各類真空泵原理

真空泵是用各種方法在某一封閉空間中產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。真空泵可以定義為：利用機(jī)械、物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方法對(duì)被抽容器進(jìn)行抽氣而獲得真空的器件或設(shè)備。隨著真空應(yīng)用的發(fā)展，真空泵的種類已發(fā)展了很多種，其抽速?gòu)拿棵肓泓c(diǎn)幾升到每秒幾十萬(wàn)、數(shù)百萬(wàn)升。極限壓力(極限真空)從粗真空到10-12Pa以上的極高真空范圍。

真空區(qū)域的劃分

粗真空	105～103Pa
低真空	103～10-1Pa
高真空	10-1～10-6Pa
超高真空	10-6～10-10Pa
極高真空	<10-10Pa

真空泵的分類

按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分為兩種類型，即變?nèi)菡婵毡煤蛣?dòng)量傳輸泵。

變?nèi)菡婵毡檬抢帽们蝗莘e的周期變化來(lái)完成吸氣和排氣以達(dá)到抽氣目的的真空泵。氣體在排出泵腔前被壓縮。

動(dòng)量傳輸泵（分子真空泵）依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動(dòng)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?。（單?dú)段介紹）

變?nèi)菡婵毡糜址譃椋和鶑?fù)式，旋轉(zhuǎn)式（旋片式、滑閥式、液環(huán)式、羅茨式、螺旋式、爪形轉(zhuǎn)子式），其它型式。

各類真空泵工作壓力范圍

真空泵種類	工作壓強(qiáng)范圍（Pa）
往復(fù)式真空泵	1×105～1.3×102
旋片式真空泵	1×105～6.7×10-1
液環(huán)式真空泵	1×105～2.7×103
羅茨式真空泵	1.3×103～1.3
水蒸氣噴射泵	1×105～1.3×10-1
油擴(kuò)散泵	1.3×10-2～1.3×10-7
鈦升華泵	1.3×10-2～1.3×10-9

真空泵的規(guī)格及型號(hào)表示法

國(guó)產(chǎn)的各種機(jī)械真空泵的型號(hào)通常是用漢語(yǔ)拼音字母來(lái)表示。漢語(yǔ)拼音字母表示泵的類型；字母前的數(shù)字表示泵的級(jí)數(shù)，單級(jí)時(shí)“1”省略；字母后邊橫線后的數(shù)字表示泵的抽速(L/S) 。

國(guó)產(chǎn)真空泵型號(hào)對(duì)照表

型 號(hào)	名 稱	型 號(hào)	名 稱
W	往復(fù)式真空泵	H	滑閥式真空泵
WY	移動(dòng)閥式往復(fù)泵	YZ	余擺線真空泵
WL	立式往復(fù)泵	ZJ	羅茨真空泵
SZ	水環(huán)泵	X	旋片式真空泵
SZB	懸臂式結(jié)構(gòu)水環(huán)泵	F	分子真空泵
SZZ	直聯(lián)式水環(huán)泵	XZ	直聯(lián)式旋片泵

常用真空泵技術(shù)

蒸汽噴射泵

濕式泵（液環(huán)真空泵、旋轉(zhuǎn)葉片泵）

干式泵（羅茨泵、螺桿泵、爪式泵）

1、蒸汽噴射泵

噴射真空泵工作原理：蒸汽噴射真空泵有一定壓強(qiáng)的工作的真空泵設(shè)備，蒸汽通過(guò)拉瓦爾噴咀，減壓增速，蒸汽的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能并以超音速噴入混合室，與被抽介質(zhì)混合，進(jìn)行能量交換，混合后的氣體進(jìn)入擴(kuò)壓器，減速增壓，動(dòng)通轉(zhuǎn)化為壓強(qiáng)能，為了減少后級(jí)泵的抽氣負(fù)荷，配置冷凝器，通過(guò)有一定溫差的兩種介質(zhì)對(duì)流，進(jìn)行熱交換，達(dá)到冷凝高溫介質(zhì)目的，排到大氣壓。工作原理如下圖所示：

常用真空泵技術(shù)

優(yōu)點(diǎn)：	缺點(diǎn)：
無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件	運(yùn)動(dòng)流體供應(yīng)
可靠耐用	廢水處理
快速的抽真空	工藝過(guò)程污染
緊湊、占地面積小	故障探尋困難
工作安全	級(jí)間冷卻
低的投資成本	常為多級(jí)
適應(yīng)性強(qiáng)	在 400PaA以下結(jié)冰
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕

2、濕式泵：液環(huán)真空泵

在圓形泵體（A）內(nèi)，在相對(duì)于泵體中心線為偏心的軸上裝有一個(gè)葉輪（B）。轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪的離心作用迫使工作液通過(guò)通道（D）流向腔體周邊形成環(huán)流（C）。

泵起作用時(shí)，被輸送的氣體混合物經(jīng)過(guò)中間板（E）上的吸入口（H）進(jìn)入葉輪，在泵入口處形成真空。氣體混合物充入位于液環(huán)內(nèi)徑和葉輪葉片根部之間的葉輪腔內(nèi)。當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉輪葉片浸沒(méi)在液環(huán)中的程度增加，而使液環(huán)和葉輪葉片根部之間的容積減少。結(jié)果是氣體混合物受到壓縮，直至到達(dá)中間板中（K）的排放口（J）。氣體混合物通過(guò)排放口排出。

在壓縮循環(huán)過(guò)程中，熱傳遞到液環(huán)。為了使溫度保持在工作液的蒸發(fā)點(diǎn)以下，必須進(jìn)行冷卻。通過(guò)連續(xù)不斷地向液環(huán)添加冷的工作液來(lái)達(dá)到冷卻的目的。添加的工作液量與經(jīng)過(guò)排放口與壓縮氣體混合物一起排放的工作液排放量相等。氣體混合物和工作液最終經(jīng)過(guò)泵出口進(jìn)行分離。

液環(huán)泵按不同結(jié)構(gòu)可分成如下幾種類型：

(1) 單級(jí)單作用液環(huán)泵單級(jí)是指只有一個(gè)葉輪，單作用是指葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，吸氣、排氣各進(jìn)行一次。這種泵的極限真空較高，但抽速和效率較低。

(2) 單級(jí)雙作用液環(huán)泵單級(jí)是指只有一個(gè)葉輪，雙作用是指葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，吸氣、排氣各進(jìn)行二次。在相同的抽速條件下，雙作用液環(huán)泵比單作用液環(huán)泵大大減少尺寸和重量。由于工作腔對(duì)稱分布于泵輪轂兩側(cè)，改善了作用在轉(zhuǎn)子上的載荷。此種泵的抽速較大，效率也較高。

(3)雙級(jí)液環(huán)泵大多是單作用泵串聯(lián)而成。實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)單級(jí)單作用的液環(huán)泵的葉輪共用一根心軸聯(lián)接而成。它的主要特點(diǎn)是在較高真空度下，仍然具有較大的抽速，而且工作狀況穩(wěn)定。

(4)大氣液環(huán)泵實(shí)際是大氣噴射器串聯(lián)液環(huán)泵的機(jī)組。液環(huán)泵前面串聯(lián)大氣泵是為了提高極限真空，擴(kuò)大泵的使用范圍。

優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造精度要求不高，容易加工。 結(jié)構(gòu)緊湊，泵的轉(zhuǎn)數(shù)較高，一般可與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)，無(wú)須減速裝置。故用小的結(jié)構(gòu)尺寸，可以獲得大的排氣量，占地面積也小。 壓縮氣體基本上是等溫的，即壓縮氣體過(guò)程溫度變化很小。 由于泵腔內(nèi)沒(méi)有金屬磨擦表面，無(wú)須對(duì)泵內(nèi)進(jìn)行潤(rùn)滑，而且磨損很小。轉(zhuǎn)動(dòng)件和固定件之間的密封可直接由水封來(lái)完成。 吸氣均勻，工作平穩(wěn)可靠，維修方便。	效率低，一般在30%左右，較好的可達(dá)50%。 真空度低，這不僅是因?yàn)槭艿浇Y(jié)構(gòu)上的限制，更重要的是受工作液飽和蒸氣壓的限制。用水作工作液，極限壓強(qiáng)只能達(dá)到2000~4000Pa。用油作工作液，可達(dá)130Pa。 封液循環(huán)、污染。

濕式泵：旋轉(zhuǎn)葉片泵

轉(zhuǎn)子在有柱狀膛孔的定子內(nèi) 。

轉(zhuǎn)子有兩個(gè)葉片在槽中反向滑動(dòng) 。

當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，葉片端與油潤(rùn)滑定子壁接觸。

每轉(zhuǎn)一次為兩個(gè)泵吸循環(huán) —比較小的不平衡力。

優(yōu) 點(diǎn)	缺 點(diǎn)
極限壓力好 噪聲小 應(yīng)用范圍廣	油封液污染 對(duì)腐蝕很敏感 維修費(fèi)用高 抽速范圍受到限制 不適于抽除含氧過(guò)高、有爆炸性、對(duì)泵密封油起化學(xué)作用、及含有顆?；覊m的氣體。

濕式泵的主要問(wèn)題：密封液體供應(yīng)，污染，廢水處理，腐蝕，蒸汽壓力限制（特別是液環(huán)泵），可靠性，運(yùn)行成本。

3、干式泵

干式抽真空：沒(méi)有工業(yè)生產(chǎn)液流的污染；

深度真空，運(yùn)轉(zhuǎn)更靈活；

無(wú)廢水，無(wú)污染，（較少或）無(wú)廢棄物處理費(fèi)用；

維修成本較低；

在泵排放口立即回收溶劑；

消耗水、電、氣等費(fèi)用較低→運(yùn)行成本較低。

技術(shù)對(duì)比：

干式泵的成本

投資成本較高，但較低的運(yùn)行成本。

延長(zhǎng)維修服務(wù)間隔時(shí)間和軸承壽命。

在運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，電力消耗較低。因此，在容能比（M3/hr/kW）方面節(jié)能效果更好。

無(wú)受污染的油要進(jìn)行處理（除了齒輪箱以外）。

干式泵技術(shù)：泵的類型：羅茨泵、螺桿泵、爪式泵；

羅茨泵：

螺桿泵：

螺桿泵是利用齒輪傳動(dòng)同步反向旋轉(zhuǎn)的相互嚙合而不接觸的左螺桿與右螺桿作高速轉(zhuǎn)動(dòng)，利用泵殼和相互嚙合的螺旋將螺旋槽分隔成多個(gè)空間、形成多個(gè)級(jí)，氣體在相等的各個(gè)槽內(nèi)（柱形等螺距）進(jìn)行傳輸運(yùn)動(dòng)，但無(wú)壓縮，只有螺桿最末端的螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)氣體有壓縮作用。螺桿的各級(jí)間可形成壓力梯度，以分散壓差和提高壓縮比。各部間隙和泵轉(zhuǎn)速對(duì)泵的性能有很大影響。在設(shè)計(jì)螺桿各部的間隙時(shí)，要考慮膨脹、加工及裝配精度和工作環(huán)境（如抽除含粉塵氣體等）等。

螺桿泵結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

通過(guò)減速或注氣來(lái)冷卻—能力降低并減少危險(xiǎn) 雙螺桿運(yùn)轉(zhuǎn) 不銹鋼轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子嚙合匹配 懸臂軸 單級(jí)壓縮 產(chǎn)生過(guò)多的熱 有很好的液體兼容性 維護(hù)保養(yǎng)非常容易 復(fù)雜的螺桿結(jié)構(gòu)方式

爪式泵

爪式泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

氣體壓縮比高

有效的氣體壓縮

工藝材料可以從泵中通過(guò)（良好的灰塵處理）

良好的蒸汽輸送和回收

能忍受熱負(fù)載

抽空到和擴(kuò)散泵交接

直接支持工業(yè)擴(kuò)散泵

動(dòng)量傳遞式真空泵

利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動(dòng)量傳輸給被抽氣體或氣體分子，使氣體不斷地從入口傳輸?shù)匠隹诘恼婵毡谩?

分子泵：牽引分子泵、渦輪分子泵和復(fù)合分子泵三大類。

噴射真空泵：水噴射泵、氣體噴射泵和蒸汽噴射泵三大類

擴(kuò)散泵：以油或汞蒸汽作為工作介質(zhì)。汞擴(kuò)散泵不帶分餾裝置，油擴(kuò)散泵有分餾裝置。

噴射真空泵(Jet Vacuum Pump)

噴射真空泵是利用液體或者氣體的高速射流攜帶被抽氣體，使被抽容器內(nèi)獲得一定真空度的一種低真空泵。

按工作介質(zhì)可分為水噴射泵、大氣噴射泵和水蒸汽噴射泵

噴射泵特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠；

可抽除含有水蒸汽、粉塵的氣體、易燃易爆氣體和腐蝕性氣體；

抽氣量大，應(yīng)用廣泛：冶金、化工、食品制造等領(lǐng)域；

缺點(diǎn)：抽氣效率低，能量損失大。

水噴射泵是用水作為工作介質(zhì)，通過(guò)高速射流來(lái)引射被抽氣體，使容器達(dá)到一定真空度的粗真空獲得設(shè)備。

單級(jí)泵的極限壓強(qiáng)為3.3kPa，兩級(jí)串聯(lián)可獲得好一些的真空度，主要受水飽和蒸汽壓的限制。

可單獨(dú)使用，也可作為其他真空泵的前級(jí)。

噴嘴的作用是將水的壓強(qiáng)轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，其結(jié)構(gòu)對(duì)泵的性能影響較大，常用錐形收縮型、流線型和多孔型。

吸入室一般為圓筒形，截面積為噴嘴出口面積的6-10倍。

擴(kuò)散器由漸縮段、喉管、漸擴(kuò)段組成。漸縮段使氣體順利進(jìn)入喉管(15~30o)；喉管使液體與氣體均勻混合，進(jìn)行質(zhì)量遷移和能量傳遞；漸擴(kuò)段是將氣液混合介質(zhì)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽贡怀闅怏w壓縮。(5~8o)

鍋爐內(nèi)的擴(kuò)散泵油經(jīng)電加熱沸騰形成蒸汽；

油蒸汽經(jīng)過(guò)導(dǎo)流管進(jìn)入傘形噴嘴，形成超音速蒸汽流；

由于存在密度梯度，油蒸汽射流上方的被抽氣體擴(kuò)散到蒸汽射流內(nèi)部，獲得動(dòng)量，被攜帶到泵壁上；

油蒸汽在水冷泵壁上冷凝，釋放出氣體，被前級(jí)泵抽走；

冷凝油滴沿泵壁流回鍋爐。

真空泵的工作壓強(qiáng)應(yīng)該滿足真空設(shè)備的極限真空及工作壓強(qiáng)要求。

正確地選擇真空泵的工作點(diǎn)。

真空泵在其工作壓強(qiáng)下，應(yīng)能排走真空設(shè)備工藝過(guò)程中產(chǎn)生的全部氣體量。

了解被抽氣體成分，氣體中含不含可凝蒸氣，有無(wú)顆?；覊m，有無(wú)腐蝕性等。

真空設(shè)備對(duì)油污染的要求。若設(shè)備嚴(yán)格要求無(wú)油時(shí)，應(yīng)該選各種無(wú)油泵。

真空泵的價(jià)格、運(yùn)轉(zhuǎn)及維修費(fèi)用。