CN1173118C - 干式真空泵及其转子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种干式真空泵及其转子，所述的真空泵包括由两个转子组成的转子对，它们相互同步反方向运转，转子对间和转子与泵腔间均有一定的微小间隙；所述的转子形状为其截面有外凸爪和内凹弧槽的圆柱体，其外凸爪两侧面为摆线，顶圆为圆弧，内凹弧槽两侧面为摆线，槽底为圆弧，其特征在于：转子的形状为对称结构，每个转子设有两个或多个外凸爪和相等数量的内凹弧槽。它采用对称的转子形状结构，有效地提高了真空泵转子的动平衡性能，有效降低了泵的运转噪声。
Description
技术领域
本发明涉及干式真空泵。
背景技术
现有的爪式转子真空是采用成对的爪式转子对结构，通过其相互啮合传动，将从进气腔进入的气体经转子对同步反方向压缩，从排气口排出到下一级的进气口，下一级重复上一级的过程，从而形成真空的目的，如我设计的专利号97226078.1双级爪式转子无油真空泵专利。由于有无油的优点，故能成功应用于化工行业中抽出水蒸汽，汽油，酒精等有机溶剂环境。
但现有真空泵有如下的缺点：1.转子的偏心很大，在高转速下有较大的离心力；2.转子每旋转一周，吸排气各一次，排气口气体的冲击大，噪声高；3.转子的型线不是圆滑过渡，加工的成本较高，效率低下；4.排气口的消音器不合理，效果差；5.排气口没有设计放空阀，抽可凝性气体在泵停机时易造成液体反流。
发明内容
本发明的目的是提供一种干式真空泵及其转子，采用对称的转子形状结构，有效地提高了真空泵转子的动平衡性能，有效降低了泵的运转噪声。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于干式真空泵转子，所述的真空泵包括由两个转子组成的转子对，它们相互同步反方向运转，转子对间和转子与泵腔间均有一定的微小间隙；所述的转子形状为其截面有外凸爪和内凹弧槽的圆柱体，其外凸爪两侧面为摆线，顶圆为圆弧，内凹弧槽两侧面为摆线，槽底为圆弧，转子的形状为对称结构，每个转子设有两个或两个以上外凸爪和相等数量的内凹弧槽。外凸爪圆弧半径为转子半径的1.4至1.6倍，内凹弧槽圆弧半径为转子直径与外凸爪圆弧半径之差，圆弧与摆线相交处平滑过渡。
一种干式真空泵，所述的真空泵包括由两个转子组成的转子对，它们相互同步反方向运转，转子对间和转子与泵腔间均有一定的微小间隙；所述的转子形状为其截面有外凸爪和内凹弧槽的圆柱体，其外凸爪两侧面为摆线，顶圆为圆弧，内凹弧槽两侧面为摆线，槽底为圆弧，转子的形状为对称结构，每个转子设有两个或两个以上外凸爪和相等数量的内凹弧槽；进气口、排气口圆弧弧长占整个圆周的40至60度，转子每旋转一周吸排气两次。
吸气口泵腔内的转子转至外凸爪末端至转子轴心的连线与两转子轴心连线夹角为-22至-24度位置，吸气结束；排气口泵腔内的转子转至外凸爪前端至转子轴心的连线与两转子轴心连线夹角为16至18度位置，开始排气。转子对间的间隙为转子半径的0.0010至0.0014倍，外凸爪与泵腔的间隙为1.1至1.5倍转子对间间隙，转子排气侧面与泵腔的间隙为1.0至1.4倍转子对间间隙，转子进气侧面与泵腔的间隙为1.5至2.8倍转子对间间隙。各级泵腔均设计有气镇口，气镇口位置在0.75至0.85倍的转子半径上，并与两转子轴心连线的夹角为20至60度。转子和轴的连接采用双键连接结构，转子轴孔上设有对称的双键，轴上设有通长的双键槽，上一级转子键的位置与下一级转子键的位置相差90度。泵的排气口还设计有消音器和放空阀，消音器包括左接管，压力弹簧，调整垫，双头螺柱，右接管，垫片一，氟橡胶板，中间板，垫片二；左接管安在排气口上，左接管与右接管间设有氟橡胶板，用螺栓连成一体，氟橡胶板中间设有安装孔，安装孔周围设有通气孔，双头螺栓内端由中间板和螺母固定在该安装孔上，双头螺柱位于右接管内，双头螺柱上安有垫片一，垫片一外面安有压力弹簧，调整垫，垫片二，双头螺栓外端用螺母固定，垫片一受压力弹簧压力紧压在氟橡胶板上，堵住通气孔；当内腔的压强大于外腔的压强达到一定值时，气体通过垫片一压缩压力弹簧迫使其向外腔方向屈服，气体便通过垫片一和氟橡胶板间的缝隙排出，排出的次数和泵的排气次数一样，流量由泵内腔内的压强决定；气体排出后，内腔的压强降低，则垫片一在弹簧的压力下，快速复位。
本发明有以下优点和积极效果：
如采用双爪转子，转子每旋转一周各吸排气两次，使泵的吸排气次数增加，单次吸排气量减少，降低了泵的运转噪声。如采用四级泵能达到极限真空度接近3Pa。本发明可以广泛应用于航天，化工，核工业等环境。可以解决我国特殊行业中用于抽含有腐蚀性如HF，H2SO4，HNO3，HCL气体，水蒸汽等可凝性气体，放射性气体。可以做成多级泵，也可以设计成单级等。它还可以用于做气体传输泵使用。
附图说明
图1为本发明实施例的主视图；
图2为本发明实施例的俯视图；
图3为本发明实施例的左视图；
图4为本发明实施例的消音器的总图；
图5为本发明实施例的转子型线图；
图6-图10为本发明实施例的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
本发明各部件名称及附图标记如下：
进气口1，一级转子对2，一级泵体3，二级转子对4，二级泵体5，三级转子对6，三级泵体7，四级转子对8，四级泵体9，底座10，油箱11，油箱轴头密封12，底座轴头密封13，顶轴头密封14，放空阀15，消音器16，氟橡胶O型密封圈17，主动轴18，从动轴19，主动齿轮20，从动齿轮21，联轴器22，气镇阀23，放气阀24，气体通道25，通道堵头26，级间排气口27，级间进气口28，气镇掺气口29。
1.工作原理：电机带动联轴器22工作，从而主动齿轮20和从动齿轮21同步反方向运动，一级转子2运动形成真空，通过排气口27和气体通道25将气体排到第二级泵体5内，第二级泵体5内的二级转子对和第一级转子对2做同样的工作，然后，逐次排到下一级，直到第四级泵体内；然后，气体通过消音器16排出。如图6-10所示：x腔为泵体的吸气腔，y腔为泵体的排气腔，29为气镇掺气口；当转子对运转到图6所示位置时吸气腔x最小，开始和级间进气口28接通，泵腔开始吸气，在图7所示位置时吸气腔的容积最大角度为-22.8度，随后吸气结束；当转子运转到图8所示位置时，为17.8度，排气腔y的压缩气体开始和级间排气口27接通，泵腔开始排气；同时，气镇掺气口29开始向排气腔y内掺气，到图9所示位置时排气结束；排气腔y最小。残留的气体在图10所示位置前已释放到y腔，进入到下一个排气过程中。
2.转子的型线形状；如图5所示，转子的型线由六条圆弧AB弧，DE弧，GH弧，JK弧，MN弧，PQ弧，和六条摆线BC，FG，HI，KL，OP，QR，其余RA，CD，EF，IJ，LM，NO线为圆弧与摆线相交处平滑过渡线。其中AB弧和JK弧的半径为外凸爪半径RM，DE弧和MN弧的半径为转子半径R，GH弧和PQ弧的半径为内凹弧槽半径r。转子啮合的间隙在密封和热膨胀间隙以内，并且均匀，其间隙大小为：t＝R×0.0012(正负0.01mm)的范围以内，从而加工方便，使加工的效率大幅度提高有效地提高了泵转子的加工性能和动平衡效果。
3.各级泵转子的相位：各级泵体内的转子对都不是按统一方向安装的，它们之间相互垂直，相差90度角；目的是保证第一级泵体内的气体排出时，第二及泵体正处于吸气状态，气体的流动畅通。
4.进气口和排气口的位置设计：同时泵的进气口和排气口的位置和气镇口都相应调整，排气口和垂直线的夹角为27度(正负一度)范围以内，总角度为54度(正负1度)范围以内，进气口和垂直线的夹角为27度(正负一度)范围以内，总夹角为54度(正负1度)范围以内：宽度为Kd＝(R-r-10)mm，满足泵转子每旋转一周各吸排气一次到每旋转一周各吸排气两次的需要，使泵的吸排气次数增加，单次吸排气量减少有效降低了泵的运转噪声。
5.气镇的设计及作用：如图6所示：各级泵腔都设有气镇口，其具***置为R＝(0.75-0.85)×R；气镇口的大小为直径为M＝R/10左右，大泵可以取大值，小泵取小值，夹角为42度，可以在正负2度范围内；充气过程：与转子运转到排气位置，如图8所示，在17.8度夹角位置，气镇孔与排气腔接通，如果此时排气腔的压力小于1个大气压，则气镇开始工作，泵腔处的干燥气体便充入。充入量通过气镇阀23可以手动调节，充入时间为转子每运转一周360度，在50度范围内充入2次，频率是电机转动频率的2倍。
6.双键连接的必要性：如图5所示：转子和轴的连接采用对称双键连接，同时，转子本身带有对称的双键，其大小根据轴的大小按国家标准设计：保证转子的互换性，以及避免转子上开键槽所带来的气体泄漏，使泵的装卸非常方便，泵能达到较高的极限真空。
7.间隙密封和间隙大小：如图5所示：转子对间及其和泵腔间均存在有一定的微小间隙，转子对间间隙大小为t1＝R×0.0012(正负0.01mm)转子顶圆RM与泵腔内表面的间隙为t2＝1.5×t1，转子的下表面(排气侧面)与泵腔的间隙为t3＝(1.2-1.3)×t1，转子的上表面(进气侧面)与泵腔的外侧底面的间隙为t4＝2×t3；保证转子能正常运转，且不会有摩擦。
8.放气阀的作用：如图3所示，第一级泵腔还设计有放气阀，当泵腔内的压力高于一个大气压力时，放气阀打开，将气体排出，减低后几级转子的功率消耗。
9.消音器16的作用：如图2所示，泵的排气口还设计有消音器16及放空阀15。如图4所示，消音器的结构是由左接管1601，压力弹簧1602，调整垫1603，双头螺柱1604，右接管1605，垫片一1607，氟橡胶板1608，中间板1609，垫片二1610等组成。左接管安在排气口上，左接管与右接管间设有氟橡胶板，用螺栓连成一体，氟橡胶板中间设有安装孔，安装孔周围设有通气孔，双头螺栓内端由中间板和螺母固定在该安装孔上，双头螺柱位于右接管内，双头螺柱上安有垫片一，垫片一外面安有压力弹簧，调整垫，垫片二，双头螺栓外端用螺母固定，垫片一受压力弹簧压力紧压在氟橡胶板上，堵住通气孔；其工作原理是当A腔的压强大于B腔的压强达到一定值时，气体通过垫片一压缩压力弹簧1602迫使其向B腔方向屈服，气体便通过垫片一1607和氟橡胶板1608间的缝隙排出，排出的次数和泵的排气次数一样，流量由泵A腔内的压强决定。当一次气体排出后，由于A腔的压强降低，则垫片一1607在弹簧的压力下，快速复位，起到防止气体反扩散和降低噪声的作用。垫片一打开的临界压强为：P2＝F0/S+P1。P2为A腔瞬间压力峰值，P1＝环境压力(1个大气压)，S＝中间板1609上排气孔的截面积，F0＝弹簧在初始状态下的压力。最终设计取P2＝(1.1～1.3)个大气压，组装后根据需要调节调整垫1603，以达到最佳工作效果。消音器的左接管1601和第四级泵体10相连接，密封用氟橡胶O型圈密封。
10.放空阀15的作用：它起到开和关的作用，当泵抽可凝性气体后需要打开放空阀把积存的液体排出。避免停泵后液体倒吸，重新启动后对本泵带来的灾难性破坏。
转子半径指转子对相切圆半径。本实用新型采用双爪转子为较佳结构。
Claims (8)
1.一种用于干式真空泵的转子，所述的真空泵包括由两个转子组成的转子对，它们相互同步反方向运转，转子对间和转子与泵腔间均有一定的微小间隙；所述的转子形状为其截面有外凸爪和内凹弧槽的圆柱体，其外凸爪两侧面为摆线，顶圆为圆弧，内凹弧槽两侧面为摆线，槽底为圆弧，其特征在于：转子的形状为对称结构，每个转子设有两个或两个以上外凸爪和相等数量的内凹弧槽。
2.一种干式真空泵，所述的真空泵包括由两个转子组成的转子对，它们相互同步反方向运转，转子对间和转子与泵腔间均有一定的微小间隙；所述的转子形状为其截面有外凸爪和内凹弧槽的圆柱体，其外凸爪两侧面为摆线，顶圆为圆弧，内凹弧槽两侧面为摆线，槽底为圆弧，其特征在于：转子的形状为对称结构，每个转子设有两个或两上以上外凸爪和相等数量的内凹弧槽；进气口、排气口圆弧弧长占整个圆周的40至60度，转子每旋转一周吸排气两次。
3.根据权利要求1所述的干式真空泵转子，其特征在于：外凸爪圆弧半径为转子半径的1.4至1.6倍，内凹弧槽圆弧半径为转子直径与外凸爪圆弧半径之差，圆弧与摆线相交处平滑过渡。
4.根据权利要求2所述的干式真空泵，其特征在于：吸气口泵腔内的转子转至外凸爪末端至转子轴心的连线与两转子轴心连线夹角为-22至-24度位置，吸气结束；排气口泵腔内的转子转至外凸爪前端至转子轴心的连线与两转子轴心连线夹角为16至18度位置，开始排气。
5.根据权利要求2所述的干式真空泵，其特征在于：转子对间的间隙为转子半径的0.0010至0.0014倍，外凸爪与泵腔的间隙为1.1至1.5倍转子对间间隙，转子排气侧面与泵腔的间隙为1.0至1.4倍转子对间间隙，转子进气侧面与泵腔的间隙为1.5至2.8倍转子对间间隙。
6.根据权利要求2所述的干式真空泵，其特征在于：各级泵腔均设计有气镇口，气镇口位置在0.75至0.85倍的转子半径上，并与两转子轴心连线的夹角为20至60度。
7.根据权利要求2所述的干式真空泵，其特征在于：转子和轴的连接采用双键连接结构，转子轴孔上设有对称的双键，轴上设有通长的双键槽，上一级转子键的位置与下一级转子键的位置相差90度。
8.根据权利要求2所述的干式真空泵，其特征在于：泵的排气口还设计有消音器和放空阀，消音器包括左接管，压力弹簧，调整垫，双头螺柱，右接管，垫片一，氟橡胶板，中间板，垫片二；左接管安在排气口上，左接管与右接管间设有氟橡胶板，用螺栓连成一体，氟橡胶板中间设有安装孔，安装孔周围设有通气孔，双头螺柱内端由中间板和螺母固定在该安装孔上，双头螺柱位于右接管内，双头螺柱上安有垫片一，垫片一外面安有压力弹簧，调整垫，垫片二，双头螺柱外端用螺母固定，垫片一受压力弹簧压力紧压在氟橡胶板上，堵住通气孔；当内腔的压强大于外腔的压强达到一定值时，气体通过垫片一压缩压力弹簧迫使其向外腔方向屈服，气体便通过垫片一和氟橡胶板间的缝隙排出，排出的次数和泵的排气次数一样，流量由泵内腔内的压强决定；气体排出后，内腔的压强降低，则垫片一在弹簧的压力下，快速复位。
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