CN107002681A - 用于产生真空的泵送系统及利用此泵送系统的泵送方法 - Google Patents

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Abstract

产生真空的泵送系统(SP)，包含主要真空泵，该主要真空泵是具有气体抽吸入口(2)及气体排放出口(4)的爪式泵(3)，该气体抽吸入口被连接至真空室(1)，该气体排放出口在泵送系统的外部的气体排气出口(8)的方向上通向气体排空管道(5)中。该泵送系统包含止回阀(6)及辅助真空泵(7)，该止回阀被定位在该气体排放出口(4)与该气体排气出口(8)之间，该辅助真空泵被并联连接至该止回阀。该主要真空泵(3)被启动，以便泵送真空室(1)中所含有的气体，及将这些气体排放通过它的气体排放出口(4)，同时辅助真空泵(7)被启动，并且辅助真空泵(7)在主要真空泵(3)泵送真空室(1)中所含有的气体的整个时间期间持续泵送，和/或在主要真空泵(3)维持真空室(1)中的一个限定的压力的整个时间期间持续泵送。

Description

用于产生真空的泵送系统及利用此泵送系统的泵送方法
技术领域
本发明涉及真空技术领域。更精确地，本发明关于包含至少一个爪式泵(pompe àergots)的泵送系统以及利用此泵送系统的泵送方法。
现有技术
在诸如化学工业、制药工业、真空沉积工业、半导体工业等的工业中，提高真空泵的性能、降低安装成本及能量消耗的一般目的在性能、能量节约、体积、驱动器等方面已导致显著的发展。
现有技术示出，为了改善最终真空，例如，必须在多级罗茨泵或多级爪式泵的真空泵中添加补充级。对于螺杆型的干式真空泵，必须提供螺杆的额外转动和/或增加内部压缩率。
泵的旋转速度通过在真空室的排空过程中的不同相继阶段期间限定泵的操作而起非常重要的作用。利用市场上可得的泵的内部压缩率(例如，其数量级介于2与20之间)，当抽吸端处的压力介于大气压力与大约100毫巴之间时(换言之，在强质量流率操作期间)，如果泵的旋转速度不能够被降低，第一泵送阶段中所需的电力将非常高。
通常的解决方案是使用可变速度驱动器，其可以根据不同的类型压力、最大电流、极限扭矩、温度等标准降低速度或增大速度，从而降低功率或增大功率。但是，在降低旋转速度的操作周期期间，在高压力下存在流率的减少，流率与旋转速度成比例。此外，通过可变速度驱动器的速度变化导致额外的成本及更大的体积。
另一个通常的解决方案是在罗茨式或爪式的多级真空泵中在某些级中、或在螺杆型的干式真空泵中在沿着螺杆的某些良好限定的位置处使用旁通式的阀。此解决方案需要许多部件且具有可靠性问题。
关于旨在改善最终真空及增加流率的泵送系统的现有技术还包含被布置在主要干式泵的上游的罗茨式的增压泵。此类型的系统是庞大的，且利用具有可靠性问题的旁通阀，或通过采用测量、控制、调整或伺服控制的手段来操作。然而，控制、调整或伺服控制的这些手段必须以主动方式来被控制，这必然导致该系统的部件的数目、其复杂度及其成本的增加。
发明内容
本发明的目的在于，与单个爪式泵能够在真空室中产生的真空相比，允许获得更好的真空(0.0001毫巴的数量级)。
本发明的目的还在于，与在泵送期间借助于单个爪式泵以实现真空室中的真空所能够获得的排光或排空率相比，获得在低压力下更大的排光或排空率。
本发明的目的同样地在于，允许排空真空室及维持真空所需的电能的降低，及实现排出气体的温度的降低。
本发明的这些目的是借助于用于产生真空的泵送系统实现的，所述泵送系统包含主要真空泵，该主要真空泵是具有气体抽吸入口及气体排放出口的爪式泵，该气体抽吸入口被连接至真空室，该气体排放出口在泵送系统的外部的气体排气出口的方向上通向气体排空管道中。泵送系统还包含：
-止回阀，被定位在该气体排放出口与该气体排气出口之间，及
-辅助真空泵，被并联连接至该止回阀。
该辅助真空泵能够为不同类型，尤其是另一个爪式泵类型、螺杆干式泵类型、多级罗茨泵类型、隔膜泵类型、干式旋转叶片泵类型或润滑旋转叶片泵类型或气体喷射器类型。
本发明同样地具有利用诸如先前所限定的泵送系统的泵送方法作为主题。此方法包含以下步骤：
-主要真空泵被启动，以便泵送真空室中所含有的气体，及将这些气体排放通过它的气体排放出口；
-同时，辅助真空泵被启动；及
-辅助真空泵在主要真空泵泵送真空室中所含有的气体的整个时间期间持续泵送，和/或在主要真空泵将真空室中维持在一个限定的压力的整个时间期间持续泵送。
在根据本发明的方法中，辅助泵不仅在主要爪式真空泵排空真空室的整个时间期间被连续地操作，而且在主要爪式真空泵经由通过它的排放端排空气体来将所述室中维持在一个限定的压力(例如，最终真空)的整个时间期间被连续地操作。
由于根据本发明的方法，能够在不需要特定的措施或设备(例如，压力、温度、电流等的传感器)、伺服控制、或数据管理且不需要计算的情况下执行主要爪式真空泵与辅助泵的联接。因此，适合于实施根据本发明的泵送方法的泵送系统相较于现有系统能够仅包含最小数目的部件、能够具有大简单性、且能够花费相当地少。
由于根据本发明的方法，主要爪式真空泵能够根据其自身的操作模式以单一恒定速度、电力网来操作、或以可变速度转动。因此，适合于实施根据本发明的泵送方法的泵送系统的复杂度及成本能够降低更多。
通过其性质，被整合在泵送系统中的辅助泵总是能够根据本发明的泵送方法操作而不遭受损坏。它的尺寸通过用于装置操作的最小能量消耗而被调适。它的标称流率被选择为主要爪式真空泵与止回阀之间的排空管道的体积的函数。此流率能够有利地是主要爪式真空泵的标称流率的1/500至1/20，而且还能够是小于或大于这些值，尤其是主要真空泵的标称流率的1/500至1/10、或甚至1/500至1/5。
放置在主要爪式真空泵的下游的管道中的止回阀能够例如是标准商业上可得的元件，但是同样地可以想象到设计专用于特定应用的元件。它根据主要爪式真空泵的标称流率来设定尺度。尤其地，预见的是，当主要爪式真空泵的抽吸端处的压力介于500绝对毫巴与最终真空(例如，100绝对毫巴)之间时，止回阀关闭。
根据另一个变体，辅助泵能够由对半导体工业中普遍使用的物质及气体能够具有高耐化学性的材料制成和/或具有对半导体工业中普遍使用的物质及气体能够具有高耐化学性的涂层。
辅助泵优选地具有小尺寸。
优选地，根据采用根据本发明的泵送系统的泵送方法，辅助真空泵总是在主要爪式真空泵的气体排放出口与止回阀之间的体积中泵送。
根据本发明的方法的另一个变体，为了满足特定要求，辅助真空泵的致动以“全(tout)或无(rien)”的方式来被控制。控制包含测量一个或更多个参数，及遵照某些规则来致动辅助真空泵或将它停止。由合适的传感器提供的参数是，例如，主要爪式真空泵的马达的电流、其排气端处(即，在排空管道中的止回阀的上游的空间中)的气体的压力或温度、或这些参数的组合。
辅助真空泵的尺度旨在实现其马达的最小能量消耗。它的标称流率被选择为主要爪式真空泵的流率的函数，但也考量气体排空管道在主要真空泵与止回阀之间所界定的体积。此流率不但能够是主要爪式真空泵的标称流率的1/500至1/20，而且能够是小于或大于这些值。
从室的排空的循环开始，那里的压力是高的，例如，等于大气压力。考虑到主要爪式真空泵中的压缩，在其出口处排放的气体的压力高于大气压力(如果主要泵的出口处的气体被直接排放至大气中)或高于下游连接的另一个设备的入口处的压力。这造成止回阀的打开。
当此止回阀打开时，由于在其抽吸端处的压力几乎等于其排放端处的压力，非常略微地感觉到辅助真空泵的动作。另一方面，当止回阀在某一压力下关闭时(因为室中的压力已同时下降)，辅助真空泵的动作导致真空室与阀的上游的排空管道之间的压力差异逐渐降低。
主要爪式真空泵的出口处的压力变成辅助真空泵的入口处的压力，其出口处的压力总是为止回阀后的管道中的压力。辅助真空阀泵送越多，主要爪式真空泵的出口处(在由关闭的止回阀所限定的空间中)的压力下降越多，因此，室与主要爪式真空泵的出口之间的压力差异减少。此微小的差异降低主要爪式真空泵中的内部泄漏，且导致室中的压力的降低，这改善了最终真空。
此外，主要爪式真空泵消耗更少的能量用于压缩，且产生更少的压缩热量。
另一方面，也明显的是，机械概念的研究寻求降低主要爪式真空泵的气体排放出口与止回阀之间的空间，其目标在于能够更迅速地降低那里的压力。
附图说明
本发明的特征及优点将在随后描述的上下文中以更多细节显现，该描述参考附图以例示及非限制性方式给出示例实施方案：
-图1以示意性方式表示适合于实施根据本发明的第一实施方案的泵送方法的泵送系统；及
-图2以示意性方式表示适合于实施根据本发明的第二实施方案的泵送方法的泵送系统。
具体实施方式
图1表示适合于实施根据本发明的第一实施方案的泵送方法的用于产生真空的泵送系统SP。
此泵送系统SP包含室1，室1被连接至由爪式泵3构成的主要真空泵的抽吸端2。主要爪式真空泵3的气体排放出口被连接至排空管道5。止回排放阀6被放置在排空管道5中，排空管道5在此止回阀之后继续进入气体排出管道8中。止回阀6当其被关闭时允许主要真空泵3的气体排放出口与其自身之间所含有的体积4的形成。
泵送系统SP也包含辅助真空泵7，辅助真空泵7被并联连接至止回阀6。辅助真空泵的抽吸端被连接至排空管道5的空间4，且其排放端被连接至管道8。
已经利用主要爪式真空泵3的致动，辅助真空泵7本身被致动。主要爪式真空泵3通过连接在其入口处的管道2抽吸室1中的气体，且将它们压缩以便后续地在其出口处将它们排放到排空管道5，穿过止回阀6。当达到止回阀6的关闭压力时，它关闭。从此时开始，辅助真空泵7的泵送使得空间4中的压力逐渐地下降至其压力极限的值。并行地，由主要爪式真空泵3消耗的功率逐渐地降低。这根据体积4和辅助真空泵7的标称流率之间的关系发生在短时间周期中，例如，5至10秒的某个循环中，但是也可以持续更长。
利用辅助真空泵7的流率的巧妙调整及利用将止回阀6的关闭压力巧妙调整为主要爪式真空泵3的流率及室1的体积的函数，可以附加地相对于排空循环的持续期间来减少止回阀6的关闭以前的时间，且因此降低在辅助泵7的此操作时间期间所消耗的能量的量，具有系统的简单性和可靠性的优点。
根据组合的不同可能性，辅助真空泵7可以是另一个爪式泵、干式螺杆型泵、多级罗茨泵、隔膜泵、干式旋转叶片泵、润滑旋转叶片泵或甚至是喷射器。在最后一种情况下，喷射器在它的推进气体的流率来自工业场地的分配网络的意义上来说可以是“简单”喷射器、或能够被配备有为喷射器提供其操作所需的压力下的驱动气体流动的压缩机。更具体地，此压缩机能够通过主要泵而被驱动、或替代地或附加地独立于主要泵以自发方式而被驱动。此压缩机能够在止回阀之后的气体排出管道中抽吸大气空气或气体。这样的压缩机的存在导致泵的系统独立于压缩气体源，这能够满足某些工业环境的要求。
图2表示适合于实施根据本发明的第二实施方案的泵送方法的泵送系统SPP。
相对于图1中所示的系统，图2中所示的系统表示受控制的泵送系统SPP，其还包含合适的传感器11、12、13，其检查主要爪式真空泵3的马达的电流(传感器11)、或主要爪式真空泵的排出管道的由止回阀6所限制的空间中的气体的压力(传感器13)、或主要爪式真空泵的出口处的排出管道的由止回阀6所限制的空间中的气体的温度(传感器12)、或这些参数的组合。实际上，当主要爪式真空泵3开始泵送真空室1的气体时，诸如其马达的电流、排出管道的空间4中的气体的温度及压力的参数开始改变并且达到传感器所检测的阈值。在一时间延迟以后，这导致辅助真空泵7的启动。当这些参数返回到初始范围(在设定值以外)时，辅助真空泵以一时间延迟而被停止。
在图2的本发明的第二实施方案中，辅助真空泵也能够是爪式类型、干式螺杆型类型、多级罗茨类型、隔膜类型、干式旋转叶片类型、润滑旋转叶片类型或喷射器(具有或不具有提供其推进气体的压缩器)，如在图1的本发明的第一实施方案中。
虽然已描述了不同的实施方案，但是将充分理解，不能以穷尽方式设想到所有可能实施方案。当然，在不脱离本发明的范围的前提下，能够设想用等同手段来替换所描述的手段。所有这些改型形成真空技术领域中的技术人员的常识的一部分。

Claims (27)

1.用于产生真空的泵送系统(SP)，该泵送系统包含主要真空泵，该主要真空泵是具有气体抽吸入口(2)及气体排放出口(4)的爪式泵(3)，该气体抽吸入口(2)被连接至真空室(1)，该气体排放出口(4)在该泵送系统的外部的气体排气出口(8)的方向上通向气体排空管道(5)中，
该泵送系统的特征在于：该泵送系统包含：
-止回阀(6)，被定位在该气体排放出口(4)与该气体排气出口(8)之间，及
-辅助真空泵(7)，被并联连接至该止回阀。
2.根据权利要求1所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)从干式螺杆型泵、爪式泵、多级罗茨泵、隔膜泵、干式旋转叶片泵、润滑旋转叶片泵及喷射器中选择。
3.根据权利要求1或2所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)是干式螺杆型泵。
4.根据权利要求1或2所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)是爪式泵。
5.根据权利要求1或2所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)是多级罗茨泵。
6.根据权利要求1或2所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)是隔膜泵。
7.根据权利要求1或2所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)是干式旋转叶片泵。
8.根据权利要求1或2所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)是润滑旋转叶片泵。
9.根据权利要求1或2所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)是喷射器。
10.根据权利要求9所述的泵送系统，其特征在于，该喷射器(7)的工作流体是压缩空气或氮气。
11.根据权利要求9或10所述的泵送系统，其特征在于，通过压缩机提供该喷射器(7)的操作所需的压力下的气体流动。
12.根据权利要求11所述的泵送系统，其特征在于，该压缩机通过该主要泵(3)而被驱动。
13.根据权利要求11所述的泵送系统，其特征在于，该压缩机独立于该主要泵而自发地被驱动。
14.根据前述权利要求中任一项所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)被设计成能够在该主要真空泵(3)泵送该真空室(1)中所含有的气体的整个时间期间泵送，和/或在该主要真空泵(3)将该真空室(1)中维持在一个限定的压力的整个时间期间泵送。
15.根据前述权利要求中任一项所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)包含排放端，该排放端在该止回阀(6)的下游被连接至该气体排空管道(5)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)的标称流率被选择为该气体排空管道(5)在该主要真空泵(3)与该止回阀(6)之间所限定的体积的函数。
17.根据前述权利要求中任一项所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)的标称流率是该主要真空泵(3)的标称流率的1/500至1/5。
18.根据前述权利要求中任一项所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)是单级的或多级的。
19.根据前述权利要求中任一项所述的泵送系统，其特征在于，该止回阀(6)被配置成当该主要真空泵(3)的抽吸端处的压力少于500绝对毫巴时关闭。
20.根据前述权利要求中任一项所述的泵送系统，其特征在于，该辅助真空泵(7)是由对半导体工业中普遍使用的物质及气体具有高耐化学性的材料制成的。
21.一种利用根据前述权利要求中任一项所述的泵送系统(SP)的泵送方法，其特征在于，
-该主要真空泵(3)被启动，以便泵送该真空室(1)中所含有的气体，及将这些气体排放通过该主要真空泵(3)的气体排放出口(4)；
-同时，该辅助真空泵(7)被启动；及
-该辅助真空泵(7)在该主要真空泵(3)泵送该真空室(1)中所含有的气体的整个时间期间持续泵送，和/或在该主要真空泵(3)将该真空室(1)中维持在一个限定的压力的整个时间期间持续泵送。
22.根据权利要求21所述的泵送方法，其特征在于，该辅助真空泵(7)以该主要真空泵(3)的标称流率的1/500至1/20的数量级的流率泵送。
23.根据权利要求21或22所述的泵送方法，其特征在于，当该主要真空泵(3)的抽吸端处的压力少于500绝对毫巴时，该止回阀(6)关闭。
24.根据权利要求21到23中的任一项所述的泵送方法，其特征在于，该辅助真空泵是喷射器。
25.根据权利要求24所述的泵送方法，其特征在于，通过压缩机提供该喷射器(7)的操作所需的压力下的气体流动。
26.根据权利要求25所述的泵送方法，其特征在于，该压缩机通过该主要泵(3)而被驱动。
27.根据权利要求25所述的泵送方法，其特征在于，该压缩机独立于该主要泵而自发地被驱动。
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