CN117090774B - 一种用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及干泵技术领域，具体提供了一种用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法，在干泵参与产品加工过程中，采用冷却水在干泵泵体内流动以对干泵进行降温；若干泵处于冷凝状态，则减少冷却水流量同时向干泵泵腔内吹扫热氮气使干泵泵腔内部温度提升；若干泵处于接近临界的高温状态，则增大冷却水流量同时向干泵泵腔内输送冷氮气，以使干泵工作温度快速降温；若干泵处于冷凝状态与高温状态之间的安全状态，则调节冷却水流量同时向干泵泵腔内吹扫热氮气或冷氮气。该方法可更高效地控制干泵的工作温度，减少冷却水和氮气用量，减少对氮气加热所需能耗，减少干泵泵腔内粉尘粘附，减少干泵清理内部粉尘的频率，降低干泵维护和维修成本以及使用成本。

Description

一种用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法

技术领域

本发明涉及干泵技术领域，更具体地说，涉及一种用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法。

背景技术

干泵是不需要油或其它工作介质来抽取气体并直排大气的实现真空的设备。自出现了干泵技术以后，真空的产生及应用于工业生产的方式就发生了巨大的变革。由于干泵可以用于对洁净要求苛刻、存在腐蚀性气体、潮湿和粉尘的生产系统上，因此成为泛半导体产线上的首选关键设备。

干泵分为容积型和动量型两大类；其中容积型干泵应用最为广泛。容积式干泵依转子的型线不同分为爪式、罗茨式和螺杆式等多种类型。工作时，干泵内的两个转子相互旋转啮合，将外部气体抽入后再向外排出。由于被抽入工作气体的被压缩和转子的高速旋转摩擦，泵腔内的温度会达到一百几十到二百多摄氏度的水平；被抽入工作气体反应生成的粉尘粘附还会引起转子之间以及转子与泵腔之间的摩擦，甚至卡死。

对用于泛半导体产线的干泵，一方面要面对可能是有毒、易燃、易爆及腐蚀性的被抽入工作气体，另一方面，由于故障停机会对半导体产线造成巨大的经济损失，对干泵的长期工作稳定性、可靠性、操控性要求都特别高。为减少干泵因故障停机，控制干泵的温升和去除粉尘就非常重要。

对干泵的温升控制，通常采用水冷的方式。即通过管道将冷却水送入干泵的泵壳体中，对泵体进行直接降温。对于粉尘去除，一般采用氮气送入泵腔内进行吹扫的方式。由于被被抽入工作气体的化学反应产物在低温下更容易生成粉尘沾污在转子表面，而且在低温下水汽也容易出现凝结现象增强粉尘的粘附；因此吹扫氮气在泵体外要经过加热器加热再送入泵腔。

现有的干泵冷却和粉尘吹扫技术中，冷却水和氮气的输送是各自独立控制的，两者并不关联调节。由于冷却水对干泵的降温会引起泵腔内热氮气热量需求的不同，而热氮气输入到泵腔中也会影响干泵的温度；因此，若将两者协同起来进行调节，则可使冷却水和氮气更好地发挥作用，减少材料和能源消耗。

此外，由于干泵泵腔内形成一定真空度后，气体稀薄，从干泵泵腔壁到转子间通过气体对流散热大幅度下降，仅存冷却水通过干泵壳体到转子上的金属热传导一条散热通道，此时干泵泵腔热量散热效率低，干泵降温速度较慢。

发明内容

为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法；该方法采用冷却水和氮气协同对干泵进行温度调节和粉尘吹扫，可更高效地控制干泵的工作温度，减少冷却水和氮气用量，减少对氮气加热所需能耗，减少干泵泵腔内粉尘粘附，减少干泵清理内部粉尘的频率，以达到降低干泵维护和维修成本以及使用成本的目的。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法，在干泵参与产品加工过程中，采用冷却水在干泵泵体内流动以对干泵进行降温；若干泵处于冷凝状态，则减少冷却水流量同时向干泵泵腔内吹扫热氮气使干泵泵腔内部温度提升，以避免出现冷凝；若干泵处于接近临界的高温状态，则增大冷却水流量同时向干泵泵腔内输送冷氮气进行吹扫，以使干泵工作温度快速降至安全温度范围；若干泵处于冷凝状态与高温状态之间的安全状态，则以干泵工作温度调整到工作温度目标值为目标，调节冷却水流量；同时还根据温度调控速率要求，向干泵泵腔内吹扫热氮气或冷氮气，来实现以冷却水为主，冷、热氮气为辅的干泵控温和粉尘吹扫方式。

本发明采用冷却水和氮气两种方式协同对干泵进行温度调节，可更高效地控制干泵的工作温度，还可减少冷却水用量和氮气用量，减少对氮气加热所需能耗，节省干泵使用成本；可防止出现气体冷凝而导致粉尘更多地粘附在干泵泵腔壁和转子上，减少干泵清理内部粉尘的频率，降低维护和维修成本。

本发明在接近临界的高温状态时，除冷却水降温方式外加入冷氮气直接吹扫转子，可使转子热量被氮气携带排出，提升散热效果。

优选地，在干泵参与产品加工过程中，冷却水及氮气协同调流方法包括如下步骤：

S1、设定工作温度目标值和冷凝温度；工作温度目标值大于粉尘高生成率的温度区间上限，且小于或等于干泵工作安全温度上限；冷凝温度大于易发生冷凝现象的温度区间上限，且小于工作温度目标值；初始化冷却水流量；

S2、实时检测干泵泵腔内部区域的温度，得到干泵泵腔内部区域的最高温区和最低温区；

S3、判断干泵状态：

若最低温区温度低于或等于冷凝温度，则判定干泵处于冷凝状态；若工作安全温度上限与最高温区温度的差值小于设定安全差值，则判定干泵处于接近临界的高温状态；否则判定干泵处于安全状态；

S4、根据最高温区温度与工作温度目标值的差值，获取降温所需冷量；

当干泵处于冷凝状态时，根据降温所需冷量来减小冷却水流量；设定氮气冷热类型为热氮气，向干泵泵腔内吹扫热氮气使干泵泵腔内部温度提升；

当干泵处于接近临界的高温状态时，冷却水流量增至最大；设定氮气冷热类型为冷氮气，向干泵泵腔内输送冷氮气进行吹扫，以使干泵工作温度快速降至安全温度范围；

当干泵处于安全状态时，根据降温所需冷量来调节冷却水流量；设定氮气冷热类型为冷氮气或热氮气，向干泵泵腔内输送冷氮气或热氮气进行粉尘吹扫。

优选地，当干泵处于冷凝状态时，热氮气流量设定为干泵工作氮气允许范围的最大流量；或者是热氮气流量根据冷凝温度与最低温区的差值来设定；

当干泵处于接近临界的高温状态时，冷氮气流量设定为干泵工作氮气允许范围的最大流量；

当干泵处于安全状态时，冷氮气或热氮气流量设定为粉尘吹扫所需氮气流量。

优选地，当干泵处于冷凝状态时的热氮气流量＞当干泵处于安全状态时的冷氮气或热氮气流量；当干泵处于接近临界的高温状态时的冷氮气流量＞当干泵处于安全状态时的冷氮气或热氮气流量。

优选地，当干泵处于安全状态时，根据温度调控速率要求，氮气冷热类型的设定方法采用如下方案之一：

方案一、设定预警值，当最高温区≥预警值时，氮气冷热类型设定为冷氮气；当最高温区＜预警值时，氮气冷热类型设定为热氮气；

方案二、将氮气冷热类型设定为热氮气。

优选地，所述步骤S2中，实时检测干泵泵腔内部区域的温度的方法是：采用安装于干泵泵体的一个以上接触式温度传感模块来实时检测，或采用非接触式的红外热像装置获取热像分布图来实时检测。采用非接触式的红外热像装置，无需再干泵泵体上打孔，可反映出干泵的整体温度及其分布，红外热像装置不受到干泵振动的影响。

优选地，根据干泵被抽入工作气体的种类和浓度，得到干泵被抽入工作气体的粉尘高生成率温度区间，进而设定工作温度目标值，以使干泵工作温度处于非粉尘高生成率温度区间，来减少干泵泵腔内粉尘生成；根据干泵被抽入工作气体的种类和浓度，设定冷凝温度。

工作温度目标值和冷凝温度根据干泵被抽入工作气体的种类和浓度有针对性地进行设定，可进一步减少干泵泵腔内粉尘产生和粘附。

优选地，采用氮气输送管路连接有并联的加热支路和冷却支路；通过开关模块将氮气输送管路与加热支路连通以对氮气进行加热获得热氮气，或将氮气输送管路与冷却支路连通以对氮气进行降温获得冷氮气。

优选地，所述加热支路采用电加热装置对氮气进行加热。

优选地，所述冷却支路采用冷却水对氮气进行降温。

与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：

1、本发明采用冷却水和氮气两种方式协同对干泵进行温度调节，可更高效地控制干泵的工作温度，减少冷却水用量和氮气用量，减少对氮气加热所需能耗，节省干泵使用成本；

2、本发明，当干泵处于冷凝状态时，减少冷却水流量同时向干泵泵腔内吹扫热氮气使干泵泵腔内部温度提升，防止出现气体冷凝而导致粉尘更多地粘附在干泵泵腔壁和转子上，可减少干泵清理内部粉尘的频率，降低维护和维修成本；

3、本发明，当干泵处于接近临界的高温状态时，加大冷氮气直接吹扫转子，可使转子热量被氮气携带排出，提升散热效果；

4、本发明可使干泵泵腔内部温度大体保持在工作温度目标值附近的范围区间，工作温度目标值设定在粉尘高生成率的温度区间以外，可减少干泵泵腔内粉尘生成；工作温度目标值和冷凝温度根据干泵被抽入工作气体的种类和浓度有针对性地进行设定，可进一步减少干泵泵腔内粉尘产生和粘附。

附图说明

图1是本发明用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法的流程图；

图2是本发明用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法的氮气输送管道示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例

本实施例一种用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法，在干泵参与产品加工过程中，采用冷却水在干泵泵体内流动以对干泵进行降温；若干泵处于冷凝状态，则减少冷却水流量同时向干泵泵腔内吹扫热氮气使干泵泵腔内部温度提升，以避免出现冷凝；若干泵处于接近临界的高温状态，则增大冷却水流量同时向干泵泵腔内输送冷氮气进行吹扫，以使干泵工作温度快速降至安全温度范围；若干泵处于冷凝状态与高温状态之间的安全状态，则以干泵工作温度调整到工作温度目标值为目标，调节冷却水流量；同时还根据温度调控速率要求，向干泵泵腔内吹扫热氮气或冷氮气，来实现以冷却水为主，冷、热氮气为辅的干泵控温和粉尘吹扫方式。

具体地说，在干泵参与产品加工过程中，冷却水及氮气协同调流方法,流程如图1所示，包括如下步骤：

S1、设定工作温度目标值和冷凝温度；工作温度目标值和冷凝温度的设定方法是，根据干泵被抽入工作气体的种类和浓度，得到干泵被抽入工作气体的粉尘高生成率温度区间，进而设定工作温度目标值，以使干泵工作温度处于非粉尘高生成率温度区间，来减少干泵泵腔内粉尘生成；根据干泵被抽入工作气体的种类和浓度，设定冷凝温度。

工作温度目标值和冷凝温度会根据干泵被抽入工作气体的种类和浓度而变化，可采用现有方式来建立干泵被抽入工作气体的种类和浓度与工作温度目标值和冷凝温度的对应关系；例如：在干泵运行过程中，采用不同种类和浓度的被抽入工作气体，来进行有限次的测试；在测试过程中，分别记录不同种类和浓度被抽入工作气体的粉尘高生成率温度区间和易发生冷凝现象的温度区间；然后，为不同种类和浓度的被抽入工作气体，分别设定工作温度目标值和冷凝温度：工作温度目标值大于粉尘高生成率温度区间上限，且小于或等于干泵工作安全温度上限；冷凝温度大于易发生冷凝现象的温度区间上限，且小于工作温度目标值。从而建立被抽入工作气体的种类和浓度与工作温度目标值和冷凝温度对应关系的表格；后续通过查表方式可得到干泵被抽入工作气体的种类和浓度与工作温度目标值和冷凝温度的对应关系。

初始化冷却水流量；

S2、实时检测干泵泵腔内部区域的温度，采用安装于干泵泵体的一个以上接触式温度传感模块来实时检测干泵温度，或采用非接触式的红外热像装置获取热像分布图来实时检测干泵温度；得到干泵泵腔内部区域的最高温区和最低温区。

S3、判断干泵状态：

若最低温区温度低于或等于冷凝温度，则判定干泵处于冷凝状态；若工作安全温度上限与最高温区温度的差值小于设定安全差值，则判定干泵处于接近临界的高温状态；否则判定干泵处于安全状态。

S4、根据最高温区温度与工作温度目标值的差值，获取降温所需冷量；

当干泵处于冷凝状态时，根据降温所需冷量来减小冷却水流量；设定氮气冷热类型为热氮气，向干泵泵腔内吹扫热氮气使干泵泵腔内部温度提升；

当干泵处于接近临界的高温状态时，冷却水流量增至最大；设定氮气冷热类型为冷氮气，向干泵泵腔内输送冷氮气进行吹扫，以使干泵工作温度快速降至安全温度范围；

当干泵处于安全状态时，根据降温所需冷量来调节冷却水流量；设定氮气冷热类型为冷氮气或热氮气，向干泵泵腔内输送冷氮气或热氮气进行粉尘吹扫。

进一步地说，当干泵处于安全状态时，根据温度调控速率要求，氮气冷热类型的设定方法采用如下方案之一：

例如，温度调控速率要求高时，采用方案一：设定预警值，当最高温区≥预警值时，氮气冷热类型设定为冷氮气；当最高温区＜预警值时，氮气冷热类型设定为热氮气；

温度调控速率要求低时，采用方案二：将氮气冷热类型设定为热氮气。

冷氮气或热氮气流量设定为粉尘吹扫所需氮气流量。

当干泵处于冷凝状态时，热氮气需求量大，因此，热氮气流量设定为干泵工作氮气允许范围的最大流量；或者是热氮气流量根据冷凝温度与最低温区的差值来设定。当干泵处于接近临界的高温状态时，冷氮气需求量大，因此，冷氮气流量设定为干泵工作氮气允许范围的最大流量。当干泵处于安全状态时，冷氮气或热氮气只需要满足粉尘吹扫即可，因此，冷氮气或热氮气流量设定为粉尘吹扫所需氮气流量。

当干泵处于冷凝状态时的热氮气流量＞当干泵处于安全状态时的冷氮气或热氮气流量；当干泵处于接近临界的高温状态时的冷氮气流量＞当干泵处于安全状态时的冷氮气或热氮气流量。

如图2所示，本实施例采用氮气输送管路1连接有并联的加热支路2和冷却支路3；加热支路2外侧套设有电加热装置；冷却支路3外侧套设有降温套，降温套通入冷却水。

通过开关模块4，例如电磁阀，将氮气输送管路1与加热支路2连通以对氮气进行加热获得热氮气，或将氮气输送管路1与冷却支路3连通以对氮气进行降温获得冷氮气。

加热支路2和冷却支路3的后侧合并成一个管路，之后再与干泵泵腔连通。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法，其特征在于：在干泵参与产品加工过程中，采用冷却水在干泵泵体内流动以对干泵进行降温；若干泵处于冷凝状态，则减少冷却水流量同时向干泵泵腔内吹扫热氮气使干泵泵腔内部温度提升，以避免出现冷凝；若干泵处于接近临界的高温状态，则增大冷却水流量同时向干泵泵腔内输送冷氮气进行吹扫，以使干泵工作温度快速降至安全温度范围；若干泵处于冷凝状态与高温状态之间的安全状态，则以干泵工作温度调整到工作温度目标值为目标，调节冷却水流量；同时还根据温度调控速率要求，向干泵泵腔内吹扫热氮气或冷氮气，来实现以冷却水为主，冷、热氮气为辅的干泵控温和粉尘吹扫方式；

在干泵参与产品加工过程中，冷却水及氮气协同调流方法包括如下步骤：

S1、设定工作温度目标值和冷凝温度；工作温度目标值大于粉尘高生成率的温度区间上限，且小于或等于干泵工作安全温度上限；冷凝温度大于易发生冷凝现象的温度区间上限，且小于工作温度目标值；初始化冷却水流量；

S2、实时检测干泵泵腔内部区域的温度，得到干泵泵腔内部区域的最高温区和最低温区；

S3、判断干泵状态：

若最低温区温度低于或等于冷凝温度，则判定干泵处于冷凝状态；若工作安全温度上限与最高温区温度的差值小于设定安全差值，则判定干泵处于接近临界的高温状态；否则判定干泵处于安全状态；

S4、根据最高温区温度与工作温度目标值的差值，获取降温所需冷量；

当干泵处于冷凝状态时，根据降温所需冷量来减小冷却水流量；设定氮气冷热类型为热氮气，向干泵泵腔内吹扫热氮气使干泵泵腔内部温度提升；

当干泵处于接近临界的高温状态时，冷却水流量增至最大；设定氮气冷热类型为冷氮气，向干泵泵腔内输送冷氮气进行吹扫，以使干泵工作温度快速降至安全温度范围；

当干泵处于安全状态时，根据降温所需冷量来调节冷却水流量；设定氮气冷热类型为冷氮气或热氮气，向干泵泵腔内输送冷氮气或热氮气进行粉尘吹扫。

2.根据权利要求1所述的用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法，其特征在于：当干泵处于冷凝状态时，热氮气流量设定为干泵工作氮气允许范围的最大流量；或者是热氮气流量根据冷凝温度与最低温区的差值来设定；

当干泵处于接近临界的高温状态时，冷氮气流量设定为干泵工作氮气允许范围的最大流量；

当干泵处于安全状态时，冷氮气或热氮气流量设定为粉尘吹扫所需氮气流量。

3.根据权利要求2所述的用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法，其特征在于：当干泵处于冷凝状态时的热氮气流量＞当干泵处于安全状态时的冷氮气或热氮气流量；当干泵处于接近临界的高温状态时的冷氮气流量＞当干泵处于安全状态时的冷氮气或热氮气流量。

4.根据权利要求1所述的用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法，其特征在于：当干泵处于安全状态时，根据温度调控速率要求，氮气冷热类型的设定方法采用如下方案之一：

方案一、设定预警值，当最高温区≥预警值时，氮气冷热类型设定为冷氮气；当最高温区＜预警值时，氮气冷热类型设定为热氮气；

方案二、将氮气冷热类型设定为热氮气。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法，其特征在于：所述步骤S2中，实时检测干泵泵腔内部区域的温度的方法是：采用安装于干泵泵体的一个以上接触式温度传感模块来实时检测，或采用非接触式的红外热像装置获取热像分布图来实时检测。

6.根据权利要求1所述的用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法，其特征在于：根据干泵被抽入工作气体的种类和浓度，得到干泵被抽入工作气体的粉尘高生成率温度区间，进而设定工作温度目标值，以使干泵工作温度处于非粉尘高生成率温度区间，来减少干泵泵腔内粉尘生成；根据干泵被抽入工作气体的种类和浓度，设定冷凝温度。

7.根据权利要求1所述的用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法，其特征在于：采用氮气输送管路连接有并联的加热支路和冷却支路；通过开关模块将氮气输送管路与加热支路连通以对氮气进行加热获得热氮气，或将氮气输送管路与冷却支路连通以对氮气进行降温获得冷氮气。

8.根据权利要求7所述的用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法，其特征在于：所述加热支路采用电加热装置对氮气进行加热。

9.根据权利要求7所述的用于干泵的冷却水及氮气协同调流方法，其特征在于：所述冷却支路采用冷却水对氮气进行降温。