KR940008174B1 - 2단 진공펌프장치 및 그 운전방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

2단 진공펌프장치 및 그 운전방법
제1도는 본 발명의 1실시예의 계통도.
제2도는 제1도 실시예에 적용가능한 오일회전 진공펌프의 일례의 단면도.
제3도는 제1도의 실시예에 있어서의 스크류진공펌프의 상세한 설명도.
제4도는 제3도의 Ⅳ-Ⅳ선에 연하는 단면도.
제5도 및 제6도는 본 발명에 관한 스크류진공펌프의 동작 특성을 설명하는 선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 2 : 진공펌프 1a, 2a : 흡입구
1b, 2b : 토출구 3 : 배관
5 : 케이싱 6 : 작동실
7 : 로우터 8 : 베인
9 : 스프링 10 : 역류방지면
21, 22 : 케이싱 23 : 엔드커버
24, 25 : 로우터 26 : 작동실
27, 28 : 베아링 29, 30 : 타이밍기어
32 : 스링거 33 : 오일팬
36 : 드라이기어 37 : 구동축
38 : 기어실 39 : 기어케이싱
40 : 측판 41 : 씨일링부재
44, 45 : 압력센서 46 : 제어유니트
47, 48 : 비교기 49, 50 : 기준설정기
51 : 회전수 가변장치
본 발명은 진공상태하에서 작업을 행하는 공간 또는 진공으로 하려고 하고 용기 등의 피배기계를 높은 진공으로 하는 2단 진공펌프장치 및 그 운전방법에 관한 것이다.
피배기계를 오일오염이 되지 않도록 하는 것이 진공펌프장치에 필요한 하나의 조건이다.
이 조건을 만족할 가능성이 높은 진공펌프로서는 루우트펌프가 일반적으로 알려져 있다. 루우트펌프는 압축비가 작음으로 10-2∼10-4Torr 정도의 중진공 및 이보다 높은 진공도를 얻기 위해서는 예를들어 일본실개소 59-5789호 공보와 같이 오일회전펌프와 루우트펌프를 조합하는 방법이 행해지고 있다.
그러나 루우트펌프는 대기압영역(760Torr 정도)에서는 압축비가 2∼5로서 작으며 중진공영역(10-2∼10-4Torr 정도)에서도 20∼70정도의 압축비 밖에 얻지 못한다.
따라서 상기와같이 루우트펌프의 우단측에 비교적 도달 압력이 높은 오일회전펌프를 설치하여야 하며, 이들의 단사이압력은 1∼10-3Torr로 되어버린다.
단사이압력이 1∼10-3Torr 근방에서는 오일회전펌프의 오일의 기화가 심하게 발생하여 기화된 오일이 루우트펌프를 통과하여 피배기계에 확산하고 피배기계내를 오일오염하는 문제점이 있다.
또한 스크류진공펌프를 배압이 대기압(760Torr)인 조건하에서 사용한 것이 미국 특허출원 제701,199호에 의하여 알려져 있다.
그러나 소비동력 및 시동시의 소요토오크가 크고 정상시의 소요토오크에 비하여 용량이 큰 전동기를 부착하지 않으면 안된다.
본 발명의 목적은 피배기계의 오일오염을 방지하고 동시에 높은 진공을 얻을 수 있는 2단 진공펌프장치와 운전방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기타 목적은 피배기계의 오일오염을 방지할 수 있고 동시에 시동토오크가 적은 2단 진공펌프장치와 그 운전방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징은 2단 진공펌프장치의 전단진공펌프를 스크류진공펌프로 하고, 후단진공펌프를 오일회전진공펌프로 한 2단 진공펌프장치로 하고 전단진공펌프와 후단진공펌프와의 사이의 단사이압력 1∼100Torr의 범위내에서 운전하는 2단 진공펌프의 운전방법이다.
여기서 본 발명의 기본적 기술사항에 대하여 설명한다. 스크류진공펌프는 대기압에 가까운 압력영역에 있어서도 높은 압력비를 얻을 수 있고 또한 무오일식의 것에 있어서는 피배기계에 대한 오일오염의 문제가 없으나(미국 특허출원 제701,199호) 이와같은 스크류진공펌프를 단단으로 하는 진공펌프장치에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
(가) 토출구에 근접한 작동실에는 점성흐름으로 됨으로 로우터 간극으로부터의 누출이 성능에 미치는 영향이 크다.
(나) 무오일식에 의하면 오일에 의한 냉각작용이 없음으로 토출측의 온도가 높아진다.
(다) 대기압에서부터 작동시켰을 경우의 토오크가 정상운전시에 비교하여 매우 크다.
이들 문제는 배압을 대기압영역에서 운전함으로서 기인하는 것이므로 후단에 다른 진공펌프를 사용한 2단형으로 함으로서 해결된다. 여기서 스크류진공펌프의 배압과 로우터 주속을 변화시켰을 경우의 제특성을 시험한 결과 다음사항이 판명되었다.
제5도에 로우터 주속을 파라메터로한 배압과 압출비와의 관계를 표시한다. 동도에서 아는 바와같이 배압이 대기압(760Torr)의 경우에 높은 압축비를 얻기 위해서는 로우터 주속을 높일 필요가 있으나, 배압이 1∼100Torr의 범위에서는 저속에서도 상당한 압축비가 얻어진다.
또한 제6도에 로우터 주속을 파라메터로한 동력비(=축동비/기계손실)의 관계를 표시한다.
동도에서 아는 바와같이 배압이 100Torr 이하에서는 동력비가 거의 1이며, 기계손실이 동력만으로 스크류진동펌프를 운전할 수 있게 된다.
이와같이 스크류진공펌프를 전단진공펌프로 사용하면 배압이 1∼100Torr의 범위에서도 103∼104의 높은 압축비를 얻을 수 있음과 동시에 배압이 10TTorr 이하에서는 펌프동력에는 거의 영향이 없음을 알았다. 이로서 상기 구성의 본 발명에 의하면 전단에 스크류진공펌프를 사용함으로서 루우트펌프에 비하여 배압이 높은 영역에서도 높은 압축비를 얻을 수 있음으로, 종래의 루우트펌프와 오일회전 진공펌프로 된 2단형 진공펌프장치와 같은 정도의 도달압력(예를들어 10-3∼10-4Torr)를 얻기 위해서는 후단의 진공펌프를 수Torr∼수십Torr의 작은 도달압력의 진공펌프를 충분히 적용할 수가 있게 되며, 또한 배기속도가 작은 것을 적용할 수 있다.
따라서 후단의 진공펌프로서 도달압력이 작은 다이어프램형 진공펌프 등의 무오일식의 진공펌프를 적용할 수 있으며 이와같이하면 전·후단공이 무오일식으로 할 수 있음으로 피배기계의 오일오염을 완전히 방지할 수 있게 된다.
또한, 후단에 오일회전 진공펌프를 사용하였을 경우에는 상기와 같이 오일확산의 임계압이 0.1∼1Torr이므로 전단의 배압, 즉 후단의 흡입압이 1Torr 이상일 경우에는 후단에 오일회전펌프를 사용하더라도 피배기계에 오일오염의 영향을 주지 않는 청결한 2단 진공펌프장치를 제공할 수 있게 된다.
이하 본 발명을 실시예를 참조하여 설명한다.
제1도에 본 발명의 한 실시예 장치의 계통구성도를 표시한다. 도면에서 본 실시예의 2단 진공펌프장치는 스크류진공펌프(1)를 전단으로 하고 이것의 후단에 오일회전 진공펌프(2)를 설치하여 2단형으로 한 것이며, 진공펌프(1)의 흡입구(1a)는 표시없는 피배기계에 연통하고, 토출구(1b)는 배관(3)을 통해서 오일회전펌프(2)의 흡입구(2a)에 연통되고 오일회전펌프(2)의 토출구(2b)는 대기에 연통된다.
오일회전 진공펌프(2)로서는 예를들어 제2도에 표시한 공지의 베인형의 것을 적용할 수 있다. 즉 베인형의 오일회전 진공펌프(2)는 케이싱(5)내에 형성된 원주형의 작동실(6)내에 편심시켜서 로우터(7)를 배치하고 이 로우터(7)의 반경방향으로 형성된 홈내에 한쌍의 베인(8)을 장착하고, 이 베인(8)을 스프링(9)에 의하여 작동실(6)의 벽에 억압시켜서 형성되며, 토출구(2b)에는 역류방지면(10)이 마련되고, 또한 로우터(7)에는 전동기(43)가 연결된다.
스크류진공펌프(1)는 제3도와 제4도에 표시한 구성으로 되어 있다.
제3도는 이 구성의 종단면도이고, 제4도는 제3도의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.
스크류진공펌프(1)의 케이싱은 작동실을 가진 주케이싱(21)과 토출측 케이싱(22)과, 엔드커버(23)에 의해 형성된다. 주케이싱(21)내에는 서로 치합되는 숫로우터(24)와 암로우터(25)가 장입되어있고, 주케이싱(21)과 토출측케이싱(22)에 의하여 작동실(26)이 구획된다. 암수 한쌍의 로우터(24, 25)는 상호치합상태에서 회전가능하게 작동실(26)에 수용된다. 각 로우터(24, 25)의 양회전축부는 베아링(27)(28)에 의하여 지지되고 토출측 케이싱(22)으로부터 돌출된 축단에는 각각 숫타이밍기어(29)와 암타이밍기어(30)가 끼워져 있다. 이들 타이밍기어(29)(30)의 치합은 숫로우터(24)와 암로우터(25)가 미소한 간극을 유지하여 상호치합하여 회전되도록 설정된다.
이와같은 스크류진공펌프의 상세한 설명이 미국 특허출원 제701,199호에 기재되어 있다. 각 로우터(24)(25)의 베아링(27)(28)보다도 내축의 회전축과 케이싱(21)(22)의 사이에는 씨일링장치(31)가 설치되고 이로서 각 베아링(27)(28)과 양타이밍기어(29)(30)에 공급된 윤활유가 작동실(26)내로 침입하는 것을 씨일링하도록 되어있다.
이와같은 씨일링장치의 일예가 미국 특허 제4,487,563호에 표시되어 있다.
엔드커버(23)내에 돌출된 암로우터(25)의 축단에는 스링거(32)가 부착되어 있고 엔드커버(23)와 주케이싱(21)의 일부에 의하여 이들의 저부에 형성된 오일팬(33)의 윤활유를 쳐서 튕기게 함으로서 베아링(27)에 오일을 공급하도록 되어 있다. 작동실(26)의 한쪽끝부는 주케이싱(21)에 형성된 흡입구(1a)에 연통되고 다른 끝부는 토출측케이싱(22)에 형성된 토출구(1b)에 연통된다.
숫타이밍기어(29)는 드라이브기어(36)를 통해서 구동축(37)에 치합되고 구동축(37)은 전동기(42)에 연결된다.
그리고 타이밍기어(29), (30), 드라이브기어(36)는 기어케이싱(39)과 측판(40)에 의하여 형성되는 기어실(38)내에 밀폐 수납되고 구동축(37)의 관통부는 씨일링부재(41)에 의하여 씨일된다.
스크류진공펌프(1)의 흡입구(1a) 및 배관(3) 또는 토출구(1b)에는 압력센서(44)(45)가 각각 배치되고 이들 압력센서(44)(45)는 각각의 압력에 상당하는 전압을 발생한다. 제어유니트(46)는 두개의 비교기(47)(48) 및 기준설정기(49)(50) 및 회전수제어장치(51)를 구비하여 제1의 비교기(47)는 제1기준설정기에 의하여 사전설정된 기준을 기압력(Pi)과 압력센서(44)에 의하여 검지된 흡기압력(Pid)을 비교하고 제2비교기(48)는 제2기준설정기에 의하여 산전 설정한 기준배압(Pm)(1∼100Torr 사이의 임의의 값)과 압력센서(45)에 의하여 검출한 배압(Pmd)를 비교한다.
제1비교기(47)는 Pid
Figure kpo00001
Pi 일때에는 회전수의 증가신호를, Pid<Pi 일때에는 회전수의 감소신호를 형성하고, (Pid≒Pi 일때에는 회전수를 그대로 유지함) 이 신호에 의하여 회전수 제어장치(51)가 전동기(42)의 회전수를 제어하여 Pid≒Pi의 상태로 유지한다. 제2비교기(48)는 Pmd
Figure kpo00002
Pm 일때는 회전수 증가신호를 Pmd<Pm 일때에는 회전수 감소신호를 형성하고, 이 신호에 의하여 회전수 제어장치(51)가 전동기(43)의 회전수를 제어하여 Pmd≒Pm의 상태로 유지하게 된다. 다음에 작동을 설명한다.
먼저, 오일회전 진공펌프(2)를 시동하고, 스크류진공펌프(1)의 흡입구(1a)에 연통된 피배기계와 스크류진공펌프(1)의 작동실(26) 및 배관(3)내의 압력을 대기압(760Torr) 상태로부터 100Torr 정도까지 저하시킨다. 그후 스크류진공펌프(1)를 가동시키고, 피배기계의 압력을 다시 저하시킨다.
피배기계의 최종적 도달압력은 제5도의 표시와 같이 전단진공펌프로 사용하는 스크류진공펌프(1)의 배압(단사이의 압력)과 로우터(7)의 주속에 의하여 조정할 수가 있다. 스크류로우터의 회전수를 가변시키는 장치로서는 미국 특허출원 제758,032호에 표시된 것을 이용할 수 있다.
예를들어 도달압력을 낮게하면 스크류로우터의 주속을 높게 하거나 또는 단사이압력을 낮게 하면 된다.
그리고 이때 상기와 같이 단사이압력은 오일회전 진공펌프(2)의 오일이 기화하는 임계압(0.1∼1Torr) 이상으로 조정한다. 이로서 오일확산을 방지할 수 있고, 피배기계의 오일오염을 방지할 수가 있다.
또한 단사이압력은 100Torr 이하로 조정한다.
이렇게하여 상기와 같이 스크류진공펌프(1)의 동력비가 대략 1로 되고, 구동전동기를 소형의 것을 사용할 수 있다.
또한 스크류진공펌프단에서 배압이 대기압인 경우에는 제5도에서 알 수 있는 바와같이 로우터 주속을 고속으로 하지 않으면 높은 압력비를 얻을 수가 없음으로 씨일링장치(31)와 같은 접촉식의 것을 적용할 수가 없었다.
이점에서 본 실시예와 같이 2단형 진공펌프장치의 전단으로서 사용했을 경우에는 로우터 주속이 저속일지라도 그 배압(단사이압력)이 1∼100Torr의 범위에서 비교적 높은 압축비가 얻어지고 또한 충분한 관계로 접촉식의 씨일링장치(31)를 사용할 수 있게 된다.
이상 설명과 같이 본 발명의 장치에 의하여 전단의 진공펌프로 스크류진공펌프를 사용하여 2단형으로 한 관계로 스크류진공펌프의 배압(단사이압력)을 대기압보다도 충분히 저하시킬 수 있음으로 스크류진공펌프 단단에 의한 것들의 문제점을 해소함과 더불어 충분한 압축비가 얻어질 수 있어 후단의 진공펌프로서 도달압력이 낮은 무오일식 다이야프램 진공펌프 등을 적용할 수 있게 됨으로 피배기계의 오일오염을 방지할 수가 있게 된다.
또한 본 발명의 운전 방법에 의하면 전단의 스크류진공펌프의 배압을 오일확산의 임계압 이상인 1∼100Torr의 범위에서 운전하도록 하였음으로, 동력을 절감함과 더불어 후단에 오일회전 진공펌프를 사용하더라도 피배기계의 오일오염을 방지할 수가 있게 된다.

Claims (8)

  1. 작동실을 갖는 주케이싱과 이 주케이싱의 작동실에 연통하여 형성된 흡입구 및 토출구와 이 주케이싱의 작동실에 회전가능하게 수용되는 암수 한쌍의 스크류로우터와, 이 양 스크류로우터를 지지하는 베아링수단과 각 베아링수단 및 작동실의 사이의 위치에 배치되는 씨일링수단과, 상기 양 스크류로우터의 축부사이에 배치되는 쌍의 타이밍기어를 구비하고, 상기 흡입구가 피배기계에 연결되어 있는 전단진공펌프를 원형의 작동실을 갖는 케이싱과 이 작동실내에 회전자유로히 배치되는 로우터와, 이 로우터에 수납되고 반경방향으로 출입되는 베인과를 구비하고 상기 전단진공펌프의 토출구에 연결되는 우단진공펌프를 구비한 구조의 2단 진공펌프장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스크류진공펌프는 상기 쌍의 타이밍기어의 한쪽에 치합되는 드라이브기어를 가진 구성의 2단 진공펌프장치.
  3. 피배기계에 연결된 전단진공펌프와 이 전단진공펌프의 토출측에 연결되는 후단진공펌프를 구비하고, 상기 전단진공펌프는 스크류진공펌프이고 교차하는 두개의 원주형 형상의 작동실과 작동실에 연결된 흡입구 토출구를 가진 케이싱, 이 케이싱의 작동실에 상호치합하는 상태로 회전가능하게 수용된 암수 한쌍의 스크류로우터, 이들 각 스크류로우터의 각축부와 상기 케이싱과의 사이에 배치되고, 각 스크류로우터를 회전 자유로이 지지하는 베아링수단, 이들 각 베아링수단과 작동실의 사이의 위치에 배치되고 상기 작동실과 각 베아링수단과의 사이에서 가스 및 오일방울이 혼합된 가스의 유통을 저지하는 씨일링수단, 상기 각 스크류로우터의 각축부에 배치되어 상호 치합하는 쌍의 타이밍기어를 가진 구성의 2단 진공펌프장치.
  4. 제3항에 있어서, 전단진공펌프의 토출구와 후단진공펌프의 흡입구가 배관을 통해서 연결되는 구성의 2단 진공펌프장치.
  5. 피배기계에 연결되고 제1의 전동기에 의하여 구동되는 제1단 스크류진공펌프와, 이 스크류진공펌프의 토출측에 연결되고 제2의 전동기에 의하여 구동되는 제2단 진공펌프와 상기 제1단 스크류진공펌프의 흡입구에 부착되는 제2의 압력검출수단과, 상기 흡입구의 압력의 기준치인 Pi를 설정하는 기준흡입 압력설정기와, 상기 토출구의 배압의 기준치인 Pm을 설정하는 기준배압설정기와, 기준흡입압력(Pi)과 제1의 압력검출수단에 의하여 검출된 흡기압력(Pid)과를 비교하여 상기 제1전동기를 위한 회전수변경신호를 형성하는 제1의 비교기와 상기 기준배압(Pm)과 제2의 압력검출수단에 의하여 검출된 배압(Pmd)을 비교하여 상기 제2전동기를 위한 회전수변경신호를 형성하는 제2의 비교기와 제1의 비교기의 회전수변경신호의 의하여 제1전동기의 회전수를 제어하여 제2의 비교기의 회전수변경신호에 의하여 제2전동기의 회전수를 제한하는 회전수 제어수단을 가진 제어유니트를 구비한 구성의 2단 진공펌프장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어유니트에서의 배열의 기준치인 Pm가 1∼100Torr의 범위에서 선택되는 임의의 값에서 설정되는 2단 진공펌프장치.
  7. 전단진공펌프와 후단진공펌프로 되며 전단진공펌프로서 스크류진공펌프를 사용하는 2단 진공펌프장치의 운전방법에 있어서, 상기 스크류 진공펌프의 토출측 압력을 1∼100Torr의 범위내에서 유지하며 운전하는 것이 특징인 2단 진공펌프장치의 운전방법.
  8. 제7항에 있어서, 후단진공펌프의 회전수를 전단진공펌프의 토출압력이 1∼100Torr로 되도록 제어하는 것이 특징인 2단 진공펌프장치의 운전방법.
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