CN104005954A - 一种立式罗茨干式真空泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种立式罗茨干式真空泵，属于变容式真空设备技术领域，其包括泵壳，泵壳上开设有进气口和排气口，其特征在于：泵壳内自前至后依次设置两个以上容积逐渐减小的泵室，每个泵室中安装两个相啮合且结构相同的罗茨转子；泵壳中还开设有气流通道，气流通道位于泵室的外周并与泵室一一对应设置；泵室的出气口与其对应的气流通道相连通、进气口与前侧相邻泵室对应的气流通道相连通；前端泵室的进气侧与进气口相连通，后端泵室的出气侧与排气口相连通。此种立式罗茨干式真空泵便于被压缩的气体散热，减少进入下一泵室的热量，既提高了罗茨泵抽真空的效率，又延长了转子的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于变容式真空设备技术领域，具体涉及一种立式罗茨干式真空泵。
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是水环真空泵、水喷射真空泵、往复真空泵。水环真空泵、水喷射真空泵和往复真空泵由于环境污染问题在许多领域的应用上收到限制。
随继研发了一系列干式真空泵，其中最具代表性的是螺杆真空泵和爪式真空泵，但这两种泵的转子结构比较复杂，加工和维修难度相应提高，致使其成本居高不下。
为了增加上述真空泵的抽气量，人们也研发了一种罗茨真空泵，由于其具有无污染、结构简单等优点，得到越来越广泛的应用。但罗茨真空泵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，致使单级罗茨真空泵在单独使用时其真空度仅达到20KPa左右，只能作为一种辅助型的真空泵。如果要达到更高的真空度，必须采用与其它真空泵配合的方式或者多级罗茨真空泵串联的方式。
多级罗茨真空泵串联的方式不但大大加大了真空设备的结构与体积，而且其功耗是多台罗茨真空泵的总和。所以，目前在医药、电子等小排气量领域基本仍采用结构复杂、价格昂贵的螺杆真空泵或者爪式真空泵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单的干式真空泵，能够提高其真空度，且减小其体积和功耗。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：设计一种立式罗茨干式真空泵，包括泵壳，泵壳上开设有进气口和排气口，其特征在于：泵壳内自前至后依次设置两个以上容积逐渐减小的泵室，每个泵室中安装两个相啮合且结构相同的罗茨转子；
泵壳中还开设有气流通道，气流通道位于泵室的外周并与泵室一一对应设置； 泵室的出气口与其对应的气流通道相连通、进气口与前侧相邻泵室对应的气流通道相连通；前端泵室的进气侧与进气口相连通，后端泵室的出气侧与排气口相连通。
优选的，所述泵室与其对应的气流通道间的泵壳上开设有气冷口，气冷口与泵室的进气口相隔断。
优选的，所述泵壳中还开设有水冷腔，水冷腔位于气流通道的外侧。
优选的，所述罗茨转子上设有绕罗茨转子的周向均布的三叶片。
优选的，泵室的半径为L，两罗茨转子的轴心距为M；
所述罗茨转子每个叶片的端面型线呈对称结构，由AB、BC、CD和DE四段线构成：
AB段：在圆心位于罗茨转子的轴芯、半径为L的圆X1上；
BC段：是基圆X2的渐开线，基圆X2的圆心位于罗茨转子的轴芯上、半径为0.53L～0.58 L；
CD段：是动圆X3在静圆X4上的外摆线，动圆X3是圆心在另一罗茨转子的轴心、半径为L的圆；静圆X4与圆X1同心、半径为M－L；
DE段：在静圆X4上。
优选的，所述罗茨转子安装在泵轴上，泵轴竖向设置在泵壳内。
优选的，所述进气口位于泵壳的上部，排气口位于泵壳的下部。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、由于泵壳内自前至后依次设置两个以上容积逐渐减小的泵室，每个泵室中安装两个相啮合且结构相同的罗茨转子，使得多级转子整合到一个泵壳中，气体在各个泵室中得到逐级压缩，既提高了罗茨泵的真空度，又减小了多台罗茨泵级联的体积和功耗；同时，气流通道位于泵室的外周并与泵室一一对应设置，使得前级泵室排出的气体流经靠近泵壳外壁的气流通道后才能进入下一级泵室，便于被压缩的气体散热，减少进入下一泵室的热量，既提高了罗茨泵抽真空的效率，又延长了转子的使用寿命。
2、由于泵室与其对应的气流通道间的泵壳上开设有气冷口，能够使得在气流通道中得到冷却的气体一部分返回泵室，降低泵室中气体的温度，利于防止转子的温度过高。
3、由于泵壳中还开设有水冷腔，水冷腔位于气流通道的外侧，能够使水冷腔中的介质与泵室通过辐射进行热交换，带走泵室的热量，使其降温，利于维持罗茨泵的工作效率。
4、由于罗茨转子采用三叶片结构，在不影响转子与泵壳间的密封性的前提下，提高了罗茨泵的容积效率。
5、由于采用特定结构的转子型线，一方面提高了两转子的啮合度，增加其啮合面积，降低气体的返流率；另一方面采用了渐开线，削瘦了叶片的宽度，进一步将容积效率增大到了51%以上。
6、由于泵轴竖向设置在泵壳内，即采用立式结构，使泵腔内的液体能够自动流入下级泵腔，从而迅速无残留的排出。
7、本发明是一种结构简单，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是本发明的横断面结构示意图；
图2是本发明的轴向结构示意图；
图3中转子型线示意图。
图中标记：1、泵壳；2、进气口；3、气流通道；4、水冷腔；5、气冷口；6、罗茨转子；7、电机；8、泵室；9、排气口；10、泵轴。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明以气体在泵内的流动方向为基准，将沿泵轴10的轴向靠近进气口2的一端定义为前端，相应地将靠近排气口9的一端定义为后端。
如图1所示，在泵壳1内安装相互平行的主动轴和从动轴，主动轴和从动轴构成本发明的泵轴10，泵轴10竖向安装在泵壳1内，泵壳1的前端开设进气口2、后端开设排气口9，也就是说，进气口2位于泵壳1的上部，排气口9位于泵壳1的下部。在泵壳1内设置四个泵室8，四个泵室8自前至后呈容积逐渐减小状沿泵轴10的轴向排列，泵轴10上安装四组相啮合的罗茨转子6，每个泵室8中拥有一组；使得多级转子整合到一个泵壳1中，气体在各个泵室8中得到逐级压缩，既提高了罗茨泵的真空度，又减小了多台罗茨泵级联的体积和功耗。泵壳1中还开设有气流通道3，气流通道3沿泵壳1的周向设置，位于泵室8的外周且与泵室8一对一设置； 泵室8的出气口与其对应的气流通道3相连通、进气口2与前侧相邻泵室8对应的气流通道3相连通；使得前级泵室8排出的气体流经靠近泵壳1外壁的气流通道3后才能进入下一级泵室8，便于被压缩的气体散热，减少进入下一泵室8的热量，既提高了罗茨泵抽真空的效率，又延长了转子的使用寿命。前端的泵室8进气侧与进气口2相连通，后端的泵室8出气侧与排气口9相连通。
为了降低泵室8内的温度，防止转子温度过高，在每个泵室8与其对应的气流通道3间的泵壳1上开设有气冷口5，气冷口5与泵室8的进气口2相隔断。使得气冷口5与泵室8的进气口2相隔断的具体做法是：罗茨转子6中两相邻叶片间的凹弧两端最先与泵壳1相接触的两点与所在轴的轴心形成夹角β，进气口2与气冷口5之间的泵壳1两端形成夹角α，α＞β。如此能够使得在气流通道3中得到冷却的气体一部分返回泵室8，降低泵室8中气体的温度，利于防止转子的温度过高。还在泵壳1中开设了水冷腔4，水冷腔4位于气流通道3的外侧，能够使水冷腔4中的介质与泵室8通过辐射进行热交换，带走泵室8的热量，使其降温，利于维持罗茨泵的工作效率。
为了提高罗茨转子6与泵壳1间的啮合面积，提高容积效率，罗茨转子6上设有沿其周向均布的三个形状相同的叶片，即罗茨转子6采用三叶片结构。罗茨转子6每个叶片的端面型线呈对称结构，由AB、BC、CD和DE四段线构成：其中，AB段为圆弧，在圆心位于罗茨转子6的轴芯、半径为L的圆X1上；BC段为渐开线，其基圆X2的圆心位于罗茨转子6的轴芯上、半径为0.53L～0.58 L；CD段是动圆X3在静圆X4上的外摆线，动圆X3是圆心在另一罗茨转子的轴心、半径为L的圆；静圆X4与圆X1同心、半径为M－L；DE段为圆弧，在静圆X4上。上述所用到的L为泵室8的半径，M为两个罗茨转子间的轴心距。
两个罗茨转子的结构完全相同。此种结构的型线一方面提高了两转子的啮合度，增加其啮合面积，降低气体的返流率；另一方面采用了渐开线，削瘦了叶片的宽度，进一步将容积效率增大到了51%以上。
本发明的工作过程如下：
开启电机7，电机7带动泵轴10工作，泵轴10带动各泵室8内的罗茨转子6一同旋转，并相互啮合转动，气体从泵壳1的进气口2被吸入位于最前端的泵室8，气体在泵壳1中的流动方向如图1和图2中的箭头所示，在罗茨转子6的转动啮合下，吸入的气体被挤压到泵室8的出气端，从两侧进入位于泵室8外周的气流通道3，一方面延长了气流路径，利于释放气体的压缩热；另一方面，由于气流通道3靠近泵壳1的外壁，气体在气流通道3中流动的过程中便于向外散发热量。气流绕气流通道3流动半周后，从本级气流通道3的尾端被吸入下一级泵室8，再一次被压缩。如此气体逐级被压缩，在压差的作用下，最终从最后端的泵室8排气口9的排出。
气流在气流通道3中流动的过程中还会有一部分气体从气冷口5返回泵室8，降低泵室8内的温度，能够随着罗茨泵工作时间的延长，维持泵室8的工作温度，继而保持较高的抽真空效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，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。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明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，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种立式罗茨干式真空泵，包括泵壳，泵壳上开设有进气口和排气口，其特征在于：泵壳内自前至后依次设置两个以上容积逐渐减小的泵室，每个泵室中安装两个相啮合且结构相同的罗茨转子；
泵壳中还开设有气流通道，气流通道位于泵室的外周并与泵室一一对应设置； 泵室的出气口与其对应的气流通道相连通、进气口与前侧相邻泵室对应的气流通道相连通；前端泵室的进气侧与进气口相连通，后端泵室的出气侧与排气口相连通。
2.按照权利要求1所述的立式罗茨干式真空泵，其特征在于：所述泵室与其对应的气流通道间的泵壳上开设有气冷口，气冷口与泵室的进气口相隔断。
3.按照权利要求2所述的立式罗茨干式真空泵，其特征在于：所述泵壳中还开设有水冷腔，水冷腔位于气流通道的外侧。
4.按照权利要求1至3任一所述的立式罗茨干式真空泵，其特征在于：所述罗茨转子上设有绕罗茨转子的周向均布的三叶片。
5.按照权利要求4所述的立式罗茨干式真空泵，其特征在于：泵室的半径为L，两罗茨转子的轴心距为M；
所述罗茨转子每个叶片的端面型线呈对称结构，由AB、BC、CD和DE四段线构成：
AB段：在圆心位于罗茨转子的轴芯、半径为L的圆X1上；
BC段：是基圆X2的渐开线，基圆X2的圆心位于罗茨转子的轴芯上、半径为0.53L～0.58 L；
CD段：是动圆X3在静圆X4上的外摆线，动圆X3是圆心在另一罗茨转子的轴心、半径为L的圆；静圆X4与圆X1同心、半径为M－L；
DE段：在静圆X4上。
6.按照权利要求5所述的立式罗茨干式真空泵，其特征在于：所述罗茨转子安装在泵轴上，泵轴竖向设置在泵壳内。
7.按照权利要求6所述的立式罗茨干式真空泵，其特征在于：所述进气口位于泵壳的上部，排气口位于泵壳的下部。
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