CN203655632U - 一种棱杆真空泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种棱杆真空泵，属于变容式真空设备技术领域，其包括转子和泵壳，泵壳中设有“∞”型的泵腔，转子安装在泵腔中，其特征在于：转子分为轴线相互平行的主转子和副转子，主转子上设有周向均布的两个凸齿，凸齿的型面与主转子的轴线相平行，副转子上设有周向均布的三个凹槽，凹槽的型面与副转子的轴线相平行，凸齿与凹槽相啮合，主转子与副转子的转速比为3/2。此种棱杆真空泵能够依靠主转子和副转子的转动来改变泵腔的容积，实现输送气体的压缩，并且能够提高容积效率，使压缩比达到40%，同时每次排气的残余气体减少到10%。此外，在工作的过程中无废水废气产生。

Description

一种棱杆真空泵

技术领域

本实用新型属于变容式真空设备技术领域，具体涉及一种棱杆真空泵。

背景技术

随着真空技术的不断发展，其应用领域不断扩大，已经广泛应用于机械、化工、制药、食品、造纸、能源、航空航天等各个工业领域。然而，当今在许多领域使用的真空泵，在原理和结构上几乎与30年前一样，没有什么根本性的变化。其中，在低真空领域应用广泛的是水环真空泵、水喷射真空泵和往复真空泵。

水环真空泵和水喷射真空泵由于需要水做工作介质，一方面，其性能取决于水的饱和蒸汽压，所以工作水的温度直接影响真空泵的性能，在水温较高时泵的工作效率会很低，所以在很多情况下，不得不添加冷却设备来降低水温；另一方面，在压缩气体的过程中，气体散热，工作液受热蒸发，加之在排气的过程中以水作为工作液，消耗大量的水资源，并且在化工等行业对水资源产生严重的污染。

往复真空泵分为工作腔有油和无油两种。一方面，有油的往复真空泵在排气时会产生大量的油气污染，不符合绿色环保的要求；另一方面，无论有油的还是无油的往复真空泵在抽除大量可凝性气体时其活塞环、气阀总成极易损坏，加之复杂的传动机构，致使该泵的运行稳定性较差，易损件比较多，运行维护费用比较高。

还有一种结构简单的罗茨真空泵，靠罗茨转子的转动来输送气体，但其在输送气体的过程中无内压缩功能，即不能通过压缩给气体加压，使排气口的气体顺利排向大气中，只能作为一种辅助型的真空泵。如果要达到0.05MPa以上的真空度，必须在前级泵抽到相应的极限压差的情况下，罗茨真空泵才能启动，从而提高前级泵的真空度。

因此，在低真空领域，需要一款能独立运行且结构简单的环保型真空泵。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种棱杆真空泵，其环保并能够独立工作。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：设计一种棱杆真空泵，包括转子和泵壳，泵壳中设有“∞”型的泵腔，转子安装在泵腔中，其特征在于：转子分为轴线相互平行的主转子和副转子，主转子上设有周向均布的两个凸齿，凸齿的型面与主转子的轴线相平行，副转子上设有周向均布的三个凹槽，凹槽的型面与副转子的轴线相平行，凸齿与凹槽相啮合，主转子与副转子的转速比为3/2。 

优选的，泵腔的半径为L，主转子与副转子的轴心距为M；

主转子的端面型线呈对称结构，由AB、BC、CD和DE四段圆弧构成：

AB段：在圆心位于主转子的轴线、半径为L的圆X1上；

DE段：在与X1同心、半径为M－L的圆X2上；

BC段：在圆心位于主转子的端面对称线的圆X3上，X3的半径范围为0.35～0.45L，X3的一侧与X1相切或者相交、另一侧与X2相交；

CD段：在半径范围为0.5L~0.6L的圆X4上，X4同时与X2和X3相外切；

副转子的端面型线为包络线，此包络线由主转子在公转圆上公转并自转得出，公转与自传的转速比为2/3；公转圆以副转子的轴心为圆心、M为半径。

优选的，主转子与副转子间通过同步齿轮相联动。

优选的，泵壳的前端和后端对应设置前端板和后端板，转子的前端穿过前端板安装在前滚动轴承组件中、后端穿过后端板安装在后滚动轴承组件中。

优选的，前端板的外侧设置前盖，前盖与前端板围成前润滑腔；后端板的外侧设置后盖，后盖与后端板围成后润滑腔。

优选的，前滚动轴承组件中的滚动轴承为内外圈固定的定位轴承，后滚动轴承组件中的滚动轴承为内圈可轴向移动的轴承。

优选的，前端板和后端板与转子之间安装密封环。

优选的，还包括水冷夹套，水冷夹套依次连通前端盖、前端板、泵壳侧壁、后端板和后端盖。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、从罗茨转子的运动规律来看，主转子主要完成压缩抽气的功能，副转子所抽气体不能产生压缩，主要起到辅助主转子密封和压缩的作用。主转子上设有周向均布的两个凸齿，凸齿的型面与主转子的轴线相平行，副转子上设有周向均布的三个凹槽，凹槽的型面与副转子的轴线相平行，凸齿与凹槽相啮合，主转子与副转子的转速比为3/2，能够提高容积效率，使压缩比达到40%，同时每次排气的残余气体减少到10%。

2、主转子与副转子的型线结构能够增大其与泵壳的接触面积，提高密封效果，有助于进一步提高真空泵的压缩比，达到更高的真空度。

3、由于主转子与副转子间通过同步齿轮相联动，简化其传动结构的前提下，提高主转子与副转子转动的协调性。

4、由于设置了前润滑腔和后润滑腔，可以放入润滑油，对同步齿轮前轴承组件和后轴承组件起到良好的润滑作用，延长其使用寿命。

5、由于前滚动轴承组件中的滚动轴承为内外圈固定的定位轴承，后滚动轴承组件中的滚动轴承为内圈可轴向移动的轴承，使转子的后端能够轴向伸缩，解决其在压缩空气的过程中，受热而膨胀对空间的需求。

6、由于前端板和后端板与转子之间安装密封环，可以防止前后润滑腔中的润滑油进入泵腔，从而避免了润滑油对空气的污染。

7、由于设有水冷夹套，能够带走空气由于压缩所释放出的热量。

8、本实用新型是一种结构简单，能够通过压缩空气达到较高的真空度的环保型真空设备，便于在低真空领域推广应用。

附图说明

图1是本实用新型的横断面结构示意图；

图2是主转子的型线结构图；

图3中小型结构示意图；

图4是大型结构示意图；

图5是吸气过程一示意图；

图6是吸气过程二示意图；

图7是密封推进过程一示意图；

图8是密封推进过程二示意图；

图9是压缩过程一示意图；

图10是压缩过程二示意图；

图11是排气过程一示意图；

图12是排气过程二示意图。

图中标记：1、泵壳；2、水冷夹套；3、副转子；4、主转子；5、进气口；

6、排气口；7、泵腔；8、前端板；9、后端板；10、密封环；11、同步齿轮；

12、前滚动轴承组件；13、后滚动轴承组件；14、前盖；15、后盖。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型因其具有棱杆结构的转子，故命名为棱杆真空泵。

本实用新型将转子的长度方向定义为前后方向，将靠近泵腔7的一侧定义为内侧，相应地将远离泵腔7的一侧定义为外侧。

如图1所示，本实用新型的泵壳1中设有“∞”型的泵腔7，安装在泵腔7中的转子分为轴线相互平行的主转子4和副转子3，主转子4上设有周向均布的两个凸齿，凸齿的型面与主转子4的轴线相平行，如图2所示，其端面型线呈对称结构，由AB、BC、CD和DE四段圆弧构成，下面以泵腔7的半径为L，主转子4与副转子3的轴心距为M为例，做具体说明：

AB段：在圆X1上，X1的圆心位于主转子4的轴线上，半径为L；

DE段：在圆X2上，X2与X1同心，X2的半径为M－L；

BC段：在圆心位于主转子4的端面对称线的圆X3上，X3的半径范围为0.35～0.45L，X3的一侧与X1相切或者相交、另一侧与X2相交；

CD段：在圆X4上，X4的半径范围为0.5L~0.6L，并且X4同时与X2和X3相外切。

副转子3上设有周向均布的三个凹槽，凹槽的型面与副转子3的轴线相平行，其端面型线为包络线，此包络线由主转子4在公转圆上公转并自转得出，公转与自传的转速比为2/3；公转圆以副转子3的轴心为圆心、M为半径，使凸齿与凹槽相啮合。 主转子4与副转子3间通过同步齿轮11相联动，使主转子4与副转子3的转动方向相反，同步齿轮11的传动比为3/2，即主转子4与副转子3的转速比为3/2。

为了降低本实用新型的重心，使其在高转速时具有良好的稳定性。如图3和图4所示，泵壳1采用卧式结构，主转子4和副转子3在泵壳1中呈横向放置状态。并在泵壳1的前端设置前端板8、后端设置后端板9，转子的前端穿过前端板8安装在前滚动轴承组件12中、后端穿过后端板9安装在后滚动轴承组件13中。前端板8的外侧设置前盖14，前盖14与前端板8围成前润滑腔；后端板9的外侧设置后盖15，后盖15与后端板9围成后润滑腔，可以放入润滑油，对同步齿轮11、前滚动轴承组件12和后滚动轴承组件13起到良好的润滑作用，延长其使用寿命。前滚动轴承组件12中的滚动轴承为内外圈固定的定位轴承，后滚动轴承组件13中的滚动轴承为内圈可轴向移动的轴承，使转子的后端能够轴向伸缩，解决其在压缩空气的过程中，受热而膨胀对空间的需求。前端板8和后端板9与转子之间安装密封环10，可以防止前后润滑腔中的润滑油进入泵腔7，从而避免了润滑油对空气的污染。

为了提高真空泵运行的稳定性，设置了依次连通前端盖、前端板8、泵壳1侧壁、后端板9和后端盖的水冷夹套2，以冷却被抽气体产生的压缩热和降低泵油的温度，从而防止转子因压缩热而变形卡死的弊端，同时通过降低润滑油的油温来提高其润滑性能。

本实用新型的工作过程如下：

将主转子4连接电动机，工作时，电动机驱动主转子4转动，副转子3在同步齿轮11的带动下做反向旋转，同步齿轮11的啮合始终保持主转子4和副转子3正确的相位。随着主转子4和副转子3的转动，如图5和图6所示，主转子4的凸齿转离进气口5，进气口5与外界相通，进入吸气过程。主转子4逆时针转动，副转子3顺时针转动，主转子4和副转子3与泵壳1内壁所构成的啮合空间将气体吸入，随着旋转进气口5容积逐渐扩大至最大。

如图7和图8所示，随着主转子4和副转子3旋转，封闭的气体逐渐远离进气口5位置，向排气口6位置推进，进入密封和推进过程。在这个过程中封闭气体的体积未发生变化。

如图9和图10所示，主转子4和副转子3继续转动，主转子4、副转子3以及泵壳1内壁围成的空间逐渐变小，封闭的气体逐渐被压缩，进入压缩过程。

如图11和图12所示，当副转子3的凹槽联通上述逐渐变小的空间时，封闭的气体压力达到最高，在压力的作用下经排气口6顺利排出，完成排气过程，完成一个工作周期。主转子4转动一周就可完成2个工作周期。

如此通过泵壳1内主转子4和副转子3的转动啮合改变容积腔的大小，实现气体的进入、推进、压缩和排气过程，从而在进气口5获得一定的真空度和体积流量。经计算，本实用新型能够独立达到5000Pa的真空度，并且在压缩比达到40%的同时，每次排气的残余气体仅为10%，排气效果得到很好地改善。并且在此过程中，主转子4和副转子3不存在轴向力，并且结构简单，便于维护。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种棱杆真空泵，包括转子和泵壳，泵壳中设有“∞”型的泵腔，转子安装在泵腔中，其特征在于：转子分为轴线相互平行的主转子和副转子，主转子上设有周向均布的两个凸齿，凸齿的型面与主转子的轴线相平行，副转子上设有周向均布的三个凹槽，凹槽的型面与副转子的轴线相平行，凸齿与凹槽相啮合，主转子与副转子的转速比为3/2。

2.按照权利要求1所述的棱杆真空泵，其特征在于：泵腔的半径为L，主转子与副转子的轴心距为M；

主转子的端面型线呈对称结构，由AB、BC、CD和DE四段圆弧构成：

AB段：在圆心位于主转子的轴线、半径为L的圆X1上；

DE段：在与X1同心、半径为M－L的圆X2上；

BC段：在圆心位于主转子的端面对称线的圆X3上，X3的半径范围为0.35～0.45L，X3的一侧与X1相切或者相交、另一侧与X2相交；

CD段：在半径范围为0.5L~0.6L的圆X4上，X4同时与X2和X3相外切；

副转子的端面型线为包络线，此包络线由主转子在公转圆上公转并自转得出，公转与自传的转速比为2/3；公转圆以副转子的轴心为圆心、M为半径。

3.按照权利要求2所述的棱杆真空泵，其特征在于：主转子与副转子间通过同步齿轮相联动。

4.按照权利要求1至3任一所述的棱杆真空泵，其特征在于：泵壳的前端和后端对应设置前端板和后端板，转子的前端穿过前端板安装在前滚动轴承组件中、后端穿过后端板安装在后滚动轴承组件中。

5.按照权利要求4所述的棱杆真空泵，其特征在于：前端板的外侧设置前盖，前盖与前端板围成前润滑腔；后端板的外侧设置后盖，后盖与后端板围成后润滑腔。

6.按照权利要求5所述的棱杆真空泵，其特征在于：前滚动轴承组件中的滚动轴承为内外圈固定的定位轴承，后滚动轴承组件中的滚动轴承为内圈可轴向移动的轴承。

7.按照权利要求6所述的棱杆真空泵，其特征在于：前端板和后端板与转子之间安装密封环。

8.按照权利要求5所述的棱杆真空泵，其特征在于：还包括水冷夹套，水冷夹套依次连通前端盖、前端板、泵壳侧壁、后端板和后端盖。

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