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1、真空泵的分类、工作原理及发展概述前言真空泵是一种真空获取设备，它可以利用物理、化学或机械方法从容器中抽 取空气，以获得和改善真空环境。真空泵种类繁多，在我国许多工业领域都有应 用。本文重点介绍了真空泵的分类以及几种常见真空泵的性能、优缺点，并分析 了我国真空泵产品的发展趋势。1 真空的意义17 世纪，意大利物理学家托里拆利揭示了“真空”的存在。真空是指给定空 间内气体压力低于一个大气压的气体状态。完全没有气体的状态叫做绝对真空。 一般来说，我们指的是相对真空，也就是说，在可以达到的最低压力下，每立方 米气体中仍有几个气体分子。在真空技术中，“真空度”和“压力”通常用来表示真空度。某个空间的压
2、力越低，真空度越高，压力越高，真空度越低。根据各压力范围内不同的物理特 性，真空一般分为粗真空、低回真空。真空泵的分类及发展趋势真空泵的分类自 20 世纪初以来，真空技术不断发 展，真空设备种类越来越多，应用领域逐渐扩大。2 真空泵的分类根据真空泵的工作原理，它可分为两种基本类型:输气泵和集气泵。输气泵 主要是通过不断地吸入和排出气体来达到抽气的目的。集气泵通过允许气体分子 在泵的内表面上被吸附或冷凝来减少容器中气体分子的数量。3 几种常见的工业真空泵及其发展趋势3.1 水环真空泵3.1.1 简介水环真空泵是一种可变容积泵，它可以清除易燃、易爆和腐蚀性气体，以及 含有灰尘和湿气的气体。该真空泵
3、具有结构简单、易于维护、磨损小、安全性高、 对输送的气体无污染等优点，但也存在效率低、真空度低（真空差）的缺点。水环 泵是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为20004000Pa,串联大气喷射器可 达270670Pa。水环泵也可用作压缩机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩 机，其压力范围为12X105Pa表压力。水环泵的主要原材料是铸件，易于加工，劳动强度大。因此，国产产品比进 口泵有价格优势，目前被广泛使用。目前，国内液环泵制造商应主要从减轻重量、 减小体积、降低能耗和提高效率方面改进产品。3.1.2 工作原理水环式真空泵的叶轮偏心地装在泵 体内，当叶轮旋转时、水受离心力的作用 向四周甩出
4、，沿泵体内壁形成水环，当叶 轮沿顺时针方向旋转时，在前半转的过程 中，水环内表面逐渐与轮毂分离，相邻两 叶片之间形成的空腔逐渐增大，被抽气体 通过泵盖进气口、经月牙形吸气孔、不断 被吸入泵提内；在后半转的过程中，水环内表面逐渐接近轮毅相邻两叶片之间的空腔，空腔逐渐变小，气体被压缩。因而 压力不断地增加，当压力达到大于外界压力时，气体经月牙形排气孔排出，连续 旋转就能达到不断地抽走密封容器中的气体，使容器内形成真空。3.2 旋片真空泵3.2.1 简介旋片真空泵是最基本的真空采集设备之一。它是一种油封式机械真空泵，适 用于真空包装、真空成型、真空抽吸等封闭系统的抽气。但是，它不能用于去除 氧气含量
5、高、对金属有腐蚀性、与泵油发生化学反应以及含有颗粒灰尘的气体， 也不能去除水或其他液体。旋片真空泵具有体积小、重量轻、噪音低等优点，可 以获得较高的真空度。国产旋片泵已达到技术标准，价格远低于进口泵，具有一定的竞争优势。目 前，旋片真空泵需要解决的问题主要是旋叶材料、轴封漏油等。以及能够去除水 蒸气的旋片真空泵的开发。3.2.2 工作原理旋片式真空泵系双级髙速直联结构1、进佗咀2、遞网3、33油板4、进5咀0形密对圈5、施片乳簧6、旋片7、转子B.泵身 头池希10. 1空泵油m排吒阀片旋片式真空泵。它有偏心地装在泵腔内的 转子，及转子槽内的旋片。转子带动旋片 转时，旋片紧贴腔壁，把进、排气口分
6、隔 开来，并使进气积腔容积周期性地扩大而 吸气，排气腔容积则周期性地缩小而压缩 气体，推开排气阀排气，从而获得真空。图 为单级泵的工作原理示意图。双级是两个单 级串联而成。旋片式真空泵装有气镇阀，具有延长泵油使用时间和防止泵油混水 的作用。3.2.2 使用注意事项(1)旋片式真空泵是获得真空的基本设备，它可单独作用，亦可作为各类髙真空系 统的前级泵和预抽泵。泵进气口连续敞通大气运转，不得超过三分钟。泵不适用于抽除对金属有腐蚀性的，对泵油起化学反应的、含有颗粒尘埃的气体，以体含氧过髙的，有爆炸性的气体。泵有得作压缩泵或输送泵用。泵的工作环境：温度51-401范围内，相对温度不大于90%，进气口压
7、强小于1333Pa的条件下允许长期连续运转。装接电源时，按电机标牌的规定接线，应注意电机旋转方向与支座上的箭头方 向一致。连续被抽容器的管道，其直径应不小于泵的进气口直径，且管道应短和弯头少， 同时注意管道的泄漏。每次起动前着重查看油位，以停泵时注油至油标玻璃直径的4/5髙度为宜。泵油采用清洁的SY1634-70 1号真空泵油。旋片式真空泵可在通大气或任何真空度下一次起动。如果起动困难，可拨掉进 气管塞帽起动，随后投入运转。3.3 滑阀真空泵3.3.1 简介滑阀真空泵属于油封式变容真空泵，可用于抽取一般气体或含有少量凝析油。与旋片真空泵相比，滑阀真空泵具有能在高压(104 帕)下工作、抽气能力
8、大、 能在恶劣工作条件下使用、经久耐用等优点。主要应用于冶金、化工、食品等行 业中广泛应用。滑阀泵铸件重，加工工作量大，因此许多国外生产企业希望与国 内真空泵企业合作。为了加快替代进口，国内滑阀泵需要在降低振动噪声、防止 喷油和漏油方面优化产品。3.3.2 工作原理滑阀式真空泵是真空泵的一种，它主要有单级和双级两种形式。接下来我们 就通过滑阀式真空泵原理结构图来详细了解 下滑阀式真空泵吧。sn制住童空泵结杭原迎图1-泵体2嗪瑚萨漏吩驼叶祸阀环諧阀杆L排气府卜滑润导執滑阀真空泵的结构主要由泵体及在其内 部作偏心转动的滑阀、半圆形的滑阀导轨、排 气阀、轴等组成泵体中装有滑阀环(4),滑阀 环内装有
9、偏心轮(3),偏心轮固定在轴(2)上， 轴与泵体中心线相重合。在滑阀环上装有长方 形的滑阀杆(5),它能在半圆形滑阀导轨(7)中 上下滑动及左右摆动，因此泵腔被滑阀环和滑 阀杆分隔成a、b两室。真空泵在运转过程中, 由于a、b两室容积周期性地改变，使被抽气 体不断进入逐渐增大容积的吸气腔；同时，在 排气腔随着其容积的缩小而使气体受压缩，并 通过排气阀排出泵外。双级型的滑阀泵，实际上是由两个单级泵串联起来的。它的高、低真空室在 同一泵体上，有的是直接铸成一个整体，有的是压入中隔板把泵腔分成高、低两 室。随着真空业的逐渐发展，真空泵的形式也越来越多，但是对真空泵的维修保 养都是一样的。对真空泵使用
10、的机油特别要注意根据泵所抽吸的气体是否具有腐 蚀性来选择。3.4 罗茨真空泵3.4.1 简介罗茨真空泵具有启动快、功耗低、泵速高等优点。它能抽出含有水蒸气和灰 尘的气体，并能迅速抽出突然释放的气体。罗茨泵的使用可以减少泵送时间，提 高生产效率。目前，国产罗茨泵的市场份额小于进口产品。为了抢占国内市场和 进入国际市场，国内企业需要在降低振动噪声、解决轴封漏油、提高泵的平滑度 和清洁度方面对国内产品进行改进。罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故髙、中真空泵需要前级徑气口帖口3.4.2 工作原理泵。靠泵腔内一对叶形转子同步、反向旋 工作时其吸气口与被抽真空容器或真空系统主抽泵相接。这种真
11、空泵的转子与转 子之间、转子与泵壳之间互不接触，间隙一般为0.10.8毫米；不需要用油润 滑。转子型线有圆弧线、渐开线和摆线等。渐开线转子泵的容积利用率高，加工 精度易于保证，故转子型线多用渐开线型。罗茨真空泵的转速可高达34504100 转/分；抽气速率为3010000升/秒；极限真空：单级为6.5x102帕，双级为1 X103 帕。转的推压作用来移动气体而实现抽气的真空泵。罗茨真空泵是指具有一对同步髙甘帖口U-排气口速旋转的鞋底形转子的机械真空泵，此泵不可以单独抽气，前级需配油封、水环等可直排太气。它的结构和工作原理与罗茨鼓风机相似,气燻压姝腳EJE力气啊扫和起封坐片 口,岀；!巫动惱釆斛
12、偉 序动器扯植超咖体嘩咏入口出口一翅殆附主体 再空禾的杳毎空辰甸克揑可矿展蜩：堆虻觇卩眶力廿彌间勺悴週i箱帰应用！T.jdPi兰可护IS谐特； 可扩展A主悴 更注46阎压增可 ITRiSft：第一酚展俸樓删蜜的畝增城转量& 4b.7：r6罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极 限真空。为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。罗茨泵的工作原理与 罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之 间的空间V0内，再经排气口排出。由于吸气后V0空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部阵转过排气口边缘，V0空间与排气侧相通时
13、，由于排气侧气体压 强较髙，则有一部分气体返冲到空间V0中去，使气体压强突然增髙。当转子继 续转动时，气体排出泵外。罗茨泵在泵腔内，有二个8 字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，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。在转子之间，转子与泵 壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现髙转速运行。3.5 干式螺旋真空泵3.5.1简介干式螺旋真空泵是一种较新的真空获取设备，具有可靠性髙、使用寿命长、 动平衡性能好、适应性强、多相混合输送等特点。它能去除腐蚀性、毒性、含尘 气体、可冷凝蒸汽和其他气体。干式泵有广泛的应用，代表性行业包括半导体工业、化学工业和电影工业。这三个行业的需求是
14、干式泵市场的主要驱动力。美， 欧大约一半的半导体行业使用干式真空泵，而不是油封机械泵。目前，国内干式 真空泵很少使用，市场份额不到 1%。中国半导体行业主要使用进口干式泵。因此， 应加大国产干式真空泵的研发力度，使干式真空泵成为中国真空产业新的经济增 长点。352工作原理与螺杆式压缩机类似，螺杆式干式真空泵的工作过程可分为吸气、压缩和排气三个过程。随着转子的旋转，每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环，现螺杆泵的排气过程，齿间容积与排气孔口连通后，即开始排气过程。随着齿在以其中一对齿来说明。吸气过程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
15、面。压缩过程转于端面是排气端面。在这里，阳转子沿顺时针方向旋转，阴转于沿逆时针方向旋转。图中上方的转子端面是吸气断面，下方的端面为排气排气过程间容积的不断缩小，具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被排出，6喷射式真空泵3.5.1简介喷射泵的工作流体可以是蒸汽，也可以是液体或气体。工作蒸汽通过绝热膨 胀，将压力能转化为速度能，以超音速的速度由喷嘴喷出，同时压力降低。工作 蒸汽与被抽吸气体在混合室进行混合，同时也进行能量交换。当流体流至扩压器 的前段时，一边进行能量交换，一边逐渐压缩，至喉部时完成混合过程，速度可 达音速范围。在扩压器的后段，速度逐渐降低，压力升高，最后从压出口排出。喷射泵的特点是，构造简单、紧凑、没有活动部件，可以用各种耐腐蚀材料 制作。但效率很低，只有10%25%，并且只用于工作流体与输送流体可以混合的 场合。水力喷射器应用极为广泛，主要用于真空与蒸发系统，进行真空抽水，真空 蒸发、真空过滤、真空结晶、干燥、脱臭等工艺，是制糖、制药、化工、食品、 制盐、味精、牛奶、发酵以及一些轻工、国防部门广泛需求的设备。但目前生产水力喷射器的制造厂较小，品种亦不齐全。采用多喷咀
