CN111902632A

CN111902632A - 干式真空泵

Info

Publication number: CN111902632A
Application number: CN201980021782.8A
Authority: CN
Inventors: L·萨克森; P·皮洛蒂
Original assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Current assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2020-11-06
Also published as: FR3079886A1; EP3775558B1; US11499556B2; EP3775558A1; FR3079886B1; US20210108638A1; KR20200140839A; WO2019192913A1; TW201943963A

Abstract

本发明涉及一种干式真空泵(1)，其包括：至少一个油槽(2)；至少一个泵送级(3e)；两个旋转轴(4)，它们分别支承伸入所述至少一个泵送级(3e)中的至少一个转子(5)，这些转子(5)被构造为在相反方向上以同步方式旋转，以在真空泵(1)的入口(7)和出口(8)之间传递要泵送的气体，所述轴(4)由轴承支承，该轴承由至少一个油槽(2)中的润滑剂润滑；以及，至少一个用于相对于润滑剂进行密封的装置(6a)，其在轴通路的区域中插置在所述至少一个油槽(2)和所述泵送级(3e)之间，其特征在于，该真空泵(1)还包括至少一个膨胀装置(12)，其构造为减少泵送侧体积(11、24)和所述至少一个油槽(2)之间的压力变化。

Description

干式真空泵

技术领域

本发明涉及一种干式真空泵，例如“罗茨(Roots)”、“爪式(Claw)”或螺杆型泵。更具体地，本发明涉及真空泵的润滑剂不可透过性。

背景技术

干式粗真空泵包括串联的一个或更多个泵送级，将要在入口和出口之间被泵送的气体在其中循环。已知的粗真空泵之间有所区别，即具有旋转凸叶(也已知为“罗茨”泵)、具有爪(也已知为“爪式”泵)或甚至具有螺杆的真空泵。同样已知为罗茨压缩机或“罗茨鼓风机(Roots blower)”型的真空泵，它被用于粗真空泵的上游以增加泵送能力。这些真空泵被称为“干式”的，因为在操作期间，在定子内旋转的转子之间或者转子与定子之间没有任何机械接触，或者泵送级中不存在任何类型的润滑油。

旋转轴由被油(润滑油)或脂(润滑脂)润滑的轴承支撑，并且由允许它们同步的齿轮支撑。基本上，在用于“干式”应用、例如制造半导体基材的方法的泵送级中，找不到一点油或脂。因此，任何包含润滑剂的区域(之后称为“油槽”)需要与干式泵送区域通过密封装置来隔离，轴穿过该密封装置且仍能旋转。

所用的密封装置主要包括物理阻障(例如滚子轴承上的凸缘、接触密封、顶出盘、气体吹扫)、积油(例如膨胀和凝结室)或障碍(例如迷宫或挡板)。这些解决方案主要尝试阻挡或限制油迁移。然而，在操作期间，实施在真空泵中的压力可以显著起伏并且在被润滑的轴承和泵送级之间产生驱动力，其有可能携带颗粒状污染物朝向油槽或携带油雾、油气或滑脂朝向泵送级。

发明内容

因此，本发明的目标是提出一种干式真空泵，其与现有技术相比改善了泵送级和油槽之间的润滑剂不可透过性。

为此，本发明的目的是一种干式真空泵，其包括：

-至少一个油槽；

-至少一个泵送级；

-两个旋转轴，它们分别支承延伸入所述至少一个泵送级中的至少一个转子，这些转子被构造为在相反的方向上以同步的方式旋转，从而在真空泵的入口和出口之间传递要泵送的气体，这些轴由轴承支承，这些轴承由所述至少一个油槽所包含的润滑剂润滑；以及

-至少一个润滑剂密封装置(相对于润滑剂进行密封的装置)，其在每个轴通路处插置在所述至少一个油槽和一个泵送级之间，

其特征在于，该真空泵进一步包括至少一个膨胀装置，其构造为减少泵送侧体积和所述至少一个油槽之间的压力变化。

该膨胀装置主要基于与加热回路的膨胀容器类似的操作原理。由于理想气体定律PV＝nRT，它允许压力变化被体积变化吸收。

油槽和泵送侧体积之间的压力平衡能够减少或甚至避免使润滑剂朝向泵送级迁移和使颗粒状污染物朝向所述至少一个油槽迁移所涉及的驱动力。因此有可能改善泵送级中的润滑剂不可透过性、限制槽油的污染、减少油(润滑油)的消耗。此外，当密封装置包括接触式密封件时，密封装置的两侧上的压力差异的减少还允许减小施加在这些密封件上的力，因此允许增加其使用寿命。

真空泵例如是旋转凸叶式粗真空泵(初级真空泵)—如“罗茨”型泵，或者是“鼓风机”型(也称为罗茨压缩机)、“爪式”或螺杆型真空泵。

所述真空泵可以包括单个油槽。

在多级真空泵的情况下，该油槽可以靠近称为低压级的泵送级布置，或靠近称为高压级的泵送级布置。另一方面，轴承可以被润滑脂润滑。

真空泵也可以包括两个油槽。在多级真空泵的情况下，这些油槽布置在真空泵的各个端部，即一方面在高压级旁边且另一方面在低压级旁边。在例如罗茨压缩机型真空泵(称为“罗茨鼓风机”)的单级真空泵的情况下，油槽布置在单个泵送级的两侧上。

密封装置在旋转轴周围生成极低的传导率，其显著限制润滑流体从油槽流向至少一个干式泵送级，而同时允许轴旋转。

密封装置例如包括密封件，其例如可以是迷宫密封件、接触式密封件(称为唇式密封件)、挡板或这些实施例的组合。该真空泵例如包括至少一个第一密封装置和至少一个第二密封装置，例如接触式密封件，它们在每个轴上串联布置在油槽和泵送级之间。

油槽中的压力例如是大气压力。油槽例如可以经由开口而连通或可以不连通外部大气，或者可以相对于外部大气被气密地密封。

所述泵送级例如构造为在大气压力下排放泵送气体。在多级泵的情况下，该泵送级也可以是第一泵送级(称为“低压”级)。

膨胀装置例如包括至少一个可变形的且气密的膜。膨胀装置例如包括用于轴通路的单个膜或并联布置的多个膜。

膜的形状和材料可以基于多样的泵送阶段期间要在膜两侧上变化的体积、真空泵的温度和操作来考虑，以及基于可利用的空间来考虑。

所述至少一个膜是弹性体材料，例如“NBR”(或“丙烯腈丁二烯共聚物”)或

(或“氟碳橡胶”)。这些材料允许产生期望的体积变形、在考虑的压力下是不可透过的、能承受所泵送的气体和高温、能承受大量次数的变形而无任何效能损失。膜可以包括保护性涂层、插入物和/或经浸渍的强化布料、例如编织和针织的布料，以避免膜撕裂。

所述至少一个膜在休止位置具有例如盘或碗的总体形状。

所述至少一个膜例如安装在刚性保护壳中。

根据第一实施例，膨胀装置插置在泵送侧体积与油槽体积之间。所述泵送侧体积位于所述至少一个密封装置和所述泵送级之间。

例如，更具体地，考虑真空泵中的泵送气体的流动方向以及考虑油槽位于真空泵的排放侧上，泵送侧体积位于所述至少一个密封装置和转子下游的泵送级的输出端之间。

在操作期间，当在膨胀装置的两侧上发生压力差异时，泵送侧体积和油槽体积可以通过膨胀变化。这些体积变化允许压力在泵送级和油槽之间达到平衡。

根据第二实施例，邻接油槽的泵送级构造为在大气压力下排放泵送气体。因此，真空泵是粗真空泵。

存在于油槽中的压力是大气压力。

膨胀装置使泵送侧体积与外部大气分开。所述泵送侧体积尤其插置在所述泵送级的输出端和所述至少一个密封装置之间。考虑真空泵的泵送气体的流动方向，泵送级的输出端位于转子的下游。

在操作期间，当泵送侧体积和外部大气之间出现压力差异时，泵送侧体积可以变化，这允许泵送级的压力输出与大气压力达到平衡，因此也与油槽中存在的压力达到平衡。

根据第三实施例，膨胀装置使油槽体积与插置在第一和第二密封装置之间的泵送侧体积分开，所述第一和第二密封装置串联布置于每个轴上。在操作期间，泵送侧体积和油槽体积的变化允许插置在密封装置之间的泵送侧体积和油槽之间达到压力平衡。可以发生在泵送级的输出端的压力变化仅适度转移到泵送侧体积和油槽体积。避免了泵送侧体积和油槽体积之间可能的压力偏差逆转。

根据第四实施例—其中泵送级构造为在大气压力下排放泵送气体并且油槽中的压力是大气压力，膨胀装置使插置在串联布置于每个轴上的第一和第二密封装置之间的泵送侧体积与外部大气分开。在操作期间，当泵送侧体积和外部大气之间出现压力差异时，插置在这两个密封装置之间的泵送侧体积可以变化，这允许泵送侧体积的压力与大气压力达到平衡，因此与油槽中存在的压力达到平衡。

附图说明

通过阅读对本发明的描绘并且参考附图，进一步的优点和特征将变得明显，在附图中：

图1显示根据第一具体实施例的真空泵的高度示意图；

图2显示图1的真空泵的细节的截面图；

图3显示根据第一具体实施例的膨胀装置的膜的透视图；

图4显示用于图3的膜的刚性保护壳的截面图；

图5是针对现有技术的真空泵于不同入口压力(毫巴)的曲线图，其显示存在于泵送级的输出中的压力(毫巴)(曲线A)和存在于油槽中的压力(毫巴)(曲线B)而为时间(秒)的函数；

图6是针对根据本发明第一具体实施例的真空泵于不同入口压力的曲线图，其显示存在于泵送级的输出中的压力(毫巴)(曲线A)和存在于油槽中的压力(毫巴)(曲线B)而为时间(秒)的函数；

图7显示根据第二具体实施例的真空泵的高度示意图；

图8显示图7的真空泵的细节的截面图；

图9显示根据第三具体实施例的真空泵的高度示意图；

图10显示图9的真空泵的细节的截面图；

图11是针对根据本发明第三具体实施例的真空泵于不同入口压力的曲线图，其显示存在于泵送级的输出中的压力(毫巴)(曲线A)、存在于油槽中的压力(毫巴)(曲线B)、存在于位于两润滑剂密封装置之间的泵送侧体积中的压力(毫巴)(曲线c)而为时间(秒)的函数；

图12显示根据第四具体实施例的真空泵的细节的截面。

在这些图中，等同的元件使用相同的附图标记。

具体实施方式

下面的实施例是示例。即使描述指称一个或更多个具体实施例，但这不必然表示每个参照涉及同一具体实施例或者特征仅适用于单一具体实施例。多种具体实施例的简单特征也可被组合或交换以提供其他具体实施例。

图1显示根据第一具体实施例的干式真空泵1。

该真空泵1包括至少一个油槽2、两旋转轴4以及至少一个第一润滑剂密封装置6a、6b，该第一润滑剂密封装置在所述至少一个油槽2和泵送级3e之间在轴通路处插置在所述至少一个油槽2和所述泵送级3e之间。

所述轴4分别支承至少一个转子5，该转子伸入泵送级3e中以在真空泵1的入口7和出口8之间传递待泵送的气体。

在示例性示例中，真空泵1包括多个泵送级3a、3b、3c、3d、3e，例如五个泵送级，它们串联安装在入口7和出口8之间，并且待泵送的气体可以在它们中循环。

邻接所述密封装置6a、6b的泵送级3e可以是真空泵1的两个末端泵送级中的一个，即第一泵送级3a(称为“低压”级)或构造为在大气压力下排放泵送气体的最终泵送级3e(称为“高压”级)。在示例中，所考虑的泵送级3e是构造为在大气压力下排放泵送气体的泵送级。

每个泵送级3a，3b，3c，3d，3e包括各自的输入和输出。相继的泵送级3a-3e通过相应的级间通道一个接一个地串联，所述级间通道将前一泵送级的输出连接到下一级的输入。

转子5例如包括具有相同轮廓的凸叶，它具有例如“罗茨”型(截面形状为数字“8”或“豆子”)或“爪”型、或者螺杆型或其他类似的体积真空泵原理。这些转子5—尤其是具有相同轮廓的凸叶—在角度上偏移，并且被驱动成在各个级中在相反的方向上以同步的方式旋转。在旋转期间，从输入抽入的气体在由转子和定子产生的体积中被捕获，然后被转子传递朝向下一级。

真空泵1例如是粗真空泵，该真空泵1的排放压力则是大气压力。根据另一具体实施例，真空泵1是被称为“罗茨压缩机”(“罗茨鼓风机”)的罗茨泵，它串联地且在粗真空泵的上游被使用。

真空泵1也可以在出口8的上游、在最终泵送级3e的输出端处包括止回阀23(见图2)，以避免被泵送的气体在泵送级3e返回。轴4例如在出口8侧由真空泵1的马达M驱动。它们由轴承支承，所述轴承被油槽2中包含的润滑剂润滑。如图2中更具体地显示地，润滑剂例如脂或油尤其允许润滑轴承的滚子轴承9和齿轮10。

存在于油槽2中的压力例如是大气压力。油槽2可以连通或可以不连通外部大气。

密封装置6a、6b在旋转轴4周围生成极低的传导率，其基本上限制润滑流体从油槽2通往干式泵送级3a-3e，而同时允许轴4旋转。

密封装置6a、6b包括密封件，例如，它可以是迷宫密封件、接触式密封—称为唇式密封件、挡板或这些实施例的组合。真空泵1例如包括至少一个第一密封装置6a和至少一个第二密封装置6b，例如串联布置在每个轴4上的接触式密封件。

真空泵1进一步包括至少一个膨胀装置12，其构造为减少泵送侧体积11和油槽2之间的压力变化。

膨胀装置12例如包括可变形且气密的膜。膨胀装置12例如包括在轴通路处的单个膜或并联布置的多个膜。

膜的形状和材料可以基于各个泵送阶段期间要在膜的两侧上变化的体积、真空泵1的温度和操作来考虑，以及基于可利用的空间来考虑。

膜是弹性体材料，例如“NBR”(或“丙烯腈丁二烯共聚物”)或

(或“氟碳橡胶”)。这些材料允许产生的例如近似500cm³的期望体积变形在所涉及的压力下是不可透过的，它可承受泵送气体例如工艺气体以及例如近似100℃的高温，以及承受大量的变形而无任何效能损失。该膜可以包括保护性涂层、插入物和/或经浸渍的强化布料例如编织和针织的布料，以避免该膜被撕裂。

该膜在休止位置(图3)例如具有盘或碗的大致形状。在单个膜的情形中，表面例如大于150cm²。盘形膜的直径例如大于75mm。

该膜例如安装于刚性保护壳13中(图4)。该刚性保护壳13例如由例如呈圆顶形式的两半壳13a、13b形成，并且例如具有环状组装边缘。半壳13a、13b通过密封地夹住膜的盘状部的周缘而在它们的圆形端部处固定在一起。半壳13a、13b各自具有一个相应的孔口14。

在图2所示的第一具体实施例中，膨胀装置12插置在位于所述至少一个密封装置6a、6b之间的泵送侧体积11与油槽2体积之间。

更具体而言，考虑真空泵1中的泵送气体的流动方向以及由此油槽2位于真空泵1的排放侧上的情形，泵送侧体积11位于所述至少一个密封装置6a、6b和处在转子5下游的泵送级的输出端之间。

根据一个实施例，形成在泵体16的第一分支15在密封装置6b和止回阀23之间并且在转子5的通路的下游通入位于泵送级3e的输出端的泵送侧体积11中。该第一分支15连接到膨胀装置12的膜的刚性保护壳13的第一孔口14。

形成在泵体16中的第二分支17例如在油槽2的上部部分通入油槽2体积中。该第二分支17连接到壳13的第二孔口14，其中第一和第二孔口14布置在膨胀装置12的膜的两侧上。

因此，该膜的第一侧连通泵送侧体积11，该膜的第二侧连通油槽2的上部部分。在密封装置6a、6b的两侧上并且在油槽2侧上和在泵送侧11上的体积因此相连接，同时被位于壳13中的不可透过且可变形的膜分隔开，该膜相对于外侧也是不可透过的，其中压力变化则导致该膜变形。

在操作期间，当在该膜的两侧上出现压力差时，该膜可以变形。这些变形导致泵送侧11体积和油槽2体积的变化，并且这些体积变化允许泵送级3e的输出端和油槽2之间的压力达到平衡。

这可以参考图5和图6的曲线图更容易理解，图5是现有技术的真空泵，图6是根据本发明的真空泵1。

这些曲线图示出针对不同的入口压力(P0是最终真空泵送获得的压力，P1＝10毫巴，P2＝100毫巴，P3是周围大气压力)的、在泵送级3e的输出端的泵送侧体积11的压力曲线(曲线A)和在油槽2中的压力曲线(曲线B)随时间的变化。

在现有技术的曲线图上(图5)，可看到在泵送级3e的输出端的压力(曲线A)和油槽2中的压力(曲线B)之间有显著的压力差异。就是这些压力差异和这些压力差异的逆转可以在油槽2和泵送级3e之间产生驱动力，该驱动力有可能将颗粒状污染物带向油槽2或将雾、油蒸气或脂带向泵送级3e。

然而，在图6的针对根据本发明的真空泵1的曲线图上，可以看到泵送侧体积11中和油槽2中的压力曲线A和B对于大多数入口压力值都是重合的。这种压力平衡能减少或甚至消除使润滑剂向泵送级3e迁移和使颗粒状污染物向油槽2迁移所涉及的驱动力。因此，润滑剂不可透过性在泵送级3a-3e中得到改善。而且，限制了油槽2的油污染，并且减少了油消耗。此外，当密封装置6a、6b包括接触式密封件时，密封装置6a、6b的两侧上的压力差异的减少允许减小施加在这些密封件上的力，因此允许增加密封装置6a、6b的使用寿命。

图7和图8示出第二具体实施例，其中真空泵1的类型是粗真空泵。

在此实施例中，膨胀装置12直接将插置在泵送级3e的输出端和所述至少一个密封装置6b之间的泵送侧体积11与外部大气分隔开。存在于油槽2中的压力是大气压力，并且泵送级3e构造为在止回阀23的下游在大气压力下排放所泵送的气体。

更具体地，根据图8所示的实施例，形成在泵体16中的第一分支15通入位于泵送级3e的转子5、密封装置6b和止回阀23之间的泵送侧体积11中。该第一分支15连接到膨胀装置12的膜的刚性保护壳13的第一孔口14。该壳13的第二孔口14保持开放。

在操作期间，当泵送侧体积11和外部大气之间的压力差异出现在膜的两侧上时，该膜可以变形。这些变形导致泵送级3e的输出端处的泵送侧体积11的变化，该变化允许泵送级3e的输出端的压力与大气压力达到平衡，因此也与油槽2中存在的压力达到平衡。

图9和图10示出真空泵1的第三实施例。

在此实施例中，膨胀装置12的膜使油槽2体积与插置在串联地布置于轴4上的第一和第二密封装置6a、6b之间的泵送侧体积24分隔开。

更具体而言，根据图10所示的实施例，形成在泵体16的第一分支21通入密封装置6a、6b之间。该第一分支21连接到膨胀装置12的膜的刚性保护壳13的第一孔口14。

因此，该膜的第一侧连通通入位于密封装置6a、6b之间的泵送侧体积24中的第一分支21，并且该膜的第二侧连通油槽2的上部部分。

在操作期间，当泵送侧体积24和油槽2体积之间的压力差异出现在膜的两侧上时，该膜可以变形。这些变形允许位于密封装置6a、6b之间的泵送侧体积24中的压力和存在于油槽2中的压力达到平衡。

如可从图11的曲线图看出的，尽管可能在泵送级3e的输出端出现显著的压力变化(曲线A)，但由于体积变化而在泵送侧体积24和油槽2体积之间的压力差异仍维持大致恒定的(曲线B和C)。避免了在泵送侧体积24和油槽2体积之间可能的压力偏差逆转。

图12示出真空泵1的第四实施例。

在此实施例中，膨胀装置12的膜直接将插置在第一和第二密封装置6a、6b之间的泵送侧体积24与外部大气分隔开。存在于油槽2中的压力是大气压力，并且泵送级3e构造为在大气压力下排放所泵送的气体。

更具体而言，根据图12所示的实施例，形成在泵体16中的第一分支21通入密封装置6a、6b之间。该第一分支21连接到膜的刚性保护壳13的第一孔口14。该壳13的第二孔口14保持开放。

在操作期间，当在泵送侧体积24和外部大气之间压力差异出现在膜的两侧上时，该膜可以变形。这些变形导致插置在两个密封装置6a、6b之间的泵送侧体积24出现变化，这允许泵送侧体积24的压力与大气压力达到平衡，并且因此与油槽2中存在的压力达到平衡。

虽然图1-12的实施例示出的膜具有大致盘形形状，但也可设想其他形状。

还可以设想，例如通过在油槽2体积的壁中布置至少一个膜并使该膜的一侧连接到油槽2体积而另一侧连接到布置于泵体16中并且通入泵送侧体积11或24中，来使膨胀装置12不位于真空泵1的体部16外侧。

Claims

1.一种干式真空泵(1)，其包括：

-至少一个油槽(2)；

-至少一个泵送级(3e)；

-两个旋转轴(4)，它们分别支承伸入所述至少一个泵送级(3e)中的至少一个转子(5)，这些转子(5)被构造为在相反的方向上以同步的方式旋转，以便在该真空泵(1)的入口(7)和出口(8)之间传递待泵送的气体，这些轴(4)由轴承支承，所述轴承由包含在所述至少一个油槽(2)中的润滑剂润滑；以及

-至少一个润滑剂密封装置(6a)，其在各个轴通路处插置在所述至少一个油槽(2)和一泵送级(3e)之间，

其特征在于，该真空泵(1)还包括至少一个膨胀装置(12)，其构造为减少泵送侧体积(11、24)和所述至少一个油槽(2)之间的压力变化。

2.根据权利要求1所述的真空泵(1)，其特征在于，所述泵送级(3e)构造为在大气压力下排放所泵送的气体。

3.根据前述权利要求之一所述的真空泵(1)，其特征在于，该膨胀装置(12)插置在泵送侧体积(11)与油槽(2)体积之间，所述泵送侧体积位于所述至少一个密封装置(6a、6b)和所述泵送级(3e)之间。

4.根据权利要求1或2所述的真空泵(1)，其特征在于，该膨胀装置(12)使油槽(2)体积与插置在第一和第二密封装置(6a、6b)之间的泵送侧体积(24)分开，所述第一和第二密封装置串联布置于每个轴(4)上。

5.根据权利要求2所述的真空泵(1)，其特征在于，该膨胀装置(12)使泵送侧体积(11、24)与外部大气分开，存在于所述油槽(2)中的压力是大气压力。

6.根据权利要求5所述的真空泵(1)，其特征在于，所述泵送侧体积(11)插置在所述泵送级(3e)的输出端和所述至少一个密封装置(6b)之间。

7.根据权利要求5所述的真空泵(1)，其特征在于，所述泵送侧体积(24)插置在串联布置于每个轴(4)上的第一和第二密封装置(6a、6b)之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵(1)，其特征在于，该膨胀装置(12)包括可变形且气密的至少一个膜，该膜在休止位置例如具有盘或碗的总体形状。

9.根据前一权利要求所述的真空泵(1)，其特征在于，所述至少一个膜安装在刚性保护壳(13；19)中。

10.根据权利要求8或9所述的真空泵(1)，其特征在于，所述至少一个膜(12)由弹性体材料制成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵(1)，其特征在于，它包括至少一个第一密封装置(6a)和至少一个第二密封装置(6b)、例如接触式密封件，它们串联布置在每个轴(4)上。