專利名稱：一種直排大氣的多級羅茨干式真空泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空泵技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種直排大氣的多級羅茨真空泵。
背景技術(shù)：
IC裝備行業(yè)是國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要行業(yè)。在IC裝備行業(yè)中，70%的工作需 要在對潔凈度要求苛刻的真空環(huán)境下進(jìn)行，例如化學(xué)氣相沉積、離子注入、蒸發(fā)、 濺射、外延生長、刻蝕、封裝、檢測等。在每一條IC生產(chǎn)線中，都要應(yīng)用大量獲 得與維持清潔真空環(huán)境的干式真空獲得設(shè)備。以一條月產(chǎn)2.5萬片8英寸晶圓片 的中檔工藝IC生產(chǎn)線為例，通常需用各種干式真空泵上千臺，投資占設(shè)備投資的 20%左右。作為IC裝備的關(guān)鍵設(shè)備之一,干式真空獲得設(shè)備由于產(chǎn)業(yè)技術(shù)門檻高, 生產(chǎn)與銷售一直被國外幾家大公司壟斷，如日本荏原、德國普發(fā)、英國愛德華、 德國萊寶、法國阿爾卡特等占據(jù)了世界上95%以上的巿場份額，國內(nèi)生產(chǎn)廠家?guī)?乎沒有形成產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品。
羅茨真空泵由羅茨鼓風(fēng)機(jī)演變而來，包括高真空多級羅茨泵、中真空羅茨增 壓泵和直排大氣的干式羅茨泵，廣泛用于化工、造紙、冶金、薄膜制備、食品等 行業(yè),也是IC裝備行業(yè)中常用的一種真空泵。國內(nèi)羅茨真空泵的研究和制造較早, 但適合于IC裝備行業(yè)嚴(yán)格要求的羅茨干泵并不多見，致使該設(shè)備長期依賴進(jìn)口 。
直排大氣羅茨干泵的發(fā)展情況如下
1854年，美籍以色列人FRANCIS M. ROOTS和PHILAND H. ROOTS兩兄 弟在旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)明了羅茨鼓風(fēng)機(jī)(P. H. ROOTS. ROTARY BLOWER[P]. US PATENT. No.30157.1860.9 ; F. M. ROOTS. ROTARY PUMP[P]. US PATENT. No.325276.1885.9),并陸續(xù)申請了多項美國專利，并對型線進(jìn)行了 修改。在隨后的近150年里，許多學(xué)者和機(jī)械師相繼對羅茨型線進(jìn)行修正和發(fā)展, 以滿足不同場合的需求。
1900年，美國人RALPHC. ENYART對羅茨型線作了改進(jìn)，發(fā)明了羅茨型 傳輸泵。1954年，出現(xiàn)了羅茨真空泵；在羅茨真空泵應(yīng)用20年之后，CLAUS WINKELSTRATER等德國人將這種結(jié)構(gòu)用于羅茨真空泵的設(shè)計上，從而發(fā)明了 具有氣冷式結(jié)構(gòu)、可直排大氣的干式羅茨真空泵(CLAUS WINKELSTRATE民et al. ROTARY-PISTONMACHINE[P]. US PATENT. No.3817667. 1974.6 )。德國學(xué)者 J Henning撰文(J Henning, H lang. Roots pumps for high difference pressures with cooling by gas circulation[J]. Vacuum 1976:26(7):273-276; J.Henning, H丄ang. WGK—C pumps:Gas-cooled roots pumps-chemical series. Journal of Vacuum Science andTechnology[J]. 1978,Vol.l5No.2,pp.784.)介紹了這種羅茨干泵的氣冷原理、極 限壓力、抽氣性能、能量消耗和加熱控溫等，指出這種泵采用兩根轉(zhuǎn)子軸在齒輪 端固定的懸壁梁式結(jié)構(gòu)，保證齒輪的潤滑油不進(jìn)入到真空泵腔，特別適合于抽除 半導(dǎo)體工業(yè)中的含有大量可凝性氣體和化工廢氣，獲得清潔無油的真空環(huán)境。法 國學(xué)者L.C.Valdes等(LC.Valdes, Renaud Theis,et al. Calculating transient flows
Benoit Barthod, et al. Accurate prediction of internal leaks in stationary dry roots vacuum pumps. Vacuum 1999:52(451-459)),推導(dǎo)了通過非恒定矩形截面下過渡流 的流導(dǎo)計算，并結(jié)合Knudsen-Dong法則研究了非運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下通過氣冷式羅茨干 泵間隙的靜態(tài)泄漏理論，并通過試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，但曾指出Knudsen-Dong法則
不適用于羅茨干泵的運(yùn)轉(zhuǎn)模擬。
國內(nèi)對于直排大氣羅茨真空泵的專門研究則起步較晚。曹羽等(曹羽,羅根松， 氣冷式直排大氣羅茨真空泵及機(jī)組的熱平衡計算[J].真空,2002,(2).)進(jìn)行了氣冷 式直排大氣羅茨真空泵及機(jī)組的熱平衡計算，指出其具有抽速大、許用壓差高、 無污染、低功耗等特點(diǎn)。段^^ (段7J4'j。多級三葉干式羅茨真空泵若干問題的 研究[M],沈陽東北大學(xué)碩士論文，2004)分析了氣冷式三葉羅茨轉(zhuǎn)子的冷卻 效果。王曉虎、張寶夫等(王曉虎,俞玲華，張寶夫羅根松.適用于氣冷式直排大氣 羅茨泵的一種轉(zhuǎn)子型線[J].真空,2005,(5))研究了圓弧擺線型寬頭雙葉轉(zhuǎn)子型線的 組成。李德才等研究了羅茨感崩的磁流體密封技術(shù)。
氣冷式羅茨干泵滿足了IC裝備行業(yè)的工作溫度高、長期運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、噪聲低、 維護(hù)簡單、清潔無油等眾多要求，是很有發(fā)展前景的一種干式低真空泵。目前，
除加工及裝配要求精度高、加工難度大、 一次性投入大等制約因素外，設(shè)計理論 亟待提高，尤其包括羅茨型線的改善、加工成本的降低、間隙的確定、泄漏量的 計算、泵內(nèi)的熱力學(xué)分析等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種直排大氣的多級羅茨干式真空泵，為了解決現(xiàn)有 技術(shù)中一次性投入大、加工難度大、極限真空低、消耗功率大、不能直排大氣、
不能用于IC裝備的不足，適用于IC裝備的新型的直排大氣的羅茨干泵。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種直排大氣的多級羅茨干式真空泵，具有主從動軸、主從動轉(zhuǎn)子、主從動 齒輪，主動齒輪、主動轉(zhuǎn)子安裝在主動軸上，從動齒輪、從動轉(zhuǎn)子安裝在從動軸 上，泵體釆用多級相連結(jié)構(gòu)，隨轉(zhuǎn)子級數(shù)不同分有多個相對獨(dú)立的泵腔，每兩個 泵腔之間有級間隔板分開，并通過級間氣流通道相連。
所述的真空泵，泵腔數(shù)量為3-6。
所述的真空泵，泵腔長度從高真空級開始，逐級縮短。
所述的真空泵，泵體釆用五級相連結(jié)構(gòu)時，從高真空級開始，五級泵腔長度 比例為(11-13): (7-9): (7-9): (24): (24)。
所述的真空泵，主動轉(zhuǎn)子、從動轉(zhuǎn)子端面整體外輪廓線為圓弧線。
所述的真空泵，安裝在主動軸、從動軸上的轉(zhuǎn)子與泵腔的間隙c,0<c《O.lmm。
所述的真空泵，靠近主動齒輪、從動齒輪一側(cè)的級間隔板設(shè)有水冷夾層。
所述的真空泵，泵腔間的級間密封為間隙密封。
所述的真空泵，真空泵的傳動結(jié)構(gòu)為聯(lián)軸器直聯(lián)傳動或屏蔽轉(zhuǎn)子軸傳動。
所述的真空泵，泵體為臥式結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 本發(fā)明真空泵工作時經(jīng)過逐級壓縮，增大壓縮比提高極限真空度，節(jié)約 能源，在抽速相同的情況下減小了泵的體積，同時降低了氣流脈動沖擊，減小噪 音，并且實(shí)現(xiàn)直排大氣，不需要接前級泵即可工作。
2、 本發(fā)明釆用特氟龍類軸封，增加了耐磨性，減少了摩擦系數(shù)，延長了泵 的維修周期。
3、 本發(fā)明釆用電機(jī)轉(zhuǎn)子和泵軸一體，電機(jī)定子在油室外的結(jié)構(gòu)，解決了電
機(jī)動密封和電機(jī)震動問題。
4、 本發(fā)明釆用高度的水、溫度、氣體的閉環(huán)控制系統(tǒng)，智能的適應(yīng)各種半 導(dǎo)體工藝要求。
5、 本發(fā)明齒輪的裝配釆用新型的油脹結(jié)構(gòu)，方便裝配且減少了運(yùn)動部的不 平衡度。
6、 本發(fā)明在抽氣過程中可保持真空環(huán)境不受污染，適用于半導(dǎo)體、石化、
冶金、食品、醫(yī)藥、電子、包裝、印刷等行業(yè)。


圖1為多級羅茨干式真空泵組成圖。
圖2為多級羅茨干式真空泵內(nèi)部軸及轉(zhuǎn)子組成圖。
圖1中1、軸承端蓋；2、左端封板；3、 一級腔體；4、進(jìn)氣口； 5、 一級 隔板；6、級間氣流通道；7、 二級腔體；8、 二級隔板；9、三級腔體；10、三級 隔板；11、四級腔體；12、四級隔板；13、五級腔體；14、五級隔板；15、右端 封板；16、齒輪箱；17、主動齒輪；18、從動齒輪；19、電機(jī)；
圖2中20、主動軸；21、主動轉(zhuǎn)子；22、從動轉(zhuǎn)子；23從動軸。
具體實(shí)施例方式
如圖l-2所示，本發(fā)明實(shí)施例為五級羅茨干式無油真空泵，該泵由主、從動 軸，主、從動轉(zhuǎn)子、兩端封板、腔體、級間隔板、主、從動齒輪、齒輪箱構(gòu)成， 其具體結(jié)構(gòu)如下主動齒輪17、主動轉(zhuǎn)子21安裝在主動軸20上，從動齒輪18、 從動轉(zhuǎn)子22安裝在從動軸23上，主動轉(zhuǎn)子21、從動轉(zhuǎn)子22與泵腔的間隙c， 0<c <0.1mm。主、從動軸兩端分別裝有軸承端蓋，左端的軸承端蓋l內(nèi)側(cè)為泵體左 端封板2，右端的軸承端蓋內(nèi)側(cè)為泵體右端封板15,齒輪箱16通過螺栓固定于泵 體右端封板15。各級腔體與隔板通過螺栓聯(lián)接，泵體隨轉(zhuǎn)子級數(shù)不同分有多個相 對獨(dú)立的泵腔，本實(shí)施例形成五個密閉的泵腔 一級腔體3、 二級腔體7、三級腔 體9、四級腔體ll、五級腔體13,兩級泵腔之間有級間隔板 一級隔板5、 二級 隔板8、三級隔板IO、四級隔板12、五級隔板14分開，并通過級間氣流通道6 相連;泵腔間的級間密封為間隙密封，靠近齒輪一側(cè)的五級隔板14釆用水冷夾層。
如圖2所示，本發(fā)明安裝在主動軸20上的主動轉(zhuǎn)子21、安裝在從動軸23 上的從動轉(zhuǎn)子22端面整體外輪廓線全部由圓弧組成(采用兩葉形)，這種形線使
泵的容積利用系數(shù)增大，在抽速相同的情況下，減小了泵的體積，且加工簡單， 容易達(dá)到要求；本發(fā)明泵體的傳動方式可以通過聯(lián)軸器直聯(lián)傳動，也可以通
蔽轉(zhuǎn)子式電機(jī)傳動；泵體釆用臥式結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明泵腔長度從高真空級(本實(shí)施例高真空級的真空極限為3Pa左右)開 始，逐級縮短，各級泵腔的長度比例為12: 8: 8: 3: 3，泵腔內(nèi)轉(zhuǎn)子的長度根據(jù) 泵腔長度確定。真空泵工作時，氣體首先由進(jìn)氣口4進(jìn)入泵體、經(jīng)過高真空級壓 縮，排出后通過級間氣流通道6進(jìn)入下一級，分別在第二級和第四級減小容積、 壓縮氣體，最后由低真空級排出，可實(shí)現(xiàn)直排大氣。
本發(fā)明工作時經(jīng)過逐級壓縮，增大壓縮比提高極限真空度，節(jié)約能源，在抽 速相同的情況下減小了泵的體積，同時降低了氣流脈動沖擊，減小噪音，并且實(shí) 現(xiàn)直排大氣，不需要接前級泵即可工作。
權(quán)利要求
1. 一種直排大氣的多級羅茨干式真空泵，具有主從動軸、主從動轉(zhuǎn)子、主從動齒輪，主動齒輪、主動轉(zhuǎn)子安裝在主動軸上，從動齒輪、從動轉(zhuǎn)子安裝在從動軸上，其特征在于:泵體采用多級相連結(jié)構(gòu)，隨轉(zhuǎn)子級數(shù)不同分有多個相對獨(dú)立的泵腔，每兩個泵腔之間有級間隔板分開，并通過級間氣流通道相連。
2. 按權(quán)利要求1所述的真空泵，其特征在于泵腔數(shù)量為3-6。
3. 按權(quán)利要求1所述的真空泵，其特征在于泵腔長度從高真空級開始，逐 級縮短。
4. 按權(quán)利要求1所述的真空泵，其特征在于泵體采用五級相連結(jié)構(gòu)時，從 高真空級開始，五級泵腔長度比例為(11-13): (7-9): (7-9): (2-4): (2-4)。
5. 按權(quán)利要求l所述的真空泵，其特征在于主動轉(zhuǎn)子、從動轉(zhuǎn)子端面整體 外輪廓線為圓弧線。
6. 按權(quán)利要求l所述的真空泵，其特征在于安裝在主動軸、從動軸上的轉(zhuǎn) 子與泵腔的間隙c， (Kc《0.1mm。
7. 按權(quán)利要求l所述的真空泵，其特征在于靠近主動齒輪、從動齒輪一側(cè) 的級間隔板設(shè)有水冷夾層。
8. 按權(quán)利要求1所述的真空泵，其特征在于泵腔間的級間密封為間隙密封。
9. 按權(quán)利要求l所述的真空泵，其特征在于真空泵的傳動結(jié)構(gòu)為聯(lián)軸器直 聯(lián)傳動或屏蔽轉(zhuǎn)子軸傳動。
10. 按權(quán)利要求1所述的真空泵，其特征在于泵體為臥式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及真空泵技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種直排大氣的多級羅茨真空泵。該泵具有主從動軸、主從動轉(zhuǎn)子、主從動齒輪，主動齒輪、主動轉(zhuǎn)子安裝在主動軸上，從動齒輪、從動轉(zhuǎn)子安裝在從動軸上，泵體采用多級相連結(jié)構(gòu)，隨轉(zhuǎn)子級數(shù)不同分有多個相對獨(dú)立的泵腔，每兩個泵腔之間有級間隔板分開，并通過級間氣流通道相連。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中一次性投入大、加工難度大、極限真空低、消耗功率大、不能直排大氣、不能用于IC裝備的不足。本發(fā)明在抽氣過程中可保持真空環(huán)境不受污染，適用于半導(dǎo)體、石化、冶金、食品、醫(yī)藥、電子、包裝、印刷等行業(yè)。
文檔編號F04C27/00GK101382137SQ200710012759
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者健 張, 張振厚, 王光玉, 秦柏林 申請人:中國科學(xué)院沈陽科學(xué)儀器研制中心有限公司