专利名称：一种直排大气的多级罗茨干式真空泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及真空泵技术领域，特别是一种直排大气的多级罗茨真空泵。
背景技术：
IC装备行业是国家发展战略的重要行业。在IC装备行业中，70%的工作需 要在对洁净度要求苛刻的真空环境下进行，例如化学气相沉积、离子注入、蒸发、 溅射、外延生长、刻蚀、封装、检测等。在每一条IC生产线中，都要应用大量获 得与维持清洁真空环境的干式真空获得设备。以一条月产2.5万片8英寸晶圆片 的中档工艺IC生产线为例，通常需用各种干式真空泵上千台，投资占设备投资的 20%左右。作为IC装备的关键设备之一,干式真空获得设备由于产业技术门槛高, 生产与销售一直被国外几家大公司垄断，如日本荏原、德国普发、英国爱德华、 德国莱宝、法国阿尔卡特等占据了世界上95%以上的巿场份额，国内生产厂家几 乎没有形成产业化的产品。
罗茨真空泵由罗茨鼓风机演变而来，包括高真空多级罗茨泵、中真空罗茨增 压泵和直排大气的干式罗茨泵，广泛用于化工、造纸、冶金、薄膜制备、食品等 行业,也是IC装备行业中常用的一种真空泵。国内罗茨真空泵的研究和制造较早, 但适合于IC装备行业严格要求的罗茨干泵并不多见，致使该设备长期依赖进口 。
直排大气罗茨干泵的发展情况如下
1854年，美籍以色列人FRANCIS M. ROOTS和PHILAND H. ROOTS两兄 弟在旋转鼓风机的基础上发明了罗茨鼓风机(P. H. ROOTS. ROTARY BLOWER[P]. US PATENT. No.30157.1860.9 ; F. M. ROOTS. ROTARY PUMP[P]. US PATENT. No.325276.1885.9),并陆续申请了多项美国专利，并对型线进行了 修改。在随后的近150年里，许多学者和机械师相继对罗茨型线进行修正和发展, 以满足不同场合的需求。
1900年，美国人RALPHC. ENYART对罗茨型线作了改进，发明了罗茨型 传输泵。1954年，出现了罗茨真空泵；在罗茨真空泵应用20年之后，CLAUS WINKELSTRATER等德国人将这种结构用于罗茨真空泵的设计上，从而发明了 具有气冷式结构、可直排大气的干式罗茨真空泵(CLAUS WINKELSTRATE民et al. ROTARY-PISTONMACHINE[P]. US PATENT. No.3817667. 1974.6 )。德国学者 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.)介绍了这种罗茨干泵的气冷原理、极 限压力、抽气性能、能量消耗和加热控温等，指出这种泵采用两根转子轴在齿轮 端固定的悬壁梁式结构，保证齿轮的润滑油不进入到真空泵腔，特别适合于抽除 半导体工业中的含有大量可凝性气体和化工废气，获得清洁无油的真空环境。法 国学者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)),推导了通过非恒定矩形截面下过渡流 的流导计算，并结合Knudsen-Dong法则研究了非运转状态下通过气冷式罗茨干 泵间隙的静态泄漏理论，并通过试验进行了验证，但曾指出Knudsen-Dong法则
不适用于罗茨干泵的运转模拟。
国内对于直排大气罗茨真空泵的专门研究则起步较晚。曹羽等(曹羽,罗根松， 气冷式直排大气罗茨真空泵及机组的热平衡计算[J].真空,2002,(2).)进行了气冷 式直排大气罗茨真空泵及机组的热平衡计算，指出其具有抽速大、许用压差高、 无污染、低功耗等特点。段^^ (段7J4'j。多级三叶干式罗茨真空泵若干问题的 研究[M],沈阳东北大学硕士论文，2004)分析了气冷式三叶罗茨转子的冷却 效果。王晓虎、张宝夫等(王晓虎,俞玲华，张宝夫罗根松.适用于气冷式直排大气 罗茨泵的一种转子型线[J].真空,2005,(5))研究了圆弧摆线型宽头双叶转子型线的 组成。李德才等研究了罗茨感崩的磁流体密封技术。
气冷式罗茨干泵满足了IC装备行业的工作温度高、长期运转稳定、噪声低、 维护简单、清洁无油等众多要求，是很有发展前景的一种干式低真空泵。目前，
除加工及装配要求精度高、加工难度大、 一次性投入大等制约因素外，设计理论 亟待提高，尤其包括罗茨型线的改善、加工成本的降低、间隙的确定、泄漏量的 计算、泵内的热力学分析等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直排大气的多级罗茨干式真空泵，为了解决现有 技术中一次性投入大、加工难度大、极限真空低、消耗功率大、不能直排大气、
不能用于IC装备的不足，适用于IC装备的新型的直排大气的罗茨干泵。 为了实现上述目的，本发明的技术方案是
一种直排大气的多级罗茨干式真空泵，具有主从动轴、主从动转子、主从动 齿轮，主动齿轮、主动转子安装在主动轴上，从动齿轮、从动转子安装在从动轴 上，泵体釆用多级相连结构，随转子级数不同分有多个相对独立的泵腔，每两个 泵腔之间有级间隔板分开，并通过级间气流通道相连。
所述的真空泵，泵腔数量为3-6。
所述的真空泵，泵腔长度从高真空级开始，逐级缩短。
所述的真空泵，泵体釆用五级相连结构时，从高真空级开始，五级泵腔长度 比例为(11-13): (7-9): (7-9): (24): (24)。
所述的真空泵，主动转子、从动转子端面整体外轮廓线为圆弧线。
所述的真空泵，安装在主动轴、从动轴上的转子与泵腔的间隙c,0<c《O.lmm。
所述的真空泵，靠近主动齿轮、从动齿轮一侧的级间隔板设有水冷夹层。
所述的真空泵，泵腔间的级间密封为间隙密封。
所述的真空泵，真空泵的传动结构为联轴器直联传动或屏蔽转子轴传动。
所述的真空泵，泵体为卧式结构。
本发明具有如下优点
1、 本发明真空泵工作时经过逐级压缩，增大压缩比提高极限真空度，节约 能源，在抽速相同的情况下减小了泵的体积，同时降低了气流脉动冲击，减小噪 音，并且实现直排大气，不需要接前级泵即可工作。
2、 本发明釆用特氟龙类轴封，增加了耐磨性，减少了摩擦系数，延长了泵 的维修周期。
3、 本发明釆用电机转子和泵轴一体，电机定子在油室外的结构，解决了电
机动密封和电机震动问题。
4、 本发明釆用高度的水、温度、气体的闭环控制系统，智能的适应各种半 导体工艺要求。
5、 本发明齿轮的装配釆用新型的油胀结构，方便装配且减少了运动部的不 平衡度。
6、 本发明在抽气过程中可保持真空环境不受污染，适用于半导体、石化、
冶金、食品、医药、电子、包装、印刷等行业。
图1为多级罗茨干式真空泵组成图。
图2为多级罗茨干式真空泵内部轴及转子组成图。
图1中1、轴承端盖；2、左端封板；3、 一级腔体；4、进气口； 5、 一级 隔板；6、级间气流通道；7、 二级腔体；8、 二级隔板；9、三级腔体；10、三级 隔板；11、四级腔体；12、四级隔板；13、五级腔体；14、五级隔板；15、右端 封板；16、齿轮箱；17、主动齿轮；18、从动齿轮；19、电机；
图2中20、主动轴；21、主动转子；22、从动转子；23从动轴。
具体实施例方式
如图l-2所示，本发明实施例为五级罗茨干式无油真空泵，该泵由主、从动 轴，主、从动转子、两端封板、腔体、级间隔板、主、从动齿轮、齿轮箱构成， 其具体结构如下主动齿轮17、主动转子21安装在主动轴20上，从动齿轮18、 从动转子22安装在从动轴23上，主动转子21、从动转子22与泵腔的间隙c， 0<c <0.1mm。主、从动轴两端分别装有轴承端盖，左端的轴承端盖l内侧为泵体左 端封板2，右端的轴承端盖内侧为泵体右端封板15,齿轮箱16通过螺栓固定于泵 体右端封板15。各级腔体与隔板通过螺栓联接，泵体随转子级数不同分有多个相 对独立的泵腔，本实施例形成五个密闭的泵腔 一级腔体3、 二级腔体7、三级腔 体9、四级腔体ll、五级腔体13,两级泵腔之间有级间隔板 一级隔板5、 二级 隔板8、三级隔板IO、四级隔板12、五级隔板14分开，并通过级间气流通道6 相连;泵腔间的级间密封为间隙密封，靠近齿轮一侧的五级隔板14釆用水冷夹层。
如图2所示，本发明安装在主动轴20上的主动转子21、安装在从动轴23 上的从动转子22端面整体外轮廓线全部由圆弧组成(采用两叶形)，这种形线使
泵的容积利用系数增大，在抽速相同的情况下，减小了泵的体积，且加工简单， 容易达到要求；本发明泵体的传动方式可以通过联轴器直联传动，也可以通
蔽转子式电机传动；泵体釆用卧式结构。
本发明泵腔长度从高真空级(本实施例高真空级的真空极限为3Pa左右)开 始，逐级缩短，各级泵腔的长度比例为12: 8: 8: 3: 3，泵腔内转子的长度根据 泵腔长度确定。真空泵工作时，气体首先由进气口4进入泵体、经过高真空级压 缩，排出后通过级间气流通道6进入下一级，分别在第二级和第四级减小容积、 压缩气体，最后由低真空级排出，可实现直排大气。
本发明工作时经过逐级压缩，增大压缩比提高极限真空度，节约能源，在抽 速相同的情况下减小了泵的体积，同时降低了气流脉动冲击，减小噪音，并且实 现直排大气，不需要接前级泵即可工作。
权利要求
1. 一种直排大气的多级罗茨干式真空泵，具有主从动轴、主从动转子、主从动齿轮，主动齿轮、主动转子安装在主动轴上，从动齿轮、从动转子安装在从动轴上，其特征在于:泵体采用多级相连结构，随转子级数不同分有多个相对独立的泵腔，每两个泵腔之间有级间隔板分开，并通过级间气流通道相连。
2. 按权利要求1所述的真空泵，其特征在于泵腔数量为3-6。
3. 按权利要求1所述的真空泵，其特征在于泵腔长度从高真空级开始，逐 级縮短。
4. 按权利要求1所述的真空泵，其特征在于泵体采用五级相连结构时，从 高真空级开始，五级泵腔长度比例为(11-13): (7-9): (7-9): (2-4): (2-4)。
5. 按权利要求l所述的真空泵，其特征在于主动转子、从动转子端面整体 外轮廓线为圆弧线。
6. 按权利要求l所述的真空泵，其特征在于安装在主动轴、从动轴上的转 子与泵腔的间隙c， (Kc《0.1mm。
7. 按权利要求l所述的真空泵，其特征在于靠近主动齿轮、从动齿轮一侧 的级间隔板设有水冷夹层。
8. 按权利要求1所述的真空泵，其特征在于泵腔间的级间密封为间隙密封。
9. 按权利要求l所述的真空泵，其特征在于真空泵的传动结构为联轴器直 联传动或屏蔽转子轴传动。
10. 按权利要求1所述的真空泵，其特征在于泵体为卧式结构。
全文摘要
本发明涉及真空泵技术领域，特别是一种直排大气的多级罗茨真空泵。该泵具有主从动轴、主从动转子、主从动齿轮，主动齿轮、主动转子安装在主动轴上，从动齿轮、从动转子安装在从动轴上，泵体采用多级相连结构，随转子级数不同分有多个相对独立的泵腔，每两个泵腔之间有级间隔板分开，并通过级间气流通道相连。本发明解决现有技术中一次性投入大、加工难度大、极限真空低、消耗功率大、不能直排大气、不能用于IC装备的不足。本发明在抽气过程中可保持真空环境不受污染，适用于半导体、石化、冶金、食品、医药、电子、包装、印刷等行业。
文档编号F04C27/00GK101382137SQ200710012759
公开日2009年3月11日 申请日期2007年9月7日 优先权日2007年9月7日
发明者健 张, 张振厚, 王光玉, 秦柏林 申请人:中国科学院沈阳科学仪器研制中心有限公司