新一代分子泵—徑流分子泵簡介
一、項目背景
真空技術提供了除太空之外最清潔的環(huán)境,現(xiàn)已成為眾多高新科技產業(yè)(如太陽能電池、LED、液晶顯示屏和冷凍干燥等)和重大科研裝備(加速器、可控核聚變等)的技術基礎,真空產業(yè)已成為與國家科技實力息息相關的重要產業(yè)。
然而,真空產業(yè)存在如下難題,影響了產業(yè)的快速發(fā)展:
1.油蒸汽污染。油蒸汽污染是影響真空產品質量的第一要素,目前,廣泛使用的真空泵都是有油泵,均存在油蒸汽污染。
2.能耗高。真空產業(yè)是一個高能耗產業(yè)。以大型高真空設備為例,每套設備平均能耗20萬度/年,按我國在用大型設備10萬套測算,耗電總量超過200億度/年。
3.中真空抽氣瓶頸
中真空是目前真空產業(yè)中最具發(fā)展?jié)摿Φ膮^(qū)段,然而,在該區(qū)段,粗真空泵和高真空泵均不能有效運行,只能采用體態(tài)粗笨、高能耗的羅茨泵抽氣,形成抽氣瓶頸。
目前,應對油蒸汽污染和高能耗難題,普遍采用分子泵,取得了一定成效,然而,分子泵仍存在如下缺點。
● 運行前需抽至幾Pa,正好是返油最大的區(qū)段,粗抽泵的油蒸汽污染依舊存在。
● 分子泵的前級泵,能耗仍然很高。
● 分子泵轉子采用渦輪結構(圖1),易發(fā)生打片損壞。
對于中真空抽氣瓶頸難題,至今尚無有效應對措施。
二、新一代分子泵—徑流分子泵
徑流分子泵(簡稱徑流泵)是深圳大學在分子泵理論研究取得重大突破的基礎上,由深圳市摩爾真空技術有限公司開發(fā)成功的新一代真空泵,該泵具有結構簡單(圖2)、能耗低、無油蒸汽污染和兼有強勁的中真空抽氣能力,一舉攻克了真空產業(yè)的三大難題。
圖1 分子泵的渦輪轉子 圖2 徑流泵的平圓盤轉子示意圖
三、徑流泵與傳統(tǒng)真空泵的性能比較
● 徑流泵與分子泵相比,高真空性能大體持平,最高工作壓強高出分子泵十倍。
● 徑流泵與相近尺寸的羅茨泵相比,中真空抽速全面超越羅茨泵,其中,在低壓等離子體放電區(qū)段(0.1~30Pa),抽速高出羅茨泵7~100倍,能耗不到羅茨泵1/3。
● 徑流泵與抽速相近的羅茨泵相比,重量不到羅茨泵的1/10,能耗不到1/15。
徑流泵的問世,將開創(chuàng)真空產業(yè)的新時代。
四、徑流泵的創(chuàng)新點
● 結構創(chuàng)新:徑流泵采用平圓盤轉子取代傳統(tǒng)分子泵的渦輪轉子,攻克了分子泵易打片損壞的一大缺陷。
● 性能創(chuàng)新:在低壓等離子體放電的主要區(qū)段0.1~30Pa一臺徑流泵能取代幾臺~幾十臺羅茨泵。
● 抽氣工藝創(chuàng)新:不需要干泵,即可獲得十分清潔的無油真空,大幅度降低了無油真空的費用,為無油真空進入工業(yè)應用領域掃清了障礙。
● 徑流泵從理論創(chuàng)立、結構發(fā)明、直至產品轉化,均由我國獨立完成,是一項富有原創(chuàng)性的科技成果,對提升我國真空產業(yè)的自主創(chuàng)新能力發(fā)揮積極作用。
● 徑流泵具有獨立、完整、自主的知識產權(發(fā)明專利4項)。
徑流泵已于2015年1月通過廣東省科技廳組織的成果鑒定,評審委員會對該項目給予“從完善理論、提出新結構、樣機研制、產品轉化,均自主獨立完成,是富含原創(chuàng)性的科技成果”的高度評價。
五、電弧鈦泵的典型應用
徑流泵主要用于中、高真空設備,以及連續(xù)鍍膜生產線,取代羅茨泵、擴散泵和分子泵,簡化真空系統(tǒng)結構、提高產品質量、提高產能、降低能耗和運行成本,顯著提高經濟效益。徑流泵的典型應用如下:
● 重離子加速器,獲得了能與液氮冷阱+干式泵機組媲美的清潔無油真空,被譽為“技術達到國際領先水平”(詳見甘肅省科技廳甘科鑒字[2010]第361號)。
● 連續(xù)鍍膜生產線:簡化抽氣系統(tǒng)結構,提高鍍膜壓強,提升產能30%和降低能耗。
● 石英管脫羥爐:消除了油蒸汽在石英管壁上留下的微量污痕,質量超越國外高檔石英管,該用戶已成為PHILIPS、GE和OSRAM等國際知名廠商的指定供應商,利潤大幅度提高。
● 分子蒸餾:膽固醇的純度由65%提高至95%,產品由飼料級提升至制藥級,“打破了國際三家NF級膽固醇生產商技術壟斷,使得公司維生素D3主要原材料實現(xiàn)自我供應,擺脫了對國際供應商的依賴”,產品盈利連翻幾番。
● 真空爐:獲得清潔無油真空,節(jié)省抽氣能耗60~80%
六、社會、經濟效益
1.徑流泵從理論創(chuàng)立、結構發(fā)明、直至產品轉化,均由我國獨立完成,對提升我國真空產業(yè)的自主創(chuàng)新能力發(fā)揮積極作用。
2.徑流泵無需干式泵,即可獲得十分清潔的無油真空,大幅度降低了無油真空的費用,為無油真空進入工業(yè)應用掃清了障礙。
3.徑流泵具有強勁的中真空抽氣能力,一臺能取代幾臺~幾十臺羅茨泵,攻克了中真空抽氣瓶頸難題,為高端中真空產業(yè)的快速發(fā)展。
4.徑流泵節(jié)能顯著,平均節(jié)能70%,我國真空產業(yè)全面推廣應用,節(jié)電總量將達150億度/年,相當于2套大型百萬kW的核電機組的全年發(fā)電量。
5.徑流泵已具備攻克當今真空產業(yè)三大難題的技術能力,加速徑流泵產業(yè)化和推廣應用的步伐,將對真空產業(yè)的升級換代發(fā)揮積極貢獻。