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：
本實用新型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(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)境下進行，例如化學氣相沉積、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生產線中，都要應用大量獲 得與維持清潔真空環(huán)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(yè)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(fā)、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?guī)?乎沒有形成產業(yè)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(yè)，也是IC裝備行業(yè)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(yè)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(fā)展情況如下
1854年，美籍以色列人FRANCIS M. ROOTS和PHILAND H. ROOTS兩兄 弟在旋轉鼓風機的基礎上發(fā)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(xù)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(fā)展, 以滿足不同場合的需求。
1900年，美國人RALPH C. ENYART對羅茨型線作了改進，發(fā)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(fā)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隱276; J.Henning, H丄ang. WGK—C pumps:Gas國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，指出這種泵釆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(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 國學者L.C.Valdes等(L.C.Valdes, Renaud Theis，et al. Calculating transient flows
Benoit Barthod, et al. Accurate prediction of internal leaks in stationary diy roots vacuum pumps. Vacuum 1999:52(451459)),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(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。段永利(段永利。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(yè)的工作溫度高、長期運轉穩(wěn)定、噪聲低、 維護簡單、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。

實用新型內容
本實用新型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，本實用新型的技術方案是
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畫9): (7-9): (2-4): (2-4)。
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、從動齒輪一惻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(lián)軸器直聯(lián)傳動或屏蔽轉子軸傳動。
所述的真空泵，泵體為臥式結構。
本實用新型具有如下優(yōu)點
1、 本實用新型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(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，并且實現直排大氣，不需要接前級泵即可工作。
2、 本實用新型采用特氟龍類軸封，增加了耐磨性，減少了摩擦系數，延長 了泵的維修周期。
3、 本實用新型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。
4、 本實用新型釆用高度的水、溫度、氣體的閉環(huán)控制系統(tǒng)，智能的適應各 種半導體工藝要求。
5、 本實用新型齒輪的裝配采用新型的油脹結構，方便裝配且減少了運動部 的不平衡度。
6、 本實用新型在抽氣過程中可保持真空環(huán)境不受污染，適用于半導體、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。
具體實施方式
如圖l-2所示，本實用新型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, (Kc《0.1mm。主、從動軸兩端分別裝有軸承端蓋，左端的軸承端蓋1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(lián)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采用水冷夾層。
如圖2所示，本實用新型安裝在主動軸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(釆用兩葉形)，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；本實用新型泵體的傳動方式可以通過聯(lián)軸器直聯(lián)傳動，也可以通 逸昇蔽轉子式電機傳動；泵體釆用臥式結構。
本實用新型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W3、、 壓縮氣體，最后由低真空級排出，可實現直排大氣。
本實用新型工作時經過逐級壓縮，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l所述的真空泵，其特征在于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): (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(lián)軸器直 聯(lián)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。
專利摘要本實用新型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。本實用新型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。本實用新型在抽氣過程中可保持真空環(huán)境不受污染，適用于半導體、石化、冶金、食品、醫(yī)藥、電子、包裝、印刷等行業(yè)。
文檔編號F04C25/00GK201074591SQ20072001445
公開日2008年6月18日 申請日期2007年9月7日 優(yōu)先權日2007年9月7日
發(fā)明者健 張, 張振厚, 王光玉, 秦柏林 申請人:中國科學院沈陽科學儀器研制中心有限公司