CN1650107A

CN1650107A - 用于控制蒸汽喷射真空泵中的功率的方法和装置

Info

Publication number: CN1650107A
Application number: CNA038097575A
Authority: CN
Inventors: 玛尔斯贝德·哈布兰尼安
Original assignee: Varian Inc
Current assignee: Varian Inc
Priority date: 2002-04-29
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2005-08-03
Also published as: EP1504193A1; US20030202874A1; JP2005524024A; CA2484204A1; WO2003093679A1; AU2003223458A1

Abstract

提供了用于控制提供给蒸汽喷射真空泵的功率的方法和装置。蒸汽喷射真空抽吸***包括蒸汽喷射泵和功率控制器，所述蒸汽喷射泵具有入口端口、排气端口、射流组件和蒸发器(12)，所述蒸发器含有加热器(50)，所述功率控制器用于响应于至少一个控制参数，自动地控制提供给加热器的功率。可以响应于编程序列、处理室中的感应的压力、来自工艺控制***的控制信号或者这些控制参数的组合，来控制功率。

Description

用于控制蒸汽喷射真空泵中的功率的方法和装置

技术领域

本发明涉及蒸汽喷射真空泵，更具体地，涉及用于降低蒸汽喷射真空泵功耗而不明显导致泵性能降级的方法和装置。

背景技术

蒸汽喷射真空泵，也被称作扩散泵，被广泛地用于将封闭室真空抽吸至高真空。蒸汽喷射真空泵的基本部件包括一般为圆柱形的壳体，该壳体具有在一端的入口和前级管道。前级管道一般被耦合到低真空泵，并用作排气端口。蒸发器组件被密封在壳体的另一端中。蒸发器包括诸如油之类的液体的容器以及用于蒸发该液体的加热器。被安装在壳体中的喷射组件朝向壳壁引导一个或多个蒸汽射流，蒸汽在所述壳壁处凝结。凝结的蒸汽返回液体容器，重复循环。蒸汽射流拖动来自被与泵相连接的封闭室的气体分子，从而对室进行真空抽吸。真空室和蒸汽喷射泵可以是工艺控制***的一部分。

在工艺控制***或者使用蒸汽喷射泵的其他设备的操作中，限制功耗经常是重要的问题。大多数现代蒸汽喷射泵以低至大约加热器额定功率的三分之一的功率输入工作。性能参数通常如下变化。最大吞吐量和最大可允许放电压力与功率呈线性关系而下降。与之相比，最大压缩比更加显著地下降。

考虑到压缩被抽吸气体所做的功，蒸汽喷射泵效率非常低。在最大吞吐作业下，效率可能仅是1％或2％。大多数能量被用于重新加热和重新蒸发凝结的油蒸汽。一般，当沸腾过程持续并且液体被保持在沸腾温度时，泵将以低至约25％的功率在真空室中维持高真空。在对少量气体的压缩比并不重要并且要求的抽吸吞吐量低的许多应用中，通过在较低功率运行，可以节省功率。

一种简单的节约功率的方式是整夜或者整个周末关掉泵。这需要损失大约一个小时来恢复正常运行，并且至少损失真空室中的一部分真空水平。

另一种节约功率的方式是将一些或者全部加热器切换到较低功率。一种被称作Dletawatt的产品包括有电气开关盒，用于具有多个加热器的泵。开关盒被手动控制。

一些使用者试图通过观察蒸发器中的液体温度的同时切换通电与断电，来控制蒸汽喷射泵的运行。在良好的仪器以及工艺过程中峰值吞吐量需求与峰值蒸汽产量的谨慎同步的条件下，这可以起作用。温度变化非常小，一般是1℃。因为对每种应用都必须改变时序，并且因为辨别1℃的温度差异可能是困难的，所以这种方法是困难的。

因此，需要用于控制蒸汽喷射真空抽吸***中的功率而不会明显导致性能降级的方法和装置。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种蒸汽喷射真空抽吸***。该蒸汽喷射真空抽吸***包括蒸汽喷射泵和功率控制器，所述蒸汽喷射泵具有输入端口、排气端口、射流组件和蒸发器，所述蒸发器含有加热器，所述功率控制器用于响应于至少一个控制参数，自动地控制提供给加热器的功率。

在一些实施例中，控制参数包括功率水平的编程序列。在另外的实施例中，功率控制器被配置用于响应于被蒸汽喷射泵抽吸的处理室中的感应的压力，控制提供给加热器的功率。在另外的实施例中，功率控制器被配置用于响应于来自工艺控制***的控制信号，控制提供给加热器的功率。在另外的实施例中，功率控制器被配置用于响应于控制参数的组合，控制提供给加热器的功率。

在一些实施例中，功率控制器可以被配置用于以两个或更多个功率水平控制提供给加热器的功率。在另外的实施例中，功率控制器被配置用于在功率水平的连续范围上控制提供给加热器的功率。加热器可以含有两个或更多个加热器节，功率控制器可以被配置用于有选择地对加热器节中的一个或多个提供能量。

功率控制器可以被配置用于将对加热器的增大的功率输入与蒸汽喷射泵上的增大的负载相同步。优选地，控制参数代表蒸汽喷射泵上的负载。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于处理室的真空抽吸的方法。该方法包括以下步骤：用蒸汽喷射泵真空抽吸处理室，所述蒸汽喷射泵具有包含加热器的蒸发器；以及响应于代表蒸汽喷射泵上的负载的至少一个控制参数，自动地控制提供给加热器的功率。

附图说明

为了较好地理解本发明，对通过引用被结合进来的附图进行参考，附图中：

图1是现有技术蒸汽喷射真空泵的横截面图；

图2是根据本发明的实施例，结合了蒸汽喷射真空抽吸***的工艺控制***的框图；

图3A是对功率水平的编程序列作出响应的功率控制器的实施例的框图；

图3B是图示了功率水平的编程序列的示例的时序图；

图4A是对感应的压力作出响应的功率控制器的实施例的框图；

图4B是控制函数的第一示例的图形，该控制函数将泵功率定义为感应的压力的函数；

图4C是控制函数的第二示例的图形，该控制函数将泵功率定义为感应的压力的函数；以及

图5是对来自工艺控制***的一个或多个控制信号作出响应的功率控制器的实施例的框图。

具体实施方式

图1中示出了现有技术蒸汽喷射真空泵的示例的横截面图。蒸汽喷射泵的主要部件包括壳体10、蒸发器12和射流组件14。壳体10包括定义出内部区域22的一般为圆柱形的外壳20，以及定义出前级管道28的前级管道导管24。到内部区域22的入口26被形成在外壳20的一端。被安装在入口26中的冷帽(cold cap)27抑制过扩散流(overdivergent flow)，如本领域所公知的。蒸发器12被密封在外壳20的相对一端。壳体10还包括冷却散热片30和入口法兰32，冷却散热片30彼此间隔并且具有一般为环形的形状，入口法兰32用于将泵连接到真空室上。前级管道导管24包括前级管道法兰34，用于连接至适当的导管。前级管道导管24一般被连接到低真空泵。位于前级管道导管24中的导流片36改善了凝结，并抑制了穿过前级管道28的油蒸汽的损失。

蒸发器12包括蒸发器壳体40，其具有被密封到外壳20一端上的端板42以及从端板42向上延伸进入内部区域22的散热片结构44。散热片结构定义出圆柱形隔间以安装加热器50。蒸发器壳体40被放置在射流组件14的圆柱形壁52内。液体容器54位于蒸发器壳体40与射流组件14的圆柱形壁52之间。圆柱形外壳56包围散热片结构44，并在工作期间帮助控制散热片结构44的温度。蒸发器12可以被外壳20外部的绝缘体58包围。

射流组件14具有一般为圆柱形的结构，该结构定义了将蒸汽从蒸发器12输运至第一环形抽吸段62以及输运至第二环形抽吸段64的中央通道60。排出段由喷嘴66形成，该喷嘴66穿过射流组件14的外壳，并与前级管道28对准。

工作中，容器54中的例如油的液体被加热器50蒸发。蒸汽向上穿过通道60，至抽吸段62和64。抽吸段62和64的每个都具有环形开口，该开口将蒸汽在一般是锥形的蒸汽射流中向上和向下引导。各蒸汽射流中的蒸汽通过相对冷的圆柱形外壳20而被凝结，凝结的蒸汽返回到液体容器54。蒸汽射流拖动来自泵所连接的真空室的气体分子，从而真空抽吸该室。被抽吸的气体分子通过前级管道28被排出。圆柱形外壳20的上部一般被冷却扇(未示出)冷却，该冷却扇可以是蒸汽喷射泵的一部分，或者可以是在其中使用蒸汽喷射泵的设备的一部分。对较大的泵通常使用水冷。

被安装在与外壳20一体形成的块72上的热开关70可以被用于指示何时液体被蒸发以及泵已经准备好工作。临近热开关70被安装在块72上的第二热开关(未示出)可以被用于指示异常温度条件。

图2示出了根据本发明实施例，结合有蒸汽喷射抽吸***的工艺控制***的框图。处理室110被蒸汽喷射泵112真空抽吸。蒸汽喷射泵112的前级管道被连接到低真空泵114。工艺控制器116控制处理室110中的工艺。如下面详细描述的，功率控制器118自动地控制提供给蒸汽喷射泵112的功率。

如图2所示，功率控制器118向蒸汽喷射泵112提供受控的泵功率。更具体地说，功率控制器118向蒸汽喷射泵112的加热器50(图1)提供受控的泵功率。功率控制器118可以从例如操作员或主计算机的外部源、从工艺控制器116、从处理室110中的压力传感器120或者从这些源的组合接收控制输入，以控制提供给蒸汽喷射泵112的功率。功率控制器118响应于至少一个控制参数，控制蒸汽喷射泵112的加热器功率。优选地，控制参数代表了蒸汽喷射泵112上的气体负载。控制参数允许当负载相对高的时候增加功率，并允许当负载相对低的时候降低功率。响应于一个或多个参数自动地进行控制。参考图3A、图3B、图4A、图4B、图4C和图5，描述了具有不同控制参数的功率控制器118的实施例。

参考图3A，功率控制器118接收作为时间函数的功率水平的编程序列。编程序列可以由工艺控制器116(图2)或者由外部源提供，并且可以被存储在功率控制器118中。编程序列是基于在特定工艺期间作为时间的函数的蒸汽喷射泵112可能的负载的知识。应当理解，例如功率水平和时间的编程序列的值可以被调整，或者新的程序序列可以被输入到功率控制器118中。此外，功率控制器118可以存储两个或更多个响应不同工艺条件的功率水平的编程序列。功率控制器118还接收开始信号，以启动该编程序列。

图3B中示出了一个简单编程序列的示例，其中泵功率被绘制为时间的函数。序列在时刻T0被启动，泵功率的变化被编程为发生在时刻T1、T2和T3。图3B的示例使用了许多不连续的泵功率水平。在蒸汽喷射泵112中的加热器具有若干节，其中的一个或多个可以被供给能量的情形下，这个实施例可能是有用的。应当理解，功率水平的数量和功率水平发生变化的时刻可以改变，以适合特定的应用。

参考图4A和图4B，功率控制器118响应于感应的压力，控制提供给蒸汽喷射泵112的功率。如图2所示，位于处理室110中的压力传感器120向功率控制器118提供压力信号，该信号代表处理室110中的压力。

如图4B所示，被提供给蒸汽喷射泵112的加热器的功率水平可以随着处理室110中感应的压力的增大而增大。增大的压力表示蒸汽喷射泵112上的增大的气体负载。图4B图示了被提供给蒸汽喷射泵112中加热器的功率水平是在一个范围的值上的控制参数(感应的压力)的连续函数的情形下的实施例。在被感应的压力增大与由于被增大的功率输入引起的抽吸能力的增大之间一般会发生时间延迟。相应地，这种方法当单独使用时，对于对暂时压力增大不敏感的应用最有用。

图4C中图示了功率控制器118的一个实施例，其中泵功率水平是感应的压力的不连续函数。当感应的压力超过压力P₀时，泵功率增大到第一水平，当感应的压力超过压力P₁时，泵功率增大到比第一水平高的第二水平。在图4C的实施例中，在特定的压力水平，功率水平按步增大。

参考图5，功率控制器118响应于来自工艺控制器116(图2)的一个或多个控制信号，控制提供给蒸汽喷射泵112的功率。来自工艺控制器116的控制信号可以将特定的泵功率水平提供给功率控制器118，或者可以命令增大或者降低泵功率水平。控制信号是基于工艺控制器116的在特定工艺或者工艺步骤期间可能施加给蒸汽喷射泵112的负载的知识。

在另外的实施例中，功率控制器118可以被配置用于响应于多于一个控制参数，控制提供给蒸汽喷射泵112的功率。在一个实施例中，功率控制器118可以响应于功率水平的编程序列以及感应的压力水平来控制泵功率。这样，举例来说，功率控制器118可以根据编程序列来动作，除非感应的压力超过了预定值。在这种情况中，感应的压力优先于编程序列，并引起泵功率增大以将处理室110中的压力降低到希望的水平。在另一个实施例中，功率控制器118可以响应于编程序列和来自工艺控制器116的控制信号来控制泵功率。在这种情况中，功率控制器按照编程序列运行，直到从工艺控制器116接收到控制信号。控制信号可以例如指示出由于工艺中的延迟，提供给蒸汽喷射泵112的功率可以被降低。应当理解，在本发明的范围内，可以使用许多不同的控制参数和控制参数的许多不同的组合。通常，目标是降低蒸汽喷射泵112的功耗而不会明显导致性能降级。

功率控制器118可以包括控制电路，用于实现希望的响应于控制参数的控制功能，还可以包括功率部件，用于根据控制功能，控制提供给蒸汽喷射泵的加热器的AC功率。例如，功率控制器118可以包括编程的微处理器和由微处理器控制的三端双向可控硅开关(triac)功率控制器件。微处理器被编程以实现作为控制参数的函数的希望的控制功能，如在图3B、图4A和图4B中以示例的方式所示出的。在编程序列的情况中，微处理器存储编程序列，并按照该序列控制泵功率。在输入的控制信号或者感应的压力的情况中，微处理器按照编程的控制功能控制泵功率。

已经详细描述了本发明，本领域的技术人员将会认识到，可以对本发明作出许多修改而不脱离其精神。因此，本发明的内容不是限制于所图示和描述的特定实施例。而是，本发明的内容应由所附权利要求和它们的等同物来确定。

Claims

1.一种蒸汽喷射真空抽吸***，包括：

具有输入端口、排气端口、射流组件和蒸发器的蒸汽喷射泵，所述蒸发器含有加热器；和

功率控制器，用于响应于至少一个控制参数，自动地控制提供给所述加热器的功率。

2.根据权利要求1所述的蒸汽喷射真空抽吸***，其中，所述控制参数包括功率水平的编程序列。

3.根据权利要求2所述的蒸汽喷射真空抽吸***，其中，所述功率水平的编程序列是可调整的。

4.根据权利要求1所述的蒸汽喷射真空抽吸***，其中，所述功率控制器被配置用于响应于被所述蒸汽喷射泵抽吸的处理室中的感应的压力，控制提供给所述加热器的功率。

5.根据权利要求1所述的蒸汽喷射真空抽吸***，其中，所述功率控制器被配置用于响应于来自工艺控制***的控制信号，控制提供给所述加热器的功率。

6.根据权利要求1所述的蒸汽喷射真空抽吸***，其中，所述功率控制器被配置用于响应于两个或更多个控制参数的组合，控制提供给所述加热器的功率。

7.根据权利要求1所述的蒸汽喷射真空抽吸***，其中，所述功率控制器被配置用于以两个或更多个不连续的功率水平中的一个，控制提供给所述加热器的功率。

8.根据权利要求1所述的蒸汽喷射真空抽吸***，其中，所述功率控制器被配置用于在功率水平的连续范围上控制提供给所述加热器的功率。

9.根据权利要求1所述的蒸汽喷射真空抽吸***，其中，所述加热器包括两个或更多个加热器节，并且其中，所述功率控制器被配置用于有选择地对所述加热器节的一个或多个提供能量。

10.根据权利要求1所述的蒸汽喷射真空抽吸***，其中，所述功率控制器被配置用于将对所述加热器的增大的功率输入与所述蒸汽喷射泵上的增大的负载相同步。

11.根据权利要求1所述的蒸汽喷射真空抽吸***，其中，所述控制参数代表所述蒸汽喷射泵上的负载。

12.一种用于处理室的真空抽吸的方法，包括以下步骤：

用蒸汽喷射泵真空抽吸处理室，所述蒸汽喷射泵具有包含加热器的蒸发器；以及

响应于代表所述蒸汽喷射泵上的负载的至少一个控制参数，自动地控制提供给所述加热器的功率。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述控制功率的步骤包括根据功率水平的编程序列控制提供给所述加热器的功率。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述控制功率的步骤包括响应于所述处理室中的感应的压力，控制提供给所述加热器的功率。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述控制功率的步骤包括响应于来自工艺控制***的控制信号，控制提供给所述加热器的功率。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述控制功率的步骤包括响应于两个或更多个控制参数的组合，控制提供给所述加热器的功率。

17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述控制功率的步骤包括以两个或更多个不连续的功率水平中的一个，控制提供给所述加热器的功率。

18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述控制功率的步骤包括在功率水平的连续范围上控制提供给所述加热器的功率。

19.根据权利要求12所述的方法，其中，所述加热器包括两个或更多个加热器节，并且其中，所述控制功率的步骤包括对所述加热器节的一个或多个提供能量。

20.一种用于控制蒸汽喷射泵的方法，所述蒸汽喷射泵具有入口端口、排气端口、射流组件和蒸发器，所述蒸发器含有加热器，所述方法包括：

根据控制算法，自动地控制提供给所述加热器的功率。