專利名稱：一種羅茨和爪式轉(zhuǎn)子組合多級干式真空泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空泵技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種羅茨和爪式轉(zhuǎn)子組合多級干式真空栗。
背景技術(shù)：
IC(集成電路)裝備制造業(yè)水平的高低是衡量一個國家和地區(qū)工業(yè)化程度的重要標(biāo)志。而IC裝備制造業(yè)作為增強(qiáng)國家綜合實力和國際競爭力的先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，已成為發(fā)達(dá)國家爭奪高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。我國已經(jīng)把IC裝備產(chǎn)業(yè)作為“十一五”規(guī)劃重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，而在IC裝備行業(yè)中，各種工藝設(shè)備例如化學(xué)氣相沉積、等離子體化學(xué)氣相沉積法(PECVD)、離子注入、蒸發(fā)、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(huán)境下進(jìn)行，這就對干式真空泵的需求很高，正是來自于半導(dǎo)體行業(yè)、化學(xué)工業(yè)、薄膜產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展帶動國外干泵市場的不斷增長。在日本，半導(dǎo)體行業(yè)已全部用干式真空泵代替油封式機(jī)械泵，歐美半導(dǎo)體行業(yè)45%以上用干式真空泵代替了油封式機(jī)械泵，從而大大提高了產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。為了滿足不同應(yīng)用領(lǐng)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(fù)式活塞真空泵以及渦輪式無油真空泵等。據(jù)統(tǒng)計，目前國產(chǎn)干泵的應(yīng)用還不足1%，國內(nèi)半導(dǎo)體工業(yè)用的干泵幾乎全部從國外進(jìn)口，其價格十分昂貴。所以，我國應(yīng)大力研究開發(fā)干泵，使干泵成為我國真空工業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。爪型干式真空泵是較早出現(xiàn)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(yīng)用于日本當(dāng)時發(fā)展迅速的半導(dǎo)體工業(yè)?，F(xiàn)有干泵技術(shù)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(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有干泵技術(shù)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(fā)明的目的在于提供一種羅茨和爪式轉(zhuǎn)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(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。一種羅茨和爪式轉(zhuǎn)子組合多級干式真空泵，包括電機(jī)、腔體、泵體尾部齒輪箱，其中腔體內(nèi)設(shè)有主動軸及從動軸，該主動軸及從動軸前后兩端均設(shè)有用于支撐的軸承及軸承支撐環(huán)；所述主動軸前端與電機(jī)連接，后端置于泵體尾部齒輪箱內(nèi)、并設(shè)有主動齒輪，所述從動軸尾端置于泵體尾部齒輪箱內(nèi)、并設(shè)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(zhuǎn)子腔體、排氣腔體及軸承腔體，其中一級腔體、容置爪式轉(zhuǎn)子腔體的端面上均設(shè)有使腔體間互相連通的進(jìn)氣口和排氣口，排氣腔體上設(shè)有與容置爪式轉(zhuǎn)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(huán)容置于一級腔體內(nèi)，所述一級腔體內(nèi)還設(shè)有固套在主動軸上的一級羅茨主動轉(zhuǎn)子和與其相對應(yīng)、固套于從動軸上的一級羅茨從動轉(zhuǎn)子；容置爪式轉(zhuǎn)子腔體內(nèi)設(shè)有固套在主動軸上的爪式主動轉(zhuǎn)子和與其相對應(yīng)、固套在從動軸上的爪式從動轉(zhuǎn)子；所述主動軸及從動軸前端的軸承及軸承支撐環(huán)容置于軸承腔體內(nèi)。所述電機(jī)與腔體之間設(shè)有電機(jī)油箱，該電機(jī)油箱內(nèi)設(shè)有套設(shè)在主動軸和從動軸上用于固定軸承的電機(jī)側(cè)軸承壓蓋、套固在所述主動軸上用于將主動軸固定于電機(jī)一側(cè)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(jī)側(cè)從動甩油盤。所述容置爪式轉(zhuǎn)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(shè)有進(jìn)氣口和排氣口，并且上一級的排氣口與下一級的進(jìn)氣口相對應(yīng)，所述五級腔體的排氣口與所述排氣腔相對應(yīng)；所述各級腔體內(nèi)依次設(shè)有一正一反固套在主動軸與從動軸上的二級爪式主動轉(zhuǎn)子與二級爪式從動轉(zhuǎn)子、三級爪式主動轉(zhuǎn)子與三級爪式從動轉(zhuǎn)子、四級爪式主動轉(zhuǎn)子與四級爪式從動轉(zhuǎn)子、五級爪式主動轉(zhuǎn)子與五級爪式從動轉(zhuǎn)子。所述各級轉(zhuǎn)子與泵腔的間隙為0.1 0.2mm。所述各級腔體通過螺栓聯(lián)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(nèi)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(shè)有水冷裝置。所述電機(jī)包括外殼、電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子及輸出軸，其中輸出軸與所述主動軸同軸，電機(jī)轉(zhuǎn)子套固在輸出軸上，電機(jī)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(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn):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(diǎn)，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，常壓啟動，可直排大氣獨(dú)立工作，也可以和羅茨真空泵及分子泵組成無油泵機(jī)組；變頻調(diào)速，柔性啟動，整機(jī)沖擊小，使用壽命長。且整機(jī)過載保護(hù)，具有故障自動保護(hù)，不會出現(xiàn)破壞性損壞；在一定轉(zhuǎn)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(shù)，延長了泵的維修周期；并采用油氣過濾結(jié)構(gòu)，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(jī)轉(zhuǎn)子和泵軸一體，電機(jī)定子在油室外的結(jié)構(gòu)，解決了電機(jī)動密封和電機(jī)震動問題；采用閉環(huán)控制系統(tǒng)對水、溫度、氣體進(jìn)行控制，滿足各種半導(dǎo)體工藝要求；齒輪和轉(zhuǎn)子的裝配采用熱脹裝配結(jié)構(gòu)，減少了運(yùn)動部的不平衡度和振動；在抽氣過程中可保持真空環(huán)境不受污染，適用于半導(dǎo)體、石化、冶金、食品、醫(yī)藥、電子、包裝、印刷等行業(yè)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一級轉(zhuǎn)子和腔體剖面圖；圖3為二級轉(zhuǎn)子和腔體剖面圖；圖4為三級轉(zhuǎn)子和腔體剖面圖；圖5為四級轉(zhuǎn)子和腔體剖面圖；圖6為五級轉(zhuǎn)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(jī)油箱，13為主動甩油盤，14為主動軸套，15為電機(jī)定子，16為電機(jī)轉(zhuǎn)子，17為固定螺母，18為電機(jī)側(cè)軸承壓蓋，19為電機(jī)側(cè)從動甩油盤，20為軸承，21為五級爪式從動轉(zhuǎn)子，22為五級爪式主動轉(zhuǎn)子，23為四級爪式從動轉(zhuǎn)子，24為四級爪式主動轉(zhuǎn)子，25為爪式三級從動轉(zhuǎn)子，26為三級爪式主動轉(zhuǎn)子，27為二級爪式從動轉(zhuǎn)子，28為二級爪式主動轉(zhuǎn)子，29為一級羅茨從動轉(zhuǎn)子，30為一級羅茨主動轉(zhuǎn)子，31為齒輪側(cè)從動甩油盤，32為從動齒輪，33為軸承支撐環(huán)，34為從動軸，35為主動軸，36為排氣管道，37為一級進(jìn)氣口，38為一級排氣口，39為二級進(jìn)氣口，40為二級排氣口，41為三級進(jìn)氣口，42為三級排氣腔，43為四級進(jìn)氣口，44為四級排氣口，45為五級進(jìn)氣口，46為五級排氣口。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括電機(jī)、腔體、泵體尾部齒輪箱2，其中腔體內(nèi)設(shè)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(shè)有起支撐作用的軸承20及軸承支撐環(huán)33 ;所述主動軸35前端與電機(jī)連接，后端置于泵體尾部齒輪箱12內(nèi)、并設(shè)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(nèi)、并設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子腔體的端面上均設(shè)有使腔體間互相連通的進(jìn)氣口和排氣口，排氣腔體上設(shè)有與容置爪式轉(zhuǎn)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(huán)33容置于一級腔體4內(nèi)，所述一級腔體4內(nèi)還設(shè)有固套在主動軸35上的一級羅茨主動轉(zhuǎn)子30和與其相對應(yīng)、固套于從動軸34上的一級羅茨從動轉(zhuǎn)子29 ;容置爪式轉(zhuǎn)子腔體內(nèi)設(shè)有固套在主動軸35上的爪式主動轉(zhuǎn)子和與其相對應(yīng)、固套在從動軸34上的爪式從動轉(zhuǎn)子；所述主動軸35及從動軸34前端的軸承(20)及軸承支撐環(huán)33容置于軸承腔體11內(nèi)。所述電機(jī)與腔體之間設(shè)有電機(jī)油箱12，該電機(jī)油箱12內(nèi)設(shè)有套設(shè)在主動軸35和從動軸34上用于固定軸承20的電機(jī)側(cè)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(jī)一側(cè)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(jī)側(cè)從動甩油盤19。電機(jī)油箱12通過螺釘固定在軸承腔體11上。所述容置爪式轉(zhuǎn)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(shè)有進(jìn)氣口和排氣口，并且上一級的排氣口與下一級的進(jìn)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(nèi)依次設(shè)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(zhuǎn)子28與二級爪式從動轉(zhuǎn)子27、三級爪式主動轉(zhuǎn)子26與三級爪式從動轉(zhuǎn)子25、四級爪式主動轉(zhuǎn)子24與四級爪式從動轉(zhuǎn)子23、五級爪式主動轉(zhuǎn)子22與五級爪式從動轉(zhuǎn)子21。所述各級腔體通過螺栓聯(lián)接，采用O型密封圈密封，形成五個密閉的泵腔，進(jìn)氣口和排氣口通過兩個轉(zhuǎn)子端面旋轉(zhuǎn)周期性開關(guān)，排氣孔的長度所對應(yīng)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(dá)到很高壓強(qiáng)時就被排到下一級泵腔，降低了每級泵腔產(chǎn)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(nèi)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(shè)有水冷裝置，即水冷板冷卻，使本發(fā)明能夠連續(xù)在高氣壓的工作條件下也不會發(fā)生熱漲抱死現(xiàn)象。所述電機(jī)包括外殼、電機(jī)定子15、電機(jī)轉(zhuǎn)子16及輸出軸，其中輸出軸與所述主動軸35同軸，電機(jī)轉(zhuǎn)子16套固在輸出軸上，電機(jī)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(jī)外殼與電機(jī)定子15之間灌注環(huán)氧樹脂；所述電機(jī)附加變頻控制器，采用臥式。如圖3 6所示，隨轉(zhuǎn)子級數(shù)不同分別有多個相對獨(dú)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(jìn)氣口 39相連，二級排氣口 40與三級進(jìn)氣口 41相連，三級排氣口 42與四級進(jìn)氣口 43相連，四級排氣口 44與五級進(jìn)氣口 45相連，5級是排氣級；2級到5級爪式轉(zhuǎn)子依次一正一反安裝在軸上，一級轉(zhuǎn)子為羅茨轉(zhuǎn)子，其余四級壓縮排氣級為爪式轉(zhuǎn)子。根據(jù)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(zhuǎn)子型線由圓弧和擺線組成，四級爪式轉(zhuǎn)子型線為對稱型由擺線和圓弧組成，這樣結(jié)構(gòu)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(dá)IPa以下，氣體在泵腔中由高真空向低真空級逐級壓縮，優(yōu)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(dá)到要求。為取得更好的技術(shù)效果，所述安裝在軸上的轉(zhuǎn)子與泵腔的間隙為0.1-0.2mm ;所述各級轉(zhuǎn)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(jìn)行外部水冷；所述轉(zhuǎn)子和軸需經(jīng)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(jìn)氣口進(jìn)入一級泵體、經(jīng)過高真空級壓縮，排出后通過氣流通道進(jìn)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(xiàn)直排大氣。
權(quán)利要求
1.一種羅茨和爪式轉(zhuǎn)子組合多級干式真空泵，其特征在于:包括電機(jī)、腔體、泵體尾部齒輪箱(2)，其中腔體內(nèi)設(shè)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(shè)有起支撐作用的軸承(20)及軸承支撐環(huán)(33);所述主動軸(35)前端與電機(jī)連接，后端置于泵體尾部齒輪箱(12)內(nèi)、并設(shè)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(nèi)、并設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子腔體的端面上均設(shè)有使腔體間互相連通的進(jìn)氣口和排氣口，排氣腔體上設(shè)有與容置爪式轉(zhuǎn)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(huán)(33)容置于一級腔體(4)內(nèi)，所述一級腔體(4)內(nèi)還設(shè)有固套在主動軸(35)上的一級羅茨主動轉(zhuǎn)子(30)和與其相對應(yīng)、固套于從動軸(34)上的一級羅茨從動轉(zhuǎn)子(29);容置爪式轉(zhuǎn)子腔體內(nèi)設(shè)有固套在主動軸(35)上的爪式主動轉(zhuǎn)子和與其相對應(yīng)、固套在從動軸(34)上的爪式從動轉(zhuǎn)子；所述主動軸(35)及從動軸(34)前端的軸承(20)及軸承支撐環(huán)(33)容置于軸承腔體(11)內(nèi)。
2.按權(quán)利要求1所述的多級干式真空泵，其特征在于:所述電機(jī)與腔體之間設(shè)有電機(jī)油箱(12)，該電機(jī)油箱(12)內(nèi)設(shè)有套設(shè)在主動軸(35)和從動軸(34)上用于固定軸承(20)的電機(jī)側(cè)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(jī)一側(cè)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(jī)側(cè)從動甩油盤(19)。
3.按權(quán)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(zhuǎn)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(shè)有進(jìn)氣口和排氣口，并且上一級的排氣口與下一級的進(jìn)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(nèi)依次設(shè)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(zhuǎn)子(28)與二級爪式從動轉(zhuǎn)子(27)、三級爪式主動轉(zhuǎn)子(26)與三級爪式從動轉(zhuǎn)子(25)、四級爪式主動轉(zhuǎn)子(24)與四級爪式從動轉(zhuǎn)子(23)、五級爪式主動轉(zhuǎn)子(22)與五級爪式從動轉(zhuǎn)子(21)。
4.按權(quán)利要求3所述的多級干式真空泵，其特征在于:所述各級轉(zhuǎn)子與泵腔的間隙為0.1 0.2mm。
5.按權(quán)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(lián)接，泵體尾部齒輪箱(2)通過螺栓固接于一級腔體(4)。
6.按權(quán)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(quán)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(nèi)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(quán)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(shè)有水冷裝置。
9.按權(quán)利要求1所述的多級干式真空泵，其特征在于:所述電機(jī)包括外殼、電機(jī)定子(15)、電機(jī)轉(zhuǎn)子(16)及輸出軸，其中輸出軸與所述主動軸(35)同軸，電機(jī)轉(zhuǎn)子(16)套固在輸出軸上，電機(jī)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(quán)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(fā)明涉及真空泵技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種羅茨和爪式轉(zhuǎn)子組合的多級干式真空泵。該泵由變頻電機(jī)、主從動軸、一級羅茨主從動轉(zhuǎn)子、四級爪式主從動轉(zhuǎn)子、五個泵腔、排氣腔、軸承腔、油箱、齒輪箱、主從動齒輪構(gòu)成，其中電機(jī)有水冷，泵腔外底部固定有水循環(huán)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(fā)明轉(zhuǎn)速高，體積小重量輕，一級羅茨轉(zhuǎn)子和四級爪式轉(zhuǎn)子組合，羅茨轉(zhuǎn)子為高真空吸氣級，爪形轉(zhuǎn)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(jié)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(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者雷震霖, 王光玉, 劉在行 申請人:中國科學(xué)院沈陽科學(xué)儀器研制中心有限公司