 |
Форвакуумные средства откачки
|
|
|
|
Преддипломная практика
Обзор современных средств откачки и методов измерения
Форвакуумные средства откачки
Основной особенностью развития средств вакуумной откачки на протяжении последних лет является стремление избавиться от вакуумных масел и других рабочих жидкостей. Эта тенденция настолько сильна, что получает развитие даже в таких областях применения вакуумной техники, где этим вопросам до последнего времени не уделяли много внимания - прежде всего, в вакуумной металлургии.
В табл. 1 показаны основные типы безмасляных механических форвакуумных насосов для промышленного использования, их типичные характеристики и производители.
Табл. 1
| Принцип действия | Основные производители | Предельный вакуум, мбар | Диапазон быстроты действия, м3/ч |
| Когтевой (со ступенью Рутса) | Busch, Edwards, PG Pedro Gil | 0,05 | 80-600 |
| Винтовой | Busch, Ebara, Edwards, Hanbell, Kashiyama, Leybold (LOT Vacuum), Pfeiffer, Shinko Seiki, Sterling SIHI, Toyota, Ulvac, SVC ScrewStar | 0,001 | 75-1300 |
| Многоступенчатый Рутса | Adixen (Alcatel), Kashiyama, PG Pedro Gil | 0,01 | 90-220 |
| Спиральный безмысляный насос | Geowell (Вактрон) | 0,01 | 7-60 |
Многие производители устанавливают на форвакуумный насос дополнительный насос Рутса, в результате чего примерно на порядок вырастает предельный вакуум, и до нескольких раз - производительность. Так, характерная производительность таких систем обычно 600-2500 м3/ч, а предельный вакуум - 0,005-0,0001 мбар. Кроме того, существуют специальные решения для откачки камер больших объемов или для работы с высокими газовыми нагрузками с производительностью в десятки тысяч м3/ч.
Лидирующими технологиями в данной области являются когтевые, винтовые и многоступенчатые насосы Рутса. Это полностью бесконтактные насосы, откачка в которых обеспечивается вращением роторов специальной формы, зазоры между которыми очень малы - до микрометров, поэтому уровень обратного потока газа также крайне мал. Форма роторов когтевого насоса показана на рис. 1, винтового - на рис. 2, а многоступенчатого Рутса - на рис. 3.
|
|
|
Рис. 1. Когтевой форвакуумный насос
Рис. 2. Роторы винтового насоса
Рис. 3. Многоступенчатый насос Рутса
Когтевой насос выполняется в виде многоступенчатой (обычно состоящей из 3 или 4 ступеней) машины, где одной из ступеней является двухроторная ступень Рутса, остальные - когтевые. Главным игроком и обладателем патента на данную конструкцию является компания Edwards.
Винтовые насосы имеют несколько вариантов конструкции - с переменным и постоянным шагом, с напуском газа в торце и в центре роторов, вертикальные и горизонтальные. Такое многообразие конструкций обусловлено тем, что данная технология развивалась наиболее бурно, так как развитие когтевой конструкции было ограничено патентом Edwards. В настоящий момент винтовые насосы обеспечивают, пожалуй, наилучшие технические и эксплуатационные характеристики среди всех безмасляных конструкций (табл. 1), поскольку Edwards начал выпуск и винтовых насосов. Наиболее заметными игроками в данной области являются японские Ebara и Ulvac, имеющие хорошие позиции в Японии и Азии, корейский LOT Vacuum, распространенный в Южной Корее и Европе (под брендом Leybold), а также тайваньский «азиатский тигр» Hanbell, стремительно занимающий лидирующие позиции в Тайване, где сконцентрировано сейчас основное производство полупроводников, кремниевых пластин и плоскопанельных дисплеев, Китае, где активно развиваются данные отрасли, а также выходит на рынки Европы и США. В вакуумной металлургии активные позиции имеют винтовые насосы SIHI.
Еще одной технологией безмасляных форвакуумных насосов для промышленного использования является конструкция, объединяющая несколько ступеней Рутса. Основными игроками здесь являются японская Kashiyama и французский Adixen (Alcatel). Данная технология не получила такого активного, как винтовая, развития в силу своей наибольшей среди других конструкций «чувствительности» к грязным и тяжелым, с эксплуатационной точки зрения, технологическим процессам. Данная конструкция предполагает достаточно сложную и длинную конструкцию вакуумных трактов между ступенями, где могут накапливаться нежелательный конденсат и чужеродные частицы, откачиваемые вместе с рабочим газом. Указанные типы насосов широко применяются в промышленных приложениях таких отраслей как металлургия, химическая промышленность, полупроводники, установки роста кристаллов, плоскопанельные дисплеи и др.
|
|
|
Для лабораторных и «чистых» приложений используются безмасляные форвакуумные спиральные насосы (рис. 4). Поскольку их развитие ограничивается в основном лабораторными системами, характерный диапазон быстроты действия составляет от 3 до 35 м3/ч. Предельный вакуум, обеспечиваемый такими насосами обычно составляет 0,01 мбар. Наиболее заметными игроками в данном сегменте являются компании Anest Iwata, родоначальник данной конструкции насосов, имеющая самую широкую линейку с производительностью до 60 м3/ч, Varian, Edwards, Busch, также занимающие заметную долю этого рынка. Надо сказать, что многие компании предлагают насосы Anest Iwata под собственными брендами - такие как, например, Leybold (Oerlikon) и Ulvac.
Рис. 4. Безмасляный форвакуумный спиральный насос
Табл. 2.Основные технические характеристики винтовых насосовScrewstar
| Модель | SS150 | SS300 | SS400 | SS800 | SS1500 | ||
| Быстрота откачки 50/60 Гц, м3/ч | 110/130 | 250/300 | 330/400 | 660/800 | 1250/1500 | ||
| Предельное остаточное давление, мм рт. ст. | 7.5 X 10-3 | ||||||
| Мощность привода 50/60 Гц, кВт | 2.2/3.7 | 5.5/5.5 | 7.5/11 | 15/15 | 30/37 | ||
| Уровень шума, дБ | 79/85 | ||||||
| Максимальная скорость вращения 50/60 Гц, об/мин | 2900/3500 | 1450/1750 | |||||
| Диаметр условного прохода входного / выходного фланца, мм стандарт фланца JIS B2220 | 40/40 | 50/40 | 65/50 | 100/65 | 125/80 | ||
| Объем масла, л | 1 | 2 | 2 | 2,5 | 8 | ||
| Тип трансмиссионного масла | Shell Turbo Oil T-46 Mobil SHC629 (для тяжелых условий эксплуатации) | ||||||
| Тип смазки консольных подшипников | Mobile 1 Grease (для промышленных применений) Fomblin RT15 (для химических применений)
| ||||||
| Расход газа для продувки уплотнения вала, нл/мин | 5 ~ 15 | 15 ~ 25 | |||||
| Давление продувочного газа, атм | 1,3-1,5 | ||||||
| Тип соединения для подключения продувки уплотнения вала | Резьба G1/4 | ||||||
| Расход охлаждающей воды, нл/мин | 5 ~ 10 | 10 ~ 15 | 10 ~ 15 | 15 ~ 20 | 30 ~ 40 | ||
| Температура охлаждающей воды мин/макс,℃ | 5 ~ 35 | ||||||
| Максимально допустимое давление воды, атм. изб. | 10 | ||||||
| Номинальные потери давления воды, атм. | 2 | ||||||
| Тип соединения для подключения охлаждающей воды | Резьба G1/2 | ||||||
| Рекомендуемое время прогрева насоса, мин | 40 | ||||||
| Тип уплотнения вала | HV (на стороне к вакууму): Двойное манжетное уплотнение LV (на стороне к выхлопу): Манжетное + Механическое уплотнение (с продувкой азотом). Под заказ может быть выполнено Двойное манжетное уплотнение (с продувкой азотом) DE (по приводящему валу): Масляное уплотнение | ||||||
Табл. 3. Технические характеристики спиральных безмасляных насосов
| Модель | GWSP1000 | GWSP600 | GWSP300 | GWSP150 | ||||||||||||||
| Быстрота откачки | 50 Гц | л/с | 16.6 | 8.7 | 4.3 | 2.0 | ||||||||||||
|
|
| л/мин | 996.0 | 522.0 | 258.0 | 120.0 | ||||||||||||
|
|
| м3/ч | 59.8 | 31.3 | 15.5 | 7.2 | ||||||||||||
|
|
| cfm | 35.8 | 18.7 | 9.3 | 4.3 | ||||||||||||
|
| 60 Гц | л/с | 19.9 | 10.4 | 5.1 | 2.4 | ||||||||||||
|
|
| л/мин | 1194.0 | 624.0 | 306.0 | 144.0 | ||||||||||||
|
|
| м3/ч | 71.6 | 37.4 | 18.3 | 8.6 | ||||||||||||
|
|
| cfm | 42.8 | 22.3 | 10.9 | 5.1 | ||||||||||||
| Предельное остаточное давление | Па | ≦1.0 | ≦1.0 | ≦2.6 | ≦8.0 | |||||||||||||
|
| мм рт. ст. | ≦7.5×10-3 | ≦7.5×10-3 | ≦1.9×10-2 | ≦6.0×10-2 | |||||||||||||
|
| мбар | ≦1.0×10-2 | ≦1.0×10-2 | ≦2.6×10-2 | ≦8.0×10-2 | |||||||||||||
|
| psi | ≦1.4×10-4 | ≦1.4×10-4 | ≦3.8×10-4 | ≦1.2×10-3 | |||||||||||||
| Максимальное натекание | 1×10-5 Па·м3/с | |||||||||||||||||
| Максимальное давление на впуске / выпуске | МПа | 0.1 /0.13 | ||||||||||||||||
| Модель | GWSP1000 | GWSP600 | GWSP300 | GWSP150 | ||||||||||||||
| Диапазон температуры окружающей среды | ℃ / ℉ | 5～40/41～104 | ||||||||||||||||
| Максимальная скорость откачки паров газа | гр/ч | 60 | 50 | |||||||||||||||
| Двигатель | Мощность | кВт / л.с. | 1.50/2.00 | 0.75/1.00 | 0.55/0.74 | 0.25/0.30 | ||||||||||||
| Напряжение | VAC | 380/220 | 380/220 | 220 | 380/220 | 220 | 220 | |||||||||||
| Частота вращения | Об/мин | 1410 | ||||||||||||||||
| Уровень шума | dB(A) | ≦63 | ≦63 | ≦63 | ≦57 | |||||||||||||
| Тип входного и выходного фланцев
| мм | KF40/16×2 | KF40/16 | KF25/16 | KF25/16 | |||||||||||||
| Габаритные размеры | мм | 580x360x400 | 520x316x360 | 490x290x340 | 430x250x280 | |||||||||||||
| Масса | кг | 52 | 36 | 32 | 18 | |||||||||||||
| Тип охлаждения | Охлаждение воздухом | |||||||||||||||||
| Другое | Наличие газобалласта | |||||||||||||||||
Серия насосов RVB отличается тем, что рассчитана на меньший диапазон производительности, и также обладает всеми конструктивными достоинствами, как и у «старшей» линейки насосов RNVB.
Табл. 5. Основные технические характеристики насосов Рутса RVB
| Модель RVB | 20-10 | 20-20 | 21-20 | 21-30 | 22-20 | 22-30 | 23-20 | 23-30 |
| Быстрота откачки, м3/ч | 200 | 280 | 500 | 740 | 1000 | 1430 | 2000 | 2880 |
| Рекомендованная мощность привода, кВт | 0,75 | 1,1 | 2,2 | 3,0 | 4,0 | 4,0 | 5,5 | 750 |
| Тип электродвигателя и параметры электросети | АС КЗР TEFT 220/380В 50Гц | АС КЗР TEFT 3ф. 380В 50Гц | ||||||
| Частота вращения номинальная, об/мин | 3000 | |||||||
| Обеспечиваемый перепад давления, мбар | 130 | 80 | 80 | 80 | 80 | 66 | 50 | 40 |
| Диаметр входного / выходного фланца, мм | 50 | 80 | 100 | 100 | 100 | 150 | 150 | 150 |
| Расход воды на охлаждение, нл/час | 60 | 60 | 80 | 80 | 100 | 100 | 120 | 120 |
| Диапазон рабочих давлений, мм рт. ст. | от 100 до 10-4 | |||||||
| Продувка уплотнений вала | Для откачки агрессивных химических или запыленных сред рекомендуется продувка уплотнений валом АЗОТом Расход на продувку составляет 5-15 нл/мин | |||||||
| Тип уплотнений вала | По умолчанию - с манжетными уплотнениями Simrit Viton Под заказ возможно изготовление с торцевые механические уплотнения: | |||||||
| Масса без мотора, кг | 62 | 76 | 115 | 135 | 208 | 245 | 320 | 360 |
Табл. 6.Основные характеристики двухступенчатых пластинчато-роторные вакуумных насосов
| Характеристики насосов серии W2V. | |||||||||||
| Модель насоса | Быстрота откачки (50 Гц), м3/ч | Предельное остаточное давление, Па с закрытым газобалластом | Предельное остаточное давление, Па с открытым газобалластом | Масса кг | Входной фланец | Выходной фланец | Габаритные размеры, мм | ||||
| Малогабаритные насосы | |||||||||||
| Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V05 | 2,4 | 6,7x10-1 | 6.7 | 14 | NW16 | NW16 | 120х374х200 | ||||
| Лабораторные насосы | |||||||||||
| Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V10 | 5 | 6,7x10-2 | 6,7 | 19 | NW25 (Ф26) | NW25 (Ф26) | 150х398х251 | ||||
| Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V20 | 10 | 6,7x10-2 | 6,7 | 21 | NW25 (Ф26) | NW25 (Ф26) | 150x434x251 | ||||
| Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V40 | 20 | 6,7x10-2 | 6,7 | 29 | NW25 (Ф26) | NW25 (Ф26) | 170x490x293 | ||||
| Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V60 | 30 | 6,7x10-2 | 6,7 | 51.5 | NW40 (Ф36) | NW40 (Ф36) | 206x609x313 | ||||
| Промышленные насосы | |||||||||||
| Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V80 | 40 | 6,7x10-2 | 6,7 | 67 | NW40 (Ф36) | NW40 (Ф36) | 226x624x346 | ||||
| Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V100 | 50 | 6,7x10-2 | 6,7 | 80 | NW40 (Ф36) | NW40 (Ф36) | 264x664x442 | ||||
| Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V150 | 75 | 6,7x10-2 | 6,7 | 110 | NW40 (Ф36) | NW40 (Ф36) | 256x777.5x420.7 | ||||
| Пластинчато-роторный вакуумный насос W2V180 | 90
| 6,7x10-2 | 6,7 | 120 | NW40 (Ф36) | NW40 (Ф36) | 256x777.5x420.7 | ||||
|
|
|
