雙面非對稱干式渦旋真空泵的設計計算

2014-02-25 黃英東北大學機械工程與自動化學院

　　渦旋真空泵是一種無油容積式機械干式真空泵，具有結構簡單，真空度高，振動噪聲低，可靠性高等優點。但渦旋真空泵也有一些缺點，如抽速較低，初始抽氣時泵的工作狀態不穩定，加工制造困難等。本文提出了一種雙面非對稱渦旋真空泵的設計思路，給出了泵主要結構及抽氣性能參數的設計計算。此設計提高了泵的抽速，解決了泵初始抽氣時狀態不穩定等問題，減小了對渦旋齒的強度要求，增大了渦旋盤抽氣的有效利用面積。

　　干式真空泵作為核心裝備廣泛應用于半導體產業、太陽能電池制造、化工、制藥等重要行業，其研發和生產越來越受到重視。渦旋真空泵是干式真空泵的一種，具有結構簡單，真空度高，振動噪聲低，可靠性高等優點，在國內外的應用非常廣泛。

　　由于渦旋真空泵是容積式真空泵，吸氣腔與排氣腔不直接相連，壓縮比很大，這樣就會出現一個問題，當渦旋真空泵入口壓力為大氣壓時，那么當壓縮腔運動到與排氣口接通前，壓縮腔內的壓力將非常大，這對渦旋齒的強度要求很高，并產生大量的熱量。由于溫度的升高，轉子和泵腔將會產生一定的熱變形，會影響間隙通道的尺寸，使泵的抽氣性能降低。由于泵腔內壓力的升高會增大泵的傾覆力矩，使泵的工作很不穩定，對泵的動平衡要求非常高。若要解決這個問題可以使泵的吸氣腔與排氣腔相連，即渦旋齒的終止展角與初始展角的差值不大于2P，這樣可以避免泵初始抽氣時的不穩定，減小了對渦旋齒的強度要求。但是對單頭渦旋齒結構采取這樣的設計會大大降低抽速效率，因為多渦旋齒渦旋真空泵可有效提高抽速，所以此設計可應用在多頭渦旋齒結構中，既增大了抽速也解決了泵初始抽氣時的不穩定問題。

　　基于以上考慮，提出了一種雙面非對稱渦旋盤結構的渦旋泵設計方案，動渦旋盤一面采用三頭渦旋齒設計，終止展角與初始展角的差值為2P，另一面采用單頭渦旋齒設計，而且兩面渦旋齒旋向相反，以保證三頭渦旋齒面工作時，單頭渦旋齒面不工作；單頭渦旋齒面工作時，三頭渦旋齒面不工作。三頭渦旋齒面可提高抽速，單頭渦旋齒面可增大極限真空度。泵工作時，當入口壓力從大氣壓到臨界轉換壓力pB時，電機正轉，三頭渦旋齒面首先吸氣、壓縮氣體，以增加泵的初抽速；當壓力小于pB時，電機反轉，采用單頭渦旋齒面吸氣、壓縮氣體，以增加泵的壓縮比。