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
技術領域：
本發明涉及真空泵技術領域，特別是一種直排大氣的多級羅茨真空泵。
背景技術：
IC裝備行業是國家發展戰略的重要行業。在IC裝備行業中，70%的工作需 要在對潔凈度要求苛刻的真空環境下進行，例如化學氣相沉積、離子注入、蒸發、 濺射、外延生長、刻蝕、封裝、檢測等。在每一條IC生產線中，都要應用大量獲 得與維持清潔真空環境的干式真空獲得設備。以一條月產2.5萬片8英寸晶圓片 的中檔工藝IC生產線為例，通常需用各種干式真空泵上千臺，投資占設備投資的 20%左右。作為IC裝備的關鍵設備之一,干式真空獲得設備由于產業技術門檻高, 生產與銷售一直被國外幾家大公司壟斷，如日本荏原、德國普發、英國愛德華、 德國萊寶、法國阿爾卡特等占據了世界上95%以上的巿場份額，國內生產廠家幾 乎沒有形成產業化的產品。
羅茨真空泵由羅茨鼓風機演變而來，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,也是IC裝備行業中常用的一種真空泵。國內羅茨真空泵的研究和制造較早, 但適合于IC裝備行業嚴格要求的羅茨干泵并不多見，致使該設備長期依賴進口 。
直排大氣羅茨干泵的發展情況如下
1854年，美籍以色列人FRANCIS M. ROOTS和PHILAND H. ROOTS兩兄 弟在旋轉鼓風機的基礎上發明了羅茨鼓風機(P. H. ROOTS. ROTARY BLOWER[P]. US PATENT. No.30157.1860.9 ; F. M. ROOTS. ROTARY PUMP[P]. US PATENT. No.325276.1885.9),并陸續申請了多項美國專利，并對型線進行了 修改。在隨后的近150年里，許多學者和機械師相繼對羅茨型線進行修正和發展, 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，發明了羅茨型 傳輸泵。1954年，出現了羅茨真空泵；在羅茨真空泵應用20年之后，CLAUS WINKELSTRATER等德國人將這種結構用于羅茨真空泵的設計上，從而發明了 具有氣冷式結構、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子軸在齒輪 端固定的懸壁梁式結構，保證齒輪的潤滑油不進入到真空泵腔，特別適合于抽除 半導體工業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境。法 國學者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)),推導了通過非恒定矩形截面下過渡流 的流導計算，并結合Knudsen-Dong法則研究了非運轉狀態下通過氣冷式羅茨干 泵間隙的靜態泄漏理論，并通過試驗進行了驗證，但曾指出Knudsen-Dong法則
不適用于羅茨干泵的運轉模擬。
國內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組的熱平衡計算[J].真空,2002,(2).)進行了氣冷 式直排大氣羅茨真空泵及機組的熱平衡計算，指出其具有抽速大、許用壓差高、 無污染、低功耗等特點。段^^ (段7J4'j。多級三葉干式羅茨真空泵若干問題的 研究[M],沈陽東北大學碩士論文，2004)分析了氣冷式三葉羅茨轉子的冷卻 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 羅茨泵的一種轉子型線[J].真空,2005,(5))研究了圓弧擺線型寬頭雙葉轉子型線的 組成。李德才等研究了羅茨感崩的磁流體密封技術。
氣冷式羅茨干泵滿足了IC裝備行業的工作溫度高、長期運轉穩定、噪聲低、 維護簡單、清潔無油等眾多要求，是很有發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、泵內的熱力學分析等。
發明內容
本發明的目的在于提供一種直排大氣的多級羅茨干式真空泵，為了解決現有 技術中一次性投入大、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。 為了實現上述目的，本發明的技術方案是
一種直排大氣的多級羅茨干式真空泵，具有主從動軸、主從動轉子、主從動 齒輪，主動齒輪、主動轉子安裝在主動軸上，從動齒輪、從動轉子安裝在從動軸 上，泵體釆用多級相連結構，隨轉子級數不同分有多個相對獨立的泵腔，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構時，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，主動轉子、從動轉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、從動齒輪一側的級間隔板設有水冷夾層。
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，真空泵的傳動結構為聯軸器直聯傳動或屏蔽轉子軸傳動。
所述的真空泵，泵體為臥式結構。
本發明具有如下優點
1、 本發明真空泵工作時經過逐級壓縮，增大壓縮比提高極限真空度，節約 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，并且實現直排大氣，不需要接前級泵即可工作。
2、 本發明釆用特氟龍類軸封，增加了耐磨性，減少了摩擦系數，延長了泵 的維修周期。
3、 本發明釆用電機轉子和泵軸一體，電機定子在油室外的結構，解決了電
機動密封和電機震動問題。
4、 本發明釆用高度的水、溫度、氣體的閉環控制系統，智能的適應各種半 導體工藝要求。
5、 本發明齒輪的裝配釆用新型的油脹結構，方便裝配且減少了運動部的不 平衡度。
6、 本發明在抽氣過程中可保持真空環境不受污染，適用于半導體、石化、
冶金、食品、醫藥、電子、包裝、印刷等行業。
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部軸及轉子組成圖。
圖1中1、軸承端蓋；2、左端封板；3、 一級腔體；4、進氣口； 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；
圖2中20、主動軸；21、主動轉子；22、從動轉子；23從動軸。
具體實施例方式
如圖l-2所示，本發明實施例為五級羅茨干式無油真空泵，該泵由主、從動 軸，主、從動轉子、兩端封板、腔體、級間隔板、主、從動齒輪、齒輪箱構成， 其具體結構如下主動齒輪17、主動轉子21安裝在主動軸20上，從動齒輪18、 從動轉子22安裝在從動軸23上，主動轉子21、從動轉子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內側為泵體左 端封板2，右端的軸承端蓋內側為泵體右端封板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接，泵體隨轉子級數不同分有多個相 對獨立的泵腔，本實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，靠近齒輪一側的五級隔板14釆用水冷夾層。
如圖2所示，本發明安裝在主動軸20上的主動轉子21、安裝在從動軸23 上的從動轉子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， 容易達到要求；本發明泵體的傳動方式可以通過聯軸器直聯傳動，也可以通
蔽轉子式電機傳動；泵體釆用臥式結構。
本發明泵腔長度從高真空級(本實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，泵腔內轉子的長度根據 泵腔長度確定。真空泵工作時，氣體首先由進氣口4進入泵體、經過高真空級壓 縮，排出后通過級間氣流通道6進入下一級，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，可實現直排大氣。
本發明工作時經過逐級壓縮，增大壓縮比提高極限真空度，節約能源，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 現直排大氣，不需要接前級泵即可工作。
權利要求
1. 一種直排大氣的多級羅茨干式真空泵，具有主從動軸、主從動轉子、主從動齒輪，主動齒輪、主動轉子安裝在主動軸上，從動齒輪、從動轉子安裝在從動軸上，其特征在于:泵體采用多級相連結構，隨轉子級數不同分有多個相對獨立的泵腔，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. 按權利要求1所述的真空泵，其特征在于泵腔數量為3-6。
3. 按權利要求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. 按權利要求1所述的真空泵，其特征在于泵體采用五級相連結構時，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. 按權利要求l所述的真空泵，其特征在于主動轉子、從動轉子端面整體 外輪廓線為圓弧線。
6. 按權利要求l所述的真空泵，其特征在于安裝在主動軸、從動軸上的轉 子與泵腔的間隙c， (Kc《0.1mm。
7. 按權利要求l所述的真空泵，其特征在于靠近主動齒輪、從動齒輪一側 的級間隔板設有水冷夾層。
8. 按權利要求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. 按權利要求l所述的真空泵，其特征在于真空泵的傳動結構為聯軸器直 聯傳動或屏蔽轉子軸傳動。
10. 按權利要求1所述的真空泵，其特征在于泵體為臥式結構。
全文摘要
本發明涉及真空泵技術領域，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、主從動轉子、主從動齒輪，主動齒輪、主動轉子安裝在主動軸上，從動齒輪、從動轉子安裝在從動軸上，泵體采用多級相連結構，隨轉子級數不同分有多個相對獨立的泵腔，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。本發明解決現有技術中一次性投入大、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。本發明在抽氣過程中可保持真空環境不受污染，適用于半導體、石化、冶金、食品、醫藥、電子、包裝、印刷等行業。
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 優先權日2007年9月7日
發明者健 張, 張振厚, 王光玉, 秦柏林 申請人:中國科學院沈陽科學儀器研制中心有限公司