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1、3. 油封机械泵,3.1 旋片式油封真空泵,图3-1 2X型旋片泵,图3-1 2XZ型旋片泵,3.1.1 概述,旋片泵为一种变容式气体传输真空泵，是真空技术中最基本的真空获得设备之一。工作压力范围1013251.3310-2 Pa，属低真空泵。 可单独使用，也可作其他高真空泵的前级泵，用以抽除密封容器中的干燥气体。若附有气镇装置，还可抽除一定量的可凝气体。 旋片泵不适于抽除含氧过高、有爆炸性的、对金属有腐蚀性的、与泵油会发生化学发应的、含有颗粒尘埃的气体。,3.1.2 旋片泵的工作原理与结构特点,旋片把转子、泵体、端盖形成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分。,3.1.2.1 工作原理,图3-3
2、 旋片泵工作原理图,1-旋片 2-旋片弹簧 3-泵体 4-端盖 5-转子,若转子按图中箭头方向旋转时，A空间容积增加，压力降低，气体经泵入口被吸入，此时处于吸气过程；B空间的容积减小，压力增加，处于压缩过程；C空间的容积进一步缩小，压力进一步增加，当压力超过排气压力时，压缩气体推开泵油密封的排气阀，处于向大气的排气过程。在泵的连续运转过程中，不断进行吸气、压缩和排气过程，从而达到连续抽气的目的。,3.1.2.2 结构特点,旋片泵在结构上可分为油封式（图3-4a）和油浸式（图3-4b）两大类。 1）油封式油箱设在泵体上，油起密封排气阀的作用，泵为水或风冷却。一般大泵多采用这种结构形式； 2）油浸
3、式整个泵体浸在油内，油起密封、冷却作用。小泵和直联泵多采用。,图3-4a 油封式2X型旋片泵结构简图,1进气管； 2滤网； 3注油活塞； 4油窗； 5放油螺塞； 6旋片； 7旋片弹簧； 8转子； 9气镇阀； 10泵体； 11排气阀； 12排气管,图3-4b 油浸式2X型旋片泵结构简图,1电机；2手把；3支架；4油箱；5排气管；6挡油板；7气镇阀；8油窗；9油泵；10放油螺塞；11低级泵盖；12排气阀；13低级旋片弹簧；14低级旋片；15低级转子；16中隔板；17中间气道压板；18挡油板支柱；19高级转子；20高级旋片及弹簧；21辅助排气阀；22高级泵盖；23泵连轴器；24电机连轴器。,1. 泵
4、体（定子）：主要有3种：,图3-5 泵体结构 (a)整体式； (b)中壁压入式； (c)组合式,整体式 ：结构紧凑，连接及密封加工面少，密封性能好。加工工艺较难。 关键：保证两腔同心度和泵腔内表面的精度及粗糙度（光洁度）。 中壁压入式：高低腔为一整体，中隔板由压力机压入，泵腔加工工艺性好。结构紧凑。中壁压入公差较严，采用过盈配合定位，泵腔与中隔板邻近处易产生变形。 一般采用小过盈量，加一定位销，或小过盈微量浮动减少因大过盈量引起的变形；或在泵腔相应处设计加强筋减少变形（大泵） 。,组合式：各零件易于加工，容易保证高精度，废品率低，互换性好，适于大批量生产，但其加工面多，装配麻烦。 泵体材料：
5、大多数厂家均采用高强度灰铸铁，如H200，250等。 也可采用铝合金或球墨铸铁等耐磨、自润滑好的材料。 泵体毛坯铸件应进行时效处理，以消除内应力，防止变形，提高耐磨性。,2. 转子,转子结构有三种形式：整体式、压套式和转子盘式。 整体式 ：加工基准是两端中心孔，与转子盘式结构相比，其加工件和装配量少，加工简单，节省工序，几何精度和尺寸精度也得到了保证。但缺点是对材质要求较高，而且其旋片槽加工较困难，难以达到高精度，较适于大泵；,压套式：如图3-6(a)所示，两半转子中间用衬块保证旋片槽宽，该结构加工量稍小些，但要求加工精度较高，装配较复杂； 转子盘式：是当前采用最多的形式，其结构如图3-6(b
6、)所示，两半转子盘用螺钉和锥销紧固后，两转子体之间形成旋片槽，这种结构零件多，加工装配量大，有较高的加工精度。,图3-6 转子结构,3. 旋片,结构形式 旋片的结构形式多为矩形 和 T 形 旋片的厚度与型号有关（一般从614 mm）,旋片材料,国内一般用 45 钢、H250、QT 或20钢淬火（硬度：HRC4045） 对旋片材料的一般要求： 1）要有足够的抗弯强度；在正常泵温下膨胀系数尽可能小，最好能接近铸铁，达到0.8105 1.1105 l/； 2）比重小，摩擦系数小，耐磨损；良好的自润滑性； 3）低成本；良好的机械加工性能； 4）化学稳定性，没有污染和毒害。,4. 排气阀,排气阀对泵的真
7、空度和噪音影响较大。 排气阀有两种形式：一种是用橡胶垫做阀片，如图3-7(a)所示；另一种是用布质酚醛层压板或弹簧钢片做阀片，如图3-7(b)所示。 排气阀必须浸在泵油中。在排气过程中，压缩气体推开排气阀片，穿过泵油排出。泵油起到密封的作用。,图3-7 排气阀结构,辅助排气阀,在双级泵中，当高真空级与低真空级为泵腔宽度不等时，需在两级之间设置中间辅助排气阀，如图3-8所示。 辅助排气阀的作用是在入口压力较高、经高真空级压缩的气体已达到排气压力时，辅助排气阀打开，部分气体由辅助排气阀排出，部分气体由低真空级抽走。,图3-8 双级泵结构示意图,高真空级； 低真空级； 1中间辅助排气阀；2通道；3低
8、真空级排气阀,5. 气镇阀,为了抽除可凝性气体，油封式机械真空泵常装有气镇装置。 气镇法可以有效地防止可凝性气体凝结。该方法是在被抽气体被压缩过程中将经过控制的永久性气体（通常为室温干燥空气）由气镇孔掺入其中，使可凝性气体分压达到泵温时的饱和蒸汽压之前，压缩气体的压力已达到排气压力，排气阀打开，将可凝性气体同永久性气体一同排出。,图3-9 气镇阀结构 1调节阀； 2气镇阀座； 3密封垫；4挡块； 5钢球；6弹簧,气镇阀（掺气阀）是由节流阀和逆止阀两部分组成，其结构如图3-9所示。节流阀控制掺入气体量，逆止阀防止泵腔内气体压力高于掺气压力时出现返流。,图3-11 保护阀,1阀体； 2真空室人口连
9、接法兰； 3旋片泵入口连接法兰； 4电磁放气阀； 5阀板,3.1.3.4 油雾的产生及分离,在旋片泵排气过程中，悬浮在被抽气体中的油滴随气体一起被排出。因此，常在泵出口看到“油雾”。同时也有少量的油蒸气被排出。随着环保要求的提高，新型旋片泵一般在出口设置油气分离装置。,图3-13 油气分离器,1排气连接法兰； 2分离器出口； 3过滤元件； 4集油观察窗； 5放油塞； 6泄压阀,3.1.3.5 除尘装置,在有些真空工艺中会产生大量的灰尘，这些灰尘将随被抽气体一起进入旋片泵。灰尘混在泵油中，像研磨剂一样会对泵转子和泵腔造成磨损和破坏。在灰尘量较少时，可由油过滤系统滤除，但灰尘量较大时，为防止泵损坏
10、，保证泵正常运转时必须使用除尘器(图3-14)。,图3-14 除尘器的工作原理图,1入口法兰； 2外筒室； 3油浸过滤器； 4、5 出口法兰,6.1.1概述,罗茨泵是一种无内压缩的旋转变容式真空泵,6.1.1.1罗茨泵的种类,低真空罗茨泵： 直排大气的干式单级罗茨泵（10000Pa）和湿式罗茨泵(2000Pa)； 中真空罗茨泵： 机械增压泵（110-1 Pa）； 高真空罗茨泵： 多级干式罗茨泵（高真空多级罗茨泵）,6.1.1.2罗茨泵在真空工程领域中应用：,在中真空范围作为机械增压泵应用，一般与前级泵（旋片泵，滑阀泵和水环泵等）串联构成真空机组； 双级或多级罗茨泵机组可获得高真空； 对于干式清
11、洁无油的抽气系统多用气冷式罗茨泵机组； 对于含水蒸气的被抽系统，多用湿式罗茨泵。,水环罗茨泵机组2,旋片罗茨泵机组,滑阀罗茨泵机组2,6.1.2罗茨泵的工作原理及其结构特点 6.1.2.1罗茨泵的工作原理,罗茨泵抽气时两个转子由传动比为1的一对齿轮带动，作彼此反向的同步旋转运动 。转子彼此无接触，其间存在间隙。,6.1.2.2罗茨泵具有以下特点：,在较宽的压力范围内有较大的抽速 ； 转子之间、转子与泵腔壁之间有间隙，泵腔内运动件无摩擦，不必润滑，泵腔内无油； 转子形状对称，动平衡性能良好，运转平稳，选择高精度的齿轮传动，运转时噪音低；可获得较高转速（抽速）； 对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏
12、感；,抽气特点：,罗茨泵在抽气过程中其工作空间容积是不变的，即“无内压缩”，这与大多数的变容式真空泵不同。 气体的排出：当转子顶部转过排气口边缘，封闭空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压力较高，则有一部分高压气体返冲到封闭空间中，使空间内气体压强突然升高到排气压力，即所谓的“外压缩过程”。当转子继续转动时，气体排出泵外。,6.1.3罗茨泵的结构,1前端端盖；2油标；3压力传感器；4注油塞； 5放油塞；6齿轮侧轴承端盖；7泵体；8入口法兰 9出口法兰；10转子；11马达侧轴承盖； 12中间法兰；13油封处注油塞；14油封处放油塞； 15笼形支架；16电动机；17泵底座,罗茨泵是双转子容积式真空泵
13、。其在泵腔内有两个形状对称的转子，转子形状有两叶、三叶和四叶。,两个转子按一定相位安装在一对平行轴上，由轴端齿轮（i =1）驱动做同步反向旋转运动。转子彼此无接触，转子与泵腔壁也无接触，其间通常有0.151.0mm的间隙。泵腔靠间隙及高转速来密封（相对密封）。 由于泵腔内无摩擦，转子可高速运转，一般：5003000rmin。泵的润滑部位仅限于轴承、齿轮及动密封处（齿轮箱有油，且与泵腔之间有压差，预抽管通前级侧）。,6.1.3.1泵的结构特点,转子在泵体中如何安装决定了泵的总体结构。目前国内外的罗茨泵大致有两种型式： 1）立式：这种结构的进、排气口成水平位置，装配和连接都比较方便。但泵的重心较高
14、，在高速运转时稳定性差，故多用于小泵。 2）卧式：泵的进气口在上，排气口在下。有时排气口水平方向接出，因而，进、排气方向是相互垂直的。排气口可以从两个方向接出，一端接排气管道，另一端堵死或接旁通阀。这种结构重心低，高速运转时稳定性好，一般用于大、中型泵。,结构型式示意图1,立式结构,卧式结构,6.1.3.2泵的传动方式,传动方式有如下两种： 1）电动机与齿轮放在转子的同一侧，从动转子的扭矩由电动机端齿轮直接传过去，所以主动转子轴的扭转变形小，因而转子与转子之间的间隙就不会因主动轴的扭转变形较大而改变，故使间隙在运转过程中均匀。 缺点：主动轴上有三个轴承，给加工和装配带来一定困难，对齿轮的拆装和
15、检查都不方便，整个结构也显得不匀称，使泵的重心移向电动机和齿轮箱一端。所以，采用这种结构的较少。,传动方式示意图,2） 电动机与齿轮传动设在转子的两侧,这种结构克服了上述的缺点，但主动轴扭转变形较大。为了保证转子在运转过程中的间隙，要求轴应有足够的刚度。 轴与转子要 固结（铸造的转子采用轴转子整体结构或热压过盈配合，焊接的转子采用转子和轴直接焊在一起的整体结构）。 这种结构拆卸和装配都很方便。,结构图,6.1.3.3泵的密封结构,主要有3个部位： 主动轴外伸部分的动密封（密封外部大气与齿轮箱之间）； 端盖或齿轮箱与泵体间的静密封； 齿轮箱和泵体间的转子轴的动密封（避免油进入泵腔，同时预真空与高
16、真空之间得到密封）。,1、主动轴外伸部分的动密封,目前采用较多的是： 双端面摩擦环式机械密封； 带加强环的JO圈密封。 机械密封运转可靠，耗功率小允许线速度大；但结构复杂，制造成本高。 JO圈密封结构简单，耗功率大，胶圈容易磨损，但更换方便，成本低。 磁流体密封是一种密封效果及使用寿命长的动密封型式，功耗小，但成本高。,2、齿轮箱与泵体之间的轴封,由于齿轮箱或端盖壳体内均有预抽管道与泵的出口相通，即这两部分的真空度与前级泵入口基本相同。所以齿轮箱与泵腔之间的压差较小，通常采用迷宫式密封、反螺旋式密封或活塞胀圈密封。,3、泵体端面的静密封,真空耐油橡胶圈密封，不仅可靠而且拆卸方便。 采用聚氨酯胶垫进行平面密封，不用加工密封槽，拆卸方便。 有机硅室温硫化橡胶膜密封，密封可靠并且不用加工密封槽。但用户须备有这种材料，否则不能自行拆装
