2XZ-15旋片式真空泵设计

12XZ-15旋片式真空泵设计摘 要旋片泵是最基本的一种真空获得设备，它既可以单独用来获取低中真空，也可以作为其它中高真空泵的前级泵来使用。近些年来，直联式旋片泵随着电子、半导体、制药以及食品包装行业的发展而得到了迅速发展。但是国内的直联旋片泵在性能上满足不了行业需求，而国内进口泵价格又太高，在这种情况下，有必要研发新的直联式旋片泵，在性能上追赶国外进口泵，同时在价格上让国内用户容易接受。在此次毕业设计工作中，首先分析了当前的真空获得设备的市场情况以及国内外旋片泵在性能、价格上的差异，肯定了新型直联旋片泵研发的必要性。随后，详细分析了国内旋片泵在性能上存在的问题，主要是极限真空、抽气效率、噪声、喷油及漏油这几个指标。针对问题，结合现有技术水平，给出解决方案和设计目标。根据解决方案，提出了结构上几个关键的改进和创新，即新型的排气过滤器和进气口的捕集器、改进的挡油板和排气口结构，以及外形的变动设计。本工作所设计的双级直联双旋片式真空泵，是在分析、吸收众多国外著名公司及国内公司的结构及技术，再进行创新而开发出来的一种集过滤与捕集功能为一体的整体式旋片真空泵。它具有节能、无需水冷、可直排大气等优点：同时体积小、重量轻、操作简单、维修方便；广泛应用于真空包装、薄膜制备与吸塑成型等领域。关键词：旋片泵，直联，过滤器，捕集器22XZ-15 rotary vane vacuum pump designAbstractThe rotary vane pump is the most basic kind of vacuum equipment, it can be individually used to obtain the low and medium vacuum, can be used as other high vacuum pump before the pump. In recent years, direct coupled rotary vane pump with the electronics, semiconductor, pharmaceutical and food packaging industry has been rapid development. Direct rotary vane pump in the domestic performance failed to meet the industry demand, the domestic prices of imported pumps are too high, in this case, there is a need to develop new Direct rotary vane pump performance to catch up with the imported pumps while the price for domestic users to easily accept.In the graduate design work, the first analysis of the vacuum equipment in the current market conditions, as well as domestic and foreign rotary vane pump, the difference in performance, price, and affirmed the necessity of the new direct rotary vane pump is developed. Subsequently, a detailed analysis of the problems of domestic rotary vane pump performance, ultimate vacuum and pumping efficiency, noise, fuel injection and oil spill a few indicators. The problem with the existing level of technology, given solutions and design goals. The solution structure on a few key improvements and innovations, new exhaust filters and air intakes of the trap, improved oil baffle plate and the structure of the exhaust port, and the change in the shape of the design.This work was designed by two-stage Direct rotary vane vacuum pumps, in the analysis, the absorption structure and technology of many famous foreign companies and domestic companies, innovation developed a set of filters and capture functions into one integral rotary vane vacuum pumps. It has energy-saving, no need to water-cooled, vertical atmospheric advantages: while the small size, light weight, simple operation, easy 3maintenance; widely used in vacuum packaging, thin film deposition and vacuum forming.Keywords: rotary vane pump, direct connected, filter, trap.1目录1 绪论 .11.1 研究目的及意义 .11.2 真空泵的分类 .12 真空设备获得 .42.1 真空泵市场及应用领域的变化和发展 .42.2 真空技术在工业领域的应用 .62.3 真空泵技术发展趋势 .92.4 对真空技术发展的期望 .103 旋片式真空泵的介绍 .123.1 旋片真空泵的术语 .123.2 旋片真空泵的基本参数 .123.3 旋片真空泵用途和使用范围 .133.4 旋片真空泵的工作原理 .134 2XZ-15 旋片真空泵的总体设计 .154.1 旋片真空泵的结构说明及特点 .154.1.1 泵体（也称定子） .154.1.2 转子和旋片 .154.1.3 排气阀 .164.1.4 气镇阀 .164.1.5 排气口与进气口 .174.1.6 结构说明 .184.2 确定设计主要参数 .184.2.1 极限压力 .1924.2.2 抽气速度 .194.2.3 功率 .204.3 确定真空泵主要尺寸 .214.3.1 泵腔直径 D、长度 L 的确定 .214.3.2 转子直径 d 偏心距 e 的确定 .224.3.3 旋片的长度 h、厚度 B、和顶端圆弧 的确定 .23nr4.3.4 进气口直径的确定 .234.3.5 排气口面积的确定 .244.4 气镇量的计算 .244.4.1 气镇孔直径 .244.4.2 气镇量的计算 .254.5 轴的设计及校核 .254.5.1 选择电动机 .254.5.2 选择联轴器 .254.5.3 轴的结构设计 .264.6 键的校核 .304.6.1 校核条件 .304.6.2 联轴器的泵联结处的键的校核 .314.6.3 电机处的键的校核 .315 2XZ 型旋片真空泵的使用说明 .325.1 安装说明 .325.2 使用说明 .325.3 旋片真空泵的拆卸 .335.4 旋片真空泵的装配 .3335.5 旋片真空泵的维修与保养 .345.6.1 极限真空过低及其消除 .355.6.2 冒烟 .355.6.4 漏油 .365.6.5 噪音 .365.6.6 返油 .366 结论 .37参考文献 .38谢辞 .3911 绪论1.1 研究目的及意义随着全球科技高速的发展，使得真空技术这门一直为其它科学技术作嫁衣的辅助学科，也走到了前台。随着各项科技的纵深发展，使得真空技术广泛应用于冶金、机械、电子、化工等众多领域。真空技术是建立低于大气压力的物理环境，以及在此环境中进行工艺制作、物理测量和科学试验等所需的技术。我国正在全力发展空间技术，投入正在逐渐加大，在 2005 年真空冶金与表面工程技术研讨会上，刘家树教授的报告，对真空技术在空间技术领域的应用作了简单的概括，并对真空技术的发展前景作了极为乐观的估计 1。真空技术主要包括真空获得、真空测量、真空检漏和真空应用四个方面。在真空技术发展中，这四个方面的技术是相互促进的。由于科学技术的高速发展，使得真空领域不断发展扩大并且变得多样化，对真空泵提出了更新、更多的要求，原来通用型的设备已完全不能满足要求了，迫使真空泵不得不向专用型真空泵方面发展，例如干式泵用于半导体行业的，化工行业的，各有其优点，这也是今后的发展趋势。在所有的真空获得设备中，以旋片泵的产量最大，用处最广。它的体积小，重量轻，结构简单，成本较低。既可以单独使用，也可以与其他真空设备配合，作为其他真空泵的前级使用，被广泛的应用于医药生产、食品加工等行业。随着现代科学技术的飞速发展，各工业部门对真空获得设备提出了越来越高的要求。提高旋片泵的性能和质量，降低能耗，对提高真空设备水平和促进国民经济的发展，有现实的重要意义。1.2 真空泵的分类近年来，已开发出从大气压到高真空，仅用一台泵就能实现的新型真空泵。但一般来说，为了获得高真空、超高真空及极高真空，还是串联多台真空泵构成2机组形式来完成抽气任务的。因此，正确了解泵的工作原理、主要性能、结构特点以及分类等，对选择经济适用的真空泵是非常重要的。真空泵是用以生产、改善和维持真空的装置。利用机械、物理、化学、物理化学等方法对容器进行抽气，以获得和维持真空的装置。真空泵和其他设备组成真空系统，广泛应用于电子、冶金、化工、食品、机械、医药、航天等部门。按真空泵的工作原理，可分为气体输送泵和气体捕集泵两种类型。气体输送泵包括：1) 往复式真空泵 2) 油封式机械泵 3) 干式真空泵 4) 液环真空泵 5) 罗茨真空泵6) 分子真空泵 7) 牵引分子泵 8) 涡轮分子泵 9) 复合式分子泵 10) 水喷射泵 11) 气体喷射泵 12) 蒸气喷射泵 13) 扩散泵 14) 旋片式真空泵 15) 定片真空泵等。气体捕集泵包括：吸附泵和低温泵等。首先介绍几种常见泵及其特点：XD 型旋片真空泵XD 型旋片真空泵是可以在任意入口压强下工作，已普遍应用于食品的真空包装，塑胶工业的真空吸塑成形。印刷行业的纸张输送、真空夹具、以及真空吸引等。SZ 系列水环式真空泵SZ 系列水环式真空泵主要用于粗真空、抽气量大的工艺过程中。它主要用来抽除空气和其他无腐蚀、不溶于水、含有少量固体颗粒的气体，以便在密闭容器中形成真空，所吸气体允许混有少量液体。它广泛应用于机械、医药、食品、石油化工等行业中。ZJ 系列罗茨真空泵它属于无内压缩式的真空泵，是一种旋转式变容真空泵须有前级泵配合方可使用，在较宽的压力范围内有较大的抽速对被抽除气体中含有灰尘和水蒸气不敏感广泛应用于冶金、化工、食品、电子镀膜等行业。32SK、2SKPI 系列双级水环式真空泵它主要用来抽除空气和其他有一定腐蚀性、不溶于水、允许含有少量固体颗粒的气体。广泛用于食品、纺织、医药、化工行业的真空蒸发、浓缩、干燥等工艺过程中。该泵具有真空度高、结构简单、使用方便、工作可靠、易于维修的特点。2XZ 型旋片式真空泵2XZ 型旋片式真空泵为双级直联结构，泵与电机连轴，高转速，外型小，结构紧凑，流动性工作方便，可用于电真空器件制造、保温瓶制造、真空焊接、印刷、吸塑、制冷设备修理以及仪器仪表配套等。因为它具有体积小、质量轻、操声低等优点，所以更适宜于实验室里使用。还可以单独使用，也可以作为其他高真空泵或超高真空泵的前级泵。广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。此次毕业设计就是 2XZ 系列真空泵本次设计的 2XZ-15 型旋片式真空泵是根据我国的实际生产情况以及现有的技术水平，综合国内同类产品的优点，本着高效率，低成本的原则，自行设计的。本文对旋片式真空泵的基本构造，以及影响旋片泵工作性能的主要参数进行了分析研究，提出了目前国内旋片泵在性能上存在的问题，主要是极限真空、抽气速率、噪声、喷油、漏油等几个指标。针对问题，提出一些解决办法。此真空泵基本原理是：是有偏心装在泵腔内的转子，及转子槽内的旋片。转子带动旋片转时，旋片紧贴腔壁，把进、排气口分隔开来，并使进气腔容积周期性地扩大而吸气，排气腔容积则周期性地缩小而压缩气体，推开排气阀排气，从而获得真空。42 真空设备获得2.1 真空泵市场及应用领域的变化和发展真空泵是一个量大、面广的产品，产量很大，产值不高，但它确实是一个直接影响到真空成套设备性能质量的必不可少的基础产品。真空泵的市场根据用户的需要而发生动态变化。市场增长的主要驱动力来自于半导体工业的迅速发展以及干泵和分子泵应用领域的日益扩大。目前，全球真空泵市场的年销售额约 20 亿美元，年增长率在 7左右 2。我国生产真空泵的厂家很多，全部真空泵的年销售额大约在 1.5 亿元左右，仅相当于美国 Kinney 公司一家真空泵的年销售额。通过对全球真空泵市场的分析我们可以看出，各类真空泵的市场及应用领域都在不断变化和发展。我国真空泵制造业有着悠久的历史和雄厚的基础，国产真空泵已经在各个不同领域得到应用并经过验证，有些泵还出口国外，得到国外用户的认可并受到好评，应该说我国真空泵制造业在国内外市场仍然有着巨大的发展空间。我国生产真空获得设备，经历了近 70 年的发展，目前我国真空获得设备品种齐全，质量水平稳步提高，基本上满足了国内市场的需求。中国入世后国际市场竞争日趋激烈，而我国的真空获得设备产品质量水平仍存在着很大的差距，承待我们冷静思考，研究对策，争取在尽可能短的时间内赶上国际先进水平。我国旋片泵的生产从设计水平到加工制造到性能质量都已趋向成熟。主要企业生产的产品质量比较稳定，外观质量有了明显的提高。过去长期存在的喷油、漏油问题近几年得到一定的控制，旋片材料性能得到改善，一定程度上增加了旋片泵的可靠性。目前旋片泵产品的总体质量水平能够达到现在行业标准要求的，皮带泵(普速泵)约为 80%，直联泵(高速泵)约为 50%。总之，国产真空泵的生产与国外先进水平相比在设计、加工制造、装配检测等诸环节仍然比较粗旷，还没有步入精细打磨的境地。尽管我国的真空获得设备5与国外先进国家相比还有一定的差距，但经过真空界有识之士和广大用户的共同努力，这种差距正在不断缩小。真空行业正在瞄准国际先进水平奋进 3。在过去的 30 年里，真空技术领域中就指出：真空技术的应用，一是靠压力差，二是通过空间的电子或分子排除干扰，三是降低粒子撞击表面的次数。用于各自的需求不同，所需的真空度也不相同。所谓排除空间障碍物，即粒子的平均自由程要比装置的特征尺寸长。真空蒸发、电子管和加速器就是利用了真空的这一特点。除大功率的电子管外，其他大部分做成固体原件，这样就不再需要真空了。暖水瓶就是真空技术在日常生活中的重要应用，如果今后可以生产出优良的绝热材料，且经济适用，那么真空在暖水瓶的生产过程中将会失去作用。从降低表面粒子入射频率的必要性看，超高真空技术将会得到发展，可是表面必须长时间保持清洁。目前，真空技术的应用特点是：利用真空环境来研制一些新材料和新工艺。使真空应用领域得到进一步扩大，例如超微粉和纳米颗粒的制作以及固体原件的工艺开发，以及在低真空、中真空、高真空和超高真空应用。人们对真空技术的需求增加。如在金属冶炼方面把铅掺入铝中，然后用高温使铝蒸发，利用这种方法炼铝就会扩大对真空泵的需求。过去炼铝采用电解法，现在正研究熔炉还原法。在熔炉内还原时，由于耐火材料与铝的混合，使分离非常困难。如果把熔炉中出现的含有铝的不纯物溶解于铅溶液中就可以对含铝的铅和不纯物进行分离。利用真空技术可以分离由此形成的铝铅混合物。因此可见，新工艺、新材料等出现，会直接影响到真空行业，势必要带动真空技术的发展，对真空的需求也会随之增加。在 21 世纪，表面处理在内的表面技术成为相当大的一个真空应用领域。因为人们对材料可靠性的要求，尤其对表面技术的应用定会有所增长。现在人们都喜欢用防锈、防腐蚀的材料。铝合金已经得到生产，但就原有工艺稍加改进，就会在性能上有所改观，如用氧化膜将材料与大气隔开，就能满足上述的要求。在今6后电子技术领域对真空的需求也会继续增长。由于真空是个很纯净的空间，而电子元件的生产工艺也需要纯净，因此真空是制作电子元件的理想环境。如电子管、光电管、阴极射线管、X 射线管、加速器、质谱仪和电子显微镜等器件中，以避免分子、电子和离子之间的碰撞。真空技术不仅仅建立狭义上的真空，而且制作高纯气体，再受控制的环境下维持所需表面，这也是真空技术的应用。真空设备似乎可以作为工具使用。随着真空获得技术的发展，真空应用日渐扩大到工业和科学研究的各个方面，因此，在 21 世纪真空技术将会继续得到发展。 2.2 真空技术在工业领域的应用真空技术并不是单纯地追求“低于一个大气压状态下的特定空间”而是利用真空这个物理条件来完成在大气压下无法实现的各种崭新工艺。近几年来，真空工业发展十分迅速，究其原因，主要是由于其他工业技术领域对真空技术的需求增加。下面介绍几种真空技术在工业领域的应用：（1）真空技术与冶金工业钢液真空处理是真空冶金的一个很重要方面，它是把平炉、转炉或电炉在大气下熔炼的钢液以不同的工艺方式置于真空环境之中，使其脱气，排出有害杂质以及进行合金化的过程。目前这种装置在世界各国已经成为现代化钢铁企业最基本的组成部分。例如美国、日本、德国、俄罗斯等国其轴承钢、电工用钢和优质大型锻件都 100%进行真空脱气处理，并以此作为国家标准。随着现代科学技术的发展，特别是航空航天技术及军工生产对金属材料要求的不断提高，更是离不开真空技术。真空熔炼是真空冶金的一个重要分支，它能精确地控制产品的化学成分、提高产品的纯洁度以及改善产品的铸态组织。随着空间技术、半导体工业的迅速发7展，电子束重熔亦有很大进展，熔炼范围业已从难熔金属扩展到半导体材料和一些具有特殊用途的钢种熔炼。（2）真空技术与电子工业随着微电子技术的发展，电子元器件、电路的尺寸越来越小，集成度愈来愈高，促使真空技术与微电子技术关系更为密切，并成为一门不可缺少的技术。超大规模集成电路关键技术之一就是微细加工技术，其几何图形结构的形成是用了电子束曝光、X 射线曝光、远紫外线曝光和粒子束曝光等技术，为了得到亚微米线宽，必须采用干法刻蚀技术，包括粒子束刻蚀、等离子刻蚀、反应粒子刻蚀及反应等离子刻蚀。超薄层生长技术则包括蒸发、溅射、化学气相沉积 CVD、等离子体 CVD、有机金属 CVD、分子束外延等。为了精确地控制掺杂，这里又用到了粒子束注入技术。上述这些工艺装置一般具有两个特点：一是装置的自动化程度高；二是需要有高质量的真空环境。至于检测和诊断方面所用到的高能电子衍射和低能电子衍射、间歇电子能谱仪、二次离子谱仪也都要求在清洁的超高真空环境下工作。（3）真空技术与机械制造真空热处理是真空技术与热处理工艺相结合的产物。由于它具有不氧化、不脱炭、表面光亮、变形量小、无污染和节能等优点，因而发展十分迅速。真空热处理不仅用于处理活泼难熔金属，而且在高速钢、工具钢、模具钢、轴承钢、耐热钢等的淬火、回火、固熔处理和退火方面均有广泛的用途。真空钎焊主要用于铝及其合金、高温合金、难熔金属、硬质合金、陶瓷等可焊性差的材料的连接。例如气体分离设备、石油化工设备中的枚式换热器，它全部由铝合金材料制成，具有体积小、重量轻、效率高、结构紧凑、耐用等优点。与过去的盐炉钎炉相比，产品质量好、成本低、生产周期短、无腐蚀、焊后不用清洗，而且省电 7580%。由于真空铝钎焊工艺的成熟和发展，目前国外汽车和飞8机所使用的换热器，大都已采用这种先进技术。近十年来，真空涂层刀具也高速发展起来，在高速刀具上镀钛十分盛行，被称为“刀具革命” 。其中发展较快的是电弧离子镀，是采用电弧放电的方法在固体的阴极靶材上直接蒸发金属。被蒸发的钛靶接阴极，真空室为阳极，当触发电机与阴极靶突然脱离时，于是就引起电弧，在阴极表面产生强烈发光的阴极斑点，于是在这斑点内的材料就瞬时蒸发并电离。电弧离子镀的主要优点是沉积速率高、无溶池、阴极靶可根据工件形状在任意方向布置，使夹具大为简化。（4）真空技术与新型建筑材料在近代建筑学派中出现一种叫做“光亮派”建筑，这种建筑物其迎光部位几乎全部用玻璃作为“墙幕” ，于是对建筑玻璃就提出了两个要求：一是美观；二是节能。在低纬度近赤道附近的热带与亚热带地区，光照时间长，如采用没有镀膜的建筑玻璃，则从室外通过玻璃而照射到室内的太阳能高达 85%，大大增加了室内空调费用。如果在建筑玻璃上镀一层阳光控制膜，则透过的能量可降低到 17%。这种阳光控制膜的制作就是在真空条件下在透明或带色玻璃的表面上镀一层部分透光的金属膜。在高纬度的温带和寒冷地区，如果采用没有镀膜的双层中空玻璃，室内的能量其中有 80%是通过玻璃而传输到室外，如在双层中空玻璃的内侧一表面镀上低辐射膜，热量传输损失可降低到 40%。这类低辐射膜比较理想的是氧化铟锡膜。（5）真空技术与新型永磁材料新型永磁材料钕、铁、锰是 1983 年出现的第三代稀土永磁材料，它的磁能比钐-钴永磁合金高一倍，比铝镍钴高 67 倍，比铁氧体高十几倍，因而引起磁学界极大的关注和制造厂用户的浓厚兴趣。由于我国钕储量占世界总储量的 80%，因此大力开发钕铁锰永磁材料的研究和生产，具有广阔的前景和重要的经济价值。9钕是化学性质极为活泼的元素，因此钕铁锰永磁材料的制作工艺几乎全部在无氧的真空环境下进行。2.3 真空泵技术发展趋势技术发展的原动力在于市场的需求。由于真空技术领域的扩展和迅速成长的高新技术，国内真空泵市场对真空泵的技术水平提出了更高的要求，真空泵的生产企业必须通过技术创新和产品结构的调整两个途径来保住原有市场，进而继续扩大市场占有率。提高真空泵的可靠性，降低振动、噪声，注重真空泵的综合水平。过去的若干年，生产厂注重真空泵的主要性能指标，而忽视真空泵的综合性能。而现在，产品的可靠性、性能的稳定性以及对环境不造成污染逐渐成为考虑的主要因素。对于旋片泵、罗茨泵、滑阀泵等而言要将成熟的可靠性设计理念运用到真空泵的设计中，在可靠性设计、可靠性实验等方面下工夫，以大幅度提高真空泵的可靠性、稳定性和寿命，保证真空泵能够在各种工况下长期可靠的运行。同时通过采用新技术、新材料、新工艺、新结构来降低振动、噪声，解决泵的喷油、漏油问题，还用户一个清洁环保的工作环境。真空泵的下一步发展应该面向个性化和多样化。所谓个性化和多样化是针对不同用户的不同需求，设计针对某一用户的特定场合的产品，使产品在这一场合应用。国内目前真空获得设备仍然以传统的真空泵为主，主要为旋片真空泵、滑阀真空泵、罗茨真空泵、蒸汽真空泵、水环真空泵等，且全部属于传统产业，引进国外先进技术，是提升我国产品科技含量重要手段，在发展真空获得设备的高端产品中引进国外技术，并很好的消化吸收，将迅速改变我国产品技术含量低、质量和技术水平不能满足市场需求的现状。但引进国外技术，应特别注意两点：一是重在消化吸收，在此基础上培育企业的自主知识产权和创新能力。二是不要重10复盲目引进，要瞄准国际上当代最新技术，避免引进一代，落后一代。引进国外技术不是盲目的，而是手段，通过引进技术最终打造国产自主品牌。传统的真空设备我们生产了几十年，在全国范围内形成了产品分布的稳定格局。但是随着经济的高速发展，信息技术、航天技术、纳米科学等高科技引导了当今科学技术发展的潮流。而这些高新技术的发展离不开真空获得设备这个基础装备。目前国内的状况是真空泵生产企业仍然以生产传统产品为主在传统应用领域占领 90%以上的市场份额。在高科技领域，国内产品在技术水平和质量上不能满足要求，90%以上市场份额由国外产品占领。国内真空获得产品与高新技术的发展严重脱节，产品结构不尽合理。多数企业期望只靠已有的老产品，不断增加产量而逐年增加利润，这种可能性在市场竞争日益激烈的今天会越来越小。在今天的国内外市场格局面前，尽快调整产品结构，使其适应市场需求才是最明智的选择。产品结构的调整一是要不断推出市场需求的新产品；二是全行业要形成高、中、低端产品的合理布局，并随着市场变化，不断调整，始终保持比较合理的产品结构状态。尽管 2011 年真空行业取得了令人瞩目的成绩，但目前的真空泵技术发展状况却并不乐观。全行业要认真分析形势，总结经验教训，团结一致，为行业的发展和技术进步开出一条新道路，为我国的经济建设做出全行业应有的贡献。2.4 对真空技术发展的期望众所周知，20 世纪，真空工业的发展极为显著，引起各界的关注。真空科学与技术在科学研究中只是一门实验技术，而在现代工业生产中却成了一门基本技术而得到广泛应用。对真空技术未来的期望，首先希望国内生产厂家研制出更为方便耐用的设备，朝着用户与厂家相互满足的方向努力。操作要方便，要缩短运转时间或生产周期。11真空装置和仪表要高级化，提高设备的寿命和精度。希望在太空中建立真空应用的工厂。空间站和飞船也会释放出自身的气体，真空并不理想，在空间飞船后 100 米以外的地方才能获得理想的超高真空。要利用微重力条件下宇宙真空环境，为人类服务。铝合金真空装置可能代替不锈钢。实现真空装置铝合金化，硬度问题利用离子镀就可以达到实用化。真空技术到 21 世纪将会做为一种重要的技术被继续存在和发展下去。今后的发展方向，一是向微小化领域（纳米科技和固体元件的研制） ，另一个是向巨大化的领域（如核聚变的研究） ，其中在巨大化装置和使用多种气体的真空装置方面，希望能研制出能够用于从粘滞流领域到超高真空的宽域型真空泵。希望能研制出不经烘烤的超高真空装置或者烘烤 100就可以了。总之要以方便用户的操作为出发点，得到全世界用户对欢迎。我们希望 21 世纪中真空科学与技术取得更新的成就。真空行业得到更大的发展。 123 旋片式真空泵的介绍3.1 旋片真空泵的术语对各种真空泵的性能，都有规定的测试方法来检验其性能的优劣，真空泵的主要性能有：（1）极限压力：将真空泵与检测容器相连，放入待测的气体后，进行长时间连续地抽气，当容器内的气体压力不再下降，而维持某一定值时，此压力即为泵的极限压力，其单位用 表示。Pa（2）流量：在真空泵的吸气口处，单位时间内流过的气体量称为泵的流量。在真空技术中，流量的单位用压力体积/时间来表示，即用 或 表sPam/3h/3示。（3）抽气速率：在真空泵的吸气口处，单位时间内流过的气体的体积称为泵的抽气速率。即气体 A 的抽气速率 为流量 （ ）除以测试罩内这种气aSaQsP/3体 A 的分压力 而得。Pa（4）抽气的概念：若真空容器所有的内表面上无气体的吸附和脱附现象发生，这种抽气的过程称作理想状态的抽气过程。3.2 旋片真空泵的基本参数（1）启动压力：泵无损坏启动并有抽气作用时的压力。（2）前级压力：排气压力低于 101325 的真空泵的出口压力。Pa（3）最大前级压力：超过它能使泵损坏的前级压力。（4）最大工作压力：对应最大流量的入口压力。在此压力下，泵能连续工作而不恶化或损坏。（5）压缩比：泵对给定气体的出口压力与入口压力之比。（6）何氏系数：泵抽气通道面积上的实际抽气速率与该处按分子泻流计算的理论抽气速率之比。13（7）抽气系数：泵的实际抽气速率与泵入口面积按分子泻流计算的理论抽气速率之比。（8）返流速：泵在规定条件下工作时，与抽气方向相反而通过泵入口的单位面积、单位时间的泵液的质量流率。（9）水蒸气允许量（单位：kg/h）：在正常环境条件下，气镇泵在连续工作时能抽除的水蒸气的质量流率。（10）最大允许水蒸气入口压力：在正常环境条件下，气镇泵在连续工作时所能抽除的水蒸气的最高入口压力。3.3 旋片真空泵用途和使用范围（1) 泵是用来对密封容器抽除气体而获得真空的基本设备。它可单独使用，亦可作为各类真空系统的前级泵和预抽泵。广泛应用于医疗、科研、化工、实验室、塑胶、电子等行业，以及电真空器件制造、灯泡、保温瓶制造、真空焊接、仪器仪表及制冷设备、印刷包装机械配套等。（2) 泵的工作环境：温度 5-40范围内，相对湿度不大于 90%，进气口压强小于 10 托的条件下允许长期连续运转，当被抽气体相对湿度大于 90%时，应开气镇阀。(3) 泵进气口连续敞通大气运转，不得超过三分钟。(4) 泵不适用于抽除对金属有腐蚀性的，对泵油起化学反应的、含有颗尘埃的气体，以及含氧过高的、有爆炸性的气体。3.4 旋片真空泵的工作原理旋片泵的工作原理：旋片泵主要由定子、转子、旋片、定盖、弹簧等零件组成。其结构是利用偏心地装在定子腔内的转子（转子的外圆与定子的内表面相切两者之间的间隙非常小）和转子槽内滑动的借助弹簧张力和离心力紧贴在定子内壁的两块旋片，当转子旋转时，始终沿定子的内壁滑动。两个旋片把转子、定子14内腔和定盖所围成的月牙型空间分隔成 A、B、C 三个部分，当转子按逆时针方向旋转时，与吸气口相通的空间 A 的容积不断地增大，A 空间的压强不断的降低，当A 空间内的压强低于被抽容器内的压强，根据气体压强平衡的原理，被抽的气体不断地被抽进吸气腔 A，此时正处于吸气过程。B 腔的空间的容积正逐渐减小，压力不断地增大，此时正处于压缩过程。而与排气口相通的空间 C 的容积进一步地减小，C 空间的压强进一步的升高，当气体的压强大于排气压强时，被压缩的气体推开排气阀，被抽的气体不断地穿过油箱内的油层而排至大气中，在泵的连续运转过程中，不断地进行着吸气、压缩、排气过程，从而达到连续抽气的目的。排气阀浸在油里以防止大气流入泵中，油通过泵体上的间隙、油孔及排气阀进入泵腔，使泵腔内所有运动的表面被油覆盖，形成了吸气腔与排气腔的密封，同时油还充满了一切有害空间，以消除它们对极限真空的影响。如图 3-1 所示。图 3-1 旋片泵的工作原理154 2XZ-15旋片真空泵的总体设计4.1 旋片真空泵的结构说明及特点4.1.1 泵体（也称定子）泵体是旋片泵的主体其结构有三种类型：整体式、中壁压入式和组合式。泵体材料用的常有高强度铸铁以及球墨铸铁等如 HT250、HT300、QT6003 等。泵体要进行热处理，以清除内应力，防止变形，提高耐磨性。泵体加工要有以下几点要求：（1）按铸件要求，保证铸件的质量。（2）以 510 5 Pa 压力做水压实验，持续 5 分钟保证无渗漏。（3）粗加工后应变时效处理，硬度 HB160240。（4）泵腔直径和圆弧面锥度每 100mm 长度上不大于 0.01mm。为保证泵及泵轴头密封处的润滑，泵体上开有专门的油路。由于旋片泵是靠机械容积变化来实现，所以不仅制造精度要求高，而且配合要求精度要求更高。配合精度主要取决于转子与泵腔配合的间隙选择，若间隙过大，会造成被压缩的气体从排气腔突破到进气腔，降低泵的极限真空；间隙过小，在运转时，容易因温度升高膨胀使转子与泵腔卡死或加剧与泵腔的磨损。根据经验，转子与泵腔之间的间隙 ，转子与两端盖之间的间隙035.2.e，以及旋片与两端盖间隙 。 07.5.1e 05.3.1e4.1.2 转子和旋片转子和旋片是旋片泵的核心部件。转子结构有三种形式：整体式、压套式和转子盘式。其中整体式结构加工件和装配量少，但旋片槽加工困难，难以达到高精度，较适用于大泵；压套式结构两半转子中间用衬块保证旋片槽宽，要求加工精度较高，装配较复杂；转子盘结构，两半转子盘用螺钉和锥销紧固后，两转子之间形成旋片槽，这种结构零件多，16加工装配量大，有较高的加工精度。转子盘式结构最常见 5。此旋片泵转子采用转子盘结构。 旋片作为抽气用的灵魂部件，在工作期间一直不停的旋转，不间断的与内壁接触，因此，对于旋片的材料要求较高。我国目前应用的主要真空泵大多为带动式而不是直联式，就是因为在电机的高转速带动的情况下，若转子与其同速，则旋片会受到相当大的冲击，因此对于旋片的材料要求是相当的高的。由于我国材料发展的局限性，旋片材料达不到此种要求，这也是直联式旋片泵在我国难以应用推广的原因。旋片在泵运转过程中始终与泵腔内壁接触，因此，旋片要有一定的强度和耐磨性，材料一般采用铸铁、陶瓷、高分子复合材料等，大抽速的直联泵多采用高分子复合材料。旋片的结构常有矩形和 T 形两种，一般小泵用矩形居多，大型、偏心旋片泵用 T 字形的较多。在这里旋片材料均为胶木层压板。4.1.3 排气阀排气阀是旋片泵主要易损件之一，将影响泵的抽气性能并能产生噪音。排气阀有两种形式：一种是用橡胶垫作阀片，另一种是用布质酚醛层压板或弹簧钢片做阀片，排气阀必须浸在泵油中。在排气过程中，压缩气体推开排气阀片，穿过泵油排出，泵油起到密封的作用。4.1.4 气镇阀17图 4-1 气镇阀气镇阀是旋片泵为抽除可凝性气体而设置的。通常，泵抽除的气体多为永久性气体和可凝性气体的混合物，在压缩和排气过程中，当可凝性气体的分压超过泵温时该气体的饱和蒸汽压时，可凝性气体将会凝结并混到泵油中，使泵油乳化变质，润滑密封性能变坏，凝结物在吸气腔中还会重新变成气态，使真空度降低。气镇阀或掺气阀可以有效的防止可凝性气体的凝结，即在压缩过程中将经过控制的永久性气体（通常为室温干燥空气）由气镇孔渗入被压缩气体中，使可凝性气体分压在达到泵温时的饱和蒸汽压之前，压缩气体的压力以达到排气压力，排气阀打开，将可凝性气体同永久性气体一同排出。油封式机械真空泵普遍装有气镇装置，因此也叫气镇泵。气镇阀（掺气阀）是由节流阀和逆止阀两部分组成。节流阀控制掺入气体量，逆止阀防止泵腔内气体压力高于掺气压力时出现返流。气镇孔的位置的设置一般有两种：一种是开在泵的排气口附近，当压缩腔与排气口相通时，开始掺气；另一种设置在端盖上，当吸气终了后，当转子在转过一个角度时，露出气镇孔，开始掺气。这里的气镇阀设置在端盖上。在掺气的过程中，泵的极限压力上升和抽气速度下降。在低压时，适当打开气镇阀掺入少量的气体，可以减少泵油冲击排气阀引起的噪音。高速直联泵在高的泵温下运行，有利于可凝性气体的抽出。气镇泵与普通泵结构基本一样，只是在靠近泵出口的压缩空间处的泵体上开了一个小孔，并附有螺针调节孔的大小，渗入气体通过此孔进入泵内。加了气镇装置的机械泵，除了克服了不能抽出蒸汽的缺陷外，还有自净化油的作用：当油被少量凝液玷污后，只要将泵入口封死，打开渗气阀，经一定时间抽气运转，便可恢复泵油原来的性能。同一台泵，当使用气镇装置时，泵的抽速和极限真空要比无气镇时降低。其极限真空一般要下降一个数量级左右。184.1.5 排气口与进气口 排气口的结构、尺寸与泵的噪音及所消耗的功率大小有直接的关系。常见的排气口位于泵体的上方，也有采用偏心式排气口型式。通常设计排气口的位置在不影响被压缩腔气体向真空腔突破的前提下，应尽可能的靠近转子和定子的切点，以减少有害空间，提高极限真空度并降低噪音。由于单级泵在大气压下启动时压强高，气量大；可使大部分气体从真空室中通过气阀排出，为减少最大压缩功和启动功率，真空室排气口面积可取大一点。正常运转时，真空室处的排气阀处于关闭状态。泵的进口结构、尺寸、应从提高泵室的容积利用系数，和降低进气阻力等方面考虑。4.1.6 结构说明2xz 型旋片式真空泵系双级直联结构旋片真空泵（以下简称泵） 。它有偏心地装在泵身腔内的转子，及转子槽内的两旋片。转子带动旋片旋转时，旋片借离心力和旋片弹簧的弹力紧贴腔壁，把进、排气口分隔开来，并使进气腔容积周期性地扩大而吸气，排气腔容积则周期性地缩小而压缩气体，借压缩气体压力和油推开排气阀排气，从而获得真空。2xz 型泵装有气镇阀。其作用是向排气腔充入一定量空气，以降低排气压力中的蒸汽分压强，当其低于泵温下的饱和蒸汽压时，即可随充入空气排出泵外，而避免凝结在泵油中。具有延长泵油使用时间和防止泵油混水时间。但气镇阀打开时，极限真空将有所下降，温升也有所提高。2xz 型泵具有体积小，重量轻，噪音低，起动方便等优点。此外，还有防止返油的措施和防止油封漏油污染场地的措施。4.2 确定设计主要参数已知技术参数：名义抽速 Sd=15L/s；电机功率 1.5Kw；泵转速：1400r/min 极限压强： ；进气口直径 50mm。Pa210619旋片泵的性能参数有：极限压力、抽气速度、功率、温升、振动、噪音、寿命等。其中极限压力、抽气速度和功率为主要性能参数。4.2.1 极限压力极限压力是泵装有标准实验罩并按规定条件工作，在不引入气体正常工作的情况下，趋向稳定的最低压力。这里 2XZ15 旋片泵的极限压力 Pg=610-2Pa 旋片泵的极限真空的测定值,根据测定时使用的真空计的种类不同而异。因此一般规定使用压缩式真空计来测定泵的极限真空度。4.2