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爪型干式真空泵的原理研究
时间:2024-08-04 18:13:34 点击次数:

  图中可以看出隔板已经可以做到非常薄,从理论上可以无限薄,从实践考虑到加工和弹性变形的影响,依然留有一定的厚度。整台泵就可以变的非常短,主轴等均大幅度变短,整机的重量可以大幅度降低。

  所以,在制造方面有如下的优点:1)体积小,由于各级的厚度可以优化设计,比变节距螺杆干泵的长度更短,主轴等相应的变短,可以大幅度的节省材料,降低加工成本和制作精度要求,降低运输成本,提高组装效率;2)由于变节距设计,长期工作能耗更低;内部气体通道流导大于泵的设计抽速,所以,在大气压下能耗也没有突然增长。

  从上图可以看出,第一级的排气口1和第二级的进气口1B在同一位置,第一级的爪型转子对2和第二级的爪型转子对2B是相反的,隔板上没有了气体通道了,第三级泵体内转子以及气道和第一级泵体内结构相同,第四级和第二级结构相同,级间交错分布。我们称这样的结构为“反爪型干式真空泵”。可是此结构不能保证第一级在排气时,第二级正好吸气,在第一级排气结束时第二级吸气也结束,就通过在隔板上加工台阶的气体通道来实现,为了保证不影响气体的流量,隔板的厚度比较厚。

  从上图可以看出,第一级的转子为正爪,第二级转子为反爪,为了保证第一级排气时第二级吸气;同时,第一级排气结束时,第二级吸气结束。第二级转子对与第一级转子有个相位差为a度,以防气体形成返流现象。依次后面的转子对也正反交错排列,并依然各自保持相位差为a度,我们称此种原理为“螺旋反爪原理”。这样一来,在隔板上的气体气体通道,不需要台阶通道来保证气体的通排吸气的相位差了,通过设计四级泵就演变成了如下结构,下图为本公司完全采用的参考图:

  如图所示其工作过程是这样的,气体从顶盖1进入沿箭头方向进入到第一级泵体2内,通过第一级转子对3的作用,压缩气体沿箭头方向继续进入第一级隔板4内。分别通过第二级泵腔6,第三级泵腔9第四级泵腔11,气体通过了比较慢长而又复杂的运动。

  通过,我们经过大量的实验以及用户的使用,从加工成本和制造方面有如下的缺点:1)第一级隔板4第二级隔板7以及第三级隔板10中间的气体通道长,不好加工;2)加工完成后气体通道还需要有工艺堵来密封,容易泄漏;3)隔板的厚度较厚,导致泵的长度较长,同样的四级泵比别的干泵要长,重量要重;4)隔板内有死空间,不利于做防腐蚀泵等处理。

  从性能和使用方面以下优缺点:1)由于充分利用了爪型干式真空泵的原理优势,转子压缩过过程中能自动关闭进气口和排气口这个特点,所以,很容易做到较高的极限线)由于气体通道流导往往由于结构的制约,容易形成较大的气体流动阻力,所以,泵入口压力增加到一定值后,电机的电流将大幅度的上升,并且不成线性变化,气体过压缩的现象特别突出,所以,破空阶段效率很低并且时间太长。

  多级爪型干式真空泵的结构对于其材料消耗、体积、能耗等性能有着非常重要的作用。本文就其原理和国际上最经典的两种结构:螺旋型(德国)、反爪型(英国)做了介绍和对比,并提出了最新的结构:螺旋反爪结构。

  从上世纪80年代末期英国某公司生产过这样的泵以后,目前在中国均得到了采用,四级泵设计完成后基本如下图所示意结构。

  如上图所示,气体从进气口通过转子对3以及泵腔2,压缩通过隔板4上的一级泵体排气口(同时就是二级泵体进气口)进入第二级泵体6内。依次类推,气体沿箭头方向,几乎比螺旋原理短一倍的距离,依次通过第三级泵腔9第四级泵腔11,再通过排气口排出泵外。

  其主要的结构型式有:1)螺旋型2)反爪型;其结构各有优势,相比较而言反爪型比螺旋型优势更明显。但由于其结构限制,泵的抽速目前

  四级泵结构如图所示,顶盖1第一级泵腔2一级转子对3第一级隔板4第二级转子对5第二级泵腔6第二级隔板7第三级转子对8第三级泵腔9第三级隔板10第四级泵腔11第四级转子对12底座13

  多级爪型干式真空泵是上世纪末其快速发展成熟的新型真空泵,由于其如下突出优点:泵腔内无油、对被抽容器没有油污染、并能直排大气、单泵就能达到3帕等,在电子行业得到了非常广泛的应用,替代了油封机械泵以及滑阀真空泵。由于其性能卓越而越来越广泛的应用于航天、核工业、化工、制药、环保等行业、并逐年成上升的趋势。

  真空泵最重要的性能有:极限真空、抽气速率和能耗。由于结构形式相似,极限真空可以通过不同的加工精度实现,因而,抽速曲线和能耗曲线决定了泵的性能优越程度:

  如图八所示,三种泵原理的泵在入口压力1000Pa以内的区间,抽速并没有明显的差别;在入口压力1000Pa-2000Pa之间,螺旋原理的干泵实际抽速为反爪原理和螺旋反爪原理的80%左右;而当入口压力超过2000Pa时,螺旋原理爪泵的实际抽速大幅度降低,出现明显的抽气拐点;而反爪原理在入口压力10000Pa以上才开始衰减,而螺旋反爪泵是在入口压力25000Pa才开始衰减。由此可见:螺旋反爪原理是在三种具体原理中抽气效率是最优越的。

  如图九所示,当入口压力在2000Pa以上后,螺旋爪泵的能耗就大幅度上升,达到满载功率的3到四倍;而螺旋反爪原理和反爪泵不存在电流大幅度上升的情况下。有此可见,螺旋爪泵存在内部过压缩情况,由此可以说明转子之间的相位角度以及整个泵的设计是存在缺陷和不足的。龙8long8国际


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