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无油涡旋真空泵技术的发展与现状

1 引言

    涡旋的概念相当久远，20世纪初世界上就已经有了涡旋技术的专利。但由于当时技术水平的限制，涡旋机构制造不出来，涡旋的概念也就被淡忘了。1973年涡旋机构被重新提起并制造出第一台模型机构，使这项技术实际应用成为可能。涡旋机构的可靠性高、运行平稳、噪音极低、节省能源等潜力和巨大优势马上引起了冰箱行业的重视和迫切需求，大受行业领先者青睐，迅速被投入工业化应用。Trance、Hitachi、Copland等著名公司的涡旋压缩机技术与产品引领了世界涡旋技术实用化的浪潮，带动了如冰箱、空调等诸多行业的技术进步和产品的更新换代。

    今天涡旋技术已经由初期的应用在压缩机行业推广到真空泵制造业，实现了全无油、运行更平稳、噪音更低、更加节省能源的涡旋清洁真空获得技术的实用化。人们应用涡旋概念与原理制造出了对真空应用仪器设备和环境没有污染，并且抽速、寿命、能耗等指标均优于普通油泵的单级、双级无油涡旋真空泵系列产品。

    上个世纪90年代初，世界上首台涡旋真空泵推向市场，涡旋技术由此开始作为一种新型真空获得技术在世界范围内被推广应用。到目前为止，世界上涡旋真空泵的生产厂家集中在美国、日本和欧洲，以日本的Anest Iwata、美国的Varian、德国的Bush等为代表。产品包括了自0.25L/S~10L/S系列产品，有些15L/S或更大抽气量的产品也在试验阶段。

2 无油涡旋真空泵的特点与应用领域

    清洁的真空环境一直是科学家和企业界追求的理想真空环境。自能够创造真空环境开始，人们就试图采用不同的手段达到清洁真空的效果。时至今日，清洁真空获得设备已经发展到冷凝泵、柱塞泵、爪式泵、涡旋泵以及隔膜泵等多种产品。在现有的无油真空泵当中，无油涡旋真空泵与其他种类的无油真空泵相比具有运行平稳、噪音低、节省能源、重量轻、体积小的特点并已经被广泛应用到下述科学研究与生产领域：1半导体行业——薄膜制备设备、半导体器件封装设备；2真空冶金行业——真空炉、纳米材料制备设备、真空检漏设备；3科学仪器行业——同步辐射光束线、电子显微镜、分析测试仪器；4医疗设备——牙科仪器、透析机；6生物制品行业——材料提纯、药品制备；7包装行业——食品、药品、生物制品等包装设备。

3 无油涡旋真空泵工作原理、技术指标以及与普通油泵的对比

    无油涡旋真空泵的涡旋盘是一个一端与一个平面相接的一个或几个渐开线螺旋形成一个涡旋型盘状结构。一个静涡旋盘与一个动涡旋盘组成一对涡旋盘付构成了涡旋无油真空泵的基本抽气机构。例如在双级无油涡旋真空泵中，有两个方向对应的固定涡旋盘，一个位于两个涡旋盘之间的转动涡旋盘。动、静涡旋盘相对运动形成容积不断变化的新月形真空腔使气体从抽气口吸入、排气口排出、完成排气循环。

    众所周知，无油涡旋真空泵(Oil free scroll vacuum pump)与普通油真空泵相比具有显著的特点。

4 无油涡旋真空泵的优点及其能给用户解决的问题
4.1无油涡旋真空泵性能优越

    涡旋真空泵的主要优点是间隙小、泄漏少，具有较高的压缩比，在较宽的压力范围内有稳定的抽速，工作压力范围宽；由于压缩腔容积的变化是连续的，因而驱动扭矩变化小，功率变化小，振动噪音低，可靠性高。这是其他类型的干式真空泵所不具备的。

4.2 无油涡旋真空泵解决了污染与震动等基础、共性问题

    由于普通旋片油泵的漏油、噪音、返油污染、高能耗以及振动等问题给用户造成不良影响，如生物制品行业与半导体行业的油蒸汽污染与工艺系统返油问题。真空镀膜设备的镀膜工艺中，在20~40Pa真空条件下镀膜时，如果应用普通旋片机械真空泵作为前级真空泵要将对镀膜工艺设备造成污染，影响成膜质量。半导体晶片制造工艺中使用油泵与使用干泵相比，成品率存在50%左右的差距，并且排出的油雾蒸汽对环境也有污染。科学仪器行业尤其是在分析测试仪器行业，采用油泵对测试结果将造成不良影响。大型同步辐射光束线上采用无油涡旋真空泵作为前级真空泵的作用也相当明显。另外涡旋无油真空泵消除了普通油泵的漏油给用户带来的环境污染与烦恼。

4.3 无油涡旋真空泵使系统制造与运行成本降低

    为防止普通旋片油真空泵对真空系统的返油污染，需要在抽气系统中加冷阱捕获油分子；系统运行过程当中还需要定期清洗除油；有的需要定期更换真空泵油。采用涡旋无油真空泵第一不需要加冷阱之类捕油机构、第二不需要更换真空泵油、第三振动更小、运行更平稳、第四能耗降低、第五重量更轻、第六突破了油泵使用范围的限制，上述优点使无油涡旋真空泵成为普通旋片油真空泵的更新换代产品。

5 结束语

    国内以半导体、电子工业为代表的制造工艺当中和科学研究与分析测试行业迫切需要无油污染的清洁真空环境，但是清洁真空获得设备如冷凝泵、柱塞泵、爪式泵、涡旋泵以及隔膜泵等目前都没有形成可靠先进的批量国产产品。进口无油涡旋真空泵作为一种在中国正式投放市场不超过3年的新产品，由于价格、市场的开拓和用户的认识程度等原因，没有形成良性循环。这样，一方面是迫切的市场需求，另一方面从价格与技术双方面看没有合适的产品，造成了极大的市场缺口。

    毫无疑问价格适中、性能可靠的无油涡旋真空泵将成为适合中国市场要求产品的主流，大力发展无油涡旋真空泵势在必行。研制符合中国市场需求的涡旋类及其他无油真空泵系列产品及其检测技术手段也成为中国真空获得行业进一步发展的一个契机。

    为解决我国科学研究和新材料、半导体等行业发展面临的技术手段存在的基础、共性问题，近年来已经不断有业内专家向国内介绍无油涡旋真空泵技术及其发展现状，国外无油涡旋真空泵生产厂家与代理对中国市场的开发使其在中国市场的销量在逐年增长。国内真空行业相关企业也开展了基础、应用研究及小规模试制无油涡旋真空泵生产等不同阶段的探索，只是由于技术基础、激励机制、研发手段、资金投入的限制，研发工作进展不是非常快。产品质量、稳定可靠性、以及技术推广与市场开拓规划、原则、手段等也是问题。因此无油涡旋真空泵系列产品下一步产业化技术研发与市场开发是企业必须解决的两大问题。随着研发手段、资金投入、市场开拓问题的解决，涡旋无油真空泵将会打开市场，从而提高整个真空获得行业的技术水平。成功的涡旋无油蔗农蹦系列产品研发与市场开发模式也将为我国其他清洁真空获得设备如冷凝泵、柱塞泵、爪式泵以及隔膜泵等提供有效的借鉴。

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