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。
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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。
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:
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 |
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。
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 61010 和 Semi 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:
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。
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。
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。
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。
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。
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: