CN1703583A - 带有清洗装置的旋转活塞真空泵 - Google Patents
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Abstract
一种泵，包括至少一个转子(1)、定子(5)和壳体(5)，转子(1)封闭在壳体(5)内。壳体(5)包括至少一个通过壳体(5)延伸的端口(2)，使得流体直接输送到至少一个转子(1)的表面。
Description
技术领域
本发明涉及真空泵领域，具体涉及但不限于带有螺旋结构的真空泵。
背景技术
螺旋泵通常包括两个间隔开的平行轴，各自支承带外螺纹的转子，轴固定到泵壳体上，可使转子的螺纹互相啮合。互相啮合处的转子螺纹与通常作为定子的泵体内部表面之间的严格允许误差使得泵送到入口和出口之间的大量气体聚集在转子螺纹和内表面之间，当转子转动时推动气体通过泵。
在许多的生产工艺中，螺旋泵被广泛认为是一种产生真空条件的可靠装置。因此，螺旋泵应用在许多的生产过程。这些应用可涉及具有“蜡质”或“多油脂”性能的材料，如基于脂肪的增塑剂。在泵的操作中，这些产品可在泵的表面形成沉积。当泵关闭时，这些表面冷却，沉积物也冷却，在泵内固化。当这些沉积物位于部件之间的间隙区，可使泵卡住阻碍重新启动，甚至不能重新启动。
许多使用真空泵的半导体工艺遇到类似问题，尤其是化学气相沉积(CVD)这种生产工艺。这种工艺可产生大量的副产品材料。这些材料具有粉末或尘粒的形式，其可保持松散或变得紧凑，或具有硬化固体的形式，特别是在生产气体冷凝和升华到低温表面的情况下。这些材料可在操作腔、腔和泵之间的前级管道，和/或真空泵本身形成。如果这些材料在操作过程中聚集在泵的内表面，能够有效地充填泵的转子和定子件之间的空隙，还可能造成真空泵的马达电流需量的尖峰状态。如果这种情况不减退而是继续下去，那么形成的固体材料最终将使得马达过载，使得控制系统关断真空泵。如果真空泵冷却到环境温度，那么累积的材料将在转子和定子件之间收缩。由于在转子和定子件之间形成的潜在接触表面积可能较大，副产品材料的收缩可将阻挡转动的摩擦力提高一个数量级。
为了释放现有技术的泵的转子，设置了一种机构，通过检查口插入棒到与转子主轴相连接的插座。该棒用作转动主轴和释放装置的杆，可使机器重新启动。这样的杆系统允许比马达力更大的转动力施加到内部件。这样的力可传递到转子叶片，可证明所产生的应力对转子结构是有害的。如果该系统未能释放装置，则有必要拆卸该机构，将液体溶剂注入泵壳体中，溶解残余物，达到轴可以手动转动的水平。该拆卸工作不仅要使泵下线一段时间，泵后来还要重新投入使用和测试，以保证与周围装置连接的可靠性。
发明内容
本发明的目的是克服与泵技术相关的前述问题。
本发明提供了一种泵，包括转子件、定子件和壳体，所述壳体包围所述转子件和定子件，并设有可接受泵送流体的入口，位于所述入口下游的至少一个端口，和通过至少一个端口注入流体到壳体内的机构，流体作用于部件表面的沉积物，将沉积物从泵中排出。由于端口位于入口的下游，注入转子和定子件的流体可直接注入到工作容积，撞击这些部件的表面。与通过壳体的泵送流体入口引入清洗流体的系统相比，这样可极大地提高清洗效率。由于设置了多个端口，这些端口可形成排列。例如，端口可沿径向围绕壳体设置，和/或沿转子件的长度设置。
壳体可包括内层和外层，其间形成空腔，泵操作时，流体通过空腔。泵体的内层可用作泵的定子。
端口可包括喷嘴，使用时流体经喷嘴喷射。喷嘴可整体形成于端口内。
泵是螺旋泵，包括两个带螺纹的转子。其中，端口可定位在距转子入口端的转子前两圈完整螺纹后。泵可以是Northey(claw)泵或是罗茨泵。
流体是液体或是蒸气。流体可以是溶剂，当使用泵时，可溶解聚集在转子上的残留物；或是蒸气。所述流体包括可与沉积物反应的反应物。还可以包括卤族元素。当泵用作CVD工艺的部件时，这样的流体非常适合用作清洗流体，清除CVD工艺的固体副产品。
因此，本发明还提出一种泵，包括转子件、定子件和壳体，壳体包围转子件和定子件，并设有至少一个端口，和通过所述至少一个端口注入流体到壳体内的机构，流体包括可与部件表面的微粒反应的反应物，将所述微粒从泵中排出。
流体包括卤族元素，比如氟。还可以是氟化气体，如前氟化气体，流体的示例包括ClF3，F2和NF3。
本发明还延伸到化学气相沉积装置，其包括操作腔和前面权利要求中任一项所述的用于排空操作腔的泵，使用时，沉积物是化学气相沉积过程的副产品。
根据本发明，还提供了一种处理泵内沉积物的方法，所述泵包括转子件、定子件和壳体，壳体包围转子件和定子件，并设有接受泵送流体的入口，位于入口下游的至少一个端口，方法包括通过至少一个端口注入流体到壳体内，流体作用于部件表面的沉积物，使沉积物从泵中排出。
本发明还提供了一种处理泵内沉积物的方法，泵包括转子件、定子件和壳体，壳体包围转子件和定子件，并设有至少一个端口，方法包括通过至少一个端口注入流体到壳体内，流体包括可与部件表面的微粒反应的反应物，使微粒从泵中排出。
泵操作期间，可利用电磁阀以预定的时间间隔输送流体。此外，可进行监测步骤，其中，例如，可通过测量转子速度、能量消耗和气体体积流量等参数中的至少一个对泵的性能实施监测。可根据这些测量的参数来确定在泵的内部工作表面累积的沉积物的数量范围。然后计算流体流量；该流量足够补偿上面确定的聚集沉积物数量。接下来，可对输送到转子的流体流量进行调节以反映新计算出的流量值。
根据本发明，还提供了一种处理泵机构内沉积物的方法，其引入适合溶解、稀释、或分离累积在泵的内部工作表面的沉积物的流体，该方法包括步骤：
(a)监测泵的性能，例如，通过记录转子速度、能量消耗和气体体积流速等参数中的至少一个；
(b)根据监测的性能，计算沉积物在泵的内部工作表面累积的速率；
(c)计算补偿步骤(b)确定的累积的沉积物所需的流体流量；和
(d)调节输入到转子的的流体流量，以反映步骤(c)的计算流量值。
当输入流体所述泵不工作时，例如，当出现卡住或需要进行清洗时，在这种情况下，该方法还包括施加扭矩到泵的转子，以克服残留的阻力，阻力可能由泵的内部工作部件上的沉积物造成。在某些条件下，例如，传输的材料具有非常大的粘性或蜡质时，通过加温使粘性降低。该方法还包括引入热流体到设置在泵壳体内的空腔，空腔包围转子。加热空腔内的热流体，使流体和沉积物的温度上升到足够高，以便在上面讨论的扭矩施加步骤之前消除沉积物。
干燥泵装置的控制器可包括设置在计算机内的微处理器，其可通过计算机软件程序化，当安装到计算机时，可使其执行上述方法步骤(a)到(d)。该程序的载体介质可选择但不限于，软盘、光盘、小型磁盘或数字磁带。
附图说明
现在通过参考附图对本发明的示例进行介绍，附图中：
图1是本发明的螺旋泵的示意图；
图2是本发明的双端螺旋泵的示意图；
图3是图1和图2的泵的端部截面图；
图4是水套的部分截面详图，显示了注入端口的结构；和
图5显示了提供流体到泵的系统。
具体实施方式
尽管图1和图2显示的泵是螺旋泵，应认识到本发明可应用到任何形式的真空泵，尤其是爪形泵。
在图1的示例中，两个转子1设置在外壳体5中，壳体用作泵的定子。两个互相反向转动和互相啮合的转子1设置成，其中心线互相平行。转子通过轴承10进行固定，由马达11(见图2)进行驱动。注入端口2沿转子的长度设置，在图1和2的示例中(在图3中用实线显示)，泵内侧面上的注入端口2位于转子的啮合区的两侧。但是，端口2可位于围绕定子5的任何径向位置。图3显示出一些位置。
端口2包括喷嘴，允许注入流体，端口最好沿定子件5的长度分布，使得溶剂或蒸气能够容易地施加到整个转子。或者，端口的分布使得流体容易集中到可能出现的任何特定问题区。当操作期间注入溶剂时这点非常重要，以便限制对泵性能的影响。例如，如果泵的入口3设置了一个端口，这将对通过泵从真空腔(未显示)输出副产品的能力有负面影响。通过使溶剂在螺纹的前几圈后与转子1接触，腔中溶剂后向污染的可能性将减少。
此外，当引入溶剂到泵的入口区，入口区的压力有增加的危险，致使溶剂逸出。在必须使溶剂保持液相的操作过程中，引入的溶剂一定要接近泵的排出区，排出区的压力将上升。当溶剂通过沿定子长度的多个端口2引入时，由于存在累积在转子1上的残留物朝排出区增加的可能性，总的作用是逐渐增加溶剂的数量。可观察到某些结构具有其他优越性，其中施加液体到转子螺纹的最后数圈将使得泵的这个区域的定子和转子之间间隙密封。因此，气体的泄漏将基本上消除，并提高了泵的性能。
在某些工艺过程中，不应当在操作期间引入溶剂，因为出于某种原因，真空腔中的无用产品集聚在泵的出口，这些材料不应当受到污染。其他的应用有可能不产生保证操作恒定注入溶剂的残留物水平。在这些情况下，以及在意外关闭泵使得标准操作，如清洗，不能进行时，操作过程的残留物随装置的温度下降得到冷却。在这些情况下，因为沉积物累积并变成更有粘性或固化，可能使装置不能动作。在根据本发明的系统中，注入端口2可以散布的方式引入溶剂到定子腔6，不必付出拆卸装置的代价或麻烦。一旦溶剂作用到沉积物，使沉积物软化或溶解；可通过马达或手动使轴转动来释放各部件，不必施加过大的力到转子，以免造成可能的损坏。
输送流体可通过简单的端口进行，如液体通过壳体上的孔滴入，或设置喷嘴，流体通过喷嘴注入。可设置控制系统，使得溶剂输送反映泵装置内变化的状态。例如，在图5所示的系统中，控制系统20提供清洗流体，一级一级地通过管路22到达泵21的端口2。如24所示，也可提供吹扫气体系统，以提供吹扫气体，如氮气，到泵21。
当生产的材料是蜡质或多油脂的，需要将兼容的溶剂引入进行稀释/清洁。这些溶剂可以液体或蒸气形式提供。可使用任何有效的清洗介质，如碳氢化合物基/溶解产品的二甲苯，或水基/溶解产品的水，或使用清洁剂。
当处理的材料是CVD工艺的副产品时，清洗溶液可包括氟化气体。这类清洗气体的示例包括但不限于ClF3，F2，NF3。氟的高反应性意味着这类气体可与泵装置上的固体副产品反应，以便用废气将副产品从泵清洗掉。为了避免泵的内部件被氟化气体的腐蚀，需要仔细选择形成泵的部件的材料，比如转子和定子件，和任何将与清洗气体接触的弹性密封件。
图3所示的壳体5设置成双层结构，内层6和外层9。内层6用作泵的定子。空腔7设置在壳体5的层6，9之间，使得冷却流体，如水，可围绕定子循环，以便从泵的工作部分将热传导开。空腔7设置在转子的整个长度上，即在入口区3及排出区4。在由于转子冷却泵不能转动的情况下，转子和定子之间表面出现固化的残留物，可对壳体5的空腔7中的冷却液体加热，提高转子1的温度。这可增强残留物的柔性，帮助释放装置。壳体5还设有穿过空腔7的实心材料柱8，以便提供形成注入端口2的区域。
本发明不限于螺旋泵，可容易地应用于其他类型的泵，比如Northey(爪形)泵或罗茨泵。
总之，泵包括至少一个转子1、定子5和壳体5，壳体5包围转子1。壳体5包括至少一个端口2，其延伸通过壳体5，以直接输送流体到至少一个转子1的表面。
应当知道前面显示的只是本发明的几个实施例，在本发明的确定范围内，毫无疑问本发明所属领域的技术人员可进行其他的实施例，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (41)
1.一种泵，包括转子件、定子件和壳体，所述壳体包围所述转子件和定子件，并设有可接受泵送流体的入口，位于所述入口下游的至少一个端口，和通过所述至少一个端口注入流体到所述壳体内的机构，可使流体作用于所述部件表面的沉积物，将所述沉积物从泵中排出。
2.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，所述泵包括多个所述端口。
3.根据权利要求2所述的泵，其特征在于，所述端口沿径向位于所述壳体周围。
4.根据权利要求2或3所述的泵，其特征在于，所述端口沿所述转子件的长度设置。
5.根据前面权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，至少一个所述端口包括喷嘴，使用时，流体通过喷嘴喷射。
6.根据权利要求5所述的泵，其特征在于，所述喷嘴整体形成于所述端口内。
7.根据前面权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述壳体包括两层壁，在所述壁的内层和外层之间形成空腔，使用时，流体通过空腔。
8.根据权利要求7所述的泵，其特征在于，所述壳体的内层提供所述定子件。
9.根据前面权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述泵是螺旋泵，包括两个带螺纹的转子件。
10.根据权利要求9所述的螺旋泵，其特征在于，所述至少一个端口位于距所述入口的所述转子件的前两整圈螺纹处。
11.根据权利要求1到8中任一项所述的泵，其特征在于，所述泵是爪式泵。
12.根据权利要求1到8中任一项所述的泵，其特征在于，所述泵是罗茨泵。
13.根据前面权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述流体是液体。
14.根据前面权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述流体是溶剂，当泵使用时，可溶解聚集到所述转子件的微粒。
15.根据权利要求1到12中任一项所述的泵，其特征在于，所述流体是气体。
16.根据权利要求15所述的泵，其特征在于，所述流体是蒸气。
17.根据权利要求1到15中任一项所述的泵，其特征在于，所述流体包括可与所述微粒反应的反应物。
18.一种泵，包括转子件、定子件和壳体，所述壳体包围所述转子件和定子件，并设有至少一个端口，和通过所述至少一个端口注入流体到所述壳体内的机构，流体包括可与所述部件表面的微粒反应的反应物，将所述微粒从泵中排出。
19.根据权利要求17或18所述的泵，其特征在于，所述流体包括卤族元素，比如氟。
20.根据权利要求17到19中任一项所述的泵，其特征在于，所述流体包括ClF3，F2和NF3中的一种。
21.一种化学气相沉积装置，其包括操作腔和前面权利要求中任一项所述的用于排空所述操作腔的泵，使用时，所述沉积物是化学气相沉积过程的副产品。
22.一种处理泵内沉积物的方法，所述泵包括转子件、定子件和壳体，所述壳体包围所述转子件和定子件，并设有接受泵送流体的入口，和位于所述入口下游的至少一个端口，所述方法包括通过所述至少一个端口注入流体到所述壳体内，使流体作用于所述部件表面的沉积物，将所述沉积物从泵中排出。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，流体从多个所述端口注入。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述端口沿径向位于所述壳体周围。
25.根据权利要求22到24中任一项所述的方法，其特征在于，所述端口沿所述转子件的长度设置。
26.根据权利要求22到25中任一项所述的方法，其特征在于，所述流体是液体。
27.根据权利要求22到26中任一项所述的方法，其特征在于，所述流体是溶剂，当泵使用时，可溶解聚集在所述转子件的微粒。
28.根据权利要求22到25中任一项所述的方法，其特征在于，所述流体是气体。
29.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述流体是蒸气。
30.根据权利要求22到29中任一项所述的方法，其特征在于，所述流体包括与微粒反应的反应物。
31.一种处理泵内沉积物的方法，所述泵包括转子件、定子件和壳体，所述壳体包围所述转子件和定子件，并设有至少一个端口，所述方法包括通过所述至少一个端口注入流体到所述壳体，所述流体包括可与所述部件表面的微粒反应的反应物，将所述微粒从泵中排出。
32.根据权利要求30或31所述的泵，其特征在于，所述流体包括卤族，比如氟。
33.根据权利要求30到32中任一项所述的泵，其特征在于，所述流体可包括ClF3，F2和NF3中的一种。
34.根据权利要求22到33中任一项所述的方法，其特征在于，所述流体在操作时以预定的间隔时间注入。
35.根据权利要求22到34中任一项所述的方法，所述方法包括步骤：
(a)监测泵的性能；
(b)根据监测的性能确定在内部件表面累积的沉积物；
(c)计算补偿步骤(b)确定的累积的沉积物所需的流体流量；和
(d)调节注入的流体流量以反映步骤(c)的计算流量。
36.一种处理泵机构内沉积物的方法，其引入能够溶解、稀释、或分离累积在所述泵的内部工作表面的沉积物的溶液，所述方法包括步骤：(a)监测泵的性能；(b)根据监测的性能确定在内部件表面累积的沉积物；(c)计算补偿步骤(b)确定的累积的沉积物所需的流体流量；和(d)调节输入到所述转子的的流体流量，以反映步骤(c)的计算流量。
37.根据前面权利要求35或36所述的方法，其特征在于，当输入流体时所述泵不工作的话，所述方法包括步骤：施加扭矩到泵的转子，以克服残留的阻力。
38.根据权利要求37所述的方法，所述方法包括步骤：引入热流体到设置在泵壳体内的空腔，所述空腔围绕所述转子，加热空腔内的热流体，使流体和沉积物的温度足够高，以便在扭矩施加步骤之前消除所述沉积物。
39.一种计算机程序，当安装到计算机时，计算机可执行权利要求22到38中任一项所述的方法。
40.一种计算机可读的载体介质，其储存有如权利要求39所述的计算机程序。
41.根据权利要求40所述的计算机可读的载体介质，其特征在于，可从软盘、光盘、小型磁盘或数字磁带中选择所述介质。
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