Очень часто в высокотехнологичных производствах, как правило связанных с микроэлектроникой или полупроводниками, а также в научных исследованиях, возникает необходимость создавать чистый и сухой вакуум. Это может требоваться как в качестве предварительного разрежения для запуска высоковакуумных насосов, так и для самостоятельной работы форвакуумного насоса. При такой постановке задачи очевидным решением являются спиральные и винтовые насосы, а также многоступенчатые насосы Рутса.
Попробуем разобраться, что это за оборудование и как его правильно подобрать.
Винтовые насосы
- Винтовые насосы, как правило, используются в случаях, когда требуется откачка достаточно больших объемов (более 1,5 м3), т.к. они имеют высокие скорости откачки(от 100 м3/час). Исключениями с меньшими скоростями откачки являются несколько моделей от японских производителей.
- Откачка в винтовых насосах происходит за счет перемещения газа в рабочих каналах, образованных парой роторов со специальным винтовым профилем и расточкой корпуса.
- Синхронизирующие шестерни, необходимые для поддержания требуемых зазоров между роторами (которые не соприкасаются друг с другом в работе), вынесены из рабочего объема в отдельную полость.
- Для уплотнения рабочей полости чаще всего используются механические торцевые уплотнения.
- Такая конструкция дает винтовым насосам одно из их основных преимуществ: возможность выполнить его в коррозионном исполнении, которое позволяет им работать с практически любыми средами, в том числе с фтористыми (даже гексафторидом урана).
- Роторы покрывают PTFE, а в качестве уплотнений используют специальные материалы.
- Винтовые насосы достаточно надежны, просты в эксплуатации, ремонтопригодны.
- При достаточно небольших габаритах они имеют высокие скорости откачки.
Спиральные насосы
Спиральные насосы в силу своей малой быстроты действия (до 60 м3/час) в основном применяются в лабораторных условиях и в производстве, где нет больших откачиваемых объемов (до 1 м3).
- Спиральные насосы имеют очень низкий уровень шума и вибрации, что как раз выгодно отличает их в плане применения в лабораторных условиях.
- Они имеют постоянную скорость откачки практически во всем диапазоне давлений, за исключением области близкой к предельному остаточному давлению. Это очень важный момент, т.к. винтовые насосы, как и многоступенчатые насосы Рутса, имеют значительный провал по быстроте действия в области давлений близких к атмосферному.
-
- Это связано с конструктивными особенностями и физическим принципом действия насосов. Также практически все спиральные насосы оснащены газобалластным клапаном, что позволяет им откачивать большее количество влаги.
Многоступенчатые насосы Рутса
Многоступенчатые насосы Рутса производят ограниченное количество заводов в мире (в Японии и Германии). Они крайне сложны в производстве и требуют высочайшей квалификации персонала и самых современных прецизионных станков. Такие требования обусловлены сложностью сборки (большое количество ответственных деталей), а также высокими требованиями к точности изготовления.
Преимущества насосов Рутс
- Неоспоримым преимуществом такого типа насосов является низкое потребление энергии: в разы ниже, чем у спиральных и винтовых насосов.
Недостатки насосов Рутс
- Их стоимость значительно выше.
- При этом многоступенчатые Рутсы испытывают те же проблемы на высоких давлениях, что и винтовые насосы: их скорость откачки заметно снижается. Начиная примерно с 10 мбар быстрота откачки падает, а для некоторых моделей – в несколько раз.
Сферы применения
При подборе сухого форвакуумного насоса стоит особое внимание уделить применению и режимам работы насоса. Рассмотрим этот вопрос подробнее на примере спирального и винтового насоса эквивалентных быстрот действия. Оба насоса активно применяются как форвакуумные в полупроводниковой промышленности, например, для откачки камер напылительных установок или в качестве поддерживающих для высоковакуумных насосов.
Преимущества винтовых насосов
На первый взгляд, преимущества винтового насоса неоспоримы:
- Предельное остаточное давление по паспорту на степень ниже
- Быстрота действия эквивалентна.
- Энергопотребление в два раза ниже.
- Выигрыш в массе и габаритах.
Однако, не все так очевидно!
- Всегда обращать внимание на откачные характеристики.На графиках любого винтового насоса Вы увидите провал быстроты действия на высоких давлениях. Это очень важный момент.
- Область давлений от 1000 до 1 мбар наиболее критична с точки зрения времени откачки системы. т.е., чем ниже быстрота насоса в этом диапазоне, тем дольше он будет откачивать вашу камеру.
- На высоких давлениях подшипниковые узлы насоса испытывают максимальные нагрузки из-за большого газового потока. Соответственно, чем быстрее насос перейдет в область низких давлений (и низких нагрузок), тем это лучше скажется на его ресурсе
Преимущества спиральных насосов
- Спиральный насос имеет более мощный, но менее оборотистый двигатель, что, во-первых, позволяет успешно справляться с большими газовыми нагрузками, а во-вторых, иметь больший ресурс подшипниковых узлов.
- Cпиральные насосы, при прочих равных, дешевле винтовых конкурентов на 30 – 50%.
Выводы
Исходя из вышесказанного, хочется еще раз обратить внимание на то, что при подборе насоса ключевым должны являться применение и режим работы.
- Если Вы подбираете насос, например, для напылительной установки, где в процессе работы требуется многократная откачка камеры с атмосферы, то Ваш выбор – спиральный насос. Он сократит время откачки камеры, будет более надежен и долговечен, т.е. позволит сэкономить как деньги, так и время на обслуживание и ремонт.
- Если же Вам требуется долгое время поддерживать в камере форвакуумное давление (~0,1 – 1 мбар) и не требуется постоянной откачки с атмосферы, то Ваш выбор – винтовой насос. Он потребляет намного меньше энергии и при работе без перегрузок достаточно надежен и долговечен. Такие насосы очень часто используют в поточных линиях при производстве LCD и плазменных панелей.
Если Вы сомневаетесь в выборе типа или модели форвакуумного насоса – обращайтесь к нашим специалистам. Мы с радостью подберем для Вас оптимальное решение, а также проконсультируем по всем возможным вопросам, связанным с техникой.
Инженер отдела высокого вакуума компании Эрствак, Хромцов Даниил.
