渦旋真空泵的工作原理

      渦旋真空泵是近年來(lái)國內外備受重視并得到迅速發(fā)展的一種真空泵。渦旋真空泵具有抽氣通道內沒(méi)有油污染、泵結構簡(jiǎn)單、運行成本低、工作壽命長(cháng)、能耗低、運行平穩、噪音低等特點(diǎn),得到了真空獲得行業(yè)的歡迎與市場(chǎng)的青睞。而其在設計、制造方面較高的技術(shù)含量,也受到國內外科技界的廣泛重視。國際上真空獲得設備的著(zhù)名廠(chǎng)商爭先投資研發(fā)生產(chǎn)這種先進(jìn)的真空獲得設備。

       到上個(gè)世紀后期,真空獲得廠(chǎng)商應用渦旋概念與原理制造出了對真空應用儀器設備和環(huán)境沒(méi)有污染、抽速、壽命、能耗等指標均優(yōu)于普通油真空泵的單級、雙級渦旋真空泵。渦旋真空泵在需要清潔無(wú)油、廉價(jià)和長(cháng)壽命真空泵的場(chǎng)所被大量應用,實(shí)現了全無(wú)油、運行平穩、噪音低、節省能源的清潔真空獲得技術(shù)的實(shí)用化�，F在世界上渦旋真空泵的生產(chǎn)廠(chǎng)家主要包括美國的Varian, 英國的Edwards, 德國的Leybold, 日本的Iwata 等。國內還沒(méi)有生產(chǎn)廠(chǎng)家,市場(chǎng)上都是進(jìn)口產(chǎn)品。在這種背景下, 本文從我國目前真空獲得與應用行業(yè)的實(shí)際需要出發(fā),介紹了渦旋真空泵的工作原理、設計原則; 闡述了渦旋盤(pán)的加工、密封的設計與選擇、間隙的確定以及泵體的動(dòng)平衡等幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題; 同時(shí)還論述了正確操作的要點(diǎn), 包括氣鎮的需要、抽水氣的操作和泵與被抽真空室隔離的問(wèn)題。

渦旋真空泵的工作原理

       渦旋真空泵的工作原理來(lái)源于Creux1905年的一項發(fā)明專(zhuān)利。該發(fā)明采用一個(gè)在另一個(gè)內部,一個(gè)固定,另一個(gè)轉動(dòng)的具有連續的分離、連續的閉合性能的“等螺距漸開(kāi)線(xiàn)”,研發(fā)一種旋轉壓縮機。渦的形狀被定義為繞固定的軸心展開(kāi)直線(xiàn)的軌跡。渦旋上任意一點(diǎn)的迪卡爾坐標值如下式所示:

       其中常數A代表軸半徑,H代表展開(kāi)角。渦旋真空泵的渦旋盤(pán)就是一個(gè)一端與平面相接的一個(gè)或幾個(gè)漸開(kāi)線(xiàn)螺旋形成的一個(gè)渦旋型盤(pán)狀結構體。一個(gè)靜渦旋盤(pán)與一個(gè)動(dòng)渦旋盤(pán)相互交叉組裝在一起, 兩者之間由防自轉機構保證180°相位差,這樣結合組成的一對渦旋盤(pán)副構成了渦旋真空泵的基本抽氣機構。靜渦旋盤(pán)與動(dòng)渦旋盤(pán)彼此之間在幾條直線(xiàn)上接觸形成對稱(chēng)的幾對月牙腔,動(dòng)渦旋盤(pán)在曲軸的驅動(dòng)下繞靜渦旋盤(pán)的渦旋體中心運動(dòng),使靜渦旋盤(pán)與動(dòng)渦旋盤(pán)的接觸點(diǎn)沿渦旋曲面移動(dòng)實(shí)現吸氣、壓縮與排氣循環(huán)。例如在雙級渦旋真空泵中,有兩個(gè)方向對應的靜渦旋盤(pán),一個(gè)位于兩個(gè)靜渦旋盤(pán)之間的動(dòng)渦旋盤(pán)。動(dòng)、靜渦旋盤(pán)相對運動(dòng)形成容積不斷變化的新月形真空腔使氣體從抽氣口吸入、排氣口排出,完成吸氣、壓縮、排氣的循環(huán)。曲軸每轉一轉,就有一組新的月牙腔形成, 所以渦旋真空泵的吸氣、壓縮、排氣循環(huán)以近1500 röm in 的頻率被連續重復, 對被抽氣體形成包容和強制輸送。

圖1　渦旋真空泵動(dòng)渦旋盤(pán)與靜渦旋盤(pán)

圖2　渦旋真空泵泵頭剖面圖