真空的世界--不断发展壮大的真空技术应用

文章来源:《流程工业》杂志 发布时间:2010-07-05

 

 


“我们准备有更大的增长。”——Manfred Bander先生,Pfeiffer Vacuum真空技术公司总经理。

 


“Edwards公司提供的真空泵产品不只在生物燃料生产过程中能够与水和能源进行竞争。”——Marinella Varallo博士,Edwards公司工业销售总监。

 

真空泵领域正在发生着什么?本刊记者就这一领域当前的发展趋势和新的市场动向进行了跟踪调查,得出的结论是:“真空”领域,有着巨大的吸引力。

真空技术使用属于传统的横向联合技术,工业和手工业企业都可以利用真空技术进行产品的包装、干燥、吸取和定位。某些以流程工艺技术为主的生产过程必须在真空条件下运行,因为较低的气压非常有利于对温度敏感的产品的生产。在真空分馏塔中,还有可能分离共沸混合气。但是,要采用真空技术首先要“制造出真空”,这时真空泵就能够充分发挥作用了。在详细论述真空泵之前,还有一些问题需要解释清楚。何时应该达到什么样的最终真空压力?有多大的体积?必须考虑使用时特殊的工作参数吗?哪一种压缩原理最适合特定的应用场合?真空技术与工程的领先者Busch公司介绍说,对这些问题的回答有着不同的解决方案。

Vacuubrand公司也是这样认为的:生产流程速度和质量与使用的真空源有着极大的关系,也就是说,与真空的种类、真空的生产方式和调节方式有着密切的关系。知道这些,对于一个生产和提供真空技术的企业非常重要。

为了对真空技术领域有更好的理解,业内人士通常将真空压力分为四个等级:

粗真空:103~1mbar(例如:真空包装);

细真空:1~10-3mbar(例如:装饰性涂层);

高真空:10-3~10-7mbar(例如:超薄涂层太阳能电池设备和环境分析仪器);

超高真空:10-7~10-12mbar(例如:模拟太空环境和科学研究)。

而真空技术中最有意义的应用领域是半导体技术领域,这一领域中采用的真空技术设备占全部真空技术设备的40%左右。在计算机芯片的生产制造中,真空压力的范围通常是高真空的压力范围,在10-3~10-7mbar之间。只有在这样纯净的大气环境中才能生产出100%合格的芯片。

在谈到相对较新的应用领域时,非蓬勃发展的太阳能技术领域莫属。在表面涂层和表面净化技术领域,真空技术长期以来一直占有接近9%的份额。

 


世界真空泵零部件市场的年销售额高达45亿美元,而且还在年年增加。

 

期望涡轮泵有更大的增长

在粗真空和细真空技术领域,Pfeiffer Vacuum公司认为:曲柄活塞式真空泵和罗茨转子真空泵以及干式真空泵有着很好的前景。在制造高真空和超高真空时,涡流分子真空泵是理想的选择。罗茨转子泵是Pfeiffer Vacuum公司的主要产品,也是该公司最先研发成功的产品,有着多种多样的变型品种:从小型的和世界上结构最紧凑的抽吸量为11L/s的分析工业用真空泵变型品种到大型的、适合于在表面涂层加工和半导体工业企业中使用的3000L真空泵等等,应有尽有。

该公司还加大了涡轮泵领域的生产,Pfeiffer Vaccum公司总经理Manfred Bender先生说道:“在2008年夏季新的物流中心投入使用后,紧接着就是泵组件生产车间的改造和涡轮泵附件生产车间的建造,从而使我们在涡轮泵生产领域中的增长继续保持良好的势头。2008年度,我们共计投入56亿欧元用于扩建和改造,2009年还将继续在这方面投资。”在他看来,“德国在这一技术领域中还是比较薄弱的,在这样的环境中研发和生产高技术、高质量的产品是有着良好前景的。”

直接内部水冷的压缩机螺杆

韩国的真空压缩机生产企业Dongbang公司研发生产了干式运行的EVAP系列螺杆真空泵。据生产厂家介绍,这种独一无二的螺杆式真空泵采用了直接内部水冷技术对螺杆进行冷却。在化工领域、石油化工和制药行业生产领域使用时(蒸发、冷凝、冷冻干燥、蒸馏、除味、除气、吸收和浸渍)有着独特的优点。Hermetic公司在欧洲许多国家和地区负责这种真空泵的销售、维修和技术服务。

EVAP是一种单级的、干式运行的、非接触式的螺杆真空泵,其工作原理是两根平行的螺杆沿着相反的旋向旋转,同步传动齿轮保证两根螺杆相互位置的准确。在转子之间和转子与泵体之间,有着规定的间隙。泵腔内既无油,也没有水。经离合器,将驱动功率传递到驱动轴处。所有与气体接触的零部件都涂覆了特殊的防锈涂层。

据生产厂家介绍,这种申请了专利技术保护的螺杆内部水冷技术具有下列优点:

螺杆不因温度影响而发生膨胀;

达到最终真空状态时的发热小,表面温度低;

压力测碎裂倾向小,因为表面温度低于150℃;

表面温度较低,因此表面涂层不受损伤。

生物燃料生产过程中的真空技术

真空技术一个非常令人感兴趣的应用领域是在生物燃料生产过程中的应用,即在第一代和第二代生物燃料生产过程中的应用。对此,Edwards公司的工业销售总监Marinella Varallo博士解释说:“Edwaerds公司能够为第一代和第二代生物燃料产品的甲醇回收和乙醇提纯提供成套设备。
这包括传统的液环真空泵以及干式运行的CDX系列用于生物燃料生产的真空泵。其中,CDX系列的真空泵在使用过程中具有能源消耗低、不消耗水资源和占用空间小等优点,符合生物燃料生产企业的要求。”

其他研发项目

 


由Dongbang公司研发生产的EVAP系列干式运行螺杆真空泵采用了内部直接水冷的螺杆。

 

恶劣工况下使用的真空泵

Vacuubrand公司研发生产的NT系列化工真空泵家族具有功率大、运行平稳、免维护和设计独特等特点。同时,它也达到了原来老系列产品的可靠性和稳定性水平。在恶劣的使用环境中,例如在化工企业和制药企业的应用中,该系列的真空泵能够在真空监控器CVC3000的帮助下经真空系统和化工泵系统进行真空调节。

无需在工作空间内进行润滑

Gardner Denver公司研发设计的S-VSI Twister螺杆转子泵使得在工作区域内真空泵的润滑成为多余,也就是说无需在处理污染的机油方面增加投资。据生产厂家介绍,这种新产品的其他优点还包括:抽真空时间短,压缩发热温度低,很高的水蒸发性能和良好的吸取性能。从经济性的角度来看,很高的效率和可变转速是最重要的。该系列真空泵可以实现的真空度为0.1mbar。

干式运行的隔膜泵

粗真空和细真空范围内的干式运行真空泵在新产品研发、实验室和工业生产领域中有着重要的作用。在上述应用领域中,Ilmvac公司都能提供适合的产品。为适用不同化学和物流性质的要求,他们生产的隔膜泵可使用不同的原材料制作膜片,吸取能力在0.3~16m3/h;最终真空压力可达75mbar~<1mbar。同时,Ilmvac公司的隔膜泵还有符合Atex安全防爆技术规范的型号。

 


法兰直径达1.4m的制冷泵的外形给人留下深刻的印象。

 

液环真空泵

Sterling Sihi公司也生产液环真空泵:有单级和双级液环真空泵,抽吸能力可至12 000m3/h,抽取压力在33~1013mbar之间。最新研发的LPH X系列的电动机频率为50Hz或者60Hz。除了液环真空泵传统的优点,如等温压缩、无油真空、低噪音运行和高使用灵活性以外,LPH-X系列的液环真空泵还有下列优点:

模块式的结构设计(装配和拆卸简单,配件费用低);

结构紧凑(节省空间);

零部件数量少(可用性能高,规划期短);

轴用密封件更换简单(维护保养时间短)。

大功率制冷泵

2008年4月,Oerlikon Leybold真空泵公司首次在公司驻地德来斯顿为印度客户生产了功率为60 000L/s的制冷泵。据生产厂家介绍,这一功率远远领先于其他公司的产品。其直径尺寸达1.4m的连接法兰也在外观上给人们留下了深刻的印象。制冷泵主要应用领域是真空镀膜技术、真空炉、物理实验室以及在太空环境模拟。真空泵利用的是气体能够在极冷的表面冻结这一物理原理,在制冷泵中,温度被降低到了-253℃以下。

小结

真空泵的市场非常活跃,世界范围内真空泵市场的销售收入大约在45亿美元左右,而且每年还在保持增长。仅从2004年到2006年的三年期间,每年的增长率都超过了8%。国际真空技术组织(ISVT)的发言人Stephen Ormrod博士说,这一市场中几乎一半的产品销往亚洲。

干式还是湿式

在油封的真空泵中,机油会带来很大的热负荷、机械负荷和化学负荷。因此,真空泵技术领域的工程技术人员用其研发设计的干式运行真空泵对此做出了回答。人们会认为:也许从此彻底解决了油封式真空泵的问题。但事实正如Ilmvac公司所指出的那样:已经多次被宣布“死亡”的老式真空泵技术还有着顽强的生命力,而且看起来它们还将继续生存下去。Ilmvac公司认为:两种系统,无论是油封的真空泵还是干式运行的真空泵,都有自己生存的领域,而且这种生存领域与真空泵的使用范围和用户的投资有着密切的关系。

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