01 罗茨式和爪式这两种结构型式的原型是1848年由琼斯在英国发明,见图1和图2。
图2所示结构于1854年由美国人罗特兄弟应用于鼓风机,被命名为罗茨式鼓风机,贝伦斯在1867年设计成泵和蒸汽机。
图1 爪式真空泵原型图图2 罗茨式真空结构示意图对于罗茨式:见图2。
其运动形式是两个8字形转子在泵腔内绕各自旋转轴中心做旋转运动,造成转子与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,而且进气与排气在时间上同步进行,即进气与排气是连续的,但排气过程有一定的气流脉动,引起一定的气体动力噪声。
它的主要运动件有两个8字形转子,而动力都是提供给主动轴,再由主动轴传递动力给从动轴,这必须通过一对齿轮,带来定位及加工装配的较高要求,但结构紧凑,整机尺寸较小,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,同时能较大提高转速(达到1500~3000 r/min)。
转子与转子、转子与泵腔之间有间隙,即非接触,所以无摩擦磨损,消耗功率不大,工作可靠性高,寿命长,易于维修,可用于干式真空泵,但8字形转子的加工难度较大,需要专机,不利于批量生产,成本较高,运动件的间隙使泄漏较大,容积效率较低,所以占有一定的市场份额,生产厂家较多。
对于爪式:见图1(变型)。
其结构和工作过程与罗茨式类似,不同处一是进气与排气在时间上错开(有部分重叠),进气与排气不连续,工作过程存在气流脉动,引起气体动力噪声;二是转子形状不对称,旋转动平衡性能较差,机器的振动和机械噪声较高,同时加工难度更大,要用到专用机床,不利于批量生产,成本较高,容积效率等其它方面与罗茨式相似,所以占有的市场份额不高。
02 螺杆式螺杆式:这种结构型式是德国人H.Krigar在1878年发明,直到1934年瑞典皇家理工学院A.Lysholm才把此结构型式应用于工业上,而且一般采用双螺杆式,见图3。
图3 螺杆式真空泵结构示意图其运动形式是两个螺杆在8字型泵腔内绕各自旋转轴中心做同步旋转运动,螺杆上的螺旋齿槽相互啮合,造成由齿型空间组成的基元容积发生变化,达到进气与排气的目的,进气与排气在时间上同步进行,但不是连续的,存在气流脉动,有气体动力噪声;它的主要运动件有两个螺杆,所以主动轴要通过一对齿轮传递动力给从动轴,带来定位及加工装配的较高要求,但结构紧凑,整机尺寸较小,零部件少;转子做匀速旋转时,动平衡性能较好,运转平稳,机器的振动和机械噪声较低,同时可实现较高转速;螺杆与螺杆、螺杆与泵腔之间有间隙,即非接触,泵内运动件与泵腔无摩擦,故几乎无磨损,消耗功率不大,工作可靠性高,寿命长,易于维修,可用于干式真空泵;8字形泵腔和螺旋齿槽螺杆的加工、装配精度要求高,且必须用专机加工,不利于批量生产,成本较高;运动件的间隙使泄漏较大,容积效率较低,所以占有的市场份额不高。
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。
03 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4和图5。
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6。
图4 旋片式真空泵原型图图5 滑片式真空泵原型图图6 旋片式真空泵结构示意图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。
04 涡旋式涡旋式:这种结构型式是法国人Creux在1905年的发明专利,见图7。
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。
图7 涡旋式真空泵结构示意图05 余摆式余摆式:这种结构型式是库利于1901年的发明,见图8 ,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,见图9。
其运动形式是一个转子在特殊形状泵腔。
图8 余摆式真空泵原型图图9 余摆式真空泵结构示意图本文声明 |内容