真空泵是用各種方法在某一封閉空間中產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。真空泵可以定義為：利用機械、物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方法對被抽容器進(jìn)行抽氣而獲得真空的器件或設備。隨著(zhù)真空應用的發(fā)展，真空泵的種類(lèi)已發(fā)展了很多種，其抽速從每秒零點(diǎn)幾升到每秒幾十萬(wàn)、數百萬(wàn)升。極限壓力(極限真空)從粗真空到10-12Pa以上的極高真空范圍。
真空區域的劃分
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粗真空 |
105～103Pa |
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低真空 |
103～10-1Pa |
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高真空 |
10-1～10-6Pa |
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超高真空 |
10-6～10-10Pa |
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極高真空 |
<10-10Pa |
真空泵的分類(lèi)
按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分為兩種類(lèi)型，即變容真空泵和動(dòng)量傳輸泵。
變容真空泵是利用泵腔容積的周期變化來(lái)完成吸氣和排氣以達到抽氣目的的真空泵。氣體在排出泵腔前被壓縮。
動(dòng)量傳輸泵（分子真空泵）依靠高速旋轉的葉片或高速射流，把動(dòng)量傳輸給氣體或氣體分子，使氣體連續不斷地從泵的入口傳輸到出口。（單獨段介紹）
變容真空泵又分為：往復式，旋轉式（旋片式、滑閥式、液環(huán)式、羅茨式、螺旋式、爪形轉子式），其它型式。
各類(lèi)真空泵工作壓力范圍
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真空泵種類(lèi) |
工作壓強范圍（Pa） |
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往復式真空泵 |
1×105～1.3×102 |
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旋片式真空泵 |
1×105～6.7×10-1 |
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液環(huán)式真空泵 |
1×105～2.7×103 |
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羅茨式真空泵 |
1.3×103～1.3 |
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水蒸氣噴射泵 |
1×105～1.3×10-1 |
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油擴散泵 |
1.3×10-2～1.3×10-7 |
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鈦升華泵 |
1.3×10-2～1.3×10-9 |
真空泵的規格及型號表示法
國產(chǎn)的各種機械真空泵的型號通常是用漢語(yǔ)拼音字母來(lái)表示。漢語(yǔ)拼音字母表示泵的類(lèi)型；字母前的數字表示泵的級數，單級時(shí)“1”省略；字母后邊橫線(xiàn)后的數字表示泵的抽速(L/S) 。
國產(chǎn)真空泵型號對照表
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型 號 |
名 稱(chēng) |
型 號 |
名 稱(chēng) |
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W |
往復式真空泵 |
H |
滑閥式真空泵 |
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WY |
移動(dòng)閥式往復泵 |
YZ |
余擺線(xiàn)真空泵 |
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WL |
立式往復泵 |
ZJ |
羅茨真空泵 |
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SZ |
水環(huán)泵 |
X |
旋片式真空泵 |
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SZB |
懸臂式結構水環(huán)泵 |
F |
分子真空泵 |
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SZZ |
直聯(lián)式水環(huán)泵 |
XZ |
直聯(lián)式旋片泵 |
常用真空泵技術(shù)
蒸汽噴射泵
濕式泵（液環(huán)真空泵、旋轉葉片泵）
干式泵（羅茨泵、螺桿泵、爪式泵）
1、蒸汽噴射泵
噴射真空泵工作原理：蒸汽噴射真空泵有一定壓強的工作的真空泵設備，蒸汽通過(guò)拉瓦爾噴咀，減壓增速，蒸汽的勢能轉變?yōu)閯?dòng)能并以超音速?lài)娙牖旌鲜遥c被抽介質(zhì)混合，進(jìn)行能量交換，混合后的氣體進(jìn)入擴壓器，減速增壓，動(dòng)通轉化為壓強能，為了減少后級泵的抽氣負荷，配置冷凝器，通過(guò)有一定溫差的兩種介質(zhì)對流，進(jìn)行熱交換，達到冷凝高溫介質(zhì)目的，排到大氣壓。
常用真空泵技術(shù)
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優(yōu)點(diǎn)： |
缺點(diǎn)： |
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無(wú)機械運動(dòng)部件 |
運動(dòng)流體供應 |
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可靠耐用 |
廢水處理 |
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快速的抽真空 |
工藝過(guò)程污染 |
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緊湊、占地面積小 |
故障探尋困難 |
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工作安全 |
級間冷卻 |
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低的投資成本 |
常為多級 |
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適應性強 |
在 400PaA以下結冰 |
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結構簡(jiǎn)單、重量輕 |
2、濕式泵：液環(huán)真空泵
在圓形泵體（A）內，在相對于泵體中心線(xiàn)為偏心的軸上裝有一個(gè)葉輪（B）。轉動(dòng)的葉輪的離心作用迫使工作液通過(guò)通道（D）流向腔體周邊形成環(huán)流（C）。
泵起作用時(shí)，被輸送的氣體混合物經(jīng)過(guò)中間板（E）上的吸入口（H）進(jìn)入葉輪，在泵入口處形成真空。氣體混合物充入位于液環(huán)內徑和葉輪葉片根部之間的葉輪腔內。當葉輪轉動(dòng)時(shí)，葉輪葉片浸沒(méi)在液環(huán)中的程度增加，而使液環(huán)和葉輪葉片根部之間的容積減少。結果是氣體混合物受到壓縮，直至到達中間板中（K）的排放口（J）。氣體混合物通過(guò)排放口排出。
在壓縮循環(huán)過(guò)程中，熱傳遞到液環(huán)。為了使溫度保持在工作液的蒸發(fā)點(diǎn)以下，必須進(jìn)行冷卻。通過(guò)連續不斷地向液環(huán)添加冷的工作液來(lái)達到冷卻的目的。添加的工作液量與經(jīng)過(guò)排放口與壓縮氣體混合物一起排放的工作液排放量相等。氣體混合物和工作液最終經(jīng)過(guò)泵出口進(jìn)行分離。
液環(huán)泵按不同結構可分成如下幾種類(lèi)型：
(1) 單級單作用液環(huán)泵單級是指只有一個(gè)葉輪，單作用是指葉輪每旋轉一周，吸氣、排氣各進(jìn)行一次。這種泵的極限真空較高，但抽速和效率較低。
(2) 單級雙作用液環(huán)泵單級是指只有一個(gè)葉輪，雙作用是指葉輪每旋轉一周，吸氣、排氣各進(jìn)行二次。在相同的抽速條件下，雙作用液環(huán)泵比單作用液環(huán)泵大大減少尺寸和重量。由于工作腔對稱(chēng)分布于泵輪轂兩側，改善了作用在轉子上的載荷。此種泵的抽速較大，效率也較高。
(3)雙級液環(huán)泵大多是單作用泵串聯(lián)而成。實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)單級單作用的液環(huán)泵的葉輪共用一根心軸聯(lián)接而成。它的主要特點(diǎn)是在較高真空度下，仍然具有較大的抽速，而且工作狀況穩定。
(4)大氣液環(huán)泵實(shí)際是大氣噴射器串聯(lián)液環(huán)泵的機組。液環(huán)泵前面串聯(lián)大氣泵是為了提高極限真空，擴大泵的使用范圍。
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優(yōu)點(diǎn) |
缺點(diǎn) |
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結構簡(jiǎn)單，制造精度要求不高，容易加工。 結構緊湊，泵的轉數較高，一般可與電動(dòng)機直聯(lián)，無(wú)須減速裝置。故用小的結構尺寸，可以獲得大的排氣量，占地面積也小。 壓縮氣體基本上是等溫的，即壓縮氣體過(guò)程溫度變化很小。 由于泵腔內沒(méi)有金屬磨擦表面，無(wú)須對泵內進(jìn)行潤滑，而且磨損很小。轉動(dòng)件和固定件之間的密封可直接由水封來(lái)完成。 吸氣均勻，工作平穩可靠，維修方便。 |
效率低，一般在30%左右，較好的可達50%。 真空度低，這不僅是因為受到結構上的限制，更重要的是受工作液飽和蒸氣壓的限制。用水作工作液，極限壓強只能達到2000~4000Pa。用油作工作液，可達130Pa。 封液循環(huán)、污染。 |
濕式泵：旋轉葉片泵
轉子在有柱狀膛孔的定子內 。
轉子有兩個(gè)葉片在槽中反向滑動(dòng) 。
當轉子運轉時(shí)，葉片端與油潤滑定子壁接觸。
每轉一次為兩個(gè)泵吸循環(huán) —比較小的不平衡力。
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優(yōu) 點(diǎn) |
缺 點(diǎn) |
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極限壓力好 噪聲小 應用范圍廣 |
油封液污染；對腐蝕很敏感； 維修費用高；抽速范圍受到限制 不適于抽除含氧過(guò)高、有爆炸性、對泵密封油起化學(xué)作用、 及含有顆粒灰塵的氣體。 |
濕式泵的主要問(wèn)題：密封液體供應，污染，廢水處理，腐蝕，蒸汽壓力限制（特別是液環(huán)泵），可靠性，運行成本。
3、干式泵
干式抽真空：沒(méi)有工業(yè)生產(chǎn)液流的污染；
深度真空，運轉更靈活；
無(wú)廢水，無(wú)污染，（較少或）無(wú)廢棄物處理費用；
維修成本較低；
在泵排放口立即回收溶劑；
消耗水、電、氣等費用較低→運行成本較低。
干式泵的成本
投資成本較高，但較低的運行成本。
延長(cháng)維修服務(wù)間隔時(shí)間和軸承壽命。
在運轉范圍內，電力消耗較低。因此，在容能比（M3/hr/kW）方面節能效果更好。
無(wú)受污染的油要進(jìn)行處理（除了齒輪箱以外）。
干式泵技術(shù)：泵的類(lèi)型：羅茨泵、螺桿泵、爪式泵；
螺桿泵是利用齒輪傳動(dòng)同步反向旋轉的相互嚙合而不接觸的左螺桿與右螺桿作高速轉動(dòng)，利用泵殼和相互嚙合的螺旋將螺旋槽分隔成多個(gè)空間、形成多個(gè)級，氣體在相等的各個(gè)槽內（柱形等螺距）進(jìn)行傳輸運動(dòng)，但無(wú)壓縮，只有螺桿最末端的螺旋結構對氣體有壓縮作用。螺桿的各級間可形成壓力梯度，以分散壓差和提高壓縮比。各部間隙和泵轉速對泵的性能有很大影響。在設計螺桿各部的間隙時(shí)，要考慮膨脹、加工及裝配精度和工作環(huán)境（如抽除含粉塵氣體等）等。
螺桿泵結構及特點(diǎn)
通過(guò)減速或注氣來(lái)冷卻—能力降低并減少危險
雙螺桿運轉；不銹鋼轉子；轉子嚙合匹配；
懸臂軸；單級壓縮；產(chǎn)生過(guò)多的熱；
有很好的液體兼容性；維護保養非常容易；
復雜的螺桿結構方式。
爪式泵結構特點(diǎn)
氣體壓縮比高、有效的氣體壓縮、工藝材料可以從泵中通過(guò)（良好的灰塵處理）、良好的蒸汽輸送和回收、能忍受熱負載、抽空到和擴散泵交接。直接支持工業(yè)擴散泵
動(dòng)量傳遞式真空泵
利用高速旋轉的葉片或高速射流，把動(dòng)量傳輸給被抽氣體或氣體分子，使氣體不斷地從入口傳輸到出口的真空泵。
分子泵：牽引分子泵、渦輪分子泵和復合分子泵三大類(lèi)。
噴射真空泵：水噴射泵、氣體噴射泵和蒸汽噴射泵三大類(lèi)
擴散泵：以油或汞蒸汽作為工作介質(zhì)。汞擴散泵不帶分餾裝置，油擴散泵有分餾裝置。
噴射真空泵(Jet Vacuum Pump)
噴射真空泵是利用液體或者氣體的高速射流攜帶被抽氣體，使被抽容器內獲得一定真空度的一種低真空泵。
按工作介質(zhì)可分為水噴射泵、大氣噴射泵和水蒸汽噴射泵
噴射泵特點(diǎn)：
結構簡(jiǎn)單、工作穩定可靠；
可抽除含有水蒸汽、粉塵的氣體、易燃易爆氣體和腐蝕性氣體；
抽氣量大，應用廣泛：冶金、化工、食品制造等領(lǐng)域；
缺點(diǎn)：抽氣效率低，能量損失大。
水噴射泵是用水作為工作介質(zhì)，通過(guò)高速射流來(lái)引射被抽氣體，使容器達到一定真空度的粗真空獲得設備。
單級泵的極限壓強為3.3kPa，兩級串聯(lián)可獲得好一些的真空度，主要受水飽和蒸汽壓的限制。
可單獨使用，也可作為其他真空泵的前級。
噴嘴的作用是將水的壓強轉變成動(dòng)能，其結構對泵的性能影響較大，常用錐形收縮型、流線(xiàn)型和多孔型。
吸入室一般為圓筒形，截面積為噴嘴出口面積的6-10倍。
擴散器由漸縮段、喉管、漸擴段組成。漸縮段使氣體順利進(jìn)入喉管(15~30o)；喉管使液體與氣體均勻混合，進(jìn)行質(zhì)量遷移和能量傳遞；漸擴段是將氣液混合介質(zhì)動(dòng)能轉變?yōu)閴毫δ埽贡怀闅怏w壓縮。(5~8o)
鍋爐內的擴散泵油經(jīng)電加熱沸騰形成蒸汽；
油蒸汽經(jīng)過(guò)導流管進(jìn)入傘形噴嘴，形成超音速蒸汽流；
由于存在密度梯度，油蒸汽射流上方的被抽氣體擴散到蒸汽射流內部，獲得動(dòng)量，被攜帶到泵壁上；
油蒸汽在水冷泵壁上冷凝，釋放出氣體，被前級泵抽走；
冷凝油滴沿泵壁流回鍋爐。
真空泵的工作壓強應該滿(mǎn)足真空設備的極限真空及工作壓強要求。
正確地選擇真空泵的工作點(diǎn)。
真空泵在其工作壓強下，應能排走真空設備工藝過(guò)程中產(chǎn)生的全部氣體量。
了解被抽氣體成分，氣體中含不含可凝蒸氣，有無(wú)顆粒灰塵，有無(wú)腐蝕性等。
真空設備對油污染的要求。若設備嚴格要求無(wú)油時(shí)，應該選各種無(wú)油泵。
真空泵的價(jià)格、運轉及維修費用。