余擺線真空泵的工作原理及優點

2013-07-11 張以忱 東北大學

  余擺線真空泵的轉子與泵腔的型線均為“余擺線”。目前真空行業中廣泛使用的油封式機械真空泵大多是中、小型的旋片泵和中、大型的滑閥泵。旋片泵在較臟的工作條件下,旋片泵在轉子槽中卡住。盡管滑閥泵對這一缺點有一定程度的克服,但由于滑閥的質心相對回轉中心的距離不是定值,雖然在結構上采取了一些動平衡措施,但尚不能達到完全平衡,故振動難以完全消除。尤其泵的容量越大,振動亦更大。同時上述兩種泵,特別是滑閥泵與其排氣量相比外形尺寸顯得較大。這些缺點迫使人們去研制新型結構的真空泵。德國于 1964 年開始根據汪克爾汽車轉子發動機原理進行了余擺線泵的研制;于1967年在國際真空科學年會上展出了試驗樣機;于1972年底開始批量生產。我國隨著真空技術的發展,撫順真空設備廠與東北大學合作,于1975年研制出我國第一臺YZ-150型余擺線真空泵,現已批量生產。

余擺線真空泵的工作原理

余擺線真空泵工作原理圖及傳動機構圖

1、腔體 2、轉子 3.4.5、齒輪

圖 余擺線真空泵工作原理圖及傳動機構圖

  如圖所示, R1是小齒輪5的節圓半徑, R2是大齒輪4的節圓半徑, R2=2R1 。 O1M是轉子型線的創成半徑且與O1圓相固聯。當動圓O1 在定圓O2的內圓周上作純滾動時, M點畫出的軌跡便是轉子的理論型線──余擺線。固定在泵體上的小齒輪5和固定在轉子上的大齒輪 4 是一對內嚙合齒輪。當曲柄 3 驅動轉子沿小齒輪作行星運動時,泵體上的 M 點永遠與轉子理論型線接觸,而泵體的理論型線則是轉子理論型線曲線族的外包絡線。轉子型線的內包絡區域永遠被轉子側面所覆蓋,如在側蓋上開設氣鎮孔時,則應避開該區域。

  當轉子位于圖中虛線位置時,泵腔被分成三個部分:吸氣腔、封閉腔和排氣腔。當轉子按箭頭方向轉動時, B 腔與排氣口連通, A 腔繼續吸氣。轉子相對泵體轉一周進行兩次吸排氣。從行星輪系傳動比的計算可知,泵軸轉一圈,轉子轉半圈。所以,泵軸轉一圈,吸、排氣各進行一次。

  通過上述分析可知,因轉子質心與回轉中心的距離為定值,故余擺線泵的偏心質量可以完全得到平衡。

余擺線真空泵的優點

  從余擺線真空泵的結構原理和使用性能來看,余擺線泵與同類型泵相比有很多優點:

  1、泵的動平衡性好,所以泵運轉較平穩、振動亦小,轉速可以提高,可以做到尺寸小、抽速大,適合發展為大抽速的機械真空泵。

  2、由于吸氣管路短而粗,有利于提高低壓力下的抽速。因此,在低壓范圍內 (1 ~ l00Pa) 余擺線泵的抽速特性曲線優于滑閥泵。

  3、余擺線泵的轉子和泵體是一對共軛齒形副的嚙合運動,所以對被抽氣體中含有一定量的粉塵及小顆粒等不太敏感。

  4、余擺線泵適應較高溫度的工作環境,可以通過溫控裝置使泵腔保持較高溫度 ( 即成為余擺線熱泵 ) ,用來抽除大量的可凝性水蒸汽。

  由于余擺線泵在 1 ~ l0Pa 真空度范圍內仍具有很大的抽速,因此該泵適用于真空行業中的大排氣量裝置。目前,余擺線泵在真空冶金真空熱處理真空干燥、浸漬等行業中得到應用。