CN101818735B - 高速多级透平真空泵及其抽真空方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速多级透平真空泵及其抽真空方法，属于透平真空泵技术领域，通过多级高速离心叶轮实现了多工艺点、不同真空度的抽取，其驱动电机通过齿轮增速箱升速后与主轴连接，主轴支承悬架于机壳内，在主轴上同向串接设置一组离心叶轮，末级离心叶轮外侧配合设置平衡盘，各级离心叶轮与机壳之间分别构成单个工作室，各工作室之间通过流道逐个连通，机壳上相应设置一组吸入口和一个排出口，平衡盘与机壳之间构成平衡腔，机壳上配合设置将平衡腔与各吸入口连通的平衡管；采用了单轴多级抽取结构，使得单机既能实现多个工艺点、多级真空度的同时抽取，大幅度降低真空***能耗，同时具有结构紧凑、可靠性高、无需工封液环、环境友好等优点。

Description

高速多级透平真空泵及其抽真空方法

技术领域

本发明属于透平真空泵技术领域，包括真空设备和透平机械技术，具体涉及一种采用离心叶轮吸入口抽取真空的高速透平真空泵。

背景技术

真空泵通常和其他设备组成真空***，广泛应用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药、食品、电子、冶金、航天等部门，应用较广的传统真空泵产品主要包括液环式真空泵、往复式真空泵、罗茨真空泵和旋片式真空泵等。

其中，液环式真空泵是一种粗真空泵，也可用作压缩机，在工业生产的真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等工艺过程中得到广泛应用。液环式真空泵的泵体中装有适量的液体作为工作液，并依靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气，它属于变容式真空泵。由于循环液的存在，使液环式真空泵具有较好的密封性和防爆性的同时，效率偏低。

往复式真空泵的抽气速率较大，真空度较高，在化工厂中广泛应用。往复真空泵腔体连接两个单向阀，一个口吸入，一个口排出，来回抽压柱塞，通过吸入端抽真空。相对而言，其结构复杂，维修量大，并且效率相对较低。

罗茨真空泵是一种旋转式变容真空泵，它由罗茨鼓风机演变而来。罗茨真空泵在较宽的压强范围内有较大的抽速，且具有驱动功率小、结构紧凑、占地面积小和运转维护费用低等优点，因此，在冶金、石油化工、造纸、食品、电子工业部门得到广泛的应用。罗茨泵在泵腔内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现较高的转速运行。

旋片式真空泵是一种油封式机械真空泵。它可以单独使用，也可以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。它广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内表面相切(二者有很小的间隙)，转子槽内装有带弹簧的二个旋片。旋转时，靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触，转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。旋片式真空泵属于低真空泵，是真空技术中最基本的真空获得设备之一，但旋片泵多为中小型泵。

综上所述，目前普遍应用的真空泵产品大多以容积式真空泵，普遍存在效率较低的情况，并且受到转速难以达到很高的限制，特别在一些需要大抽气量粗真空获得场合，所需真空泵往往体积大、能耗高、噪声大。例如，造纸过程的脱水工艺需要大量使用真空泵抽取真空，要求抽取流量很大，并且脱水设备的不同位置有着不同真空度要求。目前，这种工艺点普遍使用的是真空设备是水环式真空泵(液环式真空泵)，但是满足该场合性能需要的水环式真空泵体积大、噪声大、能耗大，并且需要配备多台水环式真空泵。此外，其它工业领域的大流量抽取真空的场合也存在类似问题。

鉴于上述原因，可以从另一个角度出发，考虑到大多旋转机械的介质压缩和抽吸是两个并存的过程。例如，液环式真空泵同时可以作为液环式压缩机，它们的区别只是在于利用入口抽吸气体还是利用出口压缩气体。类似地，一般的透平压缩机入口也存在一定的真空度，具有一定的抽吸工艺气体能力，并且可以实现大流量抽取，而透平机的效率可达到80％以上，远高于液环式真空泵。

基于以上思想，杭州振兴工业泵制造有限公司于2007年研制了悬臂式高速透平真空泵，并获得了国家发明专利。该设备节能效果显著(与原液环泵比能节电25~30)；取消了工作液环，节新鲜水99％；还彻底解决了真空泵的腐蚀和结垢等问题，目前已有多家用户使用，得到了一致好评。

悬臂式高速透平真空泵虽然具有以上优点，但在抽取真空度大于50Kpa的场合时必需要二级以上串联抽取，特别是在多点多真空位置抽取时，如采用悬臂式高速透平真空泵会出现管路连接复杂，装置过多等缺点，因此在整条纸机生产线上使用受到一定程度的限制。因此，进一步考虑一种全新的在同一缸体上完成多点吸入、多级串联获取高真空的单轴多级高速透平真空泵是非常必要的，这种结构的叶轮工作转速在5000r/min以上，大多达到15000r/min以上，它相对普通真空泵在节能和紧凑性方面的优势非常明显，并且相对悬臂式高速透平真空泵而言在实现更高真空度和多位置(特别是在3个位置以上)抽取时显得更紧凑、更灵活，能在整条纸机上取代液环式真空泵，这种结构在造纸行业将具有很高的应用价值，也是本发明的出发点。

发明内容

本发明旨在提供一种利用透平离心叶轮入口的抽吸能力和透平机械可高速高效运转的特点，并考虑可同时适用多个工艺点、实现多级真空度抽取的高速多级透平真空泵及其抽真空方法技术方案，以克服现有技术中存在的问题。

所述的高速多级透平真空泵，其特征在于包括机壳及配合连接的驱动电机、齿轮增速箱，齿轮增速箱采用单级增速，其输入端与驱动电机传动连接，输出端与主轴前端传动连接，主轴通过安装于机壳两端的前轴承座、后轴承座内的径向滑动轴承支承悬架于机壳内，机壳内的主轴上按一定间距同向串接设置一组离心叶轮，末级离心叶轮外侧配合设置平衡盘，各级离心叶轮与机壳之间分别构成单个工作室，各工作室之间通过流道逐个连通，机壳上相应设置一组分别与各工作室连通的吸入口和一个与最尾端的工作室连通的排出口，平衡盘与机壳之间构成平衡腔，机壳上配合设置将平衡腔与各吸入口连通的平衡管。

所述的高速多级透平真空泵，其特征在于所述的机壳采用水平中分结构，由上、下机壳配合构成，上、下机壳固定连接后通过两端设置的轴端密封器与主轴密封配合，所述的吸入口均配合设置在下机壳上，下机壳两端分别设置前轴承座、后轴承座，通过安装在前轴承座、后轴承座内的径向滑动轴承、油封将主轴支承悬架并密封转动配合。

所述的高速多级透平真空泵，其特征在于所述主轴的尾端配合设置止推轴承和止推盘，止推轴承和止推盘安装在后轴承座内。

所述的高速多级透平真空泵，其特征在于所述的一组离心叶轮除末级的离心叶轮外，分别在外侧配合设置隔板、隔板密封器；所述的一组离心叶轮的进口处分别配合设置轮盖密封器；相邻离心叶轮之间的主轴上套接设置定距套。

所述的高速多级透平真空泵，其特征在于所述的按一定间距同向串接设置在主轴的离心叶轮为2～5级，分别与主轴过盈套装配合，机壳上设置的吸入口的数量与所套装的离心叶轮的数量一致。

所述的高速多级透平真空泵，其特征在于所述的离心叶轮为吸入端向前延伸和自由曲面的闭式结构以获得平坦的性能曲线，并采用铣制或焊接结构。

使用上述的高速多级透平真空泵的高速多级透平抽真空方法，其特征在于：将高速多级透平真空泵的一组吸入口分别与需要抽真空的工艺点连接，驱动电机通过齿轮增速箱带动主轴高速旋转，使同向套接在主轴上的一组离心叶轮以与主轴相同的速度旋转，使气体从各吸入口吸入，经高速旋转的离心叶轮的做功抽吸再由各工作室及连通工作室的流道逐步向主轴尾端流动，各吸入口抽取的气体逐级会合，最终形成高温气体从排出口排出，从而在各吸入口和离心叶轮的入口分别形成一定的真空度，实现多位置、多级真空度的抽取。

所述的高速多级透平抽真空方法，其特征在于所述离心叶轮的旋转速度在5000r/min以上，在各吸入口和离心叶轮的入口分别可实现-20kPa至-80kPa真空度抽取。

所述的高速多级透平抽真空方法，其特征在于所述的一组吸入口与需要抽真空的工艺点连接依照真空度的要求设定，最高真空级要求的场合设置在主轴驱动端，从驱动端向尾端真空级要求逐步降低。

上述的高速多级透平真空泵构思新颖、结构合理，采用高速透平技术实现真空的快速大流量抽取，并采用单轴多级抽取结构，使得单机既能实现多个工艺点、多级真空度的同时抽取，可大幅度降低真空***能耗，同时具有结构紧凑、可靠性高、无需工封液环、环境友好等优点，广泛适用于造纸、化工、冶金等行业对真空***节能和环保的要求，使用该高速多级透平真空，能实现以5000r/min以上高速多级离心叶轮实现-20kPa至-80kPa多点真空度抽取的真空获得方法。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图中：1-驱动电机、2-电机联轴器、3-齿轮增速箱、4-主轴、5-前轴承座、5a-后轴承座、6-吸入口、7-离心叶轮、8-平衡盘、9-排出口、10-平衡管、11/11a-轴端密封器、12-止推盘、13-止推轴承、14/4a-径向滑动轴承、15/15a-油封、16-机壳、16a-上机壳、16b-下机壳、17-轮盖密封器、18-隔板、19-隔板密封器、20-定距套、21-主轴联轴器。

具体实施方式

现结合说明书附图，详细说明本发明的具体实施方式：

高速多级透平真空泵，驱动电机1输出端通过挠性电机联轴器2与齿轮增速箱3传动连接，齿轮增速箱3采用单级增速，其输出端通过挠性主轴联轴器21与主轴4前端连接，主轴4转速工作在5000r/min以上，主轴4通过安装于机壳16两端的前轴承座5、后轴承座5a内的径向滑动轴承14、14a、油封15a、15支承悬架于机壳16内并与机壳16密封转动配合。为便于维护和安装，机壳16采用水平中分结构，由上机壳16a、下机壳16b配合构成，上机壳16a、下机壳16b之间通过定位销及螺栓固定连接后通过两端设置的轴端密封器11a、11与主轴4密封配合；下机壳16b两端分别设置前轴承座5、后轴承座5a，通过安装在前轴承座5、后轴承座5a内的径向滑动轴承14、14a、油封15a、15将主轴4支承悬架并密封转动配合。机壳16内的主轴4上按一定间距同向串接设置一组离心叶轮7，离心叶轮7一般设置为2～5级，分别与主轴4过盈套装配合，相邻离心叶轮7之间的主轴4上套接设置定距套20以限定间距，离心叶轮7为吸入端向前延伸和自由曲面的闭式结构以获得平坦的性能曲线，采用铣制或焊接结构，离心叶轮7的这种设计结构可以提高其进口处的真空度和抽吸能力，利用这种思路设计可以明显地节约能耗；各级离心叶轮7与机壳16之间分别构成单个工作室，各工作室之间通过流道逐个连通，下机壳16b上相应设置一组分别与各工作室连通的吸入口6和一个与最尾端的工作室连通的排出口9，吸入口6的数量与主轴4上所套装的离心叶轮7的数量一致，相应为2～5个，分别可抽取2～5个不同的真空点，抽取最高真空级的设置在驱动端，依次从高到低布置，以实现多工艺点、不同真空度的抽取，同时根据实际真空点的情况也可封闭某个吸口；从排出口9排出的高温气体可以接***直接排放，也可以通过热交换器回收热量。除末级的离心叶轮7外，分别在离心叶轮7外侧配合设置隔板18、隔板密封器19以防止相邻两工作室之间窜气；各级离心叶轮7的进口处分别配合设置轮盖密封器17以防止离心叶轮7的进口与出口之间窜气。末级离心叶轮7外侧配合设置平衡盘8，平衡盘8与机壳16之间构成平衡腔，机壳16上配合设置将平衡腔与吸入口6联通的平衡管10构成平衡***以平衡轴向力，并在主轴4的尾端后轴承座5a内配合设置止推轴承13和止推盘12以进一步承担剩余的轴向力，提高高速运转的平衡性。

上述实施例中，轮盖密封器17、隔板密封器19、前轴端密封器11a、后轴端密封器11分别采用迷宫式结构，可以更有效地提高密封性能。

将上述的高速多级透平真空泵的一组吸入口6分别与需要抽真空的工艺点连接，吸入口6与需要抽真空的工艺点连接依照真空度的要求设定，最高真空级要求的场合设置在主轴4驱动端，从驱动端向尾端真空级要求逐步降低。驱动电机1通过齿轮增速箱3带动主轴4高速旋转，主轴4的转速可达5000r/min以上，使同向套接在主轴4上的一组离心叶轮7以与主轴4相同的速度旋转，使气体从各吸入口6吸入，在各吸入口6和离心叶轮7的入口分别可实现-20kPa至-80kPa真空度抽取，并以高速旋转的离心叶轮7的做功抽吸再由各工作室及连通工作室的流道逐步向主轴4尾端流动，各吸入口6抽取的气体逐级会合，最终形成高温气体从排出口9排出，从而在各吸入口6和离心叶轮7的入口分别形成一定的真空度，实现多位置、多级真空度的抽取。

Claims (5)

1.高速多级透平真空泵，其特征在于包括机壳（16）及配合连接的驱动电机（1）、齿轮增速箱（3），齿轮增速箱（3）采用单级增速，其输入端与驱动电机（1）传动连接，输出端与主轴（4）前端传动连接，主轴（4）通过安装于机壳（16）两端的前轴承座（5）、后轴承座（5a）内的径向滑动轴承（14a、14）支承悬架于机壳（16）内，机壳（16）内的主轴（4）上按一定间距同向串接设置一组离心叶轮（7），末级离心叶轮（7）外侧配合设置平衡盘（8），各级离心叶轮（7）与机壳（16）之间分别构成单个工作室，各工作室之间通过流道逐个连通，机壳（16）上相应设置一组分别与各工作室连通的吸入口（6）和一个与最尾端的工作室连通的排出口（9），平衡盘（8）与机壳（16）之间构成平衡腔，机壳（16）上配合设置将平衡腔与各吸入口（6）连通的平衡管（10）；所述的离心叶轮（7）为吸入端向前延伸和自由曲面的闭式结构；所述的一组离心叶轮（7）除末级的离心叶轮（7）外，分别在外侧配合设置隔板（18）、隔板密封器（19）；所述的一组离心叶轮（7）的进口处分别配合设置轮盖密封器（17）；所述隔板密封器（19）和轮盖密封器（17）分别采用迷宫式结构；相邻离心叶轮（7）之间的主轴（4）上套接设置定距套（20）；某个吸入口（6）能够被封闭。

2.如权利要求1所述的高速多级透平真空泵，其特征在于所述的机壳（16）采用水平中分结构，由上、下机壳（16a、16b）配合构成，上、下机壳（16a、16b）固定连接后通过两端设置的轴端密封器（11a、11）与主轴（4）密封配合，所述的吸入口（6）均配合设置在下机壳（16b）上，下机壳（16b）两端分别设置前轴承座（5）、后轴承座（5a），通过安装在前轴承座（5）、后轴承座（5a）内的径向滑动轴承（14a、14）、油封（15a、15）将主轴（4）支承悬架并密封转动配合。

3.如权利要求1所述的高速多级透平真空泵，其特征在于所述主轴（4）的尾端配合设置止推轴承（13）和止推盘（12），止推轴承（13）和止推盘（12）安装在后轴承座（5a）内。

4.如权利要求1所述的高速多级透平真空泵，其特征在于所述的按一定间距同向串接设置在主轴（4）的离心叶轮（7）为2～5级，分别与主轴（4）过盈套装配合，机壳（16）上设置的吸入口（6）的数量与所套装的离心叶轮（7）的数量一致。

5.如权利要求1所述的高速多级透平真空泵，其特征在于所述的离心叶轮（7）采用铣制或焊接结构。

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