、运输、维修。

泵体的结构采用了凸腔形式，凸腔的中间体直径尺寸是口径尺寸的1.25倍，经过试验验证为了更好的得到较高的抽气速率指标，采用泵体的中间体直径尺寸是口径尺寸的1.25倍的设计能达到最佳的抽气速率。泵体采用碳钢制造，内外焊缝处两面焊接，经过了初抛光除锈、抛光、精抛光繁琐的抛光除锈工艺，使泵体内部达到了设计真空设备较高要求。外部采用了冷却效果较好的全水套式冷却结构，外部水套壁采用为不锈钢板避免了泵在长期使用工作中由于水质的问题导致泵水套的腐蚀问题，大大提高扩散泵的使用寿命，内部由圆钢缠绕泵体外部形成水流导向模式，最大限度的提供冷却水与泵体的接触面积和水流量，充分降低了泵体内表面的温度，减少泵工作液在泵体内部表面附着时间，避免泵液的二次蒸发，减少了返油量，降低了对真空室的污染提高了真空室产品的质量。泵体法兰采用优质碳钢整体加工制造结构，合理的工艺，精密的加工设备，保证了法兰密封表面所要求的粗糙度，对真空设备的密封起到了作用。在泵体中设计安装油位观察装置，由不锈钢制造，其作用便于使用和观察泵液的使用情况，易于向泵体内注油和清洗时放油，清晰的视镜可随时观察泵油使用情况，整体为不锈钢金属法兰密封，形式为金属刀口密封法兰，其特点在高温状态下，使用时间长，不易泄漏，安装维修方便等。安装了泵油测温装置，将泵液工作的温度通过油温数显表表示出来，便于观察泵的使用工作情况。

泵芯组件结构采用的是整体式结构，利于在安装调试时的整体性，在结构中设有挡油板，避免工作油液在高温加热过程中所产生的爆炸、沸腾现象时，工作油液跟随高速的油蒸汽所携带走，降低了对真空室污染等。泵芯组件的材料采用了价格较高昂的镜面不锈钢板材料制造，保证了泵芯组件零部件表面的光洁度，使泵工作油液快速下滑，减少了泵油液在泵芯组件零件表面上的附着时间，大大降低了对真空室的泵液返油率的污染，对真空室中的产品工件起到了保护作用。同时在生产制造过程中采用了先进的等离子下料切割工艺并配备合理完善的生产工艺规程，在生产过程中严把质量关以控制产品的质量为主，一流的生产线，使生产制造的产品达到了国内一流水平。为获得较高的真空度起到了决定性的作用。

在排气口处安装了挡油装置，挡油装置垂直于安放在泵体的排气口处，由多个半圆形挡片与挡油杆组成，挡油杆旋转于螺母中安装牢固，由多个半圆形挡片组成的挡油装置，减少了跟随泵排气过程中所携带的油蒸汽中的泵工作液，降低了对前级真空泵及真空系统的污染。

泵芯组件垂直安装在泵体中心油槽内，通过支撑架组件与泵体内壁支撑牢固，避免在运输和使用过程中泵芯组件晃动，影响使用效果。

加热器组件，加热器是由金属外壳，高温耐热陶瓷盘三盘式和高品质的镍铬合金加热丝组成。加热器组件紧贴在泵体底部，易于对扩散泵泵体内的泵油加热，大大降低了用电量，起到了节能的效果。高品质的镍铬合金加热丝质量好，使用寿命长，易于更换与维修。底部加装了万向旋转角轮，方便运输与安装。

本发明有口径达到1200-2000毫米、极限真空度最高达5×10^-5 Pa，抽气速率高达60000-180000L/s，5小时内达到极限真空要求，冷却效果好，返油率降低，使用寿命长，耗电量低，节能环保。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是泵芯组件的结构示意图。

图3为观察窗的结构示意图。

图4是支撑架组件的结构示意图。

图5是加热器的俯视结构示意图。

图6是加热器的主视结构示意图。

图7是挡油装置的结构示意图。

图8为本发明的工作原理结构图。

图中，1、泵体，2、支撑架组件，3、泵芯组件，4、挡油装置，5、锁紧螺母，6、支撑杆，7、地脚座，8、观察窗，9、测温电阻，10、加热器，11、一级喷嘴帽，12、一级间隙垫，13、一级喷嘴座，14、一级导流管上部，15、二级喷嘴帽，16、二级间隙垫，17、二级导流管，18、二级支撑套，19、三级喷嘴帽，20、三级间隙垫，21、 三级导流管，22、三级支撑套，23、喷射喷嘴，24、一级导流管下部，25、挡油杆，26、半圆形挡板，27、金属外壳，28、万向脚轮，29、陶瓷盘，30、炉底，31、镍铬合金加热丝，32、小法兰、33、第一无氧铜密封垫，34、盲板法兰，35、第二无氧铜密封垫，36、观察窗法兰，37、主法兰，38、主接管，39、小接管，40、支撑环，41、支撑套，42、支撑杆，43、冷却外套。

具体实施方式

如图1所示，本发明大口径高真空油扩散泵，其结构如下：它包括泵体1、设置在泵体1内的泵芯组件3、设置在泵体1底部的加热器10、设置在泵体1排气口内的挡油装置4，泵芯组件3的上部通过支撑架组件2与泵体1内壁支撑紧固，泵体1通过锁紧螺母5、支撑杆6、地脚座7支撑于地面，泵体1的下部设有观察窗8和测温电阻9。

安装了泵油测温装置测温电阻9，将泵液工作的温度通过油温数显表表示出来，便于观察泵的使用工作情况。

如图1所示，泵体1的结构采用了凸腔形式，凸腔尺寸的大小对泵的抽速直接有影响，凸腔的中间体直径尺寸是进气口径尺寸的1.25倍，经过试验验证为了更好的得到较高的抽气速率指标，采用泵体的中间体直径尺寸是进气口径尺寸的1.25倍的设计能达到最佳的抽气速率；泵体1采用碳钢制造，泵体1的内外焊缝处采用两面焊接结构，使泵体内部达到了设计真空设备要求；泵体1进气口径处的法兰采用碳钢整体结构，保证了法兰密封表面所要求的粗糙度，提高了真空设备密封性能。泵体1外设有全水套冷却外套43，冷却外套43为水套式冷却外套或水冷却铜管式冷却外套。水套式冷却外套的水套壁采用为不锈钢板避免了泵在长期使用工作中由于水质的问题导致泵水套的腐蚀问题，大大提高扩散泵的使用寿命，内部由圆钢缠绕泵体外部形成水流导向结构，最大限度的提供冷却水与泵体的接触面积和水流量，充分降低了泵体内表面的温度，减少泵工作液在泵体内部表面附着时间，避免泵液的二次蒸发，减少了返油量，降低了对真空室的污染提高了真空室产品的质量。水冷却铜管式冷却外套的结构为冷却铜管缠绕泵体外壁，冷却水在冷却铜管内流动，冷却铜管采用紫铜管，冷却铜管与泵体外壁接触处采用铜焊点焊，然后采用锡焊满焊结构，充分增加了铜管与泵体外壁的接触面积，达到最佳冷却效果。

如图2所示，泵芯组件3垂直安装在泵体内中心油槽内，通过支撑架组件与泵体内壁支撑牢固，避免在运输和使用过程中泵芯组件晃动，影响使用效果；其结构如下：泵芯组件3它是由内至外设置一级导流管、二级导流管17和三级导流管构成整体结构，各级导流管上部均设有伞帽形扩散喷嘴，喷射喷嘴23垂直焊接在三级导流管21的底部，一级导流管的高度比二级导流管17高，二级导流管17的高度比三级导流21管高；三个伞帽形扩散喷嘴的喷射角度为55-65度，最佳角度为60度；喷射喷嘴23的喷射角度为11-14度，最佳角度为12度；四个喷嘴采用所述喷射角度，加快了泵体内抽气介质的排出，可以达到最佳喷射效果，达到提高抽气速率的效果；采用这样的泵芯组件结构是设计出进气口口径为1200-2000毫米的核心技术。其更为具体的结构为：一级导流管下部24和一级导流管上部14通过螺栓、螺母、平垫圈安装连接紧固；三级导流管21和二级导流管17通过三级支撑套22连接在一起，并分别螺栓、平垫圈、安装连接；二级导流管17与一级导流管上部14用二级支撑套18安装连接，并分别螺栓、平垫圈、安装连接，三级间隙垫20安装在三级导流管21上部，并用螺栓、螺母、平垫圈连接紧固，保证三级间隙垫的均匀性和稳定性；三级喷嘴帽19放置在三级导流管21上，并用螺栓、螺母、平垫圈连接紧固；二级间隙垫16安装在二级导流管17上，并用螺栓、螺母、平垫圈连接紧固，保证二级间隙的均匀性和稳定性；二级喷嘴帽15与一级导流管上部14接触连接，通并用螺栓、螺母、平垫圈连接紧固；一级间隙垫12放置在一级喷嘴座13的中间位置；一级喷嘴帽11通过螺栓与一级喷嘴座13安装于一体，一级喷嘴座12与一级导流管上部14通过螺纹旋拧结构安装在一级导流管上。本发明泵芯采用多个伞帽形扩散喷嘴及导流管组成整体的结构形式，利于在安装调试时的整体性，泵芯组件的材料采用了镜面不锈钢板材料制造，保证了泵芯组件零部件表面的光洁度，使泵工作油液快速下滑，减少了泵油液在泵芯组件零件表面上的附着时间，大大降低了对真空室的泵液返油率的污染，对真空室中的产品工件起到了保护作用。

如图3所示， 在泵体1的下部设有观察窗8，观察窗8由不锈钢制造，其作用是便于使用和观察泵液的使用情况，易于向泵体内注油和清洗时放油，清晰的视镜可随时观察泵油使用情况，在泵体1底部安装油位观察窗8，其各部件采用不锈钢制造，其具体结构为：第一无氧铜密封垫33安装于小法兰32口处，小法兰32与小接管39焊接，小法兰32上部安装盲板法兰34并用不锈钢六角头螺、螺母、平垫圈连接紧固件，第二无氧铜密封垫35安装在主法兰37上，主管法兰37与主接管38焊接，第二无氧铜密封垫35与观察窗法兰36通过不锈钢六角头螺栓、螺母、平垫圈连接紧固。

如图4所示，支撑架组件2结构如下：支撑套41焊接在位于中间的支撑环40上，支撑杆42通过螺纹与支撑套41连接。

如图5和图6所示，加热器10的结构如下：金属外壳27的底部安装有万向脚轮28，金属外壳27内由下自上依此设置有炉底30、耐热绝缘板、耐热陶瓷盘29、镍铬合金加热丝31，具体为：炉底30上部安装三层耐热绝缘板，耐热陶瓷盘29安放在中间位置、镍铬合金加热丝31旋绕安装在耐热陶瓷盘29的槽内，镍铬合金加热丝31通过电器连接件与外部电源连接。加热器组件紧贴在泵体底部，易于对扩散泵泵体内的泵油加热，大大降低了用电量，起到了节能的效果。高品质的镍铬合金加热丝质量好，使用寿命长，易于更换与维修。底部加装了万向旋转角轮，方便运输与安装。

如图7所示，挡油装置4垂直安装在泵体的排气口处，挡油装置4它是由位于中心的挡油杆25，及挡油杆25上由下自上间隔、交错排列的半圆形挡板26构成，它避免了工作油液在高温加热过程中所产生的爆炸沸腾时工作油液跟随高速的油蒸汽所携带走，降低了对真空室污染的效果。

如图8所示，本发明的工作原理如下：高真空油扩散泵的主要部件有泵体、泵芯和加热器等，泵体油锅中的泵油加热到沸腾温度，产生大量的油蒸汽，油蒸汽经各级导流管由各级喷嘴定向高速喷出。由于扩散泵进气口附近被抽气体的分压力高于蒸汽流中该气体的分压力，所以被抽气体分子就不断地扩散到蒸汽流中。油蒸汽撞击被抽气体分子，使被抽气体分子沿蒸汽流束的方向高速运动。气体分子碰到泵体内壁又反射回来，再受到蒸汽流的碰撞而重新沿蒸汽流方向流向泵壁。经过几次碰撞后，气体分子被压缩到低真空端，再由下几级喷嘴喷出的蒸汽流进行多级压缩，最后由前级真空泵抽走。而油蒸汽在冷却的泵壁上被冷凝后又返回到油锅中重新被加热，如此循环工作。

经过试验检测，采用上述结构制成的进气口径为1200毫米的高真空油扩散泵其极限真空度最高达5×10^-5 Pa，抽气速率高达60000L/s， 5小时内达到极限真空要求，耗电量为28Kw；采用上述结构制成的进气口径为1600毫米的高真空油扩散泵其极限真空度最高达5×10^-5 Pa，抽气速率高达130000L/s, 5小时内达到极限真空要求，耗电量为48Kw；采用上述结构制成的进气口径为2000毫米的高真空油扩散泵其极限真空度最高达5×10^-5 Pa，抽气速率高达180000L/s， 5小时内达到极限真空要求，耗电量为55Kw。

Claims (1)

1.大口径高真空油扩散泵，它包括泵体、设置在泵体内的泵芯组件，其特征在于加热器设置在泵体底部、泵体的排气口内设有挡油装置，泵体采用了凸腔结构，泵芯组件垂直安装在泵体内的中心油槽内，泵芯组件结构是由内至外依次设置一级导流管、二级导流管和三级导流管构成整体结构，各级导流管上部均设有伞帽形扩散喷嘴，各级 导流管的底部位于同一平面，喷射喷嘴垂直焊接在三级导流管的底部，一级导流管的高度比二级导流管高，二级导流管的高度比三级导流管高；所述泵体的凸腔的中间体直径尺寸是进气口径尺寸的1.25倍，泵体的内外焊缝处采用两面焊接结构，泵体进气口径处的法兰采用碳钢整体结构；所述的泵体外设有全水套冷却外套，冷却外套为水套式冷却外套或水冷却铜管式冷却外套；所述的水套式冷却外套的水套壁采用为不锈钢板，内部由圆钢缠绕泵体外部形成水流导向结构；水冷却铜管式冷却外套的结构为冷却铜管缠绕泵体外壁，冷却水在冷却铜管内流动，冷却铜管采用紫铜管，冷却铜管与泵体外壁接触处采用铜焊点焊，然后采用锡焊满焊结构；所述的泵芯组件的上部通过支撑架组件与泵体内壁支撑紧固，支撑架组件结构如下：支撑套焊接在位于中间的支撑环上，支撑杆通过螺纹与支撑套连接；所述的泵体的下部设有观察窗和测温电阻，其中观察窗由不锈钢制造，观察窗结构为是第一无氧铜密封垫安装于小法兰口处，小法兰与小接管焊接，小法兰上部安装盲板法兰并用不锈钢六角头螺栓、螺母、平垫圈连接紧固件，第二无氧铜密封垫安装在主法兰上，主管法兰与主接管焊接，第二无氧铜密封垫与观察窗法兰通过不锈钢六角头螺栓、螺母、平垫圈连接紧固；所述的泵芯组件的伞帽形扩散喷嘴的喷射角度为55-65度，喷射喷嘴的喷射角度为11-14度；所述的泵芯组件的具体结构为：一级导流管下部和一级导流管上部连接紧固；三级导流管和二级导流管通过三级支撑套连接在一起；二级导流管与一级导流管上部用二级支撑套安装连接；三级间隙垫安装在三级导流管上部；三级喷嘴帽放置在三级导流管上；二级间隙垫安装在二级导流管上；二级喷嘴帽与一级导流管上部接触连接；一级间隙垫放置在一级喷嘴座的中间位置；一级喷嘴帽通过螺栓与一级喷嘴座安装于一体，一级喷嘴座与一级导流管上部通过螺纹旋拧结构安装在一级导流管上；所述的加热器的结构如下：金属外壳的底部安装有万向脚轮，金属外壳内由下自上依此设置有炉底、耐热绝缘板、耐热陶瓷盘、镍铬合金加热丝；所述的挡油装置垂直安装在泵体的排气口处，挡油装置它是由位于中心的挡油杆及挡油杆上由下自上间隔、交错排列的半圆形挡板构成。