專利名稱：一種羅茨和爪式轉子組合多級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，具體的說是一種羅茨和爪式轉子組合多級干式真空栗。
背景技術：
IC(集成電路)裝備制造業水平的高低是衡量一個國家和地區工業化程度的重要標志。而IC裝備制造業作為增強國家綜合實力和國際競爭力的先導性和戰略性產業，已成為發達國家爭奪高技術產業的戰略制高點。我國已經把IC裝備產業作為“十一五”規劃重點發展產業，而在IC裝備行業中，各種工藝設備例如化學氣相沉積、等離子體化學氣相沉積法(PECVD)、離子注入、蒸發、濺射、外延生長、刻蝕、封裝、檢測等的工藝都需要在對潔凈度要求苛刻的真空環境下進行，這就對干式真空泵的需求很高，正是來自于半導體行業、化學工業、薄膜產業的迅速發展帶動國外干泵市場的不斷增長。在日本，半導體行業已全部用干式真空泵代替油封式機械泵，歐美半導體行業45%以上用干式真空泵代替了油封式機械泵，從而大大提高了產品的性能和質量。為了滿足不同應用領域和不同工況的要求，國外有多級羅茨真空泵、多級爪式真空泵、螺桿式真空泵、渦旋式真空泵、往復式活塞真空泵以及渦輪式無油真空泵等。據統計，目前國產干泵的應用還不足1%，國內半導體工業用的干泵幾乎全部從國外進口，其價格十分昂貴。所以，我國應大力研究開發干泵，使干泵成為我國真空工業新的經濟增長點。爪型干式真空泵是較早出現的一個泵種。世界上第一臺爪型干泵于1985年在日本上市，并大量應用于日本當時發展迅速的半導體工業。現有干泵技術存在加工難度大、極限真空低、消耗功率大、體積大、不能直排大氣、不能用于IC裝備的不足。
發明內容
為了克服現有干泵技術中加工難度大、極限真空低、消耗功率大、體積大、不能直排大氣、不能用于IC裝備的不足，本發明的目的在于提供一種羅茨和爪式轉子組合多級干式真空泵，適用于IC裝備的新型的直排大氣的干泵。為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案。一種羅茨和爪式轉子組合多級干式真空泵，包括電機、腔體、泵體尾部齒輪箱，其中腔體內設有主動軸及從動軸，該主動軸及從動軸前后兩端均設有用于支撐的軸承及軸承支撐環；所述主動軸前端與電機連接，后端置于泵體尾部齒輪箱內、并設有主動齒輪，所述從動軸尾端置于泵體尾部齒輪箱內、并設有與主動齒輪傳動連接的從動齒輪，從動軸前端穿出腔體、并通過螺母固定；所述腔體從泵體尾端依次包括一級腔體、容置爪式轉子腔體、排氣腔體及軸承腔體，其中一級腔體、容置爪式轉子腔體的端面上均設有使腔體間互相連通的進氣口和排氣口，排氣腔體上設有與容置爪式轉子腔體相連通的排氣腔；所述主動軸及從動軸后端的軸承及軸承支撐環容置于一級腔體內，所述一級腔體內還設有固套在主動軸上的一級羅茨主動轉子和與其相對應、固套于從動軸上的一級羅茨從動轉子；容置爪式轉子腔體內設有固套在主動軸上的爪式主動轉子和與其相對應、固套在從動軸上的爪式從動轉子；所述主動軸及從動軸前端的軸承及軸承支撐環容置于軸承腔體內。所述電機與腔體之間設有電機油箱，該電機油箱內設有套設在主動軸和從動軸上用于固定軸承的電機側軸承壓蓋、套固在所述主動軸上用于將主動軸固定于電機一側的主動軸套、套固在該主動軸套上的主動甩油盤及套固在從動軸端部的電機側從動甩油盤。所述容置爪式轉子腔體包括二級腔體、三級腔體、四級腔體及五級腔體，各級腔體均設有進氣口和排氣口，并且上一級的排氣口與下一級的進氣口相對應，所述五級腔體的排氣口與所述排氣腔相對應；所述各級腔體內依次設有一正一反固套在主動軸與從動軸上的二級爪式主動轉子與二級爪式從動轉子、三級爪式主動轉子與三級爪式從動轉子、四級爪式主動轉子與四級爪式從動轉子、五級爪式主動轉子與五級爪式從動轉子。所述各級轉子與泵腔的間隙為0.1 0.2mm。所述各級腔體通過螺栓聯接，泵體尾部齒輪箱通過螺栓固接于一級腔體。所述各級腔體間采用O型密封圈密封。所述各級泵腔內的氣體由高真空向低真空逐級壓縮，壓縮比為9: 8: 6: 3: 2。所述腔體外部設有水冷裝置。所述電機包括外殼、電機定子、電機轉子及輸出軸，其中輸出軸與所述主動軸同軸，電機轉子套固在輸出軸上，電機定子與泵體之間采用止口定位、并采用O型密封圈密封。所述主動軸、從動軸與各腔體軸孔的間隙為0.08 0.15mm。本發明有如下優點:該泵工作時低入口壓力下獲得大抽氣速率，與羅茨泵相比具有高壓縮比，低功耗的特點，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，常壓啟動，可直排大氣獨立工作，也可以和羅茨真空泵及分子泵組成無油泵機組；變頻調速，柔性啟動，整機沖擊小，使用壽命長。且整機過載保護，具有故障自動保護，不會出現破壞性損壞；在一定轉速下可以長期抽大氣，改變了干泵最大入口壓力限制；采用新型的特殊特氟龍類雙唇軸封，增加了耐磨性，減少了摩擦系數，延長了泵的維修周期；并采用油氣過濾結構，平衡裝油腔和干泵腔體壓力，解決向真空室的泄漏問題；采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；采用閉環控制系統對水、溫度、氣體進行控制，滿足各種半導體工藝要求；齒輪和轉子的裝配采用熱脹裝配結構，減少了運動部的不平衡度和振動；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為本發明的結構示意圖；圖2為一級轉子和腔體剖面圖；圖3為二級轉子和腔體剖面圖；圖4為三級轉子和腔體剖面圖；圖5為四級轉子和腔體剖面圖；圖6為五級轉子和腔體剖面其中:1為主動齒輪,2為齒輪箱,3為軸承壓蓋,4為一級腔體,5為二級腔體,6為三級腔體，7為四級腔體，8為五級腔體，9為排氣腔，10為軸封，11為軸承腔體，12為電機油箱，13為主動甩油盤，14為主動軸套，15為電機定子，16為電機轉子，17為固定螺母，18為電機側軸承壓蓋，19為電機側從動甩油盤，20為軸承，21為五級爪式從動轉子，22為五級爪式主動轉子，23為四級爪式從動轉子，24為四級爪式主動轉子，25為爪式三級從動轉子，26為三級爪式主動轉子，27為二級爪式從動轉子，28為二級爪式主動轉子，29為一級羅茨從動轉子，30為一級羅茨主動轉子，31為齒輪側從動甩油盤，32為從動齒輪，33為軸承支撐環，34為從動軸，35為主動軸，36為排氣管道，37為一級進氣口，38為一級排氣口，39為二級進氣口，40為二級排氣口，41為三級進氣口，42為三級排氣腔，43為四級進氣口，44為四級排氣口，45為五級進氣口，46為五級排氣口。
具體實施例方式如圖1所示，本發明包括電機、腔體、泵體尾部齒輪箱2，其中腔體內設有主動軸35及從動軸34，該主動軸35及從動軸34前后兩端均設有起支撐作用的軸承20及軸承支撐環33 ;所述主動軸35前端與電機連接，后端置于泵體尾部齒輪箱12內、并設有主動齒輪1，所述從動軸34尾端置于泵體尾部齒輪箱2內、并設有與主動齒輪I傳動連接的從動齒輪32，從動軸34前端穿出腔體、并通過螺母17固定；所述腔體從泵體尾端依次包括一級腔體4、容置爪式轉子腔體、排氣腔體及軸承腔體11，其中一級腔體4、容置爪式轉子腔體的端面上均設有使腔體間互相連通的進氣口和排氣口，排氣腔體上設有與容置爪式轉子腔體相連通的排氣腔9 ;所述主動軸35及從動軸34后端的軸承20及軸承支撐環33容置于一級腔體4內，所述一級腔體4內還設有固套在主動軸35上的一級羅茨主動轉子30和與其相對應、固套于從動軸34上的一級羅茨從動轉子29 ;容置爪式轉子腔體內設有固套在主動軸35上的爪式主動轉子和與其相對應、固套在從動軸34上的爪式從動轉子；所述主動軸35及從動軸34前端的軸承(20)及軸承支撐環33容置于軸承腔體11內。所述電機與腔體之間設有電機油箱12，該電機油箱12內設有套設在主動軸35和從動軸34上用于固定軸承20的電機側軸承壓蓋18、套固在所述主動軸35上用于將主動軸35固定于電機一側的主動軸套14、套固在該主動軸套14上的主動甩油盤13及套固在從動軸34端部的電機側從動甩油盤19。電機油箱12通過螺釘固定在軸承腔體11上。所述容置爪式轉子腔體包括二級腔體5、三級腔體6、四級腔體7及五級腔體8，各級腔體均設有進氣口和排氣口，并且上一級的排氣口與下一級的進氣口相連，所述五級腔體8的排氣口與所述排氣腔9相連，排氣管道36與排氣腔9相連。所述各級腔體內依次設有一正一反固套在主動軸35與從動軸34上的二級爪式主動轉子28與二級爪式從動轉子27、三級爪式主動轉子26與三級爪式從動轉子25、四級爪式主動轉子24與四級爪式從動轉子23、五級爪式主動轉子22與五級爪式從動轉子21。所述各級腔體通過螺栓聯接，采用O型密封圈密封，形成五個密閉的泵腔，進氣口和排氣口通過兩個轉子端面旋轉周期性開關，排氣孔的長度所對應的從動軸軸心的角度為80° -180°，主動軸軸心角度為-120° -100°，將排氣孔角度做了一定的延長，使壓縮的氣體還沒有達到很高壓強時就被排到下一級泵腔，降低了每級泵腔產生的壓縮熱。主動軸35、從動軸34與各腔體軸孔的間隙為0.08 0.15mm ;泵體尾部齒輪箱2通過螺栓固接于一級腔體4，泵體尾部齒輪箱2內主、從動軸上分別裝有固定后軸承的軸承壓蓋3 ;所述腔體外部設有水冷裝置，即水冷板冷卻，使本發明能夠連續在高氣壓的工作條件下也不會發生熱漲抱死現象。所述電機包括外殼、電機定子15、電機轉子16及輸出軸，其中輸出軸與所述主動軸35同軸，電機轉子16套固在輸出軸上，電機定子35與泵體之間采用精密止口定位、并采用氟橡膠O型密封圈密封。所述電機外殼與電機定子15之間灌注環氧樹脂；所述電機附加變頻控制器，采用臥式。如圖3 6所示，隨轉子級數不同分別有多個相對獨立的泵腔，并通過每個腔體的排氣口向下一級排氣，即一級排氣口 38與二級進氣口 39相連，二級排氣口 40與三級進氣口 41相連，三級排氣口 42與四級進氣口 43相連，四級排氣口 44與五級進氣口 45相連，5級是排氣級；2級到5級爪式轉子依次一正一反安裝在軸上，一級轉子為羅茨轉子，其余四級壓縮排氣級為爪式轉子。根據真空性能的需要，泵腔有效容積從高真空空級開始逐級壓縮，并通過級間氣流通道相連；一級羅茨轉子型線由圓弧和擺線組成，四級爪式轉子型線為對稱型由擺線和圓弧組成，這樣結構布置可以在低入口壓力下獲得大抽氣速率，其極限壓力可達IPa以下，氣體在泵腔中由高真空向低真空級逐級壓縮，優選壓縮比為9: 8: 6: 3: 2;在抽速相同的情況下，減小了泵的體積，降低了功耗，而且加工簡單，容易達到要求。為取得更好的技術效果，所述安裝在軸上的轉子與泵腔的間隙為0.1-0.2mm ;所述各級轉子與軸采用的是過盈配合方式安裝；所述泵腔底部固定有水冷管對泵體進行外部水冷；所述轉子和軸需經過動平衡檢測，不平衡量小于lgmm。真空泵工作時，氣體首先由進氣口進入一級泵體、經過高真空級壓縮，排出后通過氣流通道進入下一級，分別在第二級、第三、第四級減小容積、壓縮氣體，最后由五級低真空級排到排氣腔后排出大氣，可實現直排大氣。
權利要求
1.一種羅茨和爪式轉子組合多級干式真空泵，其特征在于:包括電機、腔體、泵體尾部齒輪箱(2)，其中腔體內設有主動軸(35)及從動軸(34)，該主動軸(35)及從動軸(34)前后兩端均設有起支撐作用的軸承(20)及軸承支撐環(33);所述主動軸(35)前端與電機連接，后端置于泵體尾部齒輪箱(12)內、并設有主動齒輪(I)，所述從動軸(34)尾端置于泵體尾部齒輪箱(2)內、并設有與主動齒輪(I)傳動連接的從動齒輪(32)，從動軸(34)前端穿出腔體、并通過螺母(17)固定；所述腔體從泵體尾端依次包括一級腔體(4)、容置爪式轉子腔體、排氣腔體及軸承腔體(11)，其中一級腔體(4)、容置爪式轉子腔體的端面上均設有使腔體間互相連通的進氣口和排氣口，排氣腔體上設有與容置爪式轉子腔體相連通的排氣腔(9);所述主動軸(35)及從動軸(34)后端的軸承(20)及軸承支撐環(33)容置于一級腔體(4)內，所述一級腔體(4)內還設有固套在主動軸(35)上的一級羅茨主動轉子(30)和與其相對應、固套于從動軸(34)上的一級羅茨從動轉子(29);容置爪式轉子腔體內設有固套在主動軸(35)上的爪式主動轉子和與其相對應、固套在從動軸(34)上的爪式從動轉子；所述主動軸(35)及從動軸(34)前端的軸承(20)及軸承支撐環(33)容置于軸承腔體(11)內。
2.按權利要求1所述的多級干式真空泵，其特征在于:所述電機與腔體之間設有電機油箱(12)，該電機油箱(12)內設有套設在主動軸(35)和從動軸(34)上用于固定軸承(20)的電機側軸承壓蓋(18)、套固在所述主動軸(35)上用于將主動軸(35)固定于電機一側的主動軸套(14)、套固在該主動軸套(14)上的主動甩油盤(13)及套固在從動軸(34)端部的電機側從動甩油盤(19)。
3.按權利要求1所述的多級干式真空泵，其特征在于:所述容置爪式轉子腔體包括二級腔體(5)、三級腔體(6)、四級腔體(7)及五級腔體(8)，各級腔體均設有進氣口和排氣口，并且上一級的排氣口與下一級的進氣口相連，所述五級腔體(8)的排氣口與所述排氣腔(9)相連；所述各級腔體內依次設有一正一反固套在主動軸(35)與從動軸(34)上的二級爪式主動轉子(28)與二級爪式從動轉子(27)、三級爪式主動轉子(26)與三級爪式從動轉子(25)、四級爪式主動轉子(24)與四級爪式從動轉子(23)、五級爪式主動轉子(22)與五級爪式從動轉子(21)。
4.按權利要求3所述的多級干式真空泵，其特征在于:所述各級轉子與泵腔的間隙為0.1 0.2mm。
5.按權利要求3所述的多級干式真空泵，其特征在于:所述各級腔體通過螺栓聯接，泵體尾部齒輪箱(2)通過螺栓固接于一級腔體(4)。
6.按權利要求3所述的多級干式真空泵，其特征在于:所述各級腔體間采用O型密封圈密封。
7.按權利要求3所述的多級干式真空泵，其特征在于:所述各級泵腔內的氣體由高真空向低真空逐級壓縮，壓縮比為9: 8: 6: 3: 2。
8.按權利要求1所述的多級干式真空泵，其特征在于:所述腔體外部設有水冷裝置。
9.按權利要求1所述的多級干式真空泵，其特征在于:所述電機包括外殼、電機定子(15)、電機轉子(16)及輸出軸，其中輸出軸與所述主動軸(35)同軸，電機轉子(16)套固在輸出軸上，電機定子(35)與泵體之間采用止口定位、并采用O型密封圈密封。
10.按權利要求1所述的多級干式真空泵，其特征在于:所述主動軸(35)、從動軸(34)與各腔體軸孔的間隙為0.08 0.15mm。
全文摘要
本發明涉及真空泵技術領域，具體的說是一種羅茨和爪式轉子組合的多級干式真空泵。該泵由變頻電機、主從動軸、一級羅茨主從動轉子、四級爪式主從動轉子、五個泵腔、排氣腔、軸承腔、油箱、齒輪箱、主從動齒輪構成，其中電機有水冷，泵腔外底部固定有水循環冷卻管；共有5級腔體，每級腔體中通過一定的氣體流道相通；本發明轉速高，體積小重量輕，一級羅茨轉子和四級爪式轉子組合，羅茨轉子為高真空吸氣級，爪形轉子為壓縮排氣級，可以在低入口壓力下獲得大的抽氣速率，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和重量，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。
文檔編號F04C23/00GK103104491SQ20111035807
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年11月11日
發明者雷震霖, 王光玉, 劉在行 申請人:中國科學院沈陽科學儀器研制中心有限公司