從上世紀(jì)我國(guó)研制出第一臺(tái)油擴(kuò)散泵開始, 經(jīng)過數(shù)代人的嘔心瀝血和長(zhǎng)期探索研究發(fā)展, 已達(dá)到相當(dāng)?shù)募夹g(shù)水平和一定的生產(chǎn)規(guī)模, 被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、冶金、原子能、空間模擬等工業(yè)領(lǐng)域和科學(xué)技術(shù)研究中, 為我國(guó)的科技發(fā)展做出了顯著的貢獻(xiàn)。油擴(kuò)散泵具有對(duì)被抽氣體無(wú)選擇性、抽氣速率大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)機(jī)械傳動(dòng)、無(wú)摩擦和操作維護(hù)方便的特點(diǎn), 抽氣原理是利用高速運(yùn)動(dòng)的油蒸汽流與被抽氣體混合進(jìn)行能量交換而達(dá)到抽氣作用的。代表油擴(kuò)散泵技術(shù)水平的主要性能(參數(shù)) 指標(biāo)為: 極限壓力、抽氣速率、臨界前級(jí)壓力、泵液返流率、平均無(wú)故障時(shí)間等。

　　國(guó)內(nèi)直接從事泵的開發(fā)研制、生產(chǎn)的單位主要集中在2 所大學(xué)、1 個(gè)專業(yè)研究所和4 家國(guó)企, 目前有許多公司、企業(yè)通過交流、仿制等辦法參與泵的制造。國(guó)際上油擴(kuò)散泵技術(shù)水平較高的主要代表廠商為L(zhǎng)eybold、BOC Edwards、ULVAC、Pfeiffer (Varian) 等公司, 其產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)都有用戶, 口碑均不錯(cuò)。下面我們對(duì)國(guó)內(nèi)外油擴(kuò)散泵的現(xiàn)狀進(jìn)行比較, 探討今后發(fā)展的方向。

1、分類與特點(diǎn)

　　新國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)將油擴(kuò)散泵分為K 系列(直腔泵)、KT 系列(凸腔泵) 2 個(gè)系列, 主要依據(jù)泵的外形差異進(jìn)行區(qū)別。實(shí)際上市場(chǎng)現(xiàn)存的產(chǎn)品除包括上述2 類外, 還包括KA 系列(直腔矮泵)、KTD 系列(凸腔低返油泵)、KC 系列(寬區(qū)域泵) 等; 按噴帽、噴嘴數(shù)量分有5 級(jí)、4 級(jí)、3 級(jí)等形式。

　　泵系列的演變是隨著我國(guó)科技人員對(duì)油擴(kuò)散泵研究的深入和解決實(shí)際應(yīng)用問題的過程中逐步完善的。例如, 在允許稍許降低泵的抽氣速率指標(biāo)下, 通過合理調(diào)節(jié)泵芯各級(jí)間距, 可以降低泵的高度, 從而減少空間高度, 于是出現(xiàn)了直腔矮泵。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)在泵口尺寸不變的情況下增加泵腔尺寸可以將泵的抽氣速率平均提高30% , 甚至50% , 對(duì)大泵來(lái)說(shuō)也有一定的效果, 我公司新研制的直徑1200 mm 的凸腔泵比直腔泵的抽氣速率提高20% , 由于提速效果明顯, 凸腔泵很快系列化, 并成為油擴(kuò)散泵的主流產(chǎn)品, 廣泛應(yīng)用于各類真空應(yīng)用設(shè)備中。隨著半導(dǎo)體等行業(yè)的發(fā)展, 提出了潔凈真空的要求, 必須嚴(yán)格限制泵液返流率, 甚至要求無(wú)油真空的環(huán)境, 因此只有降低泵本身的返流率并配置合理有效的防返油裝置才能解決問題, 于是凸腔低返油泵系列應(yīng)運(yùn)而生, 該類泵的泵腔、泵芯的設(shè)計(jì)與凸腔泵有明顯的不同, 設(shè)計(jì)參數(shù)突破了原有的選擇范圍, 并不只是簡(jiǎn)單地將水冷擋油帽置于泵腔內(nèi)的結(jié)構(gòu), 實(shí)際表明, 凸腔低返油泵和預(yù)期的效果尚有差距, 需進(jìn)一步改進(jìn)探索。油擴(kuò)散泵在10^-4～ 10^-2Pa 范圍具有穩(wěn)定的抽氣速率, 壓力高于10^-1 Pa 時(shí)抽氣速率降幅非常大, 形成明顯的拐點(diǎn), 使油擴(kuò)散泵與前級(jí)泵不能很好地銜接, 延長(zhǎng)抽氣時(shí)間, 新生的寬區(qū)域泵在不改變泵原有的性能指標(biāo)的情況下, 提高泵在高壓力區(qū)域的抽氣速率, 同時(shí)提高泵的臨界前級(jí)壓力, 使抽氣效率明顯增大。

　　外國(guó)公司的油擴(kuò)散泵一般根據(jù)用途、配套的輔助部件(如擋板) 的不同來(lái)劃分系列:ULVAC 公司分為ULK系列、U、F系和、PFL系列; BOC Edwards 公司按用途分科研、工業(yè)和彩管行業(yè)用泵, 有Standard D IFFSTA IC、Cryocoo led DIFFSTA IC、HT 和EO 系列; Pfeiffer 公司分為DIF 系列和DIFC 系列; Leybold 公司是DIP 系列。各公司一般將科研用泵和工業(yè)用泵、通用型和專用型泵、小口徑泵和大口徑泵區(qū)別開來(lái), 有的公司將泵、阱、閥、冷卻和電控集合為一體, 方便了用戶的使用。外國(guó)公司產(chǎn)品的多樣性體現(xiàn)了國(guó)外產(chǎn)品的人性化設(shè)計(jì)思想和良好的聯(lián)體界面, 豐富產(chǎn)品類型的同時(shí)簡(jiǎn)化了戶使用手續(xù), 降低對(duì)用戶專業(yè)化知識(shí)的要求。

2、極限壓力

　　極限壓力指標(biāo)除了與泵的噴嘴、噴帽的喉部間隙有直接關(guān)系外, 還與泵液的品質(zhì)、一級(jí)冷帽(板、阱) 的溫度、泵的漏率、系統(tǒng)的放氣、泵液冷卻的合理性等因素有關(guān)。

　　國(guó)內(nèi)重點(diǎn)企業(yè)提供的產(chǎn)品性能在該指標(biāo)上基本一致, 能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合格品指標(biāo), 而普通企業(yè)的泵很多達(dá)不到10^-5 Pa, 以至新的推薦標(biāo)準(zhǔn)將合格品指標(biāo)降為1.5×10^-4 Pa。采用普通KS-3 擴(kuò)散泵油的國(guó)內(nèi)知名品牌泵實(shí)測(cè)指標(biāo)大多在5×10^-5 Pa, 甚至可以達(dá)到2.5×10^-5 Pa, 與采用275 硅油泵的實(shí)測(cè)指標(biāo)不相上下。該指標(biāo)國(guó)產(chǎn)知名品牌泵與國(guó)外產(chǎn)品基本一致。如果采用增加冷卻擋板(阱)、使用單餾分高分子量的油作為工作液、泵體采用低放氣量的不銹鋼材質(zhì)和進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間烘烤等手段, 泵的極限壓力至少可以達(dá)到5×10^-6 Pa。

　　國(guó)外公司泵的極限壓力與采用的工作液相對(duì)應(yīng), 有的公司未給出具體的指標(biāo), 只給出泵的抽氣范圍作為參考, 如Pfeiffer 公司。工作液的品質(zhì)對(duì)泵的極限壓力影響非常大, 從Leybold 公司的資料顯示同一型號(hào)的泵采用不同的泵油其指標(biāo)相差可達(dá)2 個(gè)數(shù)量級(jí), 見表1。各公司均給出不同的工作液供用戶選擇, 滿足不同用戶的需要。ULVAC 公司有UL-VAC-D11、ULVAC-D31 等, Leybold 公司有DIF-FELEN 、Silicone 等, BOC Edw ards 公司有San tovac 5、Silicone、Apiezon 系列等。

表1　不同泵油的泵所能獲得的極限壓力Pa

　　如果國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的擴(kuò)散泵油能達(dá)到國(guó)外油的品質(zhì), 從泵的設(shè)計(jì)、制造來(lái)看完全可以達(dá)到甚至超過國(guó)外泵的指標(biāo)。如何提高和豐富泵油的質(zhì)量、品種已擺在石化行業(yè)面前, 從這點(diǎn)可以看出真空技術(shù)對(duì)其它行業(yè)發(fā)展的強(qiáng)烈依賴性。上世紀(jì)九十年代國(guó)內(nèi)一些研究所、企業(yè)(如上海惠豐化工研究所、北京石大中油石油化工技術(shù)有限公司、北京市燕山特種潤(rùn)滑油廠、北京四方特種油品廠等) 已經(jīng)能向市場(chǎng)批量提供各類真空泵油, 豐富了原有的大連、蘭州、甘肅玉門真空泵油的品種, 但擴(kuò)散泵油仍然是水平相當(dāng)?shù)南嗷ブ睾? 與國(guó)外油品的差距并未明顯縮小。泵油性能不穩(wěn)定, 即使同一企業(yè)的不同批號(hào)油的性能也有差異, 直觀上顏色、粘度都不一樣。因此制油企業(yè)的課題和商機(jī)是改進(jìn)加工工藝, 提供穩(wěn)定、高品質(zhì)的油。擴(kuò)散泵油的性能需要滿足以下幾點(diǎn)要求:

　　● 常溫下低的飽和蒸汽壓, 工作溫度下飽和蒸汽壓要盡量高;

　　● 摩爾質(zhì)量或平均摩爾質(zhì)量要大, 最好要高于500 g/mol;

　　● 具有較低的(蒸發(fā)) 汽化潛熱;

　　● 油品潔凈、餾分單一, 不含凝結(jié)物質(zhì)和其它雜質(zhì);

　　● 具有良好的抗氧化性、抗酸堿性和抗輻射性;

　　● 油品性能、質(zhì)量要穩(wěn)定、統(tǒng)一, 各批號(hào)之間的差異要小。

　　表2 提供了一些國(guó)外油的主要性能參數(shù), 該參數(shù)對(duì)泵的性能指標(biāo)有直接的影響。

表2　不同泵液的技術(shù)參數(shù)

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7、綜合參數(shù)指標(biāo)

　　除上述所說(shuō)的指標(biāo)外, 必須完善泵的可操作性和實(shí)用性, 方便用戶的使用。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品除了設(shè)有注、放油口外, 一般無(wú)其它輔助部件。國(guó)外產(chǎn)品一般有液位顯示油標(biāo)、油溫測(cè)量顯示裝置、加熱器控制裝置、加熱器熱屏蔽裝置、冷卻系統(tǒng)控制報(bào)警裝置、快速冷卻裝置等輔助部件。雖說(shuō)增加這些部件難度不大, 但國(guó)內(nèi)沒有幾個(gè)產(chǎn)品設(shè)置, 說(shuō)明老產(chǎn)品的改造不力, 產(chǎn)品的人性化思路沒有深入到設(shè)計(jì)者的思想中。由于加工工藝的原因, 特別是泵芯的加工精度不高, 從而對(duì)泵的裝配、喉部間隙的控制帶來(lái)困難, 使得泵的性能與裝配人員的素質(zhì)有很大關(guān)系, 對(duì)泵油的品質(zhì)、用量非常敏感, 對(duì)運(yùn)輸要求較高。因此除了有色金屬采用旋壓方式外, 還可以把泵芯改為鋼件, 用精加工的方式提高尺寸、形位公差的精度。同時(shí)要非常注意外觀質(zhì)量和加工工藝, 制造出體積小、重量輕、造型美觀的產(chǎn)品。

8、結(jié)論

　　真空行業(yè)是隨著科技進(jìn)步不斷發(fā)展的行業(yè), 各類制造、銷售、代理公司不斷涌現(xiàn), 豐富了真空市場(chǎng)的產(chǎn)品種類, 向用戶提供了大量的國(guó)內(nèi)外設(shè)備, 用戶有了更多的選擇, 激烈的競(jìng)爭(zhēng)降低了設(shè)備實(shí)際價(jià)格,降低了用戶配套成本; 另一方面則是大量低水平、不合格的泵充斥了市場(chǎng), 擾亂了市場(chǎng), 損害了客戶的利益, 最終損害了真空產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展, 降低了與國(guó)外真空產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力, 使一些用戶不得不花費(fèi)數(shù)十倍的價(jià)格進(jìn)口產(chǎn)品。加入WTO , 對(duì)真空行業(yè)來(lái)說(shuō), 既是機(jī)遇, 又是挑戰(zhàn), 如何把握, 已擺在大家面前, 這是一個(gè)不可回避的問題。從油擴(kuò)散泵來(lái)看, 雖說(shuō)在關(guān)鍵指標(biāo)上與國(guó)外差距不大, 通過努力在短期內(nèi)是可以消除的, 但綜合水平國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的差距還是比較明顯的, 有大量的工作需要我們?nèi)プ�。只有建立市�?chǎng)第一、用戶第一的思想, 及時(shí)收集用戶反饋的意見并完善之, 加強(qiáng)校企聯(lián)合, 密切企業(yè)間的合作, 我們相信有能力應(yīng)對(duì)國(guó)外公司的挑戰(zhàn)。