关于涡轮分子泵的安全使用问题

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1、本文叙述了关于涡轮分子泵安全使用的一些技术问题。首先对涡轮分子泵的构造特点作了介绍，其次对涡轮分子泵的故障类型、损坏原因进行了分析。最后从设计和使用上的安全对策进行了讨论，以便更好的使用涡轮分子泵。□涡轮分子泵是1956年德国人W.Becker发明的一种高速旋转的机械真空泵。它也是一种大抽速可获得超高真空的新型分子泵。在各个应用领域中得到了广泛的应用和普及。1985年以来出现了一种工作压力范围更宽的大流量的复合式涡轮分子泵,它可代替扩散泵+罗茨泵或涡轮分子泵+罗茨泵。扩大了涡轮分子泵的使用范围。在半导体制造设备上用以获得清洁的高真空。人们对涡轮分子泵的

2、改进倍受重视。不断出现新型的组合式分子泵。如可直排大气到高真空的组合泵应用更方便了、占地面积也少了。□涡轮分子泵的轴承由有油润滑的滚动轴承和滑动轴承向完全非接触式的空气轴承和磁轴承方向发展。转子的抽气单元有涡轮叶片、盘式叶片和牵引式螺旋槽结构。而且动、静叶片间的间隙很小，叶片很长刚性差。由于操作错误，突暴大气到泵中，使叶片损坏，因为受大气负载和离心力的作用开始弯曲振动，超过动、静叶片的间隙将会发生叶片相碰损坏事故。因而，高速旋转的转子系统遭到破坏时有发生，所以关于涡轮分子泵的安全使用问题,曾引起过涡轮分子泵的设计者和操作者的重视和硏究，以使涡轮分子泵顺

3、利推广应用与安全运行。□1、涡轮分子泵的构造图1所示为磁轴承式涡轮分子泵的构造。这种泵是由转子动片、定子静片、马达、轴承和外壳等部件组成。图1给出的是一种可获得高真空的涡轮分子泵。整个转子系统为涡轮式动片、静片。两者相互穿插排列而成，一般有20-40级。□图2所示为半导体制造设备上应用的日本大阪真空产的大流量复合式涡轮分子泵的内部结构图。□该泵的高真空级为涡轮式叶片，低真空级为牵引式螺旋槽抽气机构。叶轮叶片为平面的二维形状。涡轮叶片的夕卜径比较小，约为100-300mm,当然还有更大的。与支撑叶片的转筒做成一个整体其转动惯量较大(约0.02kgm2)。

4、由于加工技术的进步,转子的上下两级抽气单元制成一体的转子圆筒。泵的转速为20000~90000r/min。转子叶片顶端的周速度约为250~300m/s。因为转子叶片的速度越高则泵的性能越好。但是,受到转子圆筒的材料强度限制，一般常采用比强度高的铝合金或钛合金作转子圆筒，而泵壳则用不锈钢或铝合金制作。这种泵的特点是级数多，转速高、间隙小、精度高。□图1磁轴承式涡轮分子泵断面图□2大流量复合式涡轮分子泵内部结构图（去掉泵壳）□2、涡轮分子泵的故障分析涡轮分子泵的故障是由于机械真空泵的轴承系统，驱动系统以及外因等出现问题时而弓I起的。下面仅介绍引起转子叶片和

5、转子圆筒的破坏的一些情况。□2.1、损坏的类别□涡轮分子泵损坏最严重的故障是高速旋转的叶片或转子筒的断裂。无论是哪一种损坏，一旦发生了泵就要报废。□当转子叶片破坏时，由于转子上的每一个叶片的重量约为l~5g,叶片很薄，损坏时产生的能量较小，但是在高速旋转的过程中，若有一枚叶片瞬间（几十μs以内）破坏就会引起转子上的全部叶片遭到破坏。最后转子被剃成光头。在实际应用上这种情况是少见的。但也不是没有发生过。□图3及图4为转子叶片破坏的实例。□3涡轮分子泵叶片破损情况4涡轮分子泵转子体叶片严重破损情况□转子筒体破坏是比较大的事故。转子筒在高速回转时，瞬间

6、转子筒断裂成3~5块，并会发出很大的冲击声响。转子被迫停止旋转。图5为转子筒破坏分块的示意图。此时回转体的动能瞬间作用到定子叶片和泵体上,形成很大的转矩。□这个转矩的大小取决于转子筒的破坏程度(坏的原因，回转体停转的时间，回转体的形状等)。通常将发生100~25000N·m(即10~2500kg·m)的扭矩作用到定子上再传到泵体上。若是涡轮分子泵与装置连接的固定方式不当，也可能使泵的入口法兰的联接受到如此大的扭矩将固定螺钉剪断。使泵体从装置上脱落。重则前级管道联接部分也会脱落,前级管道漏气或被甩出。法兰焊接不牢而断裂造成内部

7、零件飞出z外壳损坏等。因此转子筒的损坏是使用上最大的安全隐患，必须引起重视。使用高速旋转机械一定要提高对安全的认识，对安全措施要做更好的分析。涡轮分子泵的使用条件要特殊注意，如在半导体制造设备上应用，在过渡流领域抽气时，要排出大量的气体z转子筒温升造成的破坏问题要作仔细的考察。□2.2、损坏的原因n涡轮分子泵损坏的原因可分为设计上的和使用上的两方面的原因造成的。□在设计上，有材料方面的问题。如材质的选择、毛坯的管理（如转子主轴加工后要垂直放置防弯变形）材料缺陷的检查等，还有转子整体的力学分析，转子叶片的固有频率为转轴转数的整数倍时就会发生动片共振。突暴

8、大气瞬间1.05s,动片也会弯曲振动可达0.49mm经7.5s弯曲量可达2.04mnn（试验值