容积式真空泵结构型式的探讨(2)

2009-10-29 何云信 广西大学

螺杆式真空泵结构示意图

图6 螺杆式真空泵结构示意图

  单螺杆比双螺杆结构简单(如8 字形泵腔改为正圆) , 工作原理相似(螺杆螺旋齿槽上的齿型空间与泵腔组成的基元容积发生变化) , 所以与双螺杆的应用状况类似。

  1.2.3、旋片式: 这种结构型式的最早发明者是拉梅里在1588 年提出 , 见图7 和图8。特鲁特对此类结构于1805 年做了改进, 弗朗肖于1861 年再进一步改进, 此后应用于工业领域, 并在此基础上不断改进设计, 如维蒂希大约于1900 年改进成多叶片式,所以到了现在, 此类型结构应用最广, 变型产品最多, 见图9。其运动形式是一个转子在圆形泵腔内绕自已的旋转轴中心做旋转运动, 其旋转中心与圆形泵腔中心偏出一个距离, 在转子中心线开有旋片槽,两片旋片放入槽内, 两旋片之间有被压缩的弹簧, 产生弹力使旋片外端始终与泵腔接触, 转子旋转时, 转子、旋片、泵腔围成的空间的容积发生周期性变化,达到进气与排气的目的, 进气几乎是连续的, 而排气是间断的, 所以排气过程有气流脉动, 引起一定的气体动力噪声; 它的主要运动件有二个转子与旋片, 动力提供给转子, 转子旋转并驱动旋片同步旋转, 所以结构紧凑, 整机尺寸小, 零部件少; 转子形状对称并做匀速旋转时, 动平衡性能良好, 运转平稳, 机器的振动和机械噪声低, 同时转速较高; 工作可靠性高,易于维修, 容积效率高; 零件是最易于加工的圆和方, 加工不需要专机, 废品率低, 互换性好, 适于批量生产; 虽然加工、装配精度要求较高, 转子与旋片、旋片与泵腔之间滑动接触, 磨损较大, 消耗功率也较大, 但成本不高, 所以此种结构真空泵占有的市场份额最高 , 生产厂家最多。

旋片式真空泵原型图

图7 旋片式真空泵原型图      图8 滑片式真空泵原型图

旋片式真空泵结构示意图

图9 旋片式真空泵结构示意图

  1.2.4、涡旋式: 这种结构型式是法国人Creux在1905年的发明专利。因加工工艺及设备等要求高, 直至70年代高精度数控铣床出现才实现这种机构, 1987年三菱电机首次用于真空泵。其特点是动、静涡旋转子的旋线基本相同, 动涡旋转子相对于静涡旋转子偏心并相差180°对置安装, 他们的轮廓线组成月牙腔, 动涡旋转子旋转时这个月牙腔向中心处移动并连续地逐渐变小, 最后把腔内气体排出, 其进气与排气同步并连续单向进行, 排气过程几乎没有气流脉动, 无气体动力噪声, 驱动扭矩变化小, 运转平稳, 机器的振动和机械噪声低, 同时转速能大大提高(可达36000 r/min) ; 它的主要运动件只有一个动涡旋转子, 因而动力传递简单, 结构紧凑, 整机尺寸小, 零部件少; 动、静涡旋转子之间、转子与泵腔之间间隙小, 泵内运动件与泵腔无摩擦, 故几乎无磨损, 消耗功率小; 没有进气阀, 也可以不设排气阀, 所以气体流动损失小; 工作可靠性高, 寿命长, 易于维修, 容积效率高, 但转子形状特殊, 带来加工、装配、定位要求精度高, 且加工必须用专机, 废品率高, 不利于批量生产, 成本较高, 目前只有少数国家能达到质量要求, 如美国的V arian, 英国的Edw ards,三菱电机、日立、岩田等, 国内还没有合格的生产厂家,所以占有的市场份额不高。

  1.2.5、余摆式: 这种结构型式是库利于1901年的发明, 首先应用于旋转式蒸汽机, 后来应用于三角活塞旋转式发动机, 进而应用于真空泵。其运动形式是一个转子在特殊形状泵腔内绕行星中心轮旋转, 使转子椭圆两顶端始终与泵腔接触, 转子与泵腔围成空间的容积发生周期性变化, 达到进气与排气的目的, 进气几乎是连续的, 而排气是间断的, 所以排气过程有气流脉动, 引起一定的气体动力噪声。它的主要运动件——椭圆, 转子的转动轨迹为余摆线, 旋转动平衡性能不好, 运转不平稳, 机器的振动和机械噪声较大, 同时转速不高。动力提供又是一套行星轮系, 所以结构不紧凑, 整机尺寸大, 零部件多。零件形状不易于加工, 需要专机, 互换性不好, 难于批量生产, 成本较高。虽工作可靠性高, 易于维修, 容积效率较高, 但生产厂家很少, 所以此种结构泵占有的市场份额很低。

1.3、旋摆式真空泵

  1.3.1、滑阀式: 同旋片式一样, 这种结构型式的最早发明者是拉梅里在1588 年提出, 经过100 多年的改进, 于1861 年后应用于工业领域, 有代表性的真空泵产品, 是美国Kinney 公司于1908年开始生产的KT系列滑阀泵。其运动形式是偏转子绕偏心轴做旋转运动, 带动套在偏心转子外圆面的滑阀环做平面摆动, 滑阀环和泵腔接触线与滑阀杆构成的两部分相隔容积周期性发生变化, 达到进气与排气的目的。进气与排气在时间上部分重叠进行, 进气几乎是连续的, 而排气是间断的, 故排气过程有气流脉动, 引起气体动力噪声。它的运动件有二个, 一个是偏心旋转的转子, 一个是摆动的滑阀,因而存在较大的不平衡离心力和惯性力, 动平衡性能较差, 运转不平稳, 机器的振动和机械噪声较大,转速较低(一般在350~600r/min)。结构不紧凑, 整机尺寸大, 零部件较多。偏心转子外圆面与滑阀环内圆面磨损大, 滑阀环外圆面与泵腔之间有间隙而磨损小,消耗功率较大。但它工作可靠性高, 寿命长, 易于维修,定位及加工装配的要求不高, 成本较低, 容积效率也较高, 所以仍占有一定的市场份额, 生产厂家较多。

  1.3.2、滑片式: 见图8, 其结构型式的起源与滑阀式相同。与滑阀式相比较, 它省去了滑阀环与滑阀杆, 取而代之的是独立的滑片, 这样做的优点是结构紧凑, 零部件减少, 摩擦功消耗减小, 加工装配更简单, 成本下降, 其它方面还是与滑阀式基本相同。

  上述三类结构型式基本包括了容积式真空泵的所有结构型式, 当然还存在少量其它结构型式, 但严格来讲, 无非是在这三种类型引伸出来的变型, 这里不一一列举。查近十几年来的国内外专利几乎没有新结构出现, 可见一斑。