진공 생성

1단계 루츠 펌프의 작동 원리는 4.5장에서 설명된 다단계 펌 프의 작동 원리와 동일합니다. 루츠 진공 펌프에서 두 개의 동기 역회전 로터(4)는 하우징에서 비접촉 회전합니다(그림 4.16 참조). 로터는 8자형 구성이고 좁은 간격으로 서로 그리고 회전자에서 분리되어 있습니다. 이 펌프의 작동 원리 는 유입구(3)에서 출구(12)로 기체를 펌프하고 각각 한 개의 2-톱니 기어를 가진 기어 펌프의 작동 원리와 유사합니다. 한 개의 샤프트가 모터(1)에 의해 구동됩니다. 나머지 샤프트는 기어 챔버 안에 있는 한 쌍의 기어(6)에 의하여 동기화됩니 다. 윤활은 두 개의 베어링과 기어 챔버로 제한되는데, 기어 챔버는 압축 링이 있는 래비린드 실(5)에 의하여 흡입실(8)에 서 밀봉됩니다. 흡입실에서는 마찰이 일어나지 않기 때문에 루츠 진공 펌프는 높은 회전 속도(1,500 – 3,000 rpm)로 작동 될 수 있습니다. 교환 질량이 없으므로 동적 균형에 문제가 없습니다. 이는 루츠 진공 펌프가 고속에도 불구하고 무척 조 용히 작동함을 의미합니다.

설계

로터 샤프트 베어링은 두 개의 측면 커버 속에 배열되어 있습 니다. 이들은 한 쪽 측면에 고정 베어링으로, 다른 쪽 특면에 이동 가능(느슨한) 베어링으로 설계되어 하우징과 로터 사이 에서 불공정한 열 팽창이 가능합니다. 베어링은 스플래시 디 스크에 의해 베어링과 기어로 변위되는 오일로 윤활됩니다. 표준 버전에서 외부로의 구동축 피드스루는 밀봉 오일에 담 근 FPM으로 만들어진 방사상 샤프트 실 링으로 밀봉됩니다. 샤프트를 보호하기 위하여 마모 시 교체 가능한 보호 슬리브 위에 실링 링이 장착됩니다. 외부 용접 밀봉이 요구될 경우, 펌프는캔에 들어 있는 영구 자석 커플링에 의하여 구동될 수 도 있습니다. 이 설계는 10^-6 Pa m³ s^-1 이하의 누출률 Q_I 을 제 공합니다.

배압 펌프

1단계 또는 2단계 회전 날개 펌프 또는 외부 날개 펌프는 오 일 윤활 배압 펌프로 사용됩니다. 나사 펌프 또는 다단계 루 츠 펌프는 건식 배압 펌프로 사용될 수 있습니다. 이와 같은 펌프 조합은 저질공 및 중간 진공 범위에서 높은 펌프 속도를 가진 모든 어플리케이션에서 사용될 수 있습니다. 액체 링 펌 프도 배압 펌프로 사용될 수 있습니다.

기체 순환 냉각 루츠 펌프

루츠 진공 펌프가 대기압에 반하여 작동하도록 하기 위하여 일부 모델은 기체 냉각식이며 과류 밸브가 없습니다(그림 4.17 참조). 이 경우 냉각기(7)를 통하여 출구 플랜지(6)에서 흐르는 기체는 흡입실(4)의 중앙으로 재유입됩니다. 인공적 으로 생성된 이 기체 흐름은 펌프를 냉각시키고, 펌프가 대기 압에 반하여 압축할 수 있게 해줍니다. 기체 진입은 루츠 피 스톤에 의 하여 제어되며, 따라서 모든 추가 밸브에 대한 요 구를 제거합니다. 최종 압력에서 작동 시에도 열 과부하의 가 능성은 전혀 없습니다.

그림 4.17은 기체 순환 냉각 루츠 진공 펌프의 횡단면을 보 여줍니다. 기체 흐름의 방향은 위에서 아래로 수직이며, 유입 구에서 혼입된 액체 또는 고체 입자가 아래로 흐르도록 해줍 니다. 단계 I에서, 챔버(3)가 피스톤 (1)과 (2)의 회전에 의해 열립니다. 기체가 압력 p₁.그림 4.17은 기체 순환 냉각 루츠 진공 펌프의 횡단면을 보 여줍니다. 기체 흐름의 방향은 위에서 아래로 수직이며, 유입 구에서 혼입된 액체 또는 고체 입자가 아래로 흐르도록 해줍 니다. 단계 I에서, 챔버(3)가 피스톤 (1)과 (2)의 회전에 의해 열립니다. 기체가 압력 p₂, 로 채워지고 기체는 압력 플랜지 방향으 로 유입됩니다. 초기엔 흡입 부피가 루츠 피스톤의 회전 이동 으로 변하지 않습니다. 기체는 유입 냉각 기체에 의해 압축됩 니다. 루츠 피스톤은 이제 회전을 계속하고(단계 IV), 이런 이 동이 냉각기(7) 위의 압축된 기체를 압력 p₂ 에서 방전 측면으 로 밀어냅니다(단계 V).

에서 방전 측면으 로 밀어냅니다(단계 V).

압축비는 다음 두 가지에 의하여 부정적인 영향을 받습니다.

• 피스톤과 하우징 사이의 틈새로 역류

• 출구 측면의 피스톤 표면에 흡착함으로써 퇴적되었다 흡 입 측면을 향하여 회전한 후 재탈착되는 기체

출구 압력이 10^-2 ~1 hPa인 경우, 분자 흐름이 실 틈새에서 우 세하게 일어나 낮은 전도성으로 인해 역류가 감소합니다. 그 러나 흡착을 통해 다시 유입되고 배출된 기체 부피에 비해 비 교적 높은 기체의 부피는 압축비를 감소시킵니다.

K₀ 는 1~10 hPa 범위에서 가장 높습니다. 왜냐하면 밀봉 틈 새에서의 분자 흐름이 펌프의 낮은 유입구 압력으로 인해 우 세하고 따라서 역류가 낮기 때문입니다. 흡착을 통한 기체 이 송은 압력과 관계가 없기 때문에 펌프 속도에 의해 전달되는 압력 비례 기체 흐름보다 덜 중요합니다.

0 hPa를 초과하는 압력에서는 층류 흐름이 틈새에서 일어 나고 층의 전도성은 크게 증가하여 압축비를 감소시킵니다. 이 효과는 대략 K₀ = 10 인 압축비를 달성하는 기체 냉각 루 츠 펌프에서 특히 주의해야 합니다.

틈새 폭은 압축비에 커다란 영향을 미칩니다. 하지만 피스톤 과 하우징은 열 팽창이 서로 다르기 때문에 로터-회전자-접 촉을 피하기 위하여 일정한 최소 값 이하로 떨어져서는 안 됩 니다.

낮은 압축비로 인하여 루츠 펌프는 항상 진공 생성을 위한 펌 프 조합으로써 작동되어야 합니다. 이 펌프가 도달 가능한 최 종 압력은 선택된 배압 펌프의 최종 압력과 관계가 있습니다. 흡착을 통한 기체 이송으로 인하여 10^-4 hPa 이하의 범위에 서 루츠 펌프를 사용하는 것은 더 이상 실용적이 아닙니다. 다양한 배압 펌프에서 펌핑 스테이션의 펌프 속도와 최종 압 력 행동은 그림 4.19에 나와 있습니다. 곡선은 이런 종류의 펌프 조합의 펌프 속도가 8의 인수만큼 상승하며 최종 압력 이 배압 펌프에 비해 15의 인수만큼 감소함을 보여줍니다.

액체 링 진공 펌프

액체 링 진공 펌프는 배압 펌프 오일을 화학적으로 공격하고 분해하거나 증기압이 너무 낮아 기체 밸러스트가 있음에도 불구하고 배압 펌프에서의 응축을 피할 수 없는 증기를 추출 하는 데에 적합한 솔루션입니다. 그러나 이 펌프는 작동 유체 의 증기압에 의해 결정되는 최종 압력에만 도달합니다. 15°C 의 물이 사용될 경우, 액체 링 진공 펌프에서 약 20 hPa의 최 종 압력이 예상될 수 있으며, 이 압력은 이미 공동화 범위에 서 작동 중입니다. 공동화는 펌프의 최종 압력 근처에서 일어 납니다. 작동 유체는 유입 축면에서 증발하고, 증기 거품은 압력 측면에서 갑자기 사그라듭니다. 이것이 장기간에 걸쳐 펌프를 망가뜨립니다. 공기 공급을 통하여 공동화 없는 상태 에서 작동하는 액체 링 펌프는 약 25~30 hPa의 최종 압력에 도달하며, 루츠 펌프와 액체 링 펌프의 조합은 약 1 hPa의 압 력에 도달합니다. 액체 링 펌프는 환경적으로 해로운 물질을 내보낼 때 신선한 물과 함께 사용되어서는 안 됩니다. 이 경 우에는 압축 열을 추출하기 위하여 적합한 작동 유체를 냉각 열 교환기로 유입시키기 위하여 닫힌 순환 체계가 제공되어 야 합니다.

기체 분사 장치가 있는 액체 링 진공 펌프

루츠 진공 펌프와 기체 분사 장치와 액체 링 진공 펌프를 조 합하면 0.2 hPa의 최종 압력에 도달합니다. 더 낮은 압력에 도달해야 한다면 추가 루츠 진공 펌프가 업스트림에 연결되 어야 합니다.

기체 순환 냉각 루츠 진공 펌프

루츠 진공 펌프는 기술적으로 건식 펌프이기 때문에 액체 밀 봉 흡입실이 있는 펌프를 사용할 수 없을 때 이 펌프의 사용 이 바람직합니다.

이 펌프의 어플리케이션에는 다음이 포함됩니다.

• 저온 유지 장치에서 헬륨의 추출 및 압축

• SF₆의 추출 및 압축

• 매우 다양한 공정에서 매우 다양한 기체 및 증기의 청정 회복(예: 증류)

• 분자 여과기 등 비우기

• 닫힌 루프 시스템에서 독성 물질의 펌프 다운 및 재순환

• 초대형 용기의 비우기

기체 냉각 루츠 펌프를 사용한 루츠 펌핑 스테이션은 매우 다 양한 유입구 특성과 함께 구성될 수 있습니다. 극단적인 경우 에는 1,000 hPa~10^-3 hPa의 전체 압력 범위를 통하여 현실 적으로 일정한 펌프 속도에 도달하는 것이 가능하고, 개별 펌 프 단계는 2:1~3:1의 비율로 선택될 수 있습니다. 하지만 이 를 위해서는 루츠 진공 펌프에 따라서 강력한 모터가 장착되 어야 하고, 대기에 대해 과류 밸브 대신 출구 밸브가 제공되 어야 합니다.

나사 펌프

HeptaDry 나사 펌프를 사용하면 100~600 m³ · h^-1 의 펌프 속 도를 제공하는 기술적으로 건식 펌프의 완전한 라인을 사용 가능합니다. 독립형(그림 4.4 참조)인 이 펌프는 저진공 및 중 간 진공 부문의 확장된 압력 범위를 포괄합니다. 내부 압축으 로 인해 0.1~1,000 hPa의 전체 유입구 압력 범위를 통하여 비교적 낮은 구동 전원으로 계속 작동할 수 있습니다. Okta- Line 루츠 펌프와 조합하면 5 · 10^-3 hPa의 최종 압력에 도달 하는 것도 가능합니다.

다단계 루츠 펌프

ACP 범위의 다단계 루츠 펌프는 펌프 속도가 최대 285 m³ · h^-1 인 소형 펌핑 스테이션에 적합합니다. ACP 배압 펌프와 루츠 펌프를 조합하면 최대 5 · 10^-3 hPa의 최종 압력에 도달 하는 것이 가능합니다.

루츠 펌핑 스테이션의 부식성 기체 버전은 4.6장에 설명되어 있습니다.

루츠 펌프는 다음과 같이 많은 다른 버전에 공급될 수 있습니 다.

• 샤프트 실 링과 주철 하우징이 있는 표준 펌프

• 자석 커플링과 주철 하우징(M 시리즈)이 있는 용접 밀봉 표준 펌프

• 샤프트 실 링(G 시리즈) 또는 자석 커플링이 있는 기체 순 환 냉각 루츠 펌프

• 폭발 가능성이 있는 환경 및 폭발성 기체의 변위에 적합한 루츠 펌프(ATEX 시리즈)

4.7.3.1 표준 펌프

표준 펌프의 특징적인 성능 데이터는 표 4.19에 나와 있 습니다. 이 성능 데이터는 다른 모든 시리즈에도 적용됩니다. 최대 차압은 과류 밸브와 관계가 있습니다. ATEX 시리즈에 서는 ATEX 가이드라인에 지정된 온도 요구조건을 충족시키 기 위하여 이 최대 차압이 다른 시리즈의 차압보다 더 작습니 다. 이 펌프들의 하우징은 GG 주철로 제조되어 100 kPa의 과압에서 검사됩니다. 대기 방향 실은 방사상 샤프트 실 링으 로 구성되어 있습니다. 표준 펌프는 높은 압축비 뿐만 아니라 튼튼한 소형 설계가 특징이며, 펌프 조합 시 소형 배압 펌프 와 함께 높은 펌프 속도를 내며, 따라서 펌프 다운 횟수가 적 습니다. 수직 방향 흐름은 이 펌프를 대체로 먼지와 액체에 둔감하게 만듭니다.

4.7.3.2 자석 커플링이 있는 표준 펌프

M 시리즈는 밀봉 시 가장 요구조건이 가장 업격하고 가장 긴 서비스 간격을 요구하는 공정에 사용될 수 있습니다. 대부분 의 경우 이 시리즈는 표준 시리즈와 동일하지만 방사상 샤프 트 실 링 대신 용접 밀봉된 자석 커플링이 있다는 것이 추가 적인 특징입니다. 이것은 작동 시 현실적으로 마모가 없음을 의미합니다. 펌프의 전체 누출률은 1 · 10^-6 Pa · m³ · s^-1 미만 입니다. 그래서 오일 누츨 가능성이 없으며, 공정 기체와 환 경 사이엔 어떤 교환도 없습니다. M 시리즈 표준 펌프는 표 4.19에 나와 있는 모든 어플리케이션에 적합합니다. 그렇지만 이 펌프는 최고 청정 기체 어플리케이션(예: 반도체 산업의 CVD 및 PVD 공정 또는 부하 락/이송 챔버 비우기 및 평면 스크린 생산) 뿐만 아니라 유독성 기체의 배출을 위한 산업/화학 어플리케이션에도 채용될 수 있습니다. M 시리즈 는 범위가 250 m³ · h^-1 ~6,000 m³ · h^-1 인 크기에서 사용 가능 합니다.

4.7.3.3 폭발 보호 펌프

ATEX 시리즈는 폭발 가능성이 있는 환경의 공정 또는 폭발 성 기체의 비우기에 사용 가능합니다.

ATEX 시리즈는 500 m³ · h^-1 ~4,000 m³ · h^-1 의 펌프속도로 사 용 가능합니다. 이 시리즈는 PTFE 밀봉이며 GGG 40.3 구상 흑연 주철로 만들어졌습니다. 이 시리즈는 고시 94/9/EC, 카 테고리 3G, 그룹 IIB, 온도 등급 T3 X를 충족시킵니다.

일반적으로 말해 안전한 펌프 작동(예: 가동 및 폐쇄 절차, 특 수 배압 펌프, 플래시백 피뢰기, 압력 감지기)에 추가 측정 및/또는 구성품이 요구됩니다. 전체 시스템은 적절한 폭발 보 호 규정을 준수하여 설계 및 작동되어야 합니다.

4.7.3.4 기체 순환 냉각 루츠 펌프

기체 순환 냉각 루츠 퍼프는 배압 펌프 없이 작동될 수 있습 니다. 커다란 압력 범위와 매우 높은 차압은 이런 유형의 펌 프를 위한 이상적인 사용입니다. 높은 차압에서 연속 사용이 가능합니다. 왜냐하면 압축에 의해 가열된 기체가 압력 측면 에서 냉각되어 부분적으로 흡입실로 되돌아가기 때문입니 다. 그래서 기체 냉각기와 조합하여 사용되면 대기압에서의 작동에 적합합니다. 기체 순환 냉각 루츠 펌프는 500 m³ · h^-1 (18.5 kW 구동 전원)에서 최대 8,000 m³ · h^-1 (200 kW 구 동 전원)까지의 크기에서 사용 가능합니다.

플린터 쉴드 삽입은 모든 OktaLine 시리즈 루츠 펌프에 부 속품으로 제공됩니다.

기어 장치와 베어링 윤활을 위한 다음 오일들은 윤활제로 사 용 가능합니다(표 4.11 참조).

• 광유 P3(0.5 l~200 l 용기)

• 퍼플루오르폴리에터 F5(0.5 l~50 l 용기)

• 다이에스테르 오일 D1(0.5 l~200 l 용기)

주의: 다른 종류의 오일이 혼합되어서는 안 됩니다. 펌프는 이런 유형의 오일 중 하나가 주입될 준비가 되어 있습니다.

많은 루츠 펌프가 펌프 조합에서 설치되기 때문에 다음 부속 품을 필요에 따라 통합하는 것이 가능합니다.

• 전기 제어기

• 온도 및 압력 측정 기기 장치

• 압력 조절 시스템

• 열 교환기 및 콘덴서

• 실내 및 실외 설치용 방음 캡슐화

• 소음기

• 먼지 분리기

• 플러싱 장치

• 진동 분리

• 액체 분리기

• 기어 챔버 비우기

• 밀봉 기체 공급

측정 연결

많은 루츠 펌프의 경우 펌프의 유입구 및 압력 측면에서 측정 연결을 사용하는 것이 가능합니다. 이렇게 하면 기존 잠금 나 사가 소형 ISO KF 플랜지 조합으로 교체될 수 있습니다. 또 적절한 온도 센서와 압력 센서가 펌프 모니터링을 위하여 연 결될 수 있습니다.

밀봉 기체 연결

용제 또는 반응 기체를 배출할 때는 윤활제가 응축의 결과로 상당히 희석될 위험이 존재합니다. 반응 기체 또는 증기는 기 어 챔버의 부품을 공격할 수도 있습니다. 대부분의 경우 이런 위험은 작업 공간과 기어 챔버 사이의 샤프트 피드스루 영역 으로 밀봉 기체를 유입시킴으로써 피할 수 있습니다. 주로 질 소(N 2 )인 불활성 기체는 밀봉 기체로 사용됩니다.

기어 챔버 비우기

대형 루츠 진공 펌핑 스테이션이 짧은 사이클 타임에 일정한 압력에 도달해야 하는(빠른 비우기) 모든 공정의 경우, 각 챔 버의 개별 진공 펌프에 의하여 오일 분리기를 경유하여 루츠 펌프의 기어 챔버를 펌프 다운하는 것이 실용적입니다. 이것 은 기체가 기어 챔버 밖으로 흘러 나가 흡입실로 흘러 들어가 는 것을 방지함으로써 원하는 작업 압력에 더 빠르게 도달하 게 해줍니다. 원하는 작동 압력은 기어 챔버를 루츠 펌프의 배압 진공 측면으로 연결하는 것이 가능한지 아닌지를 결정 합니다.

플러싱 장치

플러싱 장치는 흡입실에서 퇴적물이 형성되는 공정에 사용 될 수 있습니다. 이 장치의 설계는 특수한 요구조건을 기초호 해서 고객과 개별 조정됩니다. 포준 펌프의 플러싱 장치는 플 러싱 액체가 베어링 또는 기어 챔버에 도달하는 것을 방지하 기 위하여 밀봉 기체의 사용을 요구합니다.

표면 보호

펌프 매개체가 부식성일 경우 제품과 접촉하는 구성품은 내 구성이 있는 표면 보호가 제공될 수 있습니다. 플라스마 폴리 머 박층 시스템은 접착제층, 부식 보호층, 비접착 코팅으로 구성됩니다. 층의 두께는 1 m m 미만입니다. 요구가 있으면 흡입실은 인산엽화되고, 질소로 환기되고, 단기 표면 보호를 제공하기 위하여 진공 밀봉됩니다(창고 저장 및 수송).

실

루츠 진공 펌프는 FKM으로 만들어진 오링이 공장에서 장착 된 제품입니다. 특수 어플리케이션의 경우 모든 펌프는 각각 의 어플리케이션에서 필요한 특정한 오링 또는 실이 장착될 수 있습니다.

파이퍼 베큠은 표준 펌프에 건식 펌프의 한 종류 뿐만 아니라 오일 윤활된 1단계 및 2단계 회전 날개 펌프를 공급할 수 있 습니다. 자세한 내용은 242쪽의 3.1장을 참조하십시오

표준 펌핑 스테이션 이외에도 파이퍼 베큠의 진공 시스템 그 룹은 고객 맞춤형 펌핑 스테이션(루츠 펌핑 스테이션 및 터보 펌핑 스테이션)을 설계 및 제조합니다.