干式真空泵 工作原理
核心定义
干式真空泵:泵腔内部没有油、水等液态密封介质。依靠一对(或多组)同步反向旋转的转子,利用精密微小间隙实现气体输送、压缩、排出;转子互相不接触、无摩擦。
区分湿式:湿式靠油 / 水填充间隙密封;干泵靠微米级机械间隙密封。
市面工业主流:爪式干泵、螺杆干泵、涡旋干泵、罗茨干泵,其中多级爪式干泵(荏原 EV、爱发科干式泵zui常用)是半导体设备标配,下面以爪式干泵为主讲解。
一、多级爪型干式真空泵原理(日系设备最常见)
结构组成
两组爪形转子、同步齿轮、泵壳,分为多级压缩腔(一般 3~4 级串联),电机通过齿轮驱动两只爪转子同步、反向旋转。
工作循环四步
吸气
爪形转子转动,腔体容积由小变大,真空负压将工艺气体吸入泵腔。
封闭
转子继续旋转,进气口隔离,气体被封闭在腔体内。
压缩
腔体容积不断缩小,封闭气体被逐级压缩(多级连续压缩)。
排气
腔体连通排气口,压缩后的气体向外排出。
气体
逐级被压缩,每一级完成一次压缩,所以可以达到较高真空。
转子之间、转子与壳体留有微小间隙(数十~百微米),无接触、不需要润滑油密封;
润滑油只存在外部齿轮箱,绝不进入气路腔体。
二、其他主流干式泵简要原理
1. 涡旋干式真空泵(小型,实验室 / 小型设备)
一对涡旋盘,一个固定、一个做圆周偏心运动;容积周期性扩大缩小,实现气体吸→压缩→排气。
代表:ULVAC VS 系列,多用于小型腔体前级真空。
2. 螺杆干式真空泵(重载工况)
一对螺旋转子反向啮合旋转,螺旋槽容积持续变化输送压缩气体。
优势:耐粉尘、抗结晶,多用于产生大量副产物的恶劣工艺。
3. 罗茨干式泵(一般不单独使用)
两叶 / 三叶转子,容积输送,压缩比低;通常作为增压泵搭配爪式干泵组合使用,提升抽速。
三、关键技术特点(原理衍生出来的特性)
气路腔体无油
齿轮箱独立密封润滑,油无法进入真空通路,不会产生油雾返流,真空洁净。
间隙密封,无法做到超高真空
间隙存在轻微气体返流,极限真空一般 0.1~10 Pa,属于中低真kong前级泵;想要高真空(分子泵)必须搭配干泵作为前级。
压缩升温
气体压缩会发热;所以大功率机型需要水冷,小型风冷机型依靠散热片散热。
水汽、腐蚀性气体对策
单纯干泵不能长期抽吸高浓度水汽、酸性气体,容易结晶附着转子。
解决方案:持续氮气吹扫(N₂ Purge),稀释水汽、防止盐类结晶。