全面深入的工作原理解析

ULVAC DAP-6D 是一款精密的干式真空泵，其設(shè)計(jì)哲學(xué)是在不使用工作流體（如油或水）的情況下，通過機(jī)械方式產(chǎn)生潔凈的真空。其“二段式"和“隔膜型"是兩個(gè)最關(guān)鍵的特征。

一、 核心工作單元：隔膜泵的微觀工作機(jī)制

首先，我們需要理解一個(gè)最基本單級(jí)隔膜泵是如何工作的。它本質(zhì)上是一個(gè)容積式泵，通過周期性改變泵腔的容積來吸入和排出氣體。

關(guān)鍵部件：

• 隔膜： 通常由不銹鋼或特種復(fù)合材料制成，作為一個(gè)柔性的、動(dòng)態(tài)的活塞使用。它將機(jī)械驅(qū)動(dòng)部分與泵腔隔離，這是實(shí)現(xiàn)“干式"和“潔凈"的關(guān)鍵。

• 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)： 由電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)精密的偏心輪或曲柄連桿機(jī)構(gòu)，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為隔膜的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

• 泵腔： 由隔膜、泵體和閥門組成的一個(gè)密閉空間，其容積會(huì)隨著隔膜的運(yùn)動(dòng)而變化。

• 氣閥系統(tǒng)： 包括進(jìn)氣閥和排氣閥，它們都是單向閥（通常是柔性的瓣閥或金屬閥）。它們的開閉由泵腔內(nèi)部與進(jìn)出口之間的壓力差來自動(dòng)控制，無需額外的機(jī)械裝置。

一個(gè)完整的工作循環(huán)（Cycle）：

1. 吸氣階段（Induction Stroke）:

• 動(dòng)作： 電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪，推動(dòng)連接桿使隔膜向下彎曲（遠(yuǎn)離閥門板），泵腔容積迅速增大。

• 氣壓變化： 泵腔內(nèi)壓力瞬間降低，形成低于進(jìn)口壓力的真空度。

• 閥門動(dòng)作： 壓力差使進(jìn)氣閥打開（外部大氣壓或前級(jí)壓力將閥門瓣壓向泵內(nèi)），同時(shí)排氣閥緊緊關(guān)閉（被排氣口外側(cè)的大氣壓壓住）。

• 結(jié)果： 被抽容器中的氣體通過進(jìn)口管道被吸入正在膨脹的泵腔中。

2. 排氣階段（Discharge Stroke）:

• 動(dòng)作： 電機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)隔膜向上回程運(yùn)動(dòng)（向閥門板方向彎曲），泵腔容積迅速減小。

• 氣壓變化： 泵腔內(nèi)的氣體被壓縮，壓力急劇升高。

• 閥門動(dòng)作： 當(dāng)泵腔壓力超過排氣口背壓（通常是大氣壓）時(shí)，高壓氣體將排氣閥頂開，同時(shí)進(jìn)氣閥被關(guān)閉（被泵腔內(nèi)的高壓氣體壓向閥座，密封住進(jìn)口）。

• 結(jié)果： 被壓縮的氣體通過打開的排氣閥被強(qiáng)行排出到大氣中。

電機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這兩個(gè)階段便周而復(fù)始，像人的心臟和肺一樣“呼吸"，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)抽氣。

二、 “二段式"設(shè)計(jì)的精髓：為何要串聯(lián)？

一個(gè)單級(jí)隔膜泵受限于其結(jié)構(gòu)和壓縮比，極限真空度通常只能達(dá)到幾托（Torr）或幾十帕（Pa）的水平。為了獲得更高的真空度（更低的壓力），DAP-6D采用了兩級(jí)串聯(lián)的設(shè)計(jì)。

兩級(jí)泵室如何協(xié)同工作：

• 第一級(jí)（初級(jí)段， Low-pressure Stage）：

• 它直接與被抽的真空腔室相連，負(fù)責(zé)處理從大氣壓開始的大部分氣體。

• 它將氣體從較高的壓力（如大氣壓）壓縮到一個(gè)中間壓力。

• 這一級(jí)的特點(diǎn)是吞吐量大，負(fù)責(zé)主要的抽氣任務(wù)。

• 第二級(jí)（高壓段， High-pressure Stage）：

• 它的進(jìn)口與第一級(jí)的排氣口相連。注意，第一級(jí)排出的氣體不是直接排入大氣，而是被導(dǎo)入第二級(jí)的進(jìn)口。

• 第二級(jí)將第一級(jí)送來的、已經(jīng)處于中間壓力的氣體再次壓縮，直到其壓力足夠高到能夠克服大氣壓，最終通過自己的排氣閥排入大氣。

• 這一級(jí)的特點(diǎn)是致力于達(dá)到高的壓縮比，負(fù)責(zé)攻克最后的低壓難關(guān)。

“二段式"帶來的巨大優(yōu)勢：

1. 高的極限真空度： 兩級(jí)壓縮相當(dāng)于將總的壓縮比倍增。DAP-6D可以實(shí)現(xiàn)0.1 Pa量級(jí)的極限真空，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了單級(jí)隔膜泵的能力范圍。

2. 更高的抽氣效率： 在中等真空范圍內(nèi)，兩級(jí)泵可以更高效地處理氣體。第一級(jí)快速移除大量氣體，第二級(jí)處理殘留的、難以壓縮的低壓氣體。

3. 可靠性提升： 將總壓差分配給兩個(gè)泵室分擔(dān)，降低了每一級(jí)所需承受的負(fù)荷，有助于延長泵的使用壽命。

三、 整體集成與關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

在DAP-6D中，這兩個(gè)級(jí)別的泵室被精巧地集成在一個(gè)緊湊的泵體內(nèi)部，由一個(gè)共用的電機(jī)通過一套復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。兩個(gè)級(jí)別的隔膜運(yùn)動(dòng)是同步的，但泵腔的幾何尺寸（直徑/行程）可能經(jīng)過優(yōu)化，以匹配各自不同的壓力工作任務(wù)。

作為“干泵"的核心特點(diǎn)與優(yōu)勢：

• 絕對(duì)潔凈： 全過程無油無污染，非常適用于半導(dǎo)體、光伏、分析儀器、科研等對(duì)污染“零容忍"的領(lǐng)域。

• 極低維護(hù)： 無需更換泵油、處理廢油，維護(hù)成本低，僅需定期更換氣閥等易損件（壽命很長）。

• 操作簡單： 可以隨時(shí)啟動(dòng)和停止，即使從大氣壓開始直接抽氣也沒有問題（而油擴(kuò)散泵等需要預(yù)熱和冷卻）。

• 任意方向安裝： 由于其干式運(yùn)行特性，它不像油泵那樣有 orientation 限制，為設(shè)備設(shè)計(jì)提供了靈活性。

總結(jié)

ULVAC DAP-6D的工作原理可以概括為：一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩套通過精密連桿連接的隔膜，進(jìn)行同步的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。第一級(jí)泵從真空腔室吸入氣體并壓縮至中間壓力，隨即將其送入第二級(jí)泵的入口；第二級(jí)泵將這些氣體進(jìn)行第二次壓縮，直至其壓力高于大氣壓后最終排出。 這種兩級(jí)串聯(lián)的隔膜式設(shè)計(jì)，巧妙地結(jié)合了容積式泵的原理，實(shí)現(xiàn)了在干式、潔凈的前提下達(dá)到較高真空度的目標(biāo)，是現(xiàn)代真空技術(shù)中一項(xiàng)非常經(jīng)典和可靠的設(shè)計(jì)。