旋片式真空泵

1、单级旋片泵结构与工作原理时间:2008-09-07来源：真空技术网整理编辑：真空技术网单级旋片泵只有一个工作室。泵主要由定子、旋片、转子组成。在泵腔内偏心地装有转子，转子槽中装有两块旋片，由于弹簧弹力作用而紧贴于缸壁（转动后还有旋片离心力）。转子和旋片将定子腔分成吸气和排气两部分。图5单级旋片式真空泵工作原理图，定于2.旋片3.转子4,弹簧5版帆皿图5:单级旋片式真空泵工作原理图当转子在定子腔内旋转时周期性地将进气口方面容积逐渐扩大而吸入气体，同时逐渐缩小排气口一侧的容积将已吸入的气体压缩并从排气阀排出。排气阀浸在油里以防止大气流入泵中。泵油通过油孔及排气阀进入泵腔，使泵腔内所有的运动表面被油

2、覆盖，形成了吸气腔与排气腔之间的密封。双级旋片泵的结构与工作原理时间:2008-09-07来源：真空技术网整理编辑：真空技术网单级旋片泵一般极限压力只能达到1.3Pa（个别可达0.1Pa）,为什么极限压力不能再低呢？主要由于：（1）泵的结构上存在有害空间（见图6）,该空间中的气体是无法排除的。当旋片转过排气口后，这一部分气体又被压缩，经过转子与泵腔间的缝隙又回到吸气空间，所以每次总有些气体排不尽。wwwxhvocujmxorn图6有害空间2.上切点图六：泵结构的有害空间图（2）由于在泵工作时，泵腔的吸气空间与排气空间存在着一定的压力差。当排气空间的气体被压缩得很小时，它的压力很高，会通过各种可

3、能的途径突破到吸气空间去，使泵真空度下降。（3）泵油在泵体内循环流动过程中会溶解进大量气体和蒸气。在吸气侧，因为压力较低，溶解的气体又会跑出来，使泵的真空度不易提高。为了提高泵的极限真空度，除了提高泵体、转子、旋片的加工精度，尽量减少装配间隙和有害空间以外，最有效的办法是将两只单级泵串接起来，组成双级泵。图7为双级泵的工作原理图。泵由两个工作室组成。两室前后串联，同向等速旋转，A室是B室的前级，A是低真空级，B是高真空级。被抽气体经高真空级（B室）进入前级，由排气阀排出泵外。前级（A）和单级泵一样，随时有油进入泵腔，而高真空级（B）仅在开始工作时存有少量的油，工作一段时间后，便没有油进入泵腔了

4、。当泵开始工作，且吸入气体的压力较高时（例如从大气压力开始抽气），气体经B室压缩，压力急增，则被压缩的气体的一部分直接从辅助排气阀（1）排出，另一部分则经由前级排出。图7双级旋片泵工作原理图L辅助排气油2.级间通遒3.排气脚图7:双级旋片泵的工作原理图当泵工作一段时间后，B室吸入的气体压力较低时，虽经B室的压缩，压力也达不到一个大气压以上，排不开辅助排气阀（1）,则吸入的气体全部进入前级A室，经A室的继续压缩，由排气阀（3）排出。泵工作一段时间后，由于高真空级进气时压力大大降低，其出口压力也很小，这样B室进出气口的压力差也较小，被压缩气体返回的数量也相应减少；同时，后级泵中易蒸发的油分子不断被

5、前级A室抽走，油蒸气的分压减少了，因而双级泵的油污染比单级小，极限真空度将大大提高。国前的双级旋片真空泵的极限压力可10-2pa,国外有的泵可达到10-3Pa。高速直联旋片真空泵的结构与特点时间:2008-09-07来源：真空技术网整理编辑：真空技术网高速直联旋片真空泵，简称直联泵。它是旋片泵的一个新型分支产品。老式的旋片泵出现较早，是一种结构简单，应用量大面广的产品。但是这种老结构的旋片泵转速低，大都在400r/min左右。采用皮带传动减速，因而体积大，重量重。欲使泵体小质轻，从泵的几何抽速的计算理论中可知，当抽速一定时，其主要手段是提高泵的转速。欲提高真空泵的转速的主要关键是必须使直接承受

6、高转速负荷的零件适应这种工况，即泵体和旋片的材质及转子的结构应适应转速提高后的工况。1965年德国雷暴一海拉斯公司在原有旋片泵的基础上，对泵的结构、材料和工艺都作了重大改进，试制成功了高速直联旋片真空泵，为旋片泵的小型化、仪器化开辟了新的途径。到七十年代初期，英国、美国、瑞士等国家也都相继有了直联泵系列产品。国内的许多生产厂家从七十年代中期至今先后试制成功了不同型号的直联泵，目前已有抽速从0.5L/S15L/s的系列产品。直联旋片泵采取由电动机直接驱动泵转子，把转速提高到1400r/min以上。这样可使泵的结构紧凑；体积显著缩小；重量减轻；泵的抽气性能提高；振动和噪音大大降低。气镇的作用与原理

7、时间:2008-09-07来源：编辑：由于大气中都含有一定量的水蒸气，所以泵工作时所抽除的气体多是某些可凝性气体和永久性气体的混合物。这种混合气体在泵内被压缩排气的过程中，如果可凝性气体的分压力超过了泵温下的饱和蒸气压，那么它们就会凝结并与泵油混合，随油一起循环。当它们返回到高真空端时又重新蒸发变成蒸汽。随着泵的运转，凝结物不断增加，使泵的极限真空和抽速降低。当抽除的气体中湿度较大时，泵油的污染更加严重，使泵的密封、润滑和冷却性能变差，以至于经常更换新油。气镇法是防止蒸汽凝结从而避免油污染的有效方法。这种方法是将室温干燥的空气经气镇孔进入泵的压缩腔中与被抽气体相混合。当把这种混合气体压缩到排气

8、压力时，由于掺气作用使得其中的蒸汽分压能保持在泵温状态的饱和蒸气压以下，因而蒸汽不会凝结而与其它气体一起被排至泵外。被抽气体中蒸汽的含量越多，掺入的干燥气体量就需越多。泵腔容积V图8气镇泵工作原理图8:气镇泵工作原理图图8描述了上述的气镇过程。ab表示蒸汽吸入过程，蒸气的吸入压力为Pvo对于气镇泵，吸气终了后，稍加压缩至b'点，开始向泵腔内掺气，并压缩至排气压力Pt2,由b'c'表示。然后泵等压排出混合气体，由c'f表示，对于非气镇泵，蒸汽吸入后被压缩到泵温时的饱和压力PSt,以bc表示。泵继续压缩，蒸汽逐渐液化，其过程由cd表示。泵对液体（液化的蒸气及泵油）继

9、续进行压缩，使压力突然上升到达排气压力Pt2,如de所示。最后液体被排至油箱中，与泵油相混，如ef所示。在掺气过程中，可凝性气体的压缩达到c点时，空气与蒸气混合物的全压力就已达到排气压力，而此时，蒸气的分压力只达到Pst。但因全压力已达到排气压力，排气阀被推开进行排气，未凝结的蒸气保持气体状态被一起排至泵外。这就是气镇泵的工作原理。采取气镇方法，虽然达到了排除蒸气的目的，但由于掺气增加了大气突破漏入到吸气端的可能性，因此对泵的抽速与极限真空都有影响。泵在掺气过程中，其极限真空要比不掺气时下降12个数量级。一般在使用时，先使用气镇阀掺气排除可凝性气体。等到蒸气基本抽除后，即可关闭气镇阀，继续抽气

10、，经过一定时间后，就可达到不掺气时泵的极限真空了。由于气镇方法主要是防止泵在压缩过程中蒸气的凝结，所以对那些从气相状态就能溶解在泵油中的蒸气的抽除效果就比较差。加装了气镇装置的机械真空泵，还有自净化泵油的作用：当泵油被少量凝结液污染后，只要将泵入口封死，然后打开气镇阀，经一定时间抽气运转，泵油便能恢复原来的性能。气镇装置的主要参量计算时间:2008-09-07来源真空技术网整理编辑真空技术网1)防止泵内凝结液生成的最小气镇量假定：a.泵腔内气体是按等温压缩过程进行的；b.在排气瞬时，可凝性气体的分压力刚好达到泵温下的饱和蒸气压；c.被抽气体全部是可凝性蒸气；d.掺入气体为干燥气体蒸气分压为零。

11、最小气镇速率B为：(41)Pu蒸气的吸入压力Pa；Pat掺气压力(大气压力)Pa；PT2排气压力Pa；PST泵温下的饱和蒸气压力Pa；Si泵的抽速L/SI如果气镇速率用气镇量G表示，则有(42)2)最大允许的吸入水蒸气压力PuPJ当气镇速率B为已知值时，相应地确定了一个最大允许的吸入水蒸气压力(43)式中：Pli吸入气体中永久性气体的分压力;PD掺入气体中水蒸气分压力其余同（41）式。据（43）式分析可得出下面几种特例：A.掺入气体为永久性气体，Pd=0，则有：（A）B.吸入气体全部为水蒸气，Pli=0,而Pd*0则有：（B）C.若PD=0;Pli=0,则有（C）D.若B=0,即不掺入气体，则

12、有（D）说明在不掺气的情况下，泵本身也有一定抽除可凝性气体的能力。从以上公式分析可得出下述结论；A.当泵吸入的水蒸气压力Po增高时即水蒸气含量较多，此时所需掺入的气镇量应该相应增加。但气镇量不宜过大，过大容易产生串气，影响泵的性能。B.当掺入的气镇量为定值时，为提高最大允许的吸入蒸气压力PJ,可用下面几种办法：a）减少被抽气体在泵腔内的压缩比，即降低排气压力Pt2。b）适当提高泵的工作温度，即提高泵腔内水蒸气的饱和蒸气压力Pst。c）尽量控制吸入气体的温度，提高泵入口处永久性气体压力Pli。若吸入高温蒸气可先通过前置冷凝器使之预先冷却一部分，然后再进入泵内。d）减低气镇气体中可凝性蒸气压力Pd

13、,尽可能掺入干燥气体。3）抽除水蒸气排由量GD。对于水蒸气的抽除量，取决于泵吸入口蒸气分压力Pu和吸入口的抽气速率S1O当考虑泵入口状态，对尚未凝结的水蒸气的抽除量可由气体状态方程导出：（44）式中R气体普适常数，R=8314.3PaL/mol;Km分子量，水为18g/mol。r_RS】P整Q-PmL/SG=P-3用停一1srPaL/S上人产管尸口十LuD_prT2"rST口143一PsifJmRT.(4-1)<4-2)(4-3)W©)S)(44)时间:2008-09-07来源真空技术网整理编辑真空技术网气镇泵性能计算中，恰当地选择参数极为重要，它关系到能否消除可凝性

14、蒸气对泵的污染，能否有效地抽除水蒸汽。从公式（43）可看出影响Pu的参数有：B/Si、Pst、Pd、Pt2和Pat1 ）B/S1的选择B/Si是影响PJ较大的参数。B/Si值选得很大，说明向泵内掺气量大，因而P就大。但这将造成泵内压缩腔和吸入腔之间长期有较大的压差，因而返流量增加，降低了泵的极限真空。气量大，排气所需功率也增加，同时泵排气时的喷油也会加剧。此外B胚，值选得太大，气镇孔相应要大，实际结构也是不许可的。一般选B/Si=0,10.152 )PST的选择由于水蒸气的饱和蒸气压和温度有密切的关系。PST选得过大，泵内的温度必须高。但泵内的温度过高，将使泵油性能变差，因而Pst选择必须适当

15、，一般作为气镇泵，泵温可在7090oC左右。3 )PT2的确定气镇泵的排气压力PT2之值，是根据排气阀的具体结构而定，与排气阀片的重量、阀片上油柱重量以及阀片上是否有压力弹簧作用等因素有关。一般Pt2在101325146650Pa之间确定。4 )泵的工作环境温度T1o一般情况下泵多工作在室内，所以选定T1时，北方可选T1=293K(20°C);南方可选T1=303K(30°C)。根据环境温度T1可以决定最大允许吸入的水蒸气压力，即不同温度下水蒸汽的饱和蒸气压值。5 )PD的选择(GB6306上86)掺气用的空气若湿度过大对气镇性能将产生不良影响。油封机械泵测试标准规定，相对

16、湿度不大于75%。旋片式真空泵的设计改进趋势时间:2008-09-08来源：真空技术网整理编辑：真空技术网1)材料选用：要提高泵的转速，减少磨损，降低温度，保证泵的正常性能，关键之一就是如何适当选择定子和旋片这对主磨擦副的材料。直联泵旋片常用的材料为一种新型自润滑材料碳素浸合金。国内有的研究单位还对其他材料用作旋片做了综合测试，结果表明用碳纤维增强塑料、高分子液晶材料作旋片材料具有开发价值。2)泵腔形线“由于高速直联泵的旋片与定子之间摩擦与磨损增大，泵的温升增高，所以改善旋片泵的旋片与泵腔之间的摩擦、磨损与润滑是研制性能良好的直联旋片泵的关键。通过弹性流体动力润滑理论的分析计算发现现有泵旋片与

17、泵腔间的运动不合理，使旋片与转子及泵腔间的磨损较严重，难以找到合适的润滑状况，导致高速旋片泵温升增加。而解决磨损的办法就是使旋片在旋转过程中始终保持长度不变。而目前的正圆形泵腔是无法办到的。由理论上可以提出一种包络线的定子泵腔型线，这种型线是一条与一系列圆心在轴对称的曲线上的包络圆外侧相切的包络线。当然，这种型线的加工工艺比正圆形型线要麻烦些，但它多花的代价可以从改善泵的性能中得到补偿。这样的泵，振动、噪音、温升、磨损均会减少很多。(3)转子结构与旋片：通过旋片泵几何抽速的计算可知，当泵的转速已达一定高的数值时，再增加旋片可以在不加大转子偏心距，又不增加最大线速度的情况下提高抽速。在结构上增加

18、旋片数也是简单可行的，故它是一种有希望的提高抽速的途径。目前，国内厂家生产的直联泵有采用三槽式整体转子结构，其上装有三个旋片。整体转子三旋片结构有较高的强度和刚性；可以减少高速运转时转子的不平衡性，以减少旋片承受的冲击负荷。泵几何抽速计算表明，泵采用三槽转子要比二槽转子的抽速大1820%。实现多旋片结构的关键在于旋片与泵腔材料的改革，如采用耐磨性能好的软旋片材料；增强泵的冷却等。4)泵体结构及排气口位置侧偏心结构是一种较新的泵体结构形式。侧偏心结构的泵转子与泵腔的切点不在上方，而在侧面，油箱也在侧面。它与一般的上切点结构的泵相比有以下一些优点：由于油位与排气口在侧面，而油面刚好把排气阀门和润滑油路的进油孔淹没，这样停泵后，只能回很少一点油在泵腔内，其余的油只能回到油路进油孔处就不能往泵腔内进了。由于回流到泵腔内的油量很少，所以泵的启动容易，因而可减少泵电机功率