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螺杆式真空泵基本知识


一、螺杆式真空泵特点 

螺杆式真空泵脱胎于螺杆式压缩机与螺杆液体输送泵,是容积式真空泵中一种较为理想的干式真空泵。它能提供清洁无油的真空环境,并且对腐蚀性气体、可凝性蒸气、含粉尘颗粒气体有较强适应性,因此在电子半导体、制药、石化等一些对清洁真空环境要求严格、气体成分复杂的行业领域,螺杆式真空泵备受青睐,逐渐成为传统油封机械泵、液环泵的换代产品。 


螺杆式真空泵通过一对非对称螺杆转子的相向运动,来周期性改变齿间容积实现输送气体,达到抽气的目的。它具有以下特点: 


1、清洁无油,多相混输,适应性广泛。螺杆式真空泵转子间存在严格间隙,泵腔内无油,可抽除腐蚀性气体、有毒及含粉尘、可凝性蒸气等复杂气体。 


2、结构简单,动平衡好,可靠性高。螺杆式真空泵零部件少,核心部件无易损件,也无不平衡惯性力,运转可靠,寿命长。 


3、因结构简单,零部件少,所以操作、维修维护简便。 


4、强制输气,可以在宽压力范围内保证较大抽速,排气量几乎不受排气压力影响。 


二、螺杆式真空泵的结构 

螺杆式真空泵一般是双螺杆结构。螺杆式真空泵是通过一对非对称螺杆转子,在泵腔中作同步、高速反向运转,周期性改变齿间容积而产生的吸气和排气作用的抽气设备。 


它的主要结构包括螺杆转子、轴承、泵体、密封等。螺杆转子经精细动平衡校正,由轴承支撑,安装在泵腔中,螺杆与螺杆之间维持严格一定的间隙。泵工作时,相互之间无磨擦,运转平稳,噪音低,腔内无需润滑油。因此,螺杆式真空泵能抽除含有大量水蒸汽及少量粉尘的气体场合,极限真空高,消耗功率低,具有节能,免维修等优点。 


螺杆式真空泵主要结构 


上图可见,螺杆式真空泵在结构上比较简单。形式上,螺杆式真空泵有卧式和立式之分;依据螺杆转子型线的不同又可分为单头螺杆式真空泵与多头螺杆式真空泵;单头螺杆式真空泵根据转子螺距的不同,可分为等螺距螺杆式真空泵与变螺距螺杆式真空泵,变螺距中又可细分为一段式、两段式、三段式等。 


多头型线在一个导程内即能完成吸气、压缩、排气过程,导程少,可有效减少泵的体积与重量,适用于大抽速领域,但其型线复杂,需特制道具与专用机床,加工费用昂贵,且由于泄漏三角的因素,真空度不高,因此市场上并不多见。 


单头型线适用于中小型螺杆式真空泵,市场上也多为单头螺杆式真空泵。其中等螺距螺杆式真空泵腔内无压缩,可以轻松排出固体颗粒与可凝性气体,但其排气温度与能耗度较高;变螺距螺杆式真空泵腔内有压缩,排气温度低、能耗低,但对粉尘颗粒以及可凝性气体的耐受性不如等螺距。 


下图是几种不同型线的转子结构对比: 

三种螺杆转子形式 


三、螺杆式真空泵的工作原理 


因为是脱胎于螺杆式压缩机,所以螺杆式真空泵的工作原理也与螺杆式压缩机类似。我们以近似的多头型线的来阐述: 


1、吸气过程 


图中可见,阳转子按逆时针方向旋转,阴螺杆按顺时针方向旋转。图中上方的转子端面是吸气断面,下方的端面为排气端面。 


a、吸气过程即将开始     

b、吸气过程中        

c、吸气过程结束 


图1a示出吸气过程即将开始时的转子位置。在这一时刻,这一对齿前端的型线完全啮合,且即将与吸气口连接。随着转子开始转动,由于齿的一端逐渐脱离啮合而形成了齿间容积,这个齿间容积的扩大,在其内部形成了一定的真空,而此齿间容积又仅与吸气口连通,因此气体便在压差作用下流入其中。如图1b中阴影部分所示。在随后的转子旋转过程中,阳转子齿不断从阴转子齿的齿槽中脱离出来,齿间容积不断扩大,并与吸气孔口保持连通。吸气过程结束时的转子位置如图1c所示,其最显著的特点是齿间容积达到最大值。随着转子的旋转,齿间容积不会再增加。齿间容积在此位置与吸气孔口断开,吸气过程结束。 


2、压缩过程 


图中,阳转子沿顺时针方向旋转,阴转子沿逆时针方向旋转。上方的转子端面是吸气断面,下方的端面为排气端面。 


a、压缩过程开始        

b、压缩过程中        

c、压缩过程结束排气开始 


图2a示出螺杆式真空泵压缩过程即将开始时的转子位置。此时气体被转子齿和机壳包围在一个封闭的空间中,齿间容积由于转子齿的啮合就要开始减小。随着转子的旋转,齿间容积由于转子齿的啮合而不断减小。被密封在齿间容积中的气体被占据体积也随之减小,导致压力升高,从而实现气体的压缩过程,如图2b所示,压缩过程一直持续到齿间容积即将与排气孔口连通之前。如图2c所示。 


3、排气过程 

a、排气过程中                    b、排气过程结束 


螺杆式真空泵的排气过程。齿间容积与排气孔口连通后,即开始排气过程。随着齿间容积的不断缩小,具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被排出。 


如图3a所示。这个过程一直持续到齿末端的型线完全啮合。此时,齿间容积内的气体通过排气孔口被完全排出,封闭的齿间容积的体积变为零。 


四、螺杆式真空泵的应用

螺杆式真空泵不仅适应性广泛,可以在恶劣条件下抽气,同时可以达到较高真空度(0.1~1Pa)。因此,随着半导体、石化行业的快速发展,螺杆式真空泵作为一种理想干泵也开始广泛应用于电子半导体、医药化工领域,如半导体行业的气相沉积、蚀刻,医药化工行业的蒸馏干燥、中间体、溶剂回收、油气回收等。 


虽然由于型线技术以及加工上的成本导致螺杆式真空泵购置费用较为昂贵,但从长远来说,其宽适应、高效节能环保的特性以及低故障维修率,能在运行周期内给企业带来更高的综合效益与社会环境效益,使用的更加广泛性必是未来的趋势。 

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