无油涡旋真空泵技术的发展与应用.doc

无油涡旋真空泵技术的发展与应用 宁宪宁 一.无油涡旋真空泵技术的来源与现状 从无油涡旋真空泵产品1980年代末在市场上出现到现在为止，已经近20年了。而对这种泵的研究和开发，则远不止20年。由于这种泵具有普通油旋片泵不可比拟的优点，也有很大的技术难度，所以其核心技术至今掌握在世界一流的真空科学与技术专家的手中，也只有世界顶尖的真空获得设备生产厂家能够生产。目前世界上商业化生产与销售无油涡旋真空泵的公司主要有Anest Iwata、Varian、Edwards、Busch和我们沈阳纪维应用技术有限公司。 实际上将涡旋抽气技术应用于真空泵产品是涡旋压缩机技术带给人们的启示。在上个世纪70年代半导体、航空航天、食品、医药、科学仪器等行业对清洁真空环境的需要，以及能源的紧缺，催生了对无油真空获得设备的研发。多级罗茨泵、螺杆泵、爪式真空泵、柱塞式真空泵、罗茨与爪泵复合式真空泵和无油涡旋真空泵的研发都有开展。在替代普通油旋片泵方面，无油涡旋真空泵以其抽气过程全无油、低能耗、低噪音、气体压缩连续进行使力矩与压力波动很小并且容易控制、单级可以分成3～4个腔体使压缩比大这样的特点，发展迅速，成为粗真空阶段小型无油真空泵的主流产品。但是以涡旋压缩机技术为基础的无油涡旋真空泵技术面临着涡线形式的选择、涡旋盘参数优化与涡旋线的修正、涡旋盘尤其是双侧动涡旋盘的加工与检测、涡旋盘表面自润滑与耐磨技术、涡旋盘密封的选择、系统的平衡、振动和噪音的降低和消除、整机效率的提高等等问题，其研究与开发涉及现代数学、机械设计学、计算机技术、材料科学、运动学、力学、测量等不同的学科与实用技术。如同每一种新产品和新技术的产生、发展的历程一样，无油涡旋真空泵从产品出现到现在，仍然处于不断的技术改进和完善的发展过程中。 二.无油涡旋真空泵工作原理 无油涡旋真空泵的工作原理来源于Creux 1905年的一项发明专利。该发明采用一个在另一个内部，一个固定，另一个转动的具有连续的分离、连续的闭合性能的“等螺距渐开线”，研发一种涡旋发动机。涡旋的形状被定义为绕固定的轴心展开直线的轨迹。涡旋上任意一点的迪卡尔坐标值如下式所示： X= α*（cosθ+θ*sinθ）α*（sinθ-θ*cosθ）α代表轴半径，θ代表展开角。 涡旋真空泵的涡旋盘付就是一个一端与平面相接的一个或几个渐开线螺旋形成的一个涡旋型盘状结构体。一个静涡旋盘与一个动涡旋盘相互交叉组装在一起，两者之间由防自转机构保证180°相位差，这样结合组成的一对涡旋盘付构成了涡旋真空泵的基本抽气机构。静涡旋盘与动涡旋盘彼此之间在几条直线上接触形成对称的几对月牙腔，动涡旋盘在曲轴的驱动下绕静涡旋盘的涡旋体中心运动，使静涡旋盘与动涡旋盘的接触点沿涡旋曲面移动实现吸气、压缩与排气循环。在双侧无油涡旋真空泵中，有两个方向对应的静涡旋盘，一个位于两个涡旋盘之间的动涡旋盘。动、静涡旋盘相对运动形成容积不断变化的新月形真空腔使气体从抽气口吸入、排气口排出，完成吸气、压缩、排气的循环。曲轴每转一转，就有一组新的月牙腔形成，所以涡旋真空泵的吸气、压缩、排气循环以近1500转/分的频率被连续重复，对被抽气体形成包容和强制输送。 图1.涡旋真空泵动涡旋盘与静涡旋盘 图2. 涡旋真空泵泵头剖面图 三.无油涡旋真空泵技术指标 表1.无油涡旋真空泵技术指标 型号 GWSP1000 GWSP600 GWSP300 GWSP150 排气速度 50Hz l/s 16.6 8.7 4.3 2.0 l/min 996.0 522.0 258.0 120.0 m3/h 59.8 31.3 15.5 7.2 cfm 35.8 18.7 9.3 4.3 60Hz l/s 19.9 10.4 5.1 2.4 l/min 1194.0 624.0 306.0 144.0 m3/h 71.6 37.4 18.3 8.6 cfm 42.8 22.3 10.9 5.1 极限真空度 Pa ≦1.0 ≦1.0 ≦2.6 ≦.0 Torr ≦7.5×10-3 ≦7.5×10-3 ≦1.9×10-2 ≦6.0×10-2 mbar ≦1.0×10-2 ≦1.0×10-2 ≦2.6×10-2 ≦8.0×10-2 psi ≦1.4×10-4 ≦1.4×10-4 ≦3.8×10-4 ≦1.2×10-3 被抽气体种类 用于抽洁净气体和含有水分的气体，不能抽有毒、易燃易爆、腐蚀性以及蒸汽、化学品、溶剂及大量粉末等。 漏率（排气口和气镇阀关） 1×10-2Pa·l/s（1×10-4mbar· l/s） 最大进/排气压力 MPa 0.1 /0.13 工作环境温度 ℃/℉ 5～40/41～104