螺杆真空泵的工作原理

2023-10-25   真空網

原標題:螺杆真空泵的工作原理

1.螺杆式真空泵特點

螺杆式真空泵脫胎於螺杆式壓縮機與螺杆液體輸送泵,是容積式真空泵中一種較為理想的乾式真空泵。

它能提供清潔無油的真空環境,並且對腐蝕性氣體、可凝性蒸氣、含粉塵顆粒氣體有較強適應性。

因此在電子半導體、製藥、石化等一些對清潔真空環境要求嚴格、氣體成分複雜的行業領域,螺杆式真空泵備受青睞,逐漸成為傳統油封機械泵、液環泵的換代產品。

螺杆式真空泵通過一對非對稱螺杆轉子的相向運動,來周期性改變齒間容積實現輸送氣體,達到抽氣的目的。它具有以下特點

1、清潔無油,多相混輸,適應性廣泛。螺杆式真空泵轉子間存在嚴格間隙,泵腔內無油,可抽除腐蝕性氣體、有毒及含粉塵、可凝性蒸氣等複雜氣體。

2、結構簡單,動平衡好,可靠性高。螺杆式真空泵零部件少,核心部件無易損件,也無不平衡慣性力,運轉可靠,壽命長。

3、因結構簡單,零部件少,所以操作、維修維護簡便。

4、強制輸氣,可以在寬壓力範圍內保證較大抽速,排氣量幾乎不受排氣壓力影響。

2.螺杆式真空泵的結構

螺杆式真空泵一般是雙螺杆結構。螺杆式真空泵是通過一對非對稱螺杆轉子,在泵腔中作同步、高速反向運轉,周期性改變齒間容積而產生的吸氣和排氣作用的抽氣設備。 它的主要結構包括螺杆轉子、軸承、泵體、密封等。

螺杆轉子經精細動平衡校正,由軸承支撐,安裝在泵腔中,螺杆與螺杆之間維持嚴格一定的間隙。

泵工作時,相互之間無磨擦,運轉平穩,噪音低,腔內無需潤滑油。

因此,螺杆式真空泵能抽除含有大量水蒸汽及少量粉塵的氣體場合,極限真空高,消耗功率低,具有節能,免維修等優點。

螺杆式真空泵主要結構

上圖可見,螺杆式真空泵在結構上比較簡單。形式上,螺杆式真空泵有臥式和立式之分。依據螺杆轉子型線的不同又可分為單頭螺杆式真空泵與多頭螺杆式真空泵。

單頭螺杆式真空泵根據轉子螺距的不同,可分為等螺距螺杆式真空泵與變螺距螺杆式真空泵,變螺距中又可細分為一段式、兩段式、三段式等。

多頭型線在一個導程內即能完成吸氣、壓縮、排氣過程,導程少,可有效減少泵的體積與重量,適用於大抽速領域,但其型線複雜,需特製道具與專用工具機,加工費用昂貴,且由於泄漏三角的因素,真空度不高,因此市場上並不多見。

單頭型線適用於中小型螺杆式真空泵,市場上也多為單頭螺杆式真空泵。其中等螺距螺杆式真空泵腔內無壓縮,可以輕鬆排出固體顆粒與可凝性氣體,但其排氣溫度與能耗度較高。

變螺距螺杆式真空泵腔內有壓縮,排氣溫度低、能耗低,但對粉塵顆粒以及可凝性氣體的耐受性不如等螺距。 下圖是幾種不同型線的轉子結構對比:

三種螺杆轉子形式

3.螺杆式真空泵的工作原理

因為是脫胎於螺杆式壓縮機,所以螺杆式真空泵的工作原理也與螺杆式壓縮機類似。我們以近似的多頭型線的來闡述:

1)吸氣過程

圖中可見,陽轉子按逆時針方向旋轉,陰螺杆按順時針方向旋轉。圖中上方的轉子端面是吸氣斷面,下方的端面為排氣端面。

a、吸氣過程即將開始

b、吸氣過程中

c、吸氣過程結束

圖1a示出吸氣過程即將開始時的轉子位置。在這一時刻,這一對齒前端的型線完全嚙合,且即將與吸氣口連接。隨著轉子開始轉動,由於齒的一端逐漸脫離嚙合而形成了齒間容積,這個齒間容積的擴大,在其內部形成了一定的真空,而此齒間容積又僅與吸氣口連通,因此氣體便在壓差作用下流入其中。

如圖1b中陰影部分所示。在隨後的轉子旋轉過程中,陽轉子齒不斷從陰轉子齒的齒槽中脫離出來,齒間容積不斷擴大,並與吸氣孔口保持連通。

吸氣過程結束時的轉子位置如圖1c所示,其最顯著的特點是齒間容積達到最大值。隨著轉子的旋轉,齒間容積不會再增加。齒間容積在此位置與吸氣孔口斷開,吸氣過程結束。

2)壓縮過程

圖中,陽轉子沿順時針方向旋轉,陰轉子沿逆時針方向旋轉。上方的轉子端面是吸氣斷面,下方的端面為排氣端面。

a、壓縮過程開始

b、壓縮過程中

c、壓縮過程結束排氣開始

圖2a示出螺杆式真空泵壓縮過程即將開始時的轉子位置。此時氣體被轉子齒和機殼包圍在一個封閉的空間中,齒間容積由於轉子齒的嚙合就要開始減小。

隨著轉子的旋轉,齒間容積由於轉子齒的嚙合而不斷減小。被密封在齒間容積中的氣體被占據體積也隨之減小,導致壓力升高,從而實現氣體的壓縮過程,如圖2b所示,壓縮過程一直持續到齒間容積即將與排氣孔口連通之前。如圖2c所示。

3)排氣過程

螺杆式真空泵的排氣過程

齒間容積與排氣孔口連通後,即開始排氣過程。隨著齒間容積的不斷縮小,具有排氣壓力的氣體逐漸通過排氣孔口被排出。 如圖3a所示。

這個過程一直持續到齒末端的型線完全嚙合。此時,齒間容積內的氣體通過排氣孔口被完全排出,封閉的齒間容積的體積變為零。