双面非对称干式涡旋真空泵的设计计算

2014-02-25 黄英东北大学机械工程与自动化学院

　　涡旋真空泵是一种无油容积式机械干式真空泵，具有结构简单，真空度高，振动噪声低，可靠性高等优点。但涡旋真空泵也有一些缺点，如抽速较低，初始抽气时泵的工作状态不稳定，加工制造困难等。本文提出了一种双面非对称涡旋真空泵的设计思路，给出了泵主要结构及抽气性能参数的设计计算。此设计提高了泵的抽速，解决了泵初始抽气时状态不稳定等问题，减小了对涡旋齿的强度要求，增大了涡旋盘抽气的有效利用面积。

　　干式真空泵作为核心装备广泛应用于半导体产业、太阳能电池制造、化工、制药等重要行业，其研发和生产越来越受到重视。涡旋真空泵是干式真空泵的一种，具有结构简单，真空度高，振动噪声低，可靠性高等优点，在国内外的应用非常广泛。

　　由于涡旋真空泵是容积式真空泵，吸气腔与排气腔不直接相连，压缩比很大，这样就会出现一个问题，当涡旋真空泵入口压力为大气压时，那么当压缩腔运动到与排气口接通前，压缩腔内的压力将非常大，这对涡旋齿的强度要求很高，并产生大量的热量。由于温度的升高，转子和泵腔将会产生一定的热变形，会影响间隙通道的尺寸，使泵的抽气性能降低。由于泵腔内压力的升高会增大泵的倾覆力矩，使泵的工作很不稳定，对泵的动平衡要求非常高。若要解决这个问题可以使泵的吸气腔与排气腔相连，即涡旋齿的终止展角与初始展角的差值不大于2P，这样可以避免泵初始抽气时的不稳定，减小了对涡旋齿的强度要求。但是对单头涡旋齿结构采取这样的设计会大大降低抽速效率，因为多涡旋齿涡旋真空泵可有效提高抽速，所以此设计可应用在多头涡旋齿结构中，既增大了抽速也解决了泵初始抽气时的不稳定问题。

　　基于以上考虑，提出了一种双面非对称涡旋盘结构的涡旋泵设计方案，动涡旋盘一面采用三头涡旋齿设计，终止展角与初始展角的差值为2P，另一面采用单头涡旋齿设计，而且两面涡旋齿旋向相反，以保证三头涡旋齿面工作时，单头涡旋齿面不工作；单头涡旋齿面工作时，三头涡旋齿面不工作。三头涡旋齿面可提高抽速，单头涡旋齿面可增大极限真空度。泵工作时，当入口压力从大气压到临界转换压力pB时，电机正转，三头涡旋齿面首先吸气、压缩气体，以增加泵的初抽速；当压力小于pB时，电机反转，采用单头涡旋齿面吸气、压缩气体，以增加泵的压缩比。