渦旋真空泵的原理、結(jié)構(gòu)特點、類型及應(yīng)用

2013-05-03 楊旭重慶工商大學

1、渦旋真空泵的工作原理

　　渦旋真空泵的工作腔是由一對型線共軛的渦旋盤副嚙合安裝組成。渦旋盤就是在盤面開有一個或幾個漸開線螺旋槽的渦旋型盤狀結(jié)構(gòu)體。一個靜渦旋盤與一個動渦旋盤相互交錯組裝在一起，動、靜盤之間由防自轉(zhuǎn)機構(gòu)保證180°相位差，這樣組成的一對渦旋盤副構(gòu)成了無油渦旋真空泵的抽氣機構(gòu)。靜渦旋盤與動渦旋盤彼此之間在幾條直線( 在橫截面上是幾個點) 上接觸形成幾對月牙形封閉腔，動渦旋盤在曲軸的驅(qū)

　　動下繞靜渦旋盤的渦旋體中心運動，接觸點沿渦旋曲面移動實現(xiàn)吸氣、壓縮與排氣。在電機的帶動下，曲軸每轉(zhuǎn)一圈，就有一組新的月牙封閉腔形成，從而實現(xiàn)渦旋真空泵的吸氣、壓縮、排氣循環(huán)，對被抽氣體形成包容和強制輸送。

2、渦旋真空泵的結(jié)構(gòu)類型

2.2.1、公轉(zhuǎn)型

　　公轉(zhuǎn)型是一個渦旋固定不動( 稱為靜渦旋) ，另一個繞著它公轉(zhuǎn)平動( 稱為動渦盤) ，動渦盤由曲柄軸驅(qū)動，密封點位置隨主軸同步轉(zhuǎn)動。它整體結(jié)構(gòu)簡單、零件少、渦旋回轉(zhuǎn)線速度小、機械磨損少，但需進行平衡設(shè)計。渦旋真空泵利用最外側(cè)渦圈包容氣體形成封閉吸氣腔。為了減少渦盤末端和進氣口之間的流導，常將進氣口設(shè)在渦旋盤外圈末端附近。同時為了保證中心壓縮腔中的氣體在排氣過程中盡量排走，一般將排氣孔設(shè)在靜渦盤中心附近。因為渦旋泵內(nèi)壓縮比不是很大，常設(shè)置排氣閥以消除壓縮不足，但應(yīng)使排氣閥與渦圈頂部之間的容積盡可能小。為了提高抽速或減少渦盤尺寸，常設(shè)計采用雙側(cè)渦旋。

2.2.2、回轉(zhuǎn)型

　　回轉(zhuǎn)型是由兩個渦旋盤心軸分別裝在兩側(cè)軸承上，其中一個由電機直接驅(qū)動，另一個由十字滑環(huán)機構(gòu)帶動，沿相同角度旋轉(zhuǎn)。其密封位置形成一條線，方向始終不變，泵采用立式結(jié)構(gòu)。驅(qū)動電機在機殼內(nèi)上部，渦盤在下部。因其密封方向不變，回轉(zhuǎn)徑向密封既便于人為控制，又能避免渦圈側(cè)面接觸而需進行的卸載運轉(zhuǎn)，但其整體結(jié)構(gòu)復雜、零件多、機械磨損高。

2.2.3 、轉(zhuǎn)型和回轉(zhuǎn)型的區(qū)別

　　(1) 轉(zhuǎn)動形式不同。公轉(zhuǎn)型是一個渦旋固定不動為靜渦旋，另一個為動渦旋，動渦旋繞著靜渦旋作公轉(zhuǎn)平動。而自轉(zhuǎn)型的兩個渦旋盤各自繞其自身轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)兩者同步同方向轉(zhuǎn)動。

　　(2) 密封位置和方向不同。回轉(zhuǎn)型的兩個渦旋盤齒的徑向密封位置形成一條線，密封線方位始終固定不變。公轉(zhuǎn)型渦旋機械徑向密封的位置和方向卻隨著主軸同步轉(zhuǎn)動。即主軸旋轉(zhuǎn)一周，徑向密封線的方位變化360°。

　　(3) 渦旋盤所受的氣體徑向力和切向力的方向不同。公轉(zhuǎn)型渦旋機械由動渦旋隨曲軸作偏心公轉(zhuǎn)，因而動渦旋受氣體徑向力和切向力的方向繞曲軸同步回轉(zhuǎn)。而回轉(zhuǎn)型兩個渦旋盤所受氣體徑向力和切向力在空間的位置和方向則始終不變，徑向力在密封線方向，切向力垂直于密封線方向。因而不能像公轉(zhuǎn)型渦旋機械那樣，應(yīng)用偏心套或滑動軸套徑向隨便機構(gòu)自動調(diào)節(jié)渦旋齒側(cè)面間隙，達到徑向密封。公轉(zhuǎn)型渦旋曲軸承受均勻載荷，而回轉(zhuǎn)型渦旋曲軸承受局部載荷，設(shè)計時應(yīng)特別注意。

　　(4) 平衡不同。在回轉(zhuǎn)型渦旋中，由于不使用偏心軸，兩個渦旋各自繞自身軸轉(zhuǎn)動，在不考慮渦旋齒偏心質(zhì)量情況下，可不考慮離心力存在，也就不需設(shè)置平衡塊。而公轉(zhuǎn)型必須考慮動渦旋的偏心質(zhì)量，設(shè)置平衡塊來平衡東渦旋盤的離心慣性力和離心慣性力矩，才能使機器平穩(wěn)工作。

　　(5) 傾覆力矩和軸向力不同�；剞D(zhuǎn)型渦旋機械由于兩渦旋盤都轉(zhuǎn)動，都承受同樣大小的傾覆力矩和氣體軸向力，在設(shè)計時，需同時考慮軸向力推力、軸承載荷。而公轉(zhuǎn)型只有一個動渦盤受傾覆力矩作用，所以只需考慮動渦盤所受的傾覆力矩和軸向力。

3、渦旋真空泵的結(jié)構(gòu)特點

　　渦旋真空泵主要由5 個部件組成:

　�、� 動靜渦旋盤副與基座: 一個或幾個漸開螺旋線形成的一個渦旋型盤狀結(jié)構(gòu)。一個靜渦旋盤與一個動渦旋盤相互交錯，兩者之間保證180°相位差組成的一對渦旋盤副機構(gòu)。

　�、� 曲軸: 保證動渦盤繞靜渦盤轉(zhuǎn)動的偏心機構(gòu)。

　�、� 密封件: 保證動、靜盤的端面齒頂密封等的密封裝置。

　�、� 防自轉(zhuǎn)機構(gòu): 保證動、靜盤180°相位差的機構(gòu)。

　　⑤ 電機: 輸出約1500 r /min 的動力機構(gòu)。

　　它的主要運動件只有一個動渦旋盤，因而動力傳遞簡單，相同尺寸下運動半徑小、零部件少、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、整機尺寸小，動、靜渦旋盤之間、動盤與泵腔之間間隙小，泵內(nèi)運動件與泵腔無摩擦，所以幾乎無磨損，運行平穩(wěn)，消耗功率小，氣體流動損失小，工作可靠性高、壽命長，易于維修，維修費用低，容積效率高。采用空氣冷卻，無需水冷。渦旋真空泵具有較高的壓縮比，在較寬的壓力范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的抽速，由于壓縮腔容積的變化是連續(xù)的，因而驅(qū)動扭矩變化小，功率變化小，振動噪聲低，這是其他類型的干式真空泵所不具備的。