CN105201825B - 一种多腔涡旋式真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多腔涡旋式真空泵，打破传统设计思路，首次提出了多腔结构设计方案，对突破压缩比、抽速和极限真空度方面的限制提供了有效手段。本发明的并联式多腔涡旋真空泵，其改变了现有的双侧、多头等结构形式，通过并联式的多腔结构实现同时抽气，有效提高了抽速和工作效率，且使泵体结构更加紧凑。本发明的串联式多腔涡旋真空泵，其改变了现有的双级、多涡等结构形式，采用现有双级、多涡等结构形式的真空泵，其对于实现更低的极限真空度和更高的压缩比已难以达到，为此也只能设计具有更多级数的涡旋真空泵，但也导致泄漏率更高，而本发明的泵体结构不但简单紧凑，且同样可以具有更多级数的涡旋真空泵的性能，同时泄漏率也低的多。

Description

一种多腔涡旋式真空泵

技术领域

本发明属于干式真空泵技术领域，特别是涉及一种多腔涡旋式真空泵。

背景技术

随着半导体、新材料及生物制药等行业的飞速发展以及涡旋理论的不断成熟，加之人们对真空环境清洁无油的迫切要求，日本和美国的技术人员率先将涡旋理论应用于真空获得设备上，并成功开发出了无油涡旋真空泵，且无油涡旋真空泵具有清洁无油、工作压力范围宽、性能可靠、转矩变化小以及适应恶劣运行条件能力强的特点。

随着研究的不断深入，越来越多进行了结构改进的无油涡旋真空泵被开发并应用，以下为几种比较典型的具有改进结构的无油涡旋真空泵：

①申请号为201410804998.0的中国专利，公开了一种双侧涡旋干式真空泵，其利用波纹管将第一涡旋工作腔外圆周侧与第二涡旋工作腔外圆周侧密封隔离，通过波纹管提供密封作用和防止动盘自转的作用，但是，由于波纹管在工作时处于运动状态，因此要求波纹管必须具有较好的柔性才能保证真空泵的工作性能，而现阶段市场上的波纹管大多柔性不足，这会对真空泵的工作性能造成不小的影响，且真空泵也不具备进一步提高抽速的能力；

②申请号为201310085446.4的中国专利，公开了一种有整体式泵壳的涡旋真空泵，其采用单悬臂式偏心主轴结构，压缩涡旋线增加1/3(相同直径涡旋盘)，相同直径涡旋盘的泄漏点少，极限真空度低；真空泵采用整体式泵壳结构，虽然具有零件少、体积小、重量轻的特点，但是该真空泵并不具备进一步提高压缩比和抽速的能力；

③申请号为200920106785.5的中国专利，公开了一种涡旋干式真空泵，其通过修正静盘和动盘的曲线齿齿形渐开线，降低了动盘与静盘曲线齿面之间的摩擦，并解决了真空泵噪音大、动盘与静盘之间磨损严重的问题，但是该真空泵并未涉及如何提高压缩比和抽速的内容；

④申请号为200810013021.1的中国专利，公开了一种小抽速无油涡旋真空泵，其采用双侧对称涡旋盘结构，并具有结构紧凑、体积小、极限压力低的优点，但是该真空泵主要针对国内市场8L/s的产品，从而开发出的4L/s的小抽速型真空泵，由于受到结构的限制，该真空泵并不具备提高抽速的能力；

⑤申请号为200420030463.4的中国专利，公开了一种多涡线双侧涡旋真空泵，其前、后静涡盘和动涡盘的工作面均设有2～6条涡线，涡线是圆的渐开线、阿基米德螺线中的一种，通过多条涡线配合，同时抽气，使得真空泵的抽气能力更强，工作效率提高，但是，由于双侧涡旋真空泵是由两个定子涡旋盘和一个转子涡旋盘组成，转子双侧由涡旋体，其对称性要求很高，加工时定位难度极大，同时真空泵采用贯通式偏心主轴结构，导致结构复杂、转动零件多、泄漏率高、压缩量小、摩擦系数大及噪音大的缺点，同时该真空泵无法提供更大的抽速；

⑥申请号为200320105195.3的中国专利，公开了一种单侧涡旋无油真空泵，其采用单侧涡旋的形式，应用了组合曲线的涡旋型线，使内圈涡旋壁增大，有效降低气体沿轴向间隙的返流，可以提高极限真空度；但是，由于该真空泵采用的是单侧涡旋的形式，当要求抽速较大时，则需要很大的涡旋盘展开尺寸，这将导致真空泵的结构变得非常庞大，从而无法满足实际设计要求。

⑦申请号为97219914.4的中国专利，公开了一种双侧无油涡旋真空泵，其在转子与定子涡旋端面上开有密封槽，在密封槽内每隔一定距离钻有小孔，小孔内安装有弹性体，这样可以有更好的密封性能，还设置有气镇阀，可以具有较高的压缩效率和排气效率；但是，由于该真空泵受限于双侧涡旋盘结构，其无法进一步提高压缩比和抽速；

⑧公开号为US2013/0315765(A1)的美国专利，公开了一种三级涡旋真空泵，其在轴向实现三级串联，有效的降低了极限真空度，并且在每一级都设置了冷却装置，采用的是螺旋式散热肋板；但是，该真空泵的传动和冷却结构较为复杂，其泄漏率高，这对于想要进一步拓展真空泵的极限真空度存在不小的限制。

通过上述现有的几种典型的无油涡旋真空泵可知，虽然其各自的优点显而易见，但是，在突破压缩比、抽速和极限真空度方面或多或少都存在一定的限制，如何突破上述限制，并拓展无油涡旋真空泵的发展方向，已成为现阶段迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种多腔涡旋式真空泵，打破了涡旋式真空泵的传统设计思路，首次提出了多腔结构的涡旋真空泵设计方案，对突破压缩比、抽速和极限真空度方面的限制提供了有效手段。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种多腔涡旋式真空泵，包括电动机、曲轴、涡旋定盘、涡旋动盘、壳体、封盖及风扇，所述电动机的电机轴与曲轴的主轴端通过联轴器相连接，所述风扇固定安装在曲轴的主轴端，所述涡旋动盘套装在曲轴的偏心部，所述涡旋定盘与壳体固定连接，涡旋定盘与封盖的外圆周侧密封连接，其特点是：在所述涡旋定盘上设置有若干涡旋工作腔，且若干涡旋工作腔均匀分布；在所述涡旋工作腔内设置有定盘涡旋齿，涡旋工作腔正对的涡旋动盘上设置有动盘涡旋齿，定盘涡旋齿与动盘涡旋齿相配合。

若干所述涡旋工作腔之间的气体流向关系分为并联式和串联式。

当若干所述涡旋工作腔之间的气体流向关系采用并联式时，即构成并联式多腔涡旋真空泵，每个所述涡旋工作腔的外圆周侧通过气体分流通道与涡旋定盘上的进气口相通，每个所述涡旋工作腔的中心侧通过气体汇聚通道与涡旋定盘上的环形集气腔相通，环形集气腔与排气口相通。

所述并联式多腔涡旋真空泵的气体流向为：进气口→气体分流通道→每个涡旋工作腔外圆周侧→每个涡旋工作腔中心侧→气体汇聚通道→环形集气腔→排气口。

当若干所述涡旋工作腔之间的气体流向关系采用串联式时，即构成串联式多腔涡旋真空泵，所述涡旋定盘上的进气口与第一个涡旋工作腔的外圆周侧相通，第一个涡旋工作腔的中心侧通过气体接续通道与第二个涡旋工作腔的外圆周侧相通，第二个涡旋工作腔的中心侧通过气体接续通道与第三个涡旋工作腔的外圆周侧相通，以此类推，直到与最后一个涡旋工作腔的外圆周侧相通，最后一个涡旋工作腔的中心侧与排气口相通。

所述串联式多腔涡旋真空泵的气体流向为：进气口→第一个涡旋工作腔外圆周侧→第一个涡旋工作腔中心侧→气体接续通道→第二个涡旋工作腔外圆周侧→第二个涡旋工作腔中心侧→气体接续通道→······→最后一个涡旋工作腔外圆周侧→最后一个涡旋工作腔中心侧→排气口。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，打破了涡旋式真空泵的传统设计思路，首次提出了多腔结构的涡旋真空泵设计方案，对突破压缩比、抽速和极限真空度方面的限制提供了有效手段。

本发明的并联式多腔涡旋真空泵，其改变了现有的双侧、多头等结构形式，首次通过并联式的多腔结构实现同时抽气，从而极大的提高了真空泵的抽速和工作效率，且真空泵整体结构更加紧凑。

本发明的串联式多腔涡旋真空泵，其改变了现有的双级、多涡等结构形式，且采用了现有的双级、多涡等结构形式的涡旋真空泵，其对于实现更低的极限真空度和更高的压缩比已难以达到，为此也只能设计具有更多级数的涡旋真空泵，并将导致结构相当复杂且泄漏率更高，而本发明的串联式多腔涡旋真空泵的结构不但简单紧凑，且同样可以具有更多级数的涡旋真空泵的性能，同时泄漏率也低的多。

附图说明

图1为并联式双腔涡旋真空泵立体图；

图2为并联式双腔涡旋真空泵的涡旋定盘剖视立体图；

图3为并联式双腔涡旋真空泵的涡旋定盘(结合动盘涡旋齿后)前视图；图4为并联式双腔涡旋真空泵的涡旋定盘后视图；

图5为并联式三腔涡旋真空泵立体图；

图6为并联式三腔涡旋真空泵结构示意图；

图7为并联式三腔涡旋真空泵的涡旋定盘剖视立体图；

图8为并联式三腔涡旋真空泵的涡旋定盘(结合动盘涡旋齿后)前视图；

图9为并联式三腔涡旋真空泵的涡旋定盘后视图；

图10为并联式四腔涡旋真空泵立体图；

图11为并联式四腔涡旋真空泵结构示意图；

图12为并联式四腔涡旋真空泵的涡旋定盘(结合动盘涡旋齿后)前视图；

图13为并联式四腔涡旋真空泵的涡旋定盘后视图；

图14为并联式五腔涡旋真空泵立体图；

图15为并联式五腔涡旋真空泵的涡旋定盘剖视立体图；

图16为并联式五腔涡旋真空泵的涡旋定盘(结合动盘涡旋齿后)前视图；

图17为并联式五腔涡旋真空泵的涡旋定盘后视图；

图18为并联式六腔涡旋真空泵立体图；

图19为并联式六腔涡旋真空泵的涡旋定盘剖视立体图；

图20为并联式六腔涡旋真空泵的涡旋定盘(结合动盘涡旋齿后)前视图；

图21为并联式六腔涡旋真空泵的涡旋定盘后视图；

图22为串联式双腔涡旋真空泵立体图；

图23为串联式双腔涡旋真空泵的涡旋定盘(结合动盘涡旋齿后)前视图；

图24为串联式双腔涡旋真空泵的涡旋定盘后视图；

图25为串联式三腔涡旋真空泵立体图；

图26为串联式三腔涡旋真空泵的涡旋定盘(结合动盘涡旋齿后)前视图；

图27为串联式三腔涡旋真空泵的涡旋定盘后视图；

图28为串联式四腔涡旋真空泵立体图；

图29为串联式四腔涡旋真空泵的涡旋定盘(结合动盘涡旋齿后)前视图；

图30为串联式四腔涡旋真空泵的涡旋定盘；

图31为串联式五腔涡旋真空泵立体图；

图32为串联式五腔涡旋真空泵的涡旋定盘(结合动盘涡旋齿后)前视图；

图33为串联式五腔涡旋真空泵的涡旋定盘；

图34为串联式六腔涡旋真空泵立体图；

图35为串联式六腔涡旋真空泵的涡旋定盘(结合动盘涡旋齿后)前视图；

图36为串联式六腔涡旋真空泵的涡旋定盘；

图中，1—电动机，2—曲轴，3—涡旋定盘，4—涡旋动盘，5—壳体，6—封盖，7—风扇，8—涡旋工作腔，9—定盘涡旋齿，10—动盘涡旋齿，11—气体分流通道，12—进气口，13—气体汇聚通道，14—环形集气腔，15—排气口，16—气体接续通道，17—防自转机构，18—涡旋工作腔外圆周侧开孔，19—涡旋工作腔中心侧开孔，20—并联式双腔涡旋真空泵，21—并联式三腔涡旋真空泵，22—并联式四腔涡旋真空泵，23—并联式五腔涡旋真空泵，24—并联式六腔涡旋真空泵，25—串联式双腔涡旋真空泵，26—串联式三腔涡旋真空泵，27—串联式四腔涡旋真空泵，28—串联式五腔涡旋真空泵，29—串联式六腔涡旋真空泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种多腔涡旋式真空泵，包括电动机1、曲轴2、涡旋定盘3、涡旋动盘4、壳体5、封盖6及风扇7，所述电动机1的电机轴与曲轴2的主轴端通过联轴器相连接，所述风扇7固定安装在曲轴2的主轴端，所述涡旋动盘4套装在曲轴2的偏心部，所述涡旋定盘3与壳体5固定连接，涡旋定盘3与封盖6的外圆周侧密封连接，在所述涡旋定盘3上设置有若干涡旋工作腔8，且若干涡旋工作腔8均匀分布，涡旋工作腔8的数量具体可以为2、3、4、5、6及以上；在所述涡旋工作腔8内设置有定盘涡旋齿9，涡旋工作腔8正对的涡旋动盘4上设置有动盘涡旋齿10，定盘涡旋齿9与动盘涡旋齿10相配合。所述定盘涡旋齿9与动盘涡旋齿10的型线均可采用圆的渐开线，且定盘涡旋齿9与动盘涡旋齿10的型线之间具有180°的相位差。

若干所述涡旋工作腔8之间的气体流向关系分为并联式和串联式。

当若干所述涡旋工作腔8之间的气体流向关系采用并联式时，即构成并联式多腔涡旋真空泵，每个所述涡旋工作腔8的外圆周侧通过气体分流通道11与涡旋定盘3上的进气口12相通，每个所述涡旋工作腔8的中心侧通过气体汇聚通道13与涡旋定盘3上的环形集气腔14相通，环形集气腔14与排气口15相通。

对于并联式多腔涡旋真空泵来说，为了满足真空泵的抽速要求，可以适当调整涡旋工作腔8的数量，或是调整涡旋工作腔8的厚度。

所述并联式多腔涡旋真空泵的气体流向为：进气口12→气体分流通道11→每个涡旋工作腔8外圆周侧→每个涡旋工作腔8中心侧→气体汇聚通道13→环形集气腔14→排气口15。

由于进气口12与每个涡旋工作腔8外圆周侧通过气体分流通道11相连通，因此考虑到流导，可以适当调整气体分流通道11的宽度。

所述的并联式多腔涡旋真空泵的工作过程为：启动真空泵，气体首先通过进气口12被吸入，此时吸入的气体会经气体分流通道11进入每个涡旋工作腔8的外圆周侧，再通过每个涡旋工作腔8中定盘涡旋齿9与动盘涡旋齿10的啮合压缩作用，将气体压缩至每个涡旋工作腔8的中心侧，此过程实现每个涡旋工作腔8进行同时抽气；随着真空泵的运行，气体从每个涡旋工作腔8的中心侧经气体汇聚通道13进入环形集气腔14内，并实现气体的汇聚，最终将汇聚后的气体通过排气口15统一排出。

当若干所述涡旋工作腔8之间的气体流向关系采用串联式时，即构成串联式多腔涡旋真空泵，所述涡旋定盘3上的进气口12与第一个涡旋工作腔8的外圆周侧相通，第一个涡旋工作腔8的中心侧通过气体接续通道16与第二个涡旋工作腔8的外圆周侧相通，第二个涡旋工作腔8的中心侧通过气体接续通道16与第三个涡旋工作腔8的外圆周侧相通，以此类推，直到与最后一个涡旋工作腔8的外圆周侧相通，最后一个涡旋工作腔8的中心侧与排气口15相通。

对于串联式多腔涡旋真空泵来说，为了满足极限真空度和压缩比要求，可以适时调整定盘涡旋齿9与动盘涡旋齿10的型线线型。

所述串联式多腔涡旋真空泵的气体流向为：进气口12→第一个涡旋工作腔8外圆周侧→第一个涡旋工作腔8中心侧→气体接续通道16→第二个涡旋工作腔8外圆周侧→第二个涡旋工作腔8中心侧→气体接续通道16→······→最后一个涡旋工作腔8外圆周侧→最后一个涡旋工作腔8中心侧→排气口15。

为了尽可能的增大真空泵的流导，需要合理布置若干涡旋工作腔8的相位，并尽可能缩短每个气体接续通道16的长度。

所述的串联式多腔涡旋真空泵的工作过程为：启动真空泵，气体首先通过进气口12被吸入，此时吸入的气体直接进入第一个涡旋工作腔8的外圆周侧，再通过第一个涡旋工作腔8中定盘涡旋齿9与动盘涡旋齿10的啮合压缩作用，将气体压缩至第一个涡旋工作腔8的中心侧，此时实现气体的一级压缩；随着真空泵的运行，完成一级压缩的气体从第一个涡旋工作腔8的中心侧经气体接续通道16进入第二个涡旋工作腔8的外圆周侧，再通过第二个涡旋工作腔8中定盘涡旋齿9与动盘涡旋齿10的啮合压缩作用，将气体压缩至第二个涡旋工作腔8的中心侧，此时实现气体的二级压缩；以此类推，气体经过多级压缩后，会到达最后一个涡旋工作腔8的中心侧，并最终通过排气口15排出。

实施例1

本实施例中，涡旋工作腔8的数量为两个，其气体流向关系采用并联式，构成并联式双腔涡旋真空泵，具体如图1、2、3、4所示。

实施例2

本实施例中，涡旋工作腔8的数量为三个，其气体流向关系采用并联式，构成并联式三腔涡旋真空泵，具体如图5、6、7、8、9所示。

实施例3

本实施例中，涡旋工作腔8的数量为四个，其气体流向关系采用并联式，构成并联式四腔涡旋真空泵，具体如图10、11、12、13所示。

实施例4

本实施例中，涡旋工作腔8的数量为五个，其气体流向关系采用并联式，构成并联式五腔涡旋真空泵，具体如图14、15、16、17所示。

实施例5

本实施例中，涡旋工作腔8的数量为六个，其气体流向关系采用并联式，构成并联式六腔涡旋真空泵，具体如图18、19、20、21所示。

实施例1～5之间具有完全相同的工作原理，但通过设定不同数量的涡旋工作腔8，便可以获得不同的抽速，进而可以适用于不同场合。

实施例6

本实施例中，涡旋工作腔8的数量为两个，其气体流向关系采用串联式，构成串联式双腔涡旋真空泵，可以满足气体的二级压缩，具体如图22、23、24所示。

实施例7

本实施例中，涡旋工作腔8的数量为三个，其气体流向关系采用串联式，构成串联式三腔涡旋真空泵，可以满足气体的三级压缩，具体如图25、26、27所示。

实施例8

本实施例中，涡旋工作腔8的数量为四个，其气体流向关系采用串联式，构成串联式四腔涡旋真空泵，可以满足气体的四级压缩，具体如图28、29、30所示。

实施例9

本实施例中，涡旋工作腔8的数量为五个，其气体流向关系采用串联式，构成串联式五腔涡旋真空泵，可以满足气体的五级压缩，具体如图31、32、33所示。

实施例10

本实施例中，涡旋工作腔8的数量为六个，其气体流向关系采用串联式，构成串联式六腔涡旋真空泵，可以满足气体的六级压缩，具体如图34、35、36所示。

实施例6～10之间具有完全相同的工作原理，但通过设定不同数量的涡旋工作腔8，便可以获得不同的极限真空度和压缩比，进而可以适用于不同场合。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种多腔涡旋式真空泵，包括电动机、曲轴、涡旋定盘、涡旋动盘、壳体、封盖及风扇，所述电动机的电机轴与曲轴的主轴端通过联轴器相连接，所述风扇固定安装在曲轴的主轴端，所述涡旋动盘套装在曲轴的偏心部，所述涡旋定盘与壳体固定连接，涡旋定盘与封盖的外圆周侧密封连接，其特征在于：在所述涡旋定盘上设置有若干涡旋工作腔，且若干涡旋工作腔均匀分布，涡旋工作腔的数量为2或3或4或5或6以上；在所述涡旋工作腔内设置有定盘涡旋齿，涡旋工作腔正对的涡旋动盘上设置有动盘涡旋齿，定盘涡旋齿与动盘涡旋齿相配合；定盘涡旋齿与动盘涡旋齿的型线均采用圆的渐开线，且定盘涡旋齿与动盘涡旋齿的型线之间具有180°的相位差；

若干所述涡旋工作腔之间的气体流向关系分为并联式和串联式；

当若干所述涡旋工作腔之间的气体流向关系采用串联式时，即构成串联式多腔涡旋真空泵，所述涡旋定盘上的进气口与第一个涡旋工作腔的外圆周侧相通，第一个涡旋工作腔的中心侧通过气体接续通道与第二个涡旋工作腔的外圆周侧相通，第二个涡旋工作腔的中心侧通过气体接续通道与第三个涡旋工作腔的外圆周侧相通，以此类推，直到与最后一个涡旋工作腔的外圆周侧相通，最后一个涡旋工作腔的中心侧与排气口相通；

所述串联式多腔涡旋真空泵的气体流向为：进气口→第一个涡旋工作腔外圆周侧→第一个涡旋工作腔中心侧→气体接续通道→第二个涡旋工作腔外圆周侧→第二个涡旋工作腔中心侧→气体接续通道→······→最后一个涡旋工作腔外圆周侧→最后一个涡旋工作腔中心侧→排气口；

当若干所述涡旋工作腔之间的气体流向关系采用并联式时，即构成并联式多腔涡旋真空泵，每个所述涡旋工作腔的外圆周侧通过气体分流通道与涡旋定盘上的进气口相通，每个所述涡旋工作腔的中心侧通过气体汇聚通道与涡旋定盘上的环形集气腔相通，环形集气腔与排气口相通；

所述并联式多腔涡旋真空泵的气体流向为：进气口→气体分流通道→每个涡旋工作腔外圆周侧→每个涡旋工作腔中心侧→气体汇聚通道→环形集气腔→排气口。