真空泵的工作原理.doc

真空泵的工作原理 一、2X型旋片式真空泵（簡稱旋片泵）工作壓強范圍為1013251.3310-2（Pa）屬于低真空泵。它可以單獨使用，也可以作為其它高真空泵或超高真空泵的前級泵。它已廣泛地應用于冶金、機械、軍工、電子、化工、輕工、石油及醫(yī)藥等生產(chǎn)和科研部門。 旋片泵可以抽除密封容器中的干燥氣體，若附有氣鎮(zhèn)裝置，還可以抽除一定量的可凝性氣體。但它不適于抽除含氧過高的，對金屬有腐蝕性的、對泵油會起化學反應以及含有顆粒塵埃的氣體。 旋片泵是真空技術(shù)中最基本的真空獲得設備之一。旋片泵多為中小型泵。旋片泵有單級和雙級兩種。所謂雙級，就是在結(jié)構(gòu)上將兩個單級泵串聯(lián)起來。一般多做成雙級的，以獲得較高的真空度。 旋片泵的抽速與入口壓強的關(guān)系規(guī)定如下：在入口壓強為1333Pa、1.33Pa和1.3310-1（Pa）下，其抽速值分別不得低于泵的名義抽速的95%、50%和20%。 二、2X型旋片真空泵工作原理如下：旋片泵主要由泵體、轉(zhuǎn)子、旋片、端蓋、彈簧等組成。在旋片泵的腔內(nèi)偏心地安裝一個轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子外圓與泵腔內(nèi)表面相切（二者有很小的間隙），轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有帶彈簧的二個旋片。旋轉(zhuǎn)時，靠離心力和彈簧的張力使旋片頂端與泵腔的內(nèi)壁保持接觸，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動旋片沿泵腔內(nèi)壁滑動。兩個旋片把轉(zhuǎn)子、泵腔和兩個端蓋所圍成的月牙形空間分隔成A、B、C三部分，當轉(zhuǎn)子按箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，與吸氣口相通的空間A 的容積是逐漸增大的，正處于吸氣過程。而與排氣口相通的空間C的容積是逐漸縮小的，正處于排氣過程。居中的空間B的容積也是逐漸減小的，正處于壓縮過程。由于空間A的容積是逐漸增大（即膨脹），氣體壓強降低，泵的入口處外部氣體壓強大于空間A內(nèi)的壓強，因此將氣體吸入。當空間A與吸氣口隔絕時，即轉(zhuǎn)至空間B的位置，氣體開始被壓縮，容積逐漸縮小，最后與排氣口相通。當被壓縮氣體超過排氣壓強時，排氣閥被壓縮氣體推開，氣體穿過油箱內(nèi)的油層排至大氣中。由泵的連續(xù)運轉(zhuǎn)，達到連續(xù)抽氣的目的。如果排出的氣體通過氣道而轉(zhuǎn)入另一級（低真空級），由低真空級抽走，再經(jīng)低真空級壓縮后排至大氣中，即組成了雙級泵。這時總的壓縮比由兩級來負擔，因而提高了極限真空度。三、根據(jù)工作原理對真空泵進行分類按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分為兩種類型，即氣體傳輸泵和氣體捕集泵。隨著真空應用技術(shù)在生產(chǎn)和科學研究領(lǐng)域中對其應用壓強范圍的要求越來越寬，大多需要由幾種真空泵組成真空抽氣系統(tǒng)共同抽氣后才能滿足生產(chǎn)和科學研究過程的要求，因此選用不同類型真空泵組成的真空抽氣機組進行抽氣的情況較多。為了方便起見，將這些泵按其工作原理或其結(jié)構(gòu)特點進行一些具體的詳細的分類是必要的?，F(xiàn)分述如下：(一)、氣體傳輸泵(真空泵的工作原理)氣體傳輸泵是一種能使氣體不斷的吸入和排出，借以達到抽氣目的的真空泵，這種泵基本上有兩種類型：1、變?nèi)菡婵毡?變?nèi)菡婵毡檬抢帽们蝗莘e的周期性變化來完成吸氣和排氣過程的一種真空泵。氣體在排出前被壓縮。這種泵分為往復式及旋轉(zhuǎn)式兩種：往復真空泵：是利用泵腔內(nèi)活塞做往復運動，將氣體吸入、壓縮并排出。因此，又稱為活塞式真空泵。旋轉(zhuǎn)真空泵：是利用泵腔內(nèi)活塞做旋轉(zhuǎn)運動，將氣體吸入，壓縮并排出。旋轉(zhuǎn)真空泵又有如下幾種型式：油封式真空泵：它是利用油類密封各運動部件之間的間隙，減少有害空間的一種旋轉(zhuǎn)變?nèi)菡婵毡谩＿@種泵通常帶有氣鎮(zhèn)裝置，故又稱氣鎮(zhèn)式真空泵。按其結(jié)構(gòu)特點分為如下五種型式。 a）旋片式真空泵：轉(zhuǎn)子以一定的偏心距裝在泵殼內(nèi)并與泵殼內(nèi)表面的固定面靠近，在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有兩個（或兩個以上）旋片，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時旋片能沿其徑向槽往復滑動且與泵殼內(nèi)壁始終接觸，此旋片隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，可將泵腔分成幾個可變?nèi)莘e。b）滑閥式真空泵：在偏心轉(zhuǎn)子外部裝有一個滑閥，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動滑閥沿泵殼內(nèi)壁滑動和滾動，滑閥上部的滑閥桿能在可擺動的滑閥導軌中滑動，而把泵腔分成兩個可變?nèi)莘e。c）定片式真空泵：在泵殼內(nèi)裝有一個與泵內(nèi)表面靠近的偏心轉(zhuǎn)子，泵殼上裝有一個始終與轉(zhuǎn)子表面接觸的徑向滑片，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，滑片能上、下滑動將泵腔分成兩個可變?nèi)莘e。d）余擺線式真空泵：在泵腔內(nèi)偏心裝有一個型線為余擺線的轉(zhuǎn)子，它沿泵腔內(nèi)壁轉(zhuǎn)動并將泵腔分成兩個可變?nèi)莘e。e）多室旋片式真空泵：在一個泵殼內(nèi)并聯(lián)裝有由同一個電動機驅(qū)動的多個獨立工作室的旋片真空泵。干式真空泵：它是一種不用油類（或液體）密封的變?nèi)菡婵毡?。液環(huán)式真空泵：帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心裝在泵殼內(nèi)，當它旋轉(zhuǎn)時，把液體（通常為水或油）拋向泵殼形成泵殼同心的液環(huán)，液環(huán)同轉(zhuǎn)子葉片形成了容積周期變化的幾個小容積，故亦稱旋轉(zhuǎn)變?nèi)菡婵毡?。羅茨真空泵：泵內(nèi)裝有兩個相反方向同步旋轉(zhuǎn)的雙葉形或多葉形的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子同泵殼內(nèi)壁之間均保持一定的間隙。它屬于旋轉(zhuǎn)變真空泵。機械增壓泵即為這種型式的真空泵。2、動量傳輸泵(真空泵的工作原理)這種泵是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動量傳輸給氣體或氣體分子，使氣體連續(xù)不斷地從泵的入口傳輸?shù)匠隹?。具體可分為下述幾種類型。分子真空泵：它是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子把能量傳輸給氣體分子，使之壓縮、排氣的一種真空泵。它有如下幾種型式：牽引分子泵：氣體分子與高速運動的轉(zhuǎn)子相碰撞而獲得動量，被送到出口，因此，是一種動量傳輸泵。 渦輪分子泵：泵內(nèi)裝有帶槽的圓盤或帶葉片的轉(zhuǎn)子，它在定子圓盤（或定片）間旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子圓周的線速度很高。這種泵通常在分子流狀態(tài)下工作。復合分子泵：它是由渦輪式和牽引式兩種分子泵串聯(lián)組合起來的一種復合式分子真空泵。(2)噴射真空泵：它是利用文丘里（Venturi）效應的壓力降產(chǎn)生的高速射流把氣體輸送到出口的一種動量傳輸泵，適于在粘滯流和過渡流狀態(tài)下工作。這種泵又可詳細地分成以下幾種：液體噴射真空泵：以液體（通常為水）為工作介質(zhì)的噴射真空泵。 氣體噴射真空泵：以非可凝性氣體作為工作介質(zhì)的噴射真空泵。蒸氣噴射真空泵：以蒸氣（水、油或汞等蒸氣）作為工作介質(zhì)的噴射真空泵。(3)擴散泵：以低壓高速蒸氣流（油或汞等蒸氣）作為工作介質(zhì)的噴射真空泵。氣體分子擴散到蒸氣射流中，被送到出口。在射流中氣體分子密度始終是很低的，這種泵適于在分子流狀態(tài)下工作?？煞譃椋鹤詢艋瘮U散泵：泵液中易揮發(fā)的雜質(zhì)經(jīng)專門的機械輸送到出口而不回到鍋爐中的一種油擴散泵。 分餾式擴散泵：這種泵具有分餾裝置，使蒸氣壓強較低的工作液蒸氣進入高真空工作的噴嘴，而蒸氣壓強較高的工作液蒸氣進入低真空工作的噴嘴，它是一種多級油擴散泵。(4)擴散噴射泵：它是一種有擴散泵特性的單級或多級噴嘴與具有噴射真空泵特性的單級或多級噴嘴串聯(lián)組成的一種動量傳輸泵。油增壓泵即屬于這種型式。 (5)離子傳輸泵：它是將被電離的氣體在電磁場或電場的作用下，輸送到出口的一種動量傳輸泵。(二)、氣體捕集泵(真空泵的工作原理)這種泵是一種使氣體分子被吸附或凝結(jié)在泵的內(nèi)表面上，從而減小了容器內(nèi)的氣體分子數(shù)目而達到抽氣目的的真空泵，有以下幾種型式。1、吸附泵它主要依靠具有大表面的吸附劑（如多孔物質(zhì)）的物理吸附作用來抽氣的一種捕集式真空泵。2、吸氣劑泵它是一種利用吸氣劑以化學結(jié)合方式捕獲氣體的真空泵。吸氣劑通常是以塊狀或沉積新鮮薄膜形式存在的金屬或合金。升華泵即屬于這種型式。3、吸氣劑離子泵它是使被電離的氣體通過電磁場或電場的作用吸附在有吸氣材料的表面上，以達到抽氣的目的。它有如下幾種型式。(1)蒸發(fā)離子泵：泵內(nèi)被電離的氣體吸附在以間斷或連續(xù)方式升華（或蒸發(fā)）而覆在泵內(nèi)壁的吸氣材料上，以實現(xiàn)抽氣的一種真空泵。(2)濺射離子泵：泵內(nèi)被電離的氣體吸附在由陰極連續(xù)濺射散出來的吸氣材料上，以實現(xiàn)抽氣目的的一種真空泵。4、低溫泵利用低溫表面捕集氣體的真空泵。羅茨真空泵工作原理羅茨真空泵（簡稱羅茨泵）是一種旋轉(zhuǎn)式變?nèi)菡婵毡?。它是由羅茨鼓風機演變而來的。根據(jù)羅茨真空泵工作范圍的不同，又分為直排大氣的低真空羅茨泵；中真空羅茨泵（又稱機械增壓泵）和高真空多級羅茨泵。一般來說，羅茨泵具有以下特點： 在較寬的壓強范圍內(nèi)有較大的抽速； 起動快，能立即工作； 對被抽氣體中含有的灰塵和水蒸氣不敏感； 轉(zhuǎn)子不必潤滑，泵腔內(nèi)無油； 振動小，轉(zhuǎn)子動平衡條件較好，沒有排氣閥； 驅(qū)動功率小，機械摩擦損失??； 結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積?。?運轉(zhuǎn)維護費用低。 因此，羅茨泵在冶金、石油化工、造紙、食品、電子工業(yè)部門得到廣泛的應用。羅茨泵的工作原理：羅茨泵的結(jié)構(gòu)如圖所示。在泵腔內(nèi)，有二個“8”字形的轉(zhuǎn)子相互垂直地安裝在一對平行軸上，由傳動比為1的一對齒輪帶動作彼此反向的同步旋轉(zhuǎn)運動。在轉(zhuǎn)子之間，轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁之間，保持有一定的間隙，可以實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運行。由于羅茨泵是一種無內(nèi)壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故高、中真空泵需要前級泵。羅茨泵的極限真空除取決于泵本身結(jié)構(gòu)和制造精度外，還取決于前級泵的極限真空。為了提高泵的極限真空度，可將羅茨泵串聯(lián)使用。羅茨泵的工作原理與羅茨鼓風機相似。由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，被抽氣體從進氣口吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間v0內(nèi)，再經(jīng)排氣口排出。由于吸氣后v0空間是全封閉狀態(tài)，所以，在泵腔內(nèi)氣體沒有壓縮和膨脹。 但當轉(zhuǎn)子頂部轉(zhuǎn)過排氣口邊緣，v0空間與排氣側(cè)相通時，由于排氣側(cè)氣體壓強較高，則有一部分氣體返沖到空間v0中去，使氣體壓強突然增高。當轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，氣體排出泵外。如圖為羅茨泵轉(zhuǎn)子由0轉(zhuǎn)到180的抽氣過程。在0位置時（圖中a），下轉(zhuǎn)子從泵入口封入v0體積的氣體。當轉(zhuǎn)到45位置時（圖中b），該腔與排氣口相通。由于排氣側(cè)壓強較高，引起一部分氣體返沖過來。當轉(zhuǎn)到90位置時（圖中c），下轉(zhuǎn)子封入的氣體，連同返沖的氣體一起排向泵外。這時，上轉(zhuǎn)子也從泵入口封入v0體積的氣體。當轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)到135時（圖中d），上轉(zhuǎn)子封入的氣體與排氣口相通，重復上述過程。180（圖e）位置和0位置是一樣的。轉(zhuǎn)子主軸旋轉(zhuǎn)一周共排出四個v0體積的氣體。羅茨真空泵的最大優(yōu)點是在較低的入口壓力時具有較高的抽氣速率，但它不能單獨使用，必須有一臺前級真空泵串聯(lián)，待被抽系統(tǒng)中的壓力被前級真空泵抽到羅茨真空泵允許入口壓力時，羅茨真空泵才能開始工作，并且在一般情況下，羅茨真空泵不允許高壓差工作，否則將會過載和過熱而損壞，因此使用羅茨真空泵必須合理地選用前級真空泵，安裝必要的保護設備。前級真空泵一般可選擇油封機械泵或液環(huán)真空泵，特別在抽除有大量水蒸汽的氣體時，選用水環(huán)真空泵作為前級泵是很理想的。如圖為旋片泵的工作原理示意圖，旋片泵主要由定子、轉(zhuǎn)子、旋片、定蓋、彈簧等零件組成。其結(jié)構(gòu)是利用偏心地裝在定子腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子的外圓與定子的內(nèi)表面相切兩者之間的間隙非常?。┖娃D(zhuǎn)子槽內(nèi)滑動的借助彈簧張力和離心力緊貼在定子內(nèi)壁的兩塊旋片，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，始終沿定子的內(nèi)壁滑動。兩個旋片把轉(zhuǎn)子、定子內(nèi)腔和定蓋所圍成的月牙型空間分隔成A、B、C三個部分，當轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，與吸氣口相通的空間A的容積不斷地增大，A空間的壓強不斷的降低，當A空間內(nèi)的壓強低于被抽容器內(nèi)的壓強，根據(jù)氣體壓強平衡的原理，被抽的氣體不斷地被抽進吸氣腔A，此時正處于吸氣過程。B腔的空間的容積正逐漸減小，壓力不斷地增大，此時正處于壓縮過程。而與排氣口相通的空間C的容積進一步地減小，C空間的壓強進一步的升高，當氣體的壓強大于排氣壓強時，被壓縮的氣體推開排氣閥，被抽的氣體不斷地穿過油箱內(nèi)的油層而排至大氣中，在泵的連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中，不斷地進行著吸氣、壓縮、排氣過程，從而達到連續(xù)抽氣的目的。排氣閥浸在油里以防止大氣流入泵中，油通過泵體上的間隙、油孔及排氣閥進入泵腔，使泵腔內(nèi)所有運動的表面被油覆蓋，形成了吸氣腔與排氣腔的