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渦輪分子真空泵浦

開創渦輪泵浦技術

1958 年,Willi Becker 博士在 Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions 發明了第一台渦輪分子真空泵浦,並為真空技術樹立了新標準。他的創新革命性地改變了真空產生,使其能夠在高真空和超高真空範圍內達到前所未有的狀態。他的技術使用高速轉子產生高、超高甚至極高真空度,低至 10-11 hPa (mbar)。

為了有效運作,渦輪分子真空泵浦(通常稱為渦輪泵浦)必須在其排氣端與底泵浦配合運作,以將前級真空壓力從大氣壓力降至粗真空或中真空。這種組合在半導體製造、科學研究、太空勘探以及各種工業和分析應用中至關重要。
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渦輪泵浦類型

產生高真空和超高真空需要快速迴轉的高速轉子。它們的轉速高達每分鐘 90,000 轉 (rpm)。作為對比:一架大型噴氣機的引擎僅能達到約 30,000 轉/分鐘。如此高的速度會產生相當大的離心力,對渦輪泵浦的材料造成極大應力,尤其是轉子組件。

為了承受這些機械負荷並確保可靠運行,轉子軸承的設計和效能至關重要。Pfeiffer 渦輪分子真空泵浦提供不同軸承配置:機械軸承、磁性軸承以及混合軸承設計。這些軸承專為限制對材料的應力、確保長久使用壽命,並支援高轉速下的穩定操作而設計。

採磁性軸承技術的渦輪泵浦

磁懸浮渦輪泵浦使用 5 軸磁性軸承系統,使轉子能夠持續懸浮,而轉子與真空泵浦外殼之間無物理接觸。這種技術也稱為主動磁性軸承技術,該技術利用電磁力之優勢:它使用電磁體的力與距離感應器結合,以穩定並驅動轉子迴轉。數位電子控制器系統透過現有磁體即時調整電磁場,以保持轉子的居中與平衡。這種主動穩定機制可補償不平衡並最大限度減少振動。

由於轉子永遠不會接觸到真空泵浦外殼,因此不存在機械摩擦,無需潤滑,確保真空泵浦內部無油運作。磁懸浮渦輪泵浦是半導體製造、鍍膜以及研究與開發中的高真空和超高真空應用的理想選擇。

這種先進的磁性軸承技術具有多個關鍵益處。

  • 無磨損:轉子懸浮並迴轉,無物理接觸。這得歸功於一套先進系統,該系統利用感應器、電磁體、功率放大器和控制器來懸浮和迴轉渦輪泵浦轉子。因此消除了摩擦和磨損,使真空泵浦免維護。
  • 超潔淨:軸承系統運行時完全無需潤滑劑或磨損,可確保乾燥無油的真空環境。
  • 安靜:由於渦輪泵浦轉子不會與真空泵浦外殼接觸,因此噪音和振動級降低。這使渦輪泵浦成為振動敏感應用(如電子顯微鏡)的理想選擇。
  • 安全:若發生功率故障,磁性軸承由真空泵浦的迴轉能量供電。這使得在發生功率故障時能夠輕鬆維持運轉數分鐘。如果功率故障較長時間,轉子會使用整合式安全軸承,以極低的速度安全停止。

採混合軸承技術的渦輪泵浦

採混合軸承技術的渦輪泵浦將兩種軸承技術理念結合在一個真空泵浦內。在前級真空側,陶瓷滾珠軸承可保護轉子免受外部振動影響。這種軸承類型也存在於 HiPace 10 Neo 等機械渦輪泵浦中,使其成為行動真空實驗等任務的可靠選擇。

在高真空側,永久磁性軸承可保持轉子懸浮,而不會與真空泵浦外殼接觸,就像磁懸浮渦輪泵浦一樣。這種組合提供了堅固的轉子軸承佈置,以達到超高真空產生的極高轉速,低至 10-11 hPa (mbar)。雖然滾珠軸承需要極少的潤滑,但真空泵浦會產生無油真空,因為滾珠軸承位於前級真空側,因而與真空泵浦的高真空側隔離。由於這種設計特點以及渦輪分子真空泵浦轉子的壓縮比,避免了真空腔體內的真空油污染。混合軸承技術渦輪泵浦是一種可靠的解決方案,適用於廣泛製程,包括分析應用、研究與開發以及空間模擬

混合軸承技術渦輪泵浦具有多種益處:

  • 耐用性:陶瓷滾珠軸承技術和永久磁性軸承技術的組合確保了長久的使用壽命。磁性軸承技術的無磨損運轉使轉子保持永久懸浮狀態,從而最大限度地減少了真空泵浦內部的磨損。因此,混合軸承技術渦輪泵浦只需每四年維護一次。
  • 安靜:混合軸承技術渦輪泵浦採用 Pfeiffer 開發並獲得專利的極其精確的雷射平衡技術製造。這種方法最大限度地減少了不平衡並確保了低振動運行,使這些真空泵浦非常適合質譜法或表面科學等敏感應用。
  • 精巧:鋁合金外殼使這些真空泵浦重量極輕。混合軸承技術渦輪泵浦結合輕巧型設計,也可整合到小型分析系統中,用於電子顯微鏡或質譜法等任務。
  • 靈活:混合軸承技術渦輪泵浦提供多種設計,每種設計都專為特定應用量身打造。例如,配備 Kepla 塗層轉子(一種特殊的等離子化學表面處理技術)的真空泵浦非常適合處理腐蝕性氣體,而配備特殊設計轉子的真空泵浦則可以高效率壓縮氫氣等極輕的氣體。

產品系列
額定抽氣速率
軸承技術類型
HiPace
12 l/s – 3,200 l/s
機械式、混合式和磁性式
ATH
350 l/s – 3,050 l/s
磁性式
SplitFlow
20 l/s – 690 l/s
混合式
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高真空和超高真空的精巧解決方案

應用

渦輪分子真空泵浦在任何需要高真空和超高真空度的應用中都是必不可少的。渦輪泵浦可確保清潔可靠的真空產生,廣泛應用於研究與開發、半導體製造、電子顯微鏡還有其他更多應用中。例如,它們在航空航太研究等應用中發揮關鍵作用,在這些應用中,必須模擬類似太空的狀態進行精確的實驗,幫助科學家突破知識的界限。每個行業和應用都有不同要求。聯絡我們的專家,瞭解哪種真空解決方案最適合您的需求。

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您的即用型渦輪分子真空泵浦機組

渦輪分子真空泵浦需要底泵浦才能正常運作,因為它們無法在大氣壓力下運作。為提供便利的解決方案,Pfeiffer 提供將渦輪泵浦和底泵浦結合在一個精巧系統中的真空泵浦機組,提供可立即使用的即插即泵選配。這些渦輪分子真空泵浦機組還配備觸控螢幕,讓使用者能夠輕鬆監控和控制關鍵參數,例如壓力和轉速,確保最佳效能和操作便利性。
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常見問題

什麼是渦輪分子真空泵浦?

渦輪泵浦屬於動能真空泵浦系列。它們透過加速分子至泵送方向來排出泵送介質。渦輪分子真空泵浦的設計初衷是實現先前被認為幾乎不可能實現的目標——獲得純度無與倫比的真空,從而開啟科學技術領域的新紀元。1958 年,Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions 的科學家 Willi Becker 博士發明了第一台渦輪泵浦。得益於其突破性技術,這些真空泵浦可達到高真空、超高真空,甚至極高真空度,低至 10-11 hPa (mbar)

如今,渦輪泵浦被用於探索知識的前沿領域,從模擬太空真空以進行天體物理學研究,到測試材料在極端環境中的效能。在半導體製造中,這些專用真空泵浦可維持生產微晶片所需的超淨受控環境。渦輪泵浦在各行各業的應用幾乎無窮無盡。

渦輪分子真空泵浦如何運作?

渦輪分子真空泵浦運作的核心原理是動能傳遞。其設計類似於渦輪機:帶有圓盤的多級轉子在外殼中迴轉。在轉子圓盤之間插入鏡像排列的帶葉片定子圓盤,形成一系列級段,用以壓縮並輸送氣體分子。渦輪泵浦轉子的轉速高達每分鐘 90,000 轉 (rpm)。這遠遠超過了大型噴氣機的引擎,它們僅以最高 30,000 轉/分鐘的轉速迴轉。

渦輪分子真空泵浦需要底泵浦才能有效運作。雖然渦輪泵浦負責產生高真空和超高真空度,但它無法將氣體直接排放至大氣壓力。相反,它依靠底泵浦來維持足夠低的出口壓力,確保穩定高效運行。

三步說明渦輪泵浦的真空產生過程

1. 入口

  • 氣體分子經由入口進入渦輪泵浦。
  • 它們被轉子的運動吸入真空泵浦內。

2. 壓縮

  • 轉子葉片將動能傳遞給氣體分子,以強大的爆發力使其沿轉向加速。
  • 然後,分子撞擊定子盤;它們受到另一個推力,並再次被導向轉子盤。
  • 隨著每一個圓盤的作用,氣體分子的動量逐步增加,使得轉子–定子陣列將其推送至排氣口。
  • 這種從高真空到前級真空側的運動最終實現了密封環境的排空。

3. 出口

  • 壓縮後的氣體分子經由前級真空側的出口排入底泵浦。
  • 此製程可產生低至 10-11 hPa (mbar) 的真空,滿足高真空和超高真空應用所需。

葉片的複雜幾何形狀、轉子速度和級數決定了壓縮程度和氣體流量。一些渦輪分子真空泵浦還包含 Holweck 級。這些位於排氣口附近的分子拖曳級用於提高壓縮比。此外,這些級還能夠增加排氣壓力,從而可以使用更精巧的底泵浦,最終實現更小佔地空間和更高效率。

Pfeiffer 渦輪泵浦有哪些認證?

現代渦輪泵浦的轉速可高達 90,000 rpm。因此,其動能相應地非常高,在發生故障時,於極短的瞬間便會對真空泵浦腔體和固定裝置產生極大的作用力。為了確保您的製程和設備安全,Pfeiffer 與德國萊茵 TÜV 合作開發了安全認證,其中包括雙重轉速過高保護,從而防止機械故障。

此外,作為認證的一部分,渦輪泵浦的外殼經過測試,可承受轉子動能。Pfeiffer 渦輪泵浦還通過了 UL 61010Semi S2 標準認證,確保設備符合實驗室、工業環境以及半導體工廠的嚴格安全與效能要求。

Pfeiffer 渦輪泵浦有哪些優點?

Pfeiffer 渦輪分子真空泵浦提供混合軸承技術和機械軸承技術,以及磁懸浮版本,具有多項優勢:

  • 強大效能:渦輪泵浦配備轉速高達 90,000 rpm 的高速轉子,可產生高真空、超高真空和極高真空,最高可達 <10-11 hPa (mbar)。
  • 長效運行:所有軸承技術類型的渦輪泵浦均具有長久使用壽命。機械摩擦和磨損降至最低。
  • 全面產品組合:Pfeiffer 的渦輪泵浦種類繁多,適用於各種應用。Pfeiffer 還提供市場上最小、最輕的渦輪泵浦 HiPace 10 Neo,可整合到空間緊張的系統中。
  • 最先進的驅動電子設備:渦輪分子真空泵浦中的轉子由頻率控制直流電 (DC) 馬達驅動。它們可以調節轉子的轉速,使其適應所需真空度,有助於節省能源和成本。驅動通常直接裝配在真空泵浦上,並由外接電源提供電力。或者,驅動電子設備可以遠端安裝,這在輻射暴露環境中有利於確保電子設備安全。
  • 低噪音和低振動級:Pfeiffer 的高精度雷射平衡法和非接觸式磁性軸承技術可減少渦輪分子真空泵浦中的機械摩擦和振動。這使它們非常適合用於振動敏感應用。

什麼是混合軸承技術?

混合軸承技術由 Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions 於 40 多年前發明。它由永久磁性軸承技術和陶瓷滾珠軸承技術組成。

在真空泵浦的高真空側,磁性軸承使轉子懸浮,而無需物理接觸,將摩擦降至最低並消除磨損。在前級真空側,陶瓷滾珠軸承在徑向和軸向上穩定轉子,使其能夠承受大氣排放和外部振動等強烈衝擊。雖然滾珠軸承需要極少的潤滑,但真空泵浦會產生無油真空,因為滾珠軸承位於前級真空側,因而與真空泵浦的高真空側隔離。由於這種設計特點以及渦輪分子真空泵浦轉子的壓縮比,避免了真空腔體內的真空油污染。循環潤滑劑還能吸收滾珠軸承在運作過程中產生的熱量。

混合軸承技術渦輪泵浦適用於廣泛製程,包括分析應用、研究與開發以及空間模擬

什麼是磁性軸承技術?

磁懸浮渦輪泵浦使用 5 軸磁性軸承系統,使轉子能夠持續懸浮,而轉子與真空泵浦外殼之間無物理接觸。這種軸承技術利用電磁力之優勢:它使用電磁體的力與距離感應器結合,以穩定並驅動轉子迴轉。電磁軸承技術也稱為「主動磁性軸承技術」,因為轉子的位置會受到監控並被持續調整。這可自動補償不平衡,從而確保無磨損、低振動運行。由此,可確保在整個使用壽命期間實現免維護和免潤滑運行。

因此,磁性軸承技術特別適合需要低磨損、乾淨和乾燥狀態以及高抽氣速率的應用,例如在半導體製造、鍍膜以及研究與開發的高真空和超高真空產生中

Pfeiffer 雷射平衡法有何獨特之處?

渦輪泵浦轉子的轉速高達每分鐘 90,000 轉。在這樣的轉速下,即使是最輕微的不平衡都會對真空泵浦的運行和安全造成重大影響。因此,轉子的精確平衡對於渦輪泵浦的平穩運行以及多年無損安全運行都很重要。

為了解決這個問題,Pfeiffer 開發並獲得了雷射平衡專利,這項技術可實現高精度的轉子平衡。與需要添加配重或鑽孔的傳統方法不同,雷射平衡使用雷射燒蝕去除轉子特定區域的材料。

此過程在生產過程中的自動化平衡系統中進行,從而提高了精度和可重複性。與傳統方法相比,雷射平衡可將渦輪泵浦轉子的平衡品質提高 20%。這可降低振動和聲壓位準,並提升真空泵浦的整體效能。這些益處在振動敏感型應用中特別有價值,例如電子顯微鏡。

如何維護混合軸承技術渦輪泵浦?

混合軸承技術渦輪泵浦結合滾珠與磁性軸承技術。得益於永久磁性軸承技術的非接觸式運行,混合軸承技術渦輪泵浦只需最少的維護。這種軸承技術確保轉子懸浮在真空泵浦的一側,無需物理接觸,從而最大限度地減少摩擦和磨損。然而,在每個真空泵浦中,某些組件都會承受高機械應力。在混合軸承技術渦輪分子真空泵浦中,工作液和滾珠軸承應在四到五年後更換,具體取決於渦輪泵浦的設計和結構尺寸。此類維護工作可防止真空泵浦嚴重磨損、故障或對其造成不可修復的損壞。

若要瞭解更多關於我們渦輪泵浦服務的資訊,請造訪我們的服務頁面。

為什麼 Pfeiffer 是渦輪分子真空泵浦的領先製造商之一?

Pfeiffer 被公認為渦輪分子真空泵浦的領先製造商之一,這得益於以下幾個關鍵因素:

1. 開拓性創新:Pfeiffer 於 1958 年發明了第一台渦輪分子真空泵浦並獲得專利。

2. 全面產品組合:Pfeiffer 提供全系列渦輪分子真空泵浦,包括機械懸浮和混合軸承技術渦輪泵浦。這種全面的產品組合確保為各種應用和行業提供合適的解決方案。

3. 高品質工程設計:Pfeiffer 以卓越的工程設計而聞名,確保其所有產品均符合最高品質和可靠性標準。我們的渦輪泵浦旨在高效處理高速和動能,從而確保卓越效能和長久使用壽命。

4. 以客戶為中心的方法:Pfeiffer 致力於提供卓越的客戶服務和支援。我們提供全面的操作人員培訓和產品服務,並根據渦輪泵浦技術量身定制維護方案,以確保我們的客戶獲得最佳真空解決方案和支援。

什麼是底泵浦?

底泵浦也稱為粗真空抽泵,是一種特殊類型的真空泵浦,用於與高真空泵浦(例如渦輪分子真空泵浦)組合使用。它能降低系統內的壓力,使高真空泵浦得以運行,並且可以被視為主真空泵浦的「啟動輔助」。

底泵浦是真空系統中的第一級泵浦。它負責將系統和真空腔體從大氣壓力抽真空到足夠低的真空度,以使高真空泵浦能夠有效運作。

底泵浦必須具備足夠的抽速以滿足高真空泵浦的要求。典型的底泵浦包括迴轉葉片式真空泵浦、膜片泵浦或渦捲式真空泵浦。如果需要更高的抽氣速率,可以選擇將真空助力器整合到前級真空系統中。

為什麼渦輪泵浦需要底泵浦?
渦輪分子真空泵浦屬於動能真空泵浦類別,透過動量傳遞將氣體分子從進氣口移動至排氣口。它們是高性能設備,可產生極低壓力,即高真空甚至超高真空。為了避免已轉移氣體從渦輪泵浦排氣口回流到真空腔體,需要配備底泵浦,協助分子經由前級真空管路排出。

底泵浦和渦輪泵浦通常會同時啟動,共同對真空系統進行抽真空。當渦輪泵浦直接安裝在真空腔體上時(見圖),底泵浦會透過渦輪泵浦對系統進行抽真空。

一旦達到特定的前級真空壓力,渦輪泵浦便會開始全速運轉,產生高真空至超高真空。即便如此,底泵浦仍會繼續運作,並移除高真空泵浦泵送的氣體分子。這確保了渦輪泵浦能夠保持其工作壓力並且不會過熱。

底泵浦同時執行多項重要任務:

  • 它將氣體分子從渦輪泵浦排出。
  • 它將壓力降低到渦輪泵浦可以平穩工作的真空度。
  • 它防止在啟動和運行期間來自前級真空管路的真空油蒸氣或其他回流進入真空系統。
  • 透過確保製程循環期間的適當真空度,它防止渦輪泵浦過熱以及因氣體負荷過大而可能造成的損壞。

根據渦輪泵浦的具體設計和各種不同應用,油潤滑迴轉葉片式、乾式渦捲式或膜片泵浦可用作底泵浦。它們可達到低於 0.1 hPa 的壓力,為渦輪泵浦的滿效能運行創造最佳條件。系統設計和應用要求決定了理想的真空泵浦組合,為此需要考慮不同的參數,例如氣體負荷、系統容量和所需壓力。