滤油机涡旋式真空泵的泄漏及密封

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部 作者:陈栋

  动、静涡旋盘之间的泄漏是影响涡旋真空泵抽气性能的重要因素,分析了主要由轴向间隙及径向间隙引起的气体返流泄漏,阐述了相应的密封原理及措施,为涡旋真空泵的优化设计提供新的思路。

1、前言

  涡旋真空泵主要由泵头、电机、机座等组成,泵头内的动涡旋盘与静涡旋盘相互交错组成的涡旋盘付为核心工作部分,构成了涡旋真空泵的基本抽气机构。真空技术网(www.chvacuum.com)认为其工作时动、静涡旋盘互不接触,动盘以恒定的公转半径绕静盘中心公转平动,在涡旋齿壁面上产生多个啮合点,从而在动、静涡旋件之间形成数个月牙形腔体。自吸气口进入泵内的气体随着动盘的公转不断流入月牙形腔内,最终从静涡旋盘中心的排气口排出。正是通过这种吸气、压缩、排气的循环,涡旋真空泵实现了对被抽腔体的真空抽取。

  然而,因各种间隙的存在,造成抽气时工作腔内的气体返流泄漏,导致泵的压力范围变窄,容积效率减小,极限真空度降低。

2、间隙与泄漏

  动、静涡旋盘啮合如图1 所示。

动、静涡旋盘啮合示意

图1 动、静涡旋盘啮合示意

  如图1,动、静涡旋盘在啮合过程中,从中心腔至最外层的每一级封闭压缩腔,腔内气体压力是逐渐降低的。当涡旋真空泵抽气到达一定程度时,吸气口处的进气压力将会减小,而动、静涡旋盘间的间隙就会导致高压腔内的气体返流泄漏至低压腔甚至吸气口处,使泵的抽气性能降低。通常造成这种泄漏的间隙主要有2 种: 轴向间隙和径向间隙。

  2.1、轴向间隙与径向泄漏

  如图2,涡旋盘齿顶与齿底面间的间隙为轴向间隙,引起气体径向泄漏。在压差作用下,中心处压力较高的部分气体会沿轴向间隙的径向方向泄漏至吸气口处,使吸气口处压力升高、泵的下一次吸气效果减弱; 同时,返流泄漏的气体又会在下一次循环工作中被重复吸入腔内压缩,严重影响涡旋真空泵的容积效率与极限真空度。

轴向间隙泄漏

图2 轴向间隙泄漏

  2.2、径向间隙与切向泄漏

  如图3,涡旋齿壁面( 动盘涡旋齿外壁面与静盘涡旋齿内壁面及静盘涡旋齿外壁面与动盘涡旋齿内壁面) 之间的间隙为径向间隙,引起气体切向泄漏。受相邻月牙腔之间气体压力梯度的影响,高压腔内的气体只能沿径向间隙的切向方向泄漏至相邻一级的低压腔内,而不会直接返流至吸气口处,因此吸气口处压力升高相对较少,对抽气效果影响较小。说明径向间隙对涡旋真空泵抽气性能及极限真空度的影响远小于轴向间隙。

径向间隙泄漏

图3 径向间隙泄漏

4、结论

  (1) 分析了涡旋真空泵的泄漏情况,提出了针对不同间隙泄漏的密封方法与设计原理,对涡旋真空泵的优化设计提供新的思路;

  (2) 轴向间隙对涡旋真空泵抽气性能及真空度的影响大于径向间隙,采用具有自动补偿功能的密封设计对轴向间隙的密封效果最佳;

  (3) 最小径向间隙宽度设计在0. 05mm 左右; 利用径向随变机构自动调节偏心量或开设迷宫齿进行非接触式密封均能有效减少切向气体泄漏量。

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