ULVAC爱发科DAP-6D二段式隔膜型干泵的工作原理是什么

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，其设计哲学是在不使用工作流体（如油或水）的情况下，通过机械方式产生洁净的真空。其“二段式"和“隔膜型"是两个最关键的特征。

一、 核心工作单元：隔膜泵的微观工作机制

首先，我们需要理解一个最基本单级隔膜泵是如何工作的。它本质上是一个容积式泵，通过周期性改变泵腔的容积来吸入和排出气体。

关键部件：

• 隔膜： 通常由不锈钢或特种复合材料制成，作为一个柔性的、动态的活塞使用。它将机械驱动部分与泵腔隔离，这是实现“干式"和“洁净"的关键。

• 驱动机构： 由电机带动一个精密的偏心轮或曲柄连杆机构，将电机的旋转运动转换为隔膜的直线往复运动。

• 泵腔： 由隔膜、泵体和阀门组成的一个密闭空间，其容积会随着隔膜的运动而变化。

• 气阀系统： 包括进气阀和排气阀，它们都是单向阀（通常是柔性的瓣阀或金属阀）。它们的开闭由泵腔内部与进出口之间的压力差来自动控制，无需额外的机械装置。

一个完整的工作循环（Cycle）：

1. 吸气阶段（Induction Stroke）:

• 动作： 电机驱动偏心轮，推动连接杆使隔膜向下弯曲（远离阀门板），泵腔容积迅速增大。

• 气压变化： 泵腔内压力瞬间降低，形成低于进口压力的真空度。

• 阀门动作： 压力差使进气阀打开（外部大气压或前级压力将阀门瓣压向泵内），同时排气阀紧紧关闭（被排气口外侧的大气压压住）。

• 结果： 被抽容器中的气体通过进口管道被吸入正在膨胀的泵腔中。

2. 排气阶段（Discharge Stroke）:

• 动作： 电机继续旋转，带动隔膜向上回程运动（向阀门板方向弯曲），泵腔容积迅速减小。

• 气压变化： 泵腔内的气体被压缩，压力急剧升高。

• 阀门动作： 当泵腔压力超过排气口背压（通常是大气压）时，高压气体将排气阀顶开，同时进气阀被关闭（被泵腔内的高压气体压向阀座，密封住进口）。

• 结果： 被压缩的气体通过打开的排气阀被强行排出到大气中。

电机持续运转，这两个阶段便周而复始，像人的心脏和肺一样“呼吸"，从而实现连续抽气。

二、 “二段式"设计的精髓：为何要串联？

一个单级隔膜泵受限于其结构和压缩比，极限真空度通常只能达到几托（Torr）或几十帕（Pa）的水平。为了获得更高的真空度（更低的压力），DAP-6D采用了两级串联的设计。

两级泵室如何协同工作：

• 第一级（初级段， Low-pressure Stage）：

• 它直接与被抽的真空腔室相连，负责处理从大气压开始的大部分气体。

• 它将气体从较高的压力（如大气压）压缩到一个中间压力。

• 这一级的特点是吞吐量大，负责主要的抽气任务。

• 第二级（高压段， High-pressure Stage）：

• 它的进口与第一级的排气口相连。注意，第一级排出的气体不是直接排入大气，而是被导入第二级的进口。

• 第二级将第一级送来的、已经处于中间压力的气体再次压缩，直到其压力足够高到能够克服大气压，最终通过自己的排气阀排入大气。

• 这一级的特点是致力于达到高的压缩比，负责攻克最后的低压难关。

“二段式"带来的巨大优势：

1. 高的极限真空度： 两级压缩相当于将总的压缩比倍增。DAP-6D可以实现0.1 Pa量级的极限真空，这远远超出了单级隔膜泵的能力范围。

2. 更高的抽气效率： 在中等真空范围内，两级泵可以更高效地处理气体。第一级快速移除大量气体，第二级处理残留的、难以压缩的低压气体。

3. 可靠性提升： 将总压差分配给两个泵室分担，降低了每一级所需承受的负荷，有助于延长泵的使用寿命。

三、 整体集成与关键技术点

在DAP-6D中，这两个级别的泵室被精巧地集成在一个紧凑的泵体内部，由一个共用的电机通过一套复杂的传动机构驱动。两个级别的隔膜运动是同步的，但泵腔的几何尺寸（直径/行程）可能经过优化，以匹配各自不同的压力工作任务。

作为“干泵"的核心特点与优势：

• 绝对洁净： 全过程无油无污染，非常适用于半导体、光伏、分析仪器、科研等对污染“零容忍"的领域。

• 极低维护： 无需更换泵油、处理废油，维护成本低，仅需定期更换气阀等易损件（寿命很长）。

• 操作简单： 可以随时启动和停止，即使从大气压开始直接抽气也没有问题（而油扩散泵等需要预热和冷却）。

• 任意方向安装： 由于其干式运行特性，它不像油泵那样有 orientation 限制，为设备设计提供了灵活性。

总结

ULVAC DAP-6D的工作原理可以概括为：一个电机驱动两套通过精密连杆连接的隔膜，进行同步的往复运动。第一级泵从真空腔室吸入气体并压缩至中间压力，随即将其送入第二级泵的入口；第二级泵将这些气体进行第二次压缩，直至其压力高于大气压后最终排出。 这种两级串联的隔膜式设计，巧妙地结合了容积式泵的原理，实现了在干式、洁净的前提下达到较高真空度的目标，是现代真空技术中一项非常经典和可靠的设计。