渦旋真空泵的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

1、渦旋齒的漸開(kāi)線(xiàn)設計

　　由于圓漸開(kāi)線(xiàn)的幾何特性，渦旋齒型線(xiàn)若采用圓漸開(kāi)線(xiàn)，則必然在渦旋齒始端產(chǎn)生齒碰干涉現象，傳統方法是把齒碰區域切掉，來(lái)避免此現象，這樣當氣體壓縮到中心區域時(shí)會(huì )產(chǎn)生膨脹現象，造成壓縮比和極限真空度的降低。為了提高壓縮比和渦旋齒齒頭強度，及解決渦旋齒型線(xiàn)在加工中與刀具干涉的問(wèn)題，通常進(jìn)行型線(xiàn)修正。常見(jiàn)的修正方法有雙圓弧修正、直線(xiàn)圓弧修正、多對圓弧修正、二次曲線(xiàn)修正和三角函數修正等。但目前的修正方法還不是很成熟，如果參數設計不合理，仍然會(huì )出現干涉問(wèn)題，所以設計時(shí)一定要進(jìn)行三維運動(dòng)模擬，查看修正后的型線(xiàn)是否存在干涉問(wèn)題。

2、間隙和密封

　　密封問(wèn)題是影響渦旋真空泵極限真空度的主要因素，壓縮氣體會(huì )通過(guò)側向間隙和軸向間隙返流，這就需要采用軸向和徑向密封來(lái)減少氣體返流。渦旋真空泵的密封主要包括軸向嚙合間隙的徑向密封，即齒頂密封，和徑向嚙合間隙的切向密封，即齒側密封。由于渦旋真空泵的型線(xiàn)特性，吸氣腔與排氣腔沒(méi)有直接相連，中間存在壓縮腔，所以相鄰工作腔間的壓差不大，較易密封氣體。

　　2.1、軸向間隙和齒頂密封

　　軸向間隙為動(dòng)渦旋盤(pán)齒頂端與靜渦旋盤(pán)盤(pán)面以及靜渦旋盤(pán)齒頂端與動(dòng)渦旋盤(pán)盤(pán)面之間存在的間隙。常在動(dòng)渦旋盤(pán)和靜渦旋盤(pán)的齒頂面上開(kāi)設與渦旋齒型線(xiàn)相同的渦旋槽，并在渦旋槽內嵌入特種材料的密封條來(lái)密封。由于密封條與渦旋盤(pán)盤(pán)面之間存在相對運動(dòng)，所以要求密封材料具有耐磨、耐高溫的特性。渦旋齒高度的加工誤差，動(dòng)渦旋盤(pán)和靜渦旋盤(pán)的安裝誤差，渦旋齒的熱變形，雙面泵中動(dòng)渦旋盤(pán)面兩端的壓力差等都會(huì )引起軸向間隙的變化，這要求密封材料具有一 定的彈性和強度，補償間隙的變化。目前常用的密封材料為摻入特殊材料的聚四氟乙烯混合物。為了保證渦旋齒齒端的強度，渦旋槽不要太深。渦旋泵結構設計應易于動(dòng)、靜渦旋盤(pán)的拆卸，當長(cháng)期運轉后，密封條不滿(mǎn)足密封要求時(shí)，可以較方便的進(jìn)行替換。

　　2.2、徑向間隙和齒側密封

　　徑向間隙為動(dòng)渦旋齒和靜渦旋齒間嚙合處的間隙。齒側密封即為兩壓縮腔之間的間隙密封，密封范圍從最小間隙處開(kāi)始，沿順時(shí)針、逆時(shí)針各旋轉 0.3π。徑向間隙過(guò)大，密封效果不好影響極限真空度;徑向間隙過(guò)小，渦旋齒之間會(huì )產(chǎn)生摩擦甚至膠合，破壞動(dòng)、靜渦旋齒壁面。

　　徑向間隙會(huì )隨工況而變化，設計者可先通過(guò)計算機模擬渦旋齒隨溫度的變形狀態(tài)，然后再通過(guò)修正渦旋齒壁厚，使泵在達到工作溫度時(shí)，徑向間隙最佳，以此來(lái)減小泄露，達到密封的目的。

　　極限真空度是渦旋真空泵的主要性能指標，齒頂密封和齒側密封是影響極限真空度的主要因素。密封效果主要受加工精度、材質(zhì)和表面處理等因素決定，所以提高加工精度，改善渦旋盤(pán)材料，合理的表面處理可提高密封效果，這需要較多領(lǐng)域的專(zhuān)家合作，共同努力實(shí)現。

3、泵初始工作不穩定因素

　　由于渦旋真空泵是容積式真空泵，吸氣腔與排氣腔不直接相連，壓縮腔體積不斷減小壓縮氣體，這樣就會(huì )出現一個(gè)問(wèn)題，當渦旋真空泵入口壓力為大氣壓時(shí)，那么當壓縮腔運動(dòng)到與排氣口接通前，壓縮腔內的壓力將非常大，這對渦旋齒的強度要求很高，而且會(huì )使泵工作很不穩定，對泵的動(dòng)平衡要求非常高。

　　若要解決這個(gè)問(wèn)題，可以使泵的吸氣腔與排氣腔相連，即渦旋齒的終止展角與初始展角的差值不大于 2π，這樣可以避免泵初始抽氣時(shí)的不穩定，而且可以減少齒厚，提高渦旋盤(pán)的有效利用面積。但是這樣設計必然會(huì )降低抽氣效率，而且由于沒(méi)有中間壓縮腔，將會(huì )增大間隙密封難度，返流增大，極限真空度降低。

4、設計理論

　　渦旋真空泵的工作性能與渦旋型線(xiàn)的設計、型線(xiàn)加工精度、渦旋氣流脈動(dòng)特性、機構力學(xué)特性、渦旋盤(pán)動(dòng)平衡特性、摩擦熱力特性、振動(dòng)噪聲特性、功率特性等配置情況密切相關(guān), 但是目前的研究進(jìn)展沒(méi)能全面的考慮渦旋真空泵的整機性能，因而渦旋真空泵的整機性能很難取得突破性進(jìn)展。所以,研究表征渦旋型線(xiàn)本質(zhì)特性的通用渦旋型線(xiàn)的整機全性能耦合效應和多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化設計理論與方法, 對于建立渦旋型線(xiàn)的完整理論, 并根據實(shí)際情況構造出具有最佳性能的渦旋真空泵具有重大的意義和工業(yè)價(jià)值。

5、總結

　　由于無(wú)油渦旋真空泵具有優(yōu)越的性能，在許多行業(yè)都得到了廣泛的應用，尤其是隨著(zhù)渦輪分子泵、復合分子泵和低溫泵的廣泛使用，人們在尋找一種和這些完全無(wú)油的高真空泵相匹配的無(wú)油前級真空泵，而無(wú)油渦旋真空泵正好符合這一要求。目前國內的渦旋真空泵的理論研究和加工制造技術(shù)還不成熟，如渦旋齒型線(xiàn)，渦旋盤(pán)的加工精度、渦旋盤(pán)的表面處理、密封材料的選擇等，這在很大程度上影響了國內產(chǎn)品的性能，所以加大投入和研發(fā)是真空科技工作者的重要任務(wù)。