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基于双爪式转子的复合真空泵设计
时间:2023-12-01 23:18:07 点击次数:

针对现有的真空泵机组消耗功率大、体积大的不足,设计了一种罗茨转子和直爪双式转子组合的多级干式真空泵。乐动LDSports官网

这种罗茨-直爪双爪式复合真空泵可以在低压工况下拥有较大抽气速率,并且同时具有罗茨泵和直爪双爪式真空泵的优势,拥有比普通爪泵更高的抽速、较低的能耗,和爪式真空泵几乎一样的高极限真空度、同真空泵机组相比拥有更小的体积,可以独立工作。

罗茨转子与多级爪式转子装配在一根传动轴上,用一个电机驱动,减小能耗的同时降低了腔体冲击,延长了真空泵的维护周期和工作寿命。

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基于双爪式转子的复合真空泵设计

基于双爪式转子的复合真空泵设计(图2)


目前市面上的真空泵种类繁多,用途多样,不同种类的真空泵的结构和性能差别很大。大多数单一真空泵都不能独立完成工作,都需要和其他种类的真空泵串联成真空泵机组来完成工作。但这样真空泵机组就会占用大量空间,重量也会非常大,非常不方便安装、移动和运输。且由于大部分的真空泵排气都是周期性的,导致两级真空泵之间会产生较大脉冲振动,产生大量噪音。

因此,设计一种能够独立完成工作,占用空间小和重量小的真空泵是目前真空泵重要的研究方向。部分“复合泵”是将上级泵的排气口与下级泵的进气口相连,两级真空泵焊在一起,实际还是多个腔体,严格来说并不算复合泵。

由于罗茨泵具有结构简单、在低压力工况下较大抽速的优点,现有的复合泵都是采用罗茨转子和其他种类的真空泵转子复合的形式,将两种不同的转子集成到一个腔体中。目前已有的单腔体复合真空泵有旋片-罗茨真空泵,罗茨-螺杆真空泵,罗茨-爪式真空泵。


由韩晶雪等人设计的旋片-罗茨真空泵是一种获得粗、低真空的复合泵,也是较为常用的前级真空泵,它由两级泵腔组成,一级泵腔内为旋片转子,二级泵腔内为罗茨转子。这种真空泵性价比高,应用较为广泛。但缺点也很明显,它的极限真空度较低,在高真空度要求的工况下,它并不能独立使用,只能做为前级泵使用。

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由浙江飞越机电有限公司设计的罗茨-螺杆复合真空泵是一种结构紧凑,抽气速率和真空度较高的真空泵,它同样由两级泵腔组成,一级泵腔内为罗茨转子,二级泵腔内为螺杆转子,但由于螺杆转子加工困难,成本较高,且螺杆转子很长,占用空间较大,因此这种复合真空泵并不常用。


由英国 Edwards 公司设计的罗茨-爪式真空泵由一级罗茨泵腔和三级爪式泵腔组成。三级爪式转子采用反爪式设计,即相邻的两级爪式转子反装,这样设计的好处是有较短的泵腔级间气程,如下图所示。这种罗茨-爪式真空泵具有占用空间小,抽气速率和极限真空度较高的优点,但这种真空泵采用的是单爪曲爪式转子,目前已经有了力学性能和工作性能更好的新型爪式转子,所以这种真空泵的性能还有待提高。


基于双爪式转子的复合真空泵设计(图3)

英国 Edwards 公司设计的罗茨-爪式真空泵


基于双爪式转子的复合真空泵设计

由上述可知,能和直爪双爪式转子组合的真空泵并不多,由于爪式真空泵为干泵,不能和湿泵组合,否则就失去了爪泵作为干泵的优势。干式真空泵包含了爪式真空泵、分子泵、螺杆真空泵、无油往复式真空泵等。其中分子泵加工要求极高、维护成本高,性价比低,也不方便与爪式真空泵组合;螺杆真空泵与爪式真空泵功能用途相近,螺杆真空泵还要占用更大的空间;往复式真空泵同样不适合与爪式真空泵组合。

而罗茨泵转子同样是由左右两个转子反转,利用泵腔内的容积变化来完成抽气动作,所以将罗茨转子与直爪双爪式转子整合到一个腔体内更容易实现,且运行也会更加稳定。因此,最终选定罗茨转子与直爪双爪式转子组合设计出一种全新的真空泵


本文摘自《基于直爪双爪转子的复合真空泵设计及性能分析》

作者:蔡浩


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