CN106438365A - 一种模块一体式多级多驱动腔部分非共轴干式真空单泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块一体式多级多驱动腔部分非共轴干式真空单泵，包括多个模块式真空驱动腔，其特征在于所述多个模块式真空驱动腔集成为一个整体单泵，所述多个模块式真空驱动腔串联连接形成多级真空单泵，所述多个真空驱动腔中至少有两个以非共轴的方式相联系，其中气体主流方向与转子驱动轴垂直，第一级真空驱动腔的入口直通大气。本发明的优点在于：由于多个真空驱动腔采用非共轴设计，使得各真空驱动腔的压缩比可以调节，可以做到在高真空环境下，压缩比大，而在粗真空环境下，压缩比小，从而可以兼顾安全与效率，达到优化可控，使每一级的压差分担和热量分担更加均匀。

Description

一种模块一体式多级多驱动腔部分非共轴干式真空单泵

技术领域

本发明涉及真空泵领域，具体的说是一种模块一体式多级多驱动腔部分非共轴干式真空单泵。

技术背景

在真空技术领域中，可以直接排大气且形成真空单泵主要有液环泵，直排大气气冷罗茨真空泵，喷射泵（含蒸汽喷射泵，水喷泵），滑阀泵，往复泵，旋片式真空泵（分为油式旋片真空泵和无油干式旋片真空泵），螺杆式真空泵，爪式真空泵，多级罗茨真空泵，涡旋式真空泵等。而普通罗茨真空泵能够形成较高真空，但排气压力不能够达到直排大气的压力，必须配备上述的真空泵作为前级泵才能够正常安全的运行。

罗茨式气冷泵虽然可以直排大气,但由于必须引回已排出气体冷却后再回到泵腔里, 导致效率降低、功耗和噪音很大.而且由于只有单腔体一级驱动,无法有效阻止巨大的气体返流,其最高工作真空度只有约2万帕附近。

其中螺杆式真空泵，涡旋式真空泵，爪式泵，多级罗茨真空泵，气冷罗茨真空泵，往复泵，无油旋片式真空泵属于干式真空泵，即抽吸的工艺气体在真空泵泵腔内不接触真空泵自身密封所需要的液体。而液环式真空泵，油旋片式真空泵，滑阀泵属于液体密封真空泵即非干式真空泵.水喷射真空泵，蒸汽真空泵抽吸的工艺气体会与真空泵内部的用于形成真空的水或水蒸汽交织混合,因此也不是干式泵。

因此对于非干式真空泵来说，像液环真空泵，蒸汽喷射泵，水喷射泵，抽吸介质中的若是存在有毒有害以及有腐蚀性气体则会溶于水中，由此产生大量的废水，如果不进行处理直接排放，会造成严重的环境污染。而像油旋片式真空泵，滑阀泵则因为密封液是润滑油，一般只能抽吸干净的空气，不能抽吸有机气体，易燃易爆，有毒有害以及带腐蚀性的气体，也不能抽吸水蒸气，同时产生的油雾也会对周围环境产生危害，同时该类真空泵需要经常更换润滑油，其产生的废油不经过处理也无法排放，同样对环境造成比较严重的伤害。

从节能减排、环境保护角度说，干式泵是未来发展的大趋势。但是干式真空泵虽然不会产生大量的废水，废油，对于环境的影响比非干式真空泵来说要小的多，但现市场上的各种类型的干式真空泵存在着很多先天性的不足之处，制约着其更广泛的使用。其中螺杆式真空泵存在容积小，大抽气量螺杆加工困难（一般很难超过2500m3/h,国内即使是等螺距的，质量比较可靠的，也只做到400m3/h）;螺杆的螺环之间间距小，因腐蚀或异物磨损造成的间隙变化对螺杆泵的抽气量和真空度产生非常大的影响，因此螺杆式真空泵对于强氧化性、强酸、粉尘、粘性物以及脱水结晶物的工艺介质不适合。涡旋式真空泵容积更小，且是偏心运行，最大抽气量很难超高60m3/h，抽吸的气体中不能有水蒸气，粉尘、腐蚀性，以及粘附性介质。爪式真空泵和多级罗茨真空泵由于结构复杂，最大的抽气量只在600m3/h，由于内部的特殊结构使得气流方向存在多次折返，极易在死角处累积粉尘或粘性物，不适合处理粉尘等有机气体。直排大气气冷罗茨真空泵真空度较差，一般极限真空只能达到200mbar，往复泵的效率较低，抽气量小，且真空度也比较差，最大极限真空在30mbar左右，特别是非常容易损坏，维修工作量大，影响生产。

本发明者认为，现行的螺杆泵、多级罗茨泵都是“整体一体式”的，就是说所有的级都被装在一个泵腔中，因此对加工、装配、热胀冷缩对精密装配的影响都造成问题。

特别地，由于罗茨泵具有容积效率高、真空度高的特点，多级罗茨泵成为各种干式真空泵中的一个分支。但由于多级罗茨泵的各个腔室中的叶轮被一根轴紧密连在一起，在运行发热后，轴的长度变长，使的各个腔室中的叶轮与腔体之间的间隙会从初始的设计位置变化，造成接触碰撞，使整泵无法工作。针对这一困难，曾经有日本企业提出 用“一组罗茨真空泵单元的壳体是相互分离的”多个罗茨泵与热交换器串联在一起形成多级罗茨真空泵单元，避免多级罗茨泵内部共轴热膨胀导致叶轮与泵体碰撞的问题。但这本质上是一个分离式的多级罗茨真空机组，并不是一个新发明的单泵。本发明者曾在实际应用中推荐此种真空机组，但从未被市场所接受。客户希望得到一个只需要使用和维护一台界面明确的真空泵，不希望管理一套内部暴露在外的复杂机组，就如同一台没有整机外壳、内部元件暴露于外的电视机不会有客户买一样。事实上我们也未曾在市场上见到这样的多级罗茨泵机组被当做一个真空单泵出售的情况。

此外，上述这种由多个壳体分离式罗茨泵串联组成的真空机组，具体限制了叶轮和泵体的间隙小于0.1mm,限制了前级转速必须高于后级、所有泵体的容积必须相同，与其声明所欲取代的多级罗茨泵在半导体等生产领域相吻合，并不适用于本发明意图推荐的大中型化工、冶金、粮油、电力等行业。例如，本发明意图应用的领域中不可能使用小于叶轮和泵体的间隙小于0.1mm的罗茨泵。从真空设备技术来说，现有的干式真空泵都存在各自不足的地方，使得在很多工艺情况下并不能直接用干式真空泵来替代液环泵、喷射泵，油式旋片泵等，难以实现节能环保。因此，一种可以克服上述缺点，就是可以做到抽气量大，对粉尘和腐蚀不敏感，但仍然保持一个完整整体单泵而非一个机组的新式多级干式泵成为本发明人的一项诉求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块一体式多级多驱动腔部分非共轴干式真空单泵，所述模块一体式多驱动腔部分非共轴真空单泵是一款能够承受一定粉尘、一定腐蚀、便于维护、抽气量大，且仍然以一个体积小、完整性强的单一完整的真空单泵的形式呈现，适用于化工、制药、钢铁、粮油、电厂等广泛应用的大中型的干式真空泵。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种适合于大气量应用的模块一体式多级多驱动腔部分非共轴干式真空单泵，包括多个模块式真空驱动腔，其特征在于所述多个模块式真空驱动腔集成为一个整体单泵，所述多个模块式真空驱动腔串联连接形成多级真空单泵，所述多个真空驱动腔中至少有两个以非共轴的方式相连。

所述模块式真空驱动腔首选为罗茨式真空腔。

所述一种模块一体式多驱动腔部分非共轴的真空单泵的“多驱动腔”或“多级”的目的与所有多级目的与各种多级泵，如螺杆泵（内部多级压缩）、多级抓式泵、多级罗茨泵或多级罗茨泵机组、多级涡旋泵相似，都是为了分散施加于每一级的压力，但本发明不同点在于部分非共轴或全部非共轴且采用模块一体式方式生产的单体真空泵。与同为“多级多驱动腔”的多级罗茨泵的不同主要在于其至少有两个腔不共轴，或有时可能共轴时，轴在不同级间留有消除热胀冷缩的过度连接，且腔与腔之间是紧密的模块组合，而非单个铸件；与“多级单驱动腔”的螺杆泵的不同在于“多级多腔体”且不共轴；与“一组多级罗茨泵组”的主要区别则在于“多级多驱动腔部分非共轴”的本发明是一个单泵体，不论不同腔体之间是否共轴，每个腔体都与其它腔体紧密装配成一个紧密整体。

具体地, 所述一种模块一体式多驱动腔部分非共轴的真空单泵，区别与传统的多级罗茨泵，在于该泵至少存在两个驱动腔不共轴。其优越性在于非共轴使单泵设计摆脱共轴长径比的限制，释放出流体机械产品宝贵的尺寸空间，使得常规经济加工能力可以制造出比传统多级罗茨泵更多的真空驱动腔，进而获得单泵整泵的更大的抽气能力。

特别地，所述一种模块一体式多驱动腔部分非共轴的真空单泵，允许全部真空腔均不共轴，从而使每一个泵腔的尺寸都可以达到经济的加工能力上限，使得模块一体式多驱动腔非共轴真空单泵的抽气能力有可能超过所有共轴形式的真空单泵。

同时，所述一种模块一体式多驱动腔部分非共轴的真空单泵,区别于前述日本专利的“一组罗茨泵单元”不同点,在于所有驱动腔均紧密地装配在一起,形成一体单真空泵,而不是各个泵体相互“分离”的“机组”。其优越性在于体积成倍缩小、整体性强、安全、易于运输、易于整体安装和拆卸、易于由制造厂保证质量而不受现场安装条件和水平的影响。但其获得上述优越性的技术难点在于模块一体化的紧密安装形成一体单泵的多级真空泵内部的优化装配设计、散热设计、运行中运动和静止机件直接的热胀冷缩卡死或间隙变化导致整体性能波动的挑战。 需要指出的是,基于上述非共轴设计的优点不仅限于制造以单级罗茨真空泵腔体为多级多腔体模块一体式部分非共轴的干式真空泵,也适用于以单级螺杆泵(腔体内只有一圈完整螺旋)为多级多腔体的模块一体式部分非共轴干式真空泵.

根据本方案的优选实施例，所述真空驱动腔中转子驱动轴呈水平方向设置，所述真空驱动腔的吸入口和排气口分别位于真空驱动腔的正上方和正下方或者正下方和正上方，或出气口在侧面，使得真空驱动腔的气量主流方向与转子驱动轴呈垂直方向。所述模块一体式多级多腔体部分非共轴的各个腔体紧密装配为一个整体单泵。

为了实现上述目的，本发明的另一技术方案是：一种模块一体式多级多驱动腔部分非共轴的干式真空单泵，包括多个模块式的真空驱动腔，所述多个真空驱动腔串联紧密连接形成多级真空驱动腔，装配集成为一个整体单泵，其特征为至少有两个泵腔采用非共轴的真空泵设有至少两个驱动电机，每个驱动电机用以驱动所述多个真空驱动腔中部分真空驱动腔。比如四级泵采用2个电机。在使用者不希望使用多于台电机时，也可以采用齿轮或其它传动方式使部分真空腔非共轴联动。

根据本发明的优选实施例，所述多驱动腔中至少设有两个主动驱动轴，其动力来自至少两个电机，或来自一进多出的齿轮箱，用以分别驱动所述多个真空驱动腔，即所述多个模块式的真空驱动腔由若干组共轴驱动腔组成，所述每组共轴驱动腔包括两个驱动腔，所述两个驱动腔的驱动轴连接形成共轴驱动轴，并由一个驱动电机驱动，或者通过传动结构与另一组共轴驱动腔的共轴驱动轴连接。

所述真空驱动腔包括进排气口连接端面和侧向连接端面，进排气口连接端面上设置有排气口或进气口，且所述进排气口连接端面上还设置有进排气密封槽和定位销孔，两个进排气口连接的真空驱动腔的进排气口连接端面紧密配合，两个进排气口连接的真空驱动腔的对应进排气密封槽内设置密封圈，两个进排气口连接的真空驱动腔的对应定位销孔内设置定位销，真空驱动腔的侧向连接端面上设置有定位销孔，两个侧向连接的真空驱动腔的对应定位销孔内设置定位销，以便模块之间的紧密连接和气、水密闭。

本发明根据流体运行的特点和实际的应用需要，为了给使用者提供安装方面的灵活性，在上述两单描述的优选实施案例中，允许根据相反的气路方向布置模块一体式部分非共轴真空单泵的各个驱动腔，即前述逻辑完全相同，但气路方向相反。

本发明其对各级真空腔体部件的尺寸要求是模块式的，类似乐高拼接玩具,但不限制相对大小比例，也不限制其相对转速比，更不限制内部间隙,尤其推荐变频调速电机的应用，使本发明具有可以随应用条件变化而实时自动调整各级压缩比和抽气量的独特智能自适应变化能力。

为应对其大气量会导致高热量和紧密一体化形成单泵散热困难的特点，每一真空驱动腔的侧面和相邻真空腔之间的隔板内均设有冷却水腔，且每一个真空驱动腔的下方还设置一个夹套水层，各个真空驱动腔侧面的冷却水腔及各个真空驱动腔下方的夹套水层相互连通，保证整体单泵的散热和保持尺寸稳定、运转正常的能力。

根据本方案的优选实施例举例，当所述多个真空驱动腔为偶数个时，其中每两个真空驱动腔共用一个驱动电机驱动，所述多个真空驱动腔平铺设置，且每级真空驱动腔的排气口和下一级的真空驱动腔的吸入口同设置在真空驱动腔的上方或下方。需要注意的是，共用一个驱动电机的两个真空驱动腔并不一定是相邻设置的两级真空腔。

根据本方案的一个实施例，所述模块一体式多驱动腔部分非共轴真空单泵包括四个独立设置的真空驱动腔，分别为依次串联连接的1级真空驱动腔，2级真空驱动腔，3级真空驱动腔和4级真空驱动腔，扁平布置，以满足高度受限制时的应用需求,其中1级真空驱动腔和3级真空驱动腔共用一个电机驱动，2级真空驱动腔和4级真空驱动腔共用一个电机驱动，1级真空驱动腔和3级真空驱动腔转子的旋转方向相同，但与 2级真空驱动腔和4级真空驱动腔的转子旋转方向正好相反，1级真空驱动腔的排气口和2级真空驱动腔的吸入口同方向设置，即同设置在上方或下方，2级真空驱动腔的排气口和3级真空驱动腔的吸入口同方向设置，3级真空驱动腔的排气口和4级真空驱动腔的吸入口同方向设置。

当客户有较大抽气能力的需求，而制造厂尚无大型真空腔模块时，可以并联每一级后再串联，从而既保证所需的真空度，有提供更大的抽气能力。

由于模块设计的四面标准化特征，其特征在于优选布置方案也可以是上下布置、先并联再串联布置、或以相反气路布置的，并且可以根据真空度的需要选择更多或更少的级数。模块一体化多级泵允许制造厂根据客户需要而灵活组合紧密一体的各级腔室，可以上下布置或左右布置,可以满足客户不同应用产品的不同几何形状需求，有利于体现模块化设计在客户定制中的优势。

在实际应用中，根据客户需求，本发明可能选择的多级真空腔可能为2、3、4、5、6甚至更多级。其驱动电机可能通过传动装置共享动力，也可能电机与真空腔个数一一对应。

根据本发明的优选实施例，真空驱动腔优选采用罗茨泵设计，真空驱动腔可采用定频或变频驱动电机驱动，即其转子驱动轴与定频或变频驱动电机连接。

所述真空驱动腔采用罗茨泵设计，泵腔容积大，可以做到很大的抽气量，比如数千至上万立方米/小时的抽速，转子结构简单，便于维护和洗涤。本发明的多个真空驱动腔采用非共轴或不完全共轴设计，即使得真空度、抽气量可调，利于各种应用的干式真空应用的不同真空腔大小比例、转速的组合设计安排，也使得产品在运行过程中，各级真空驱动腔可以单独控制转速，在不同转速抽速下定频或变频控制变化，使产品运行的实时优化成为可能。由于采用气量及其裹挟的粉尘、粘性物以及冷凝物运动的主流方向与真空驱动叶轮呈垂直方向或大角度夹角，而与罗茨泵的进、排气口直通，或基本不拐弯，并且两个叶轮需要旋转180度之后才能相遇一次，这些都使得粉尘非常不容易在叶轮上停滞，也不容易滞留在某个死角。这点完全不同于螺杆泵的情况：气流及粉尘、粘性或冷凝物与螺杆同方向运行，并且两个螺杆直接的啮合死角始终存在、两个螺杆推动流体运行至尾端的垂直泵壁形成的阻挡气流粉尘的死角始终存在，因此极易在两个螺杆啮合缝隙及螺杆尾端（特别是没有排气口的一侧）造成积灰、积物，进而损坏螺杆和导致电力增大、整机跳闸。

由于本发明的目标应用不同于传统多级罗茨单泵和所谓分体式多级罗茨泵组用于抽速较小的电子行业，而是大型化工、冶金等行业，因此泵型必然较大，其中气体的质量流量也会很大，作为结果，其发热量也非常大。而不同于分体机组中每个单泵体都有自己的外表面方便散热，本发明作为多个泵腔装配为一体的单泵，其不同腔体之间的散热和热胀冷缩的尺寸与几何形状精确控制成为一大挑战。因此，本发明中对此采用了泵体和中隔板全面内部水冷的方案，应被视为本发明的一个重要特征。

本发明加工方便，采用模块化泵体设计，可以利用不同组合，满足不同抽气量需求。本发明的优点在于：由于采用至少2个真空腔非共轴，使得使用本发明原理的多级干式真空泵可以不受轴的尺寸约束，在泵的材料的经济加工范围内，做出单个真空腔更大、整个多级单泵抽速更大的多级干式泵，使用于大型应用；由于真空驱动腔的气量主流方向与真空驱动叶轮轴垂直，使得粉尘不容易在叶轮上停滞，也不容易滞留在某个死角，因此能够承受粉尘和一定腐蚀；由于多个真空驱动腔采用非共轴设计，使得各真空驱动腔的压缩比可以调节，可以做到在高真空环境下，压缩比大，而在粗真空环境下，压缩比小，从而可以兼顾安全与效率，达到优化可控，使每一级的压差分担和热量分担更加均匀；并且由于多个真空驱动腔采用非共轴设计，因此可以任意布置，使得相邻两级真空驱动腔按照气量可以沿最直、最短路径流动的原则灵活安排。

附图说明

图1 为本发明一种模块一体化部分非共轴多腔体真空泵实施例的结构示意。

图2为本发明另一不完全共轴实施例的结构示意图。

图3为本发明中完全非共轴实施例的结构示意图。

图4为本发明的一种真空驱动腔及其水冷槽的剖视图。

图5为本发明的另外一种真空驱动腔及其水冷槽的剖面视图。

图6为上下组合的模块一体化干式泵的两个真空腔组合图。

图7为图6的剖视图。

图8为并列组合的模块一体化干式泵的两个真空腔组合图。

具体实施方式

本发明是一种模块一体式多驱动腔部分非共轴真空单泵（包括多驱动腔不完全共轴真空泵，即可以是部分驱动腔共轴，但绝不是所有的驱动腔共轴），一台独立的真空泵要达到较高的真空，必须对气体进行多段连续的压缩才能实现，根据气体平衡方程来看，P₁V₁=P₂V₂=P₃V₃=P₄V₄，如果此时P₁代表的是大气压1013mbar，P₄是吸入口的高真空1mbar，如果是一级压缩来实现的话，那么实际气体压缩量大约是1013倍，再根据空气的压缩温升的公式：T₁=T₂*(P₂/P₁)^0.286来计算的话，温升可能要达到7.2倍，此时排气口的温度会达到1800°，显然是不能允许的。所以像入口真空度可以达到0.1mbar的干式螺杆泵(5级，总压缩比10⁵倍)，双级涡旋泵和多级罗茨真空泵(3级，极限真空可以达到100Pa，压缩比10⁴倍)，爪式真空泵(3级，与多级罗茨真空泵相似)都是多级压缩的，而像直排式气冷罗茨真空泵属于单级压缩，入口真空度只有150mbar，压缩比只有7倍左右，排气口温度为220°左右，而且由于被排出气体冷却后返回泵腔,冷却泵腔,造成整体工作效率很低。往复式真空泵属于单级压缩气缸，入口真空度一般在40mbar左右，压缩比在25倍左右，排气口温度更高，经常容易损坏，维护工作量大，所以最大型号的抽气量也只有1000m³/h。

本发明的模块一体式多驱动腔部分非共轴真空单泵也是采用多级压缩，原理是在该真空泵腔内由若干个独立的真空驱动腔（视实际需要决定采用多少个真空驱动腔模块），每一个独立的真空室都有一对独立的罗茨转子。在该实施例中，共包括四个真空驱动腔，如图1、图2所示，分别是1级真空驱动腔1，2级真空驱动腔2，3级真空驱动腔3和4级真空驱动腔4，其原理是：多驱动腔体非共轴真空泵吸入口5达到1mbar的极限真空时，排气口为20mbar，压缩比大约在20倍，2级真空驱动腔的排气口为120mbar，压缩比大约在6倍左右，3级真空驱动腔的排气口为360mbar，压缩比大约在3倍左右，4级真空驱动腔的排气口6为1080mbar，压缩比大约也在3倍左右，实际项目中，则是根据不同需求，对独立的泵腔进行设计，实现不同的压缩比。

当入口有负载时，则吸入口的真空度低于1mbar，则每一个相邻的真空驱动腔室的压缩比也会相应的变小（总的压缩比变小了）。

上述的压缩比主要依据每一个真空驱动腔可以承受的热量和消耗功率，越是高真空环境下，压缩比虽然高，但压缩气体的质量流量较低（同等体积下），累积的热量较低（主要受到散热影响），消耗的功率也较小，所以此时压缩比可以较大。在粗真空环境下，压缩气体的质量流量较高（同等体积下），累积的热量较大（散热影响较小），消耗的功率也较大，所以此时压缩比要尽可能的小。

仅仅以上描述只能说明本发明符合各种多级干式真空泵的气路运行原理，具有合理可行性，但并不能区分本发明与以往多级罗茨泵、或多级罗茨泵组产品的区别。实际上，本发明的重点在于将这个多腔多级的真空泵设计成集成一体的一体式单泵，但其中至少有两个真空腔不能共轴，而需要分别的动力驱动。

如图1所示，本发明的模块一体式多驱动腔部分非共轴真空单泵包括四个独立设置的真空驱动腔，分别为依次串联连接的1级真空驱动腔，2级真空驱动腔，3级真空驱动腔和4级真空驱动腔，其中1级真空驱动腔和3级真空驱动腔共用一个电机驱动（图中可以看出，1级真空驱动腔1和3级真空驱动腔室3共用第一驱动轴11），2级真空驱动腔和4级真空驱动腔共用第二驱动轴12，通过另一个电机驱动，1级真空驱动腔1和3级真空驱动腔3转子的旋转方向相同，但与 2级真空驱动腔和4级真空驱动腔的转子旋转方向正好相反，1级真空驱动腔的排气口和2级真空驱动腔的吸入口同方向设置，即同设置在上方或下方，2级真空驱动腔的排气口和3级真空驱动腔的吸入口同方向设置，3级真空驱动腔的排气口和4级真空驱动腔的吸入口同方向设置。

从图1所示的装置原理图来看该实施例的可变速变容干式真空泵的1级真空驱动腔的转子的旋转方向与3级真空驱动腔室的转子方向一致（1、3真空驱动腔的驱动轴为同一根轴），但与2级真空驱动腔室和4级真空驱动腔室的转子旋转方向正好相反（2、4真空驱动腔的驱动轴为同一根轴），所以这四个真空驱动腔室的驱动轴不在同一个轴上，这个与现有多级罗茨真空泵，爪式真空泵，螺杆式真空泵、以及分体式多级罗茨泵组是完全不同的，具有巨大的实际用于意义和优势。

根据本方案的另一个实施例，如图2所示，所述模块一体式多驱动腔部分非共轴真空单泵包括四个独立设置的真空驱动腔，分别为依次串联连接的1级真空驱动腔，2级真空驱动腔，3级真空驱动腔和4级真空驱动腔，其气体运行方式与图1所示的方案相似，只是四个腔体的模块组合方式不同，为上下和水平混合集成布置。即1、3真空驱动腔的驱动轴通过联轴器连接，2、4真空驱动腔的驱动轴通过联轴器连接，这种设计对地面投影占地面积小,在很多场合十分必要。

为了进一步优化运行效果，本发明还提出个别或全部真空驱动腔室的变频驱动方式，随时间、压力、抽速、温度等具体要求而随时通过变频控制，对包括但不限于压缩比、电动机和热管理等各方面予以全泵运行的优化。而这些特性,共轴的多级罗茨泵、螺杆泵和爪式泵都不能实现。

如此采用多级真空驱动腔的目的与传统多级罗茨泵和机组式多级泵相同，都是为了分散巨大的压缩比到多个真空腔中。但其不同点在于，与多级罗茨泵相比，非共轴释放出被共轴设计约束的宝贵的经济加工尺寸，使得模块一体式部分非共轴真空单泵可以获得更大的真空腔尺寸和抽气量；而与完全分体式的多个罗茨泵形成的机组相比，模块一体式部分非共轴真空单泵是一个整体性的单泵，体积小、整体性强，便于客户的运输、按装、拆卸、维护，使得产品运行的质量主要由规模制造厂控制，而受现场安装调试的条件和安装人员个人技能的人为影响很小，因为不需要在现场将多个罗茨泵临时安置在成一组。

以上所描述的就是本发明，模块一体式多驱动腔部分非共轴干式真空单泵连续变压缩在多驱动腔体非共轴或不完全共轴可变速变容干式真空泵的技术原理。

作为一个特例,图3为本发明中完全非共轴实施例的结构示意图。图中：1为1级真空驱动腔，2为2级真空驱动腔，3为3级真空驱动腔，4为4级真空驱动腔，16为冷却水夹层,17为冷却水腔。在该实施例中，该模块一体式多驱动腔部分非共轴真空单泵如图3所示这样布置，即所述1级真空驱动腔1，2级真空驱动腔2， 3级真空驱动腔3， 4级真空驱动腔4从上至下依次叠放成串联连接的多级真空驱动腔，下一级真空驱动腔的吸入口与上一级真空驱动腔的排气口连接，每级真空驱动腔的上方设置吸入口，下方设置排气口，每一个真空驱动腔都采用独立的电机，或者采用齿轮进行带动。如图所示，真空驱动腔的正上方和正下方分别设置吸入口或排气口，真空驱动腔的两侧分别设有冷却水腔17，为考虑到每一级真空驱动腔进行压缩后都会产生大量的热量，所以每一个真空驱动腔的下方还设置一个夹套水层16用于冷却排气口温度和移除压缩热。所有的真空驱动腔的容积可以是变化的，或者转子的转速是不一致的，实现了不完全共轴可变速变容干式真空泵的技术原理。请注意，采用在模块之间、集成单泵之内贯通的冷却水道对本泵进行运行中的冷却，而无需外置式热交换器，提高效率，减少体积，提高一体性，这也是本发明的特征之一，每个模块的冷却水夹层和冷却水腔之间贯通，各个模块之间的冷却水之间贯通，如图3~5所示。

图4为本发明的一种真空驱动腔及其水冷槽的结构示意图，图中包括真空腔腔体18、位于真空腔两侧的冷却水腔17以及位于真空腔上方或下方的真空腔吸入口19和真空腔排气口20，其中真空腔吸入口19和真空腔排气口20可随意分设在上方或下方。

图5为本发明的另一种真空驱动腔及其水冷槽的结构示意图，图中包括真空腔腔体18，位于真空驱动腔上端面或下端面的进排气口21，位于真空腔两侧的夹套水腔22，所述进排气口21的外侧设置有进排气密封槽23，所述真空驱动腔的外围设置有沿前后方向延伸的平面对夹螺栓通孔24。

图6和图7为两个图5所示的真空驱动腔上下叠放的结构示意图，图中上真空驱动腔（1级真空驱动腔1）和下真空驱动腔（2级真空驱动腔2）相互连接，其进排气口连接端面上设置进排气口21，两者之间通过连接螺栓26连接，所述上真空驱动腔和下真空驱动腔的进排气口连接端面上均设置有进排气密封槽23，进排气密封槽23内安装有密封圈，所述上真空驱动腔和下真空驱动腔的进排气口连接端面上还设置有相互配合的定位销孔，所述定位销孔内设置有定位销25，保证对接精度。上真空驱动腔和下真空驱动腔两侧的夹套水腔22相互连通。

图8为两个图5所示的真空驱动腔并列组合的结构示意图，图中两个真空腔驱动腔（1级真空驱动腔和3级真空驱动腔）并列设置，其侧向连接端面设置有相互配合的定位销孔，所述并列设置的两个真空腔驱动腔内侧侧向连接端面相接触，且相互配合的定位销孔内设置有定位销25，保证对接精度。所述并列设置的两个真空腔驱动腔的外侧侧向连接端面上连接端盖27。

所有的干式真空泵都难以容忍粉尘以及颗粒物，像螺杆式真空泵，涡旋式真空泵，多级罗茨泵、爪式泵由于气流方向并非是直线型，含粉尘气流经常与重力方向不同向, 结构上多少存在着死角，粉尘极有可能在这些地方积累，最终造成系统隐患。而本发明多驱动腔体非共轴或不完全共轴可变速变容干式真空泵对于粉尘和颗粒物对于粉尘的具有很强的容忍和自清理能力。无论若干个独立真空驱动腔如何布置，都满足气流方向的直线流通，或气体主流方向与泵腔主出气口方向同轴，并且可以设计在大部分情况下可与重力方向相同，因而保证了在最底部可以回收所有的粉尘。

本发明的一个与现有的任何一种一体式真空单泵都不一致的特征是:后者都是内部各级之间的容积压缩比是固定的，而本发明的模块一体式多驱动腔体非共轴或不完全共轴真空泵则是的各个真空腔可以变速变容积。多驱动腔体非共轴或不完全共轴可变速变容干式真空泵的变速是通过两个或多个电机驱动两个或多个驱动轴来实现差异化变速，也包括可以采用变频电机驱动，这也是本次发明中另一个需要重点保护的发明权利。

本发明的多驱动腔体非共轴或不完全共轴可变速变容干式真空泵的真空原理与现有的多级罗茨真空泵、爪式真空泵、螺杆式真空泵都符合流体力学原理，即利用变容积压缩的方式，逐级对真空吸入口的气体进行压缩，最终超过大气压进行排放。但除了之前所述本发明的各种不同特点之外，与现有其它干式泵相比，分别有如下不同点或更具有优势之点在于：

1、本发明具有与罗茨泵真空泵效率高、不要密封液等干式泵的相同的优点，但与罗茨泵相比，解决了传统上认为罗茨真空泵不能作为真空泵独立运行，而必须连接一个前机泵才能用的问题。本发明最少采用2级或2级以上多级组合，以不同级数分担压力，满足不同的应用需要。当然，实现这一突破，不仅仅依赖多级技术，同时需要单个的罗茨泵具有承受较大压差的能力，因为即使采用2级以上的分担压力技术，每一个泵所分担的压力也要超过5万帕。

以下两个条件使得罗茨泵可以直排大气：1）使最后一级的罗茨泵尽可能地可以承受大压差。这是实施本发明的一个基础技术条件。目前国际水平的罗茨泵制造技术，其大压差型罗茨泵可以承受的压差在6000到3万以上，这是成为直排大气一级罗茨泵的必要条件。2）从真空反应容器到大气的压差有十万多帕，因此罗茨真空泵还是不可以单独直排大气。当然，罗茨风机和气冷泵也可以承受大压差，但是都不能提供比1万帕更高的真空度。但采用本发明的技术，可以把总共十万多帕的大气压力，让多级真空驱动腔分担，从而可以达到高于或远高于1万帕的希望的真空度。而本发明采用非共轴布置使得多级罗茨泵可以在各种布置方式下、各段真空度下，实现灵活独立调速，实现当时的压缩比、热管理、和排出粉尘气流的优化控制。

2、本发明具有与干式螺杆式真空泵相同或相似的密封方式，也不需要密封液，但与螺杆式真空泵相比最大的优势是：绝大部分的螺杆泵螺杆与泵腔都是水平布置的，只在多级（圈）螺杆压缩的最后一级有一个侧面的排气口，这与被抽气流中所含粉尘和粘性物体所受的重力方向刚好垂直，并且在末端更是气流和粉尘流动的死点，非常容易造成粉尘和化学反应物的堆积，直接导致螺杆泵的严重失效。这个问题即使对纵向布置的螺杆泵和爪式泵也大体同样严重，因为粉尘坠落的方向与螺杆运行方向相同，并且被最终推向只有一边侧面有小出气口的死端面，造成积灰、堵塞和磨损。这是螺杆泵在现实中应用比例难以提高的一个重要原因。而本发明的多驱动腔体非共轴或不完全共轴真空泵的气流拥有与罗茨泵相似的完全与叶轮轴的运动方向相垂直（包括非水平的各种大角度进入和排出的情况），因此特别有利于气体中的粉尘或粘稠微粒与气流一起排出，而不容易滞留在泵腔内部：当然，还有如上所述，因为螺杆泵是共轴的，因此不能在不同时候选择不同级压缩腔独立调整转速，进而达到优化压缩比的目的。

该发明的一个优点是抗腐蚀磨损能力远优于螺杆泵.其原理如下:

螺杆泵的阴阳螺杆互锁与泵体形成腔体, 推动气体前行。腐蚀和磨损最容易在叶轮的尖角处发生。而一旦螺杆的尖角因磨损而减少尺寸，其所占整个螺杆径向切面的比例比罗茨泵高（主要由于螺杆泵通常径向尺寸小），而且因为多级螺杆压缩在同一个泵体中，这个（不论是螺杆叶尖磨损所致还是泵体中有腐蚀，泄露多半会在各级之间始终发生。因此，旧螺杆泵的真空度和抽气量会下降很快。而罗茨泵叶轮的叶轮尖角部分只与泵体和端盖之间有，叶轮之间并无此关系，因此，即使尖角处有磨损，所占整个叶轮压缩空气的面积非常小，对真空度影响不大。此外，因为模块一体式多驱动腔部分非共轴真空单泵的驱动器与气体级并不存在于同一腔体，因此某一个叶轮或泵腔有腐蚀或磨损发生，对影响整个多级泵的真空度和抽气量影响也小得多。

还有一个优势：

所有的机械式真空泵，例如上文所介绍，螺杆式真空泵，往复式真空泵，涡旋式真空泵、多级罗茨泵（通常使用三叶转子）等都属于这种容积式真空泵，其有效容积越大，则转子旋转一圈，产生的抽气量也就越大。采用罗茨转子的真空驱动腔是所有真空泵中有效容积最大的，即真空驱动腔中的空余容积占总的真空驱动腔容积的比例，一般可以达到53%左右，而三叶多级罗茨泵只有30%左右，螺杆式真空泵一般只有15-25%左右。所以相同容积大小的真空泵，本发明的多驱动腔体非共轴真空泵可以得到最大的抽气能力。工作效率高的设备，从根本上来说，也是节能减排的产品。更不要说本发明主要用于螺杆泵不能替代的替代耗能污染的蒸汽真空泵、水冲式真空泵、液环式真空泵。因此是双倍节能减排的技术。

3、与现有的多级罗茨泵相比较，由于现有的多级罗茨泵采用共轴一体式设计，因此，其各级间的压缩比、各个真空腔之间的位置关系和气流流向就都永远完全固定。这样，不论在何种工作压力范围内，都不能调整各级泵腔之间的压缩比。因为罗茨真空泵在粗真空条件下压缩比不能太大，否则泵温升太大，泵会卡死；而在高真空下可以很大，低压缩比会降低效率。因此，同轴固定真空腔位置和转速的多级罗茨泵不可能在各个真空度范围内都保持最优表现。由于本发明的非共轴使用不同的驱动电机驱动，因此可以使各个真空驱动腔以不同转速随时（或在设计时）按需要灵活调整转速，进而改变级间压缩比，使得泵可以兼顾安全与效率，达到优化可控，就是使每一级的压差分担和热量分担更加均匀，但共轴的多级罗茨泵则只在开始阶段分担均匀，而到高真空时就会把大部分的负担压到最后一级了。特别重要的，传统共轴多级罗茨泵的轴会随着运行中的热胀冷缩改变各个真空腔叶轮与分割端盖之间的间隙，造成卡死。

4. 与曾有日本人提出、但未在本发明意图推广的化工冶金行业应用中发现过的所谓由多个“壳体相互分离”的一组罗茨泵和热交换器组成的多级罗茨泵单元机组相比，本发明不是一个机组，不存在多个分离的壳体，而是一个单泵，是用类似乐高玩具一样模块一体化灵活集成的单泵，可以灵活组装于一体的多级干式单泵。

而且上述多级机组因为是由完全分立的多个单个罗茨泵组装起来的，因此有多少级泵就需要多少个电机。但本发明认为完全共轴局限了多级罗茨泵的温度和尺寸，但完全各自独立的多个罗茨泵自带电机显然也会增加电机数量成本和设备体积。因此按实际需要实行串并联兼用的部分非共轴方案（图3完全非共轴只是特例）才是更优的，其应用灵活度和使用范围远远大于任何已知干式真空单泵，而且没有叶轮与泵体间隙不大于0.1mm、前级比后级转速高、前后级容积相等、每个独立的罗茨泵都必须有自己的电机等方面的机械限制，也没有外置式热交换器。

5. 与干式的柱塞泵和直排大气气冷泵相比较：在容积式干式真空泵中，可以达到较高真空度的都是工艺气体均是被连续压缩排出的，而像往复泵和气冷直排大气罗茨真空泵，则工艺气体的一部分是在泵腔内或系统内循环，被反复的进行压缩，因此真空泵的吸入口受到这些残留气体的影响，在往复泵活塞返回或气冷泵冷却后气体返回时,这部分气体膨胀占用容积泵的工作空间, 使得气体无法达到更高的真空度,而且消耗额外的功率,浪费额外的机械材料。本发明中的多驱动腔体非共轴或不完全共轴可变速变容干式真空泵虽然有4个或多个独立和相互密闭的真空驱动腔，所有工艺气体均是连续压缩后直接排出，因此效率最高。

Claims (7)

1.一种模块一体式多级多驱动腔部分非共轴干式真空单泵，包括多个模块式真空驱动腔，其特征在于所述多个模块式真空驱动腔集成为一个整体单泵，所述多个模块式真空驱动腔串联连接形成多级真空单泵，所述多个真空驱动腔中至少有两个以非共轴的方式相联系，其中气体主流方向与转子驱动轴垂直，第一级真空驱动腔的入口直通大气。

2.如权利要求1所述的一种模块一体式多级多驱动腔部分非共轴干式真空单泵，其特征在于所述多驱动腔中至少设有两个主动驱动轴，其动力来自至少两个电机，或来自一进多出的齿轮箱，用以分别驱动所述多个真空驱动腔。

3.如权利要求1所述的一种模块一体式多级多驱动腔部分非共轴干式真空单泵，其特征在于多个模块式真空驱动腔以模块方式制造，所述真空驱动腔包括两侧端盖和连接两个端盖的泵体，其进排气口置于泵体的上方和下方，且所述相邻真空腔之间紧密连接的进排气口连接端面上设置有进排气密封槽和定位销孔，以便模块之间的紧密连接和气、水密闭，由于所述模块设计的一个模块与另一个模块需要接触的上、下、侧面均是标准化可互换的，该设计使得产品制造者可以根据客户应用的具体需求选择前后各级模块按上下连接、平面连接、先并联再串联连接等方案，同时，根据用户真空度的具体需求，安排具体模块一体化部分非共轴多级干式泵的级数，常用级数包括但不限于2、3、4、5、6级。

4.如权利要求1所述的一种模块一体式多级多驱动腔部分非共轴干式真空单泵，其特征在于当所述多个模块式的真空驱动腔由若干组共轴驱动腔组成时，所述每组共轴驱动腔包括两个驱动腔，所述两个驱动腔的驱动轴连接形成共轴驱动轴，并由一个驱动电机驱动，或者通过传动结构与另一组共轴驱动腔的共轴驱动轴连接。

5.如权利要求1所述的一种模块一体式多驱动腔部分非共轴干式真空单泵，其特征在于每一真空驱动腔的侧面和相邻真空腔之间的隔板内均设有冷却水腔，且每一个真空驱动腔的下方还设置一个夹套水层，各个真空驱动腔侧面的冷却水腔及各个真空驱动腔下方的夹套水层相互连通。

6.如权利要求1所述的一种模块一体式多驱动腔部分非共轴干式真空单泵，其特征在于所述模块一体式多驱动腔部分非共轴真空单泵包括四个独立设置的真空驱动腔，分别为依次串联连接的1级真空驱动腔，2级真空驱动腔，3级真空驱动腔和4级真空驱动腔，扁平布置，其中1级真空驱动腔和3级真空驱动腔共用一个电机驱动，2级真空驱动腔和4级真空驱动腔共用一个电机驱动，1级真空驱动腔和3级真空驱动腔驱动轴的旋转方向相同，但与 2级真空驱动腔和4级真空驱动腔的驱动轴旋转方向正好相反，1级真空驱动腔的排气口和2级真空驱动腔的吸入口同方向设置，即同设置在上方或下方，2级真空驱动腔的排气口和3级真空驱动腔的吸入口同方向设置，3级真空驱动腔的排气口和4级真空驱动腔的吸入口同方向设置。

7.如权利要求1所述的一种模块一体式多驱动腔部分非共轴干式真空单泵，其特征在于所述真空驱动腔为罗茨式真空腔体、单级螺杆泵腔体或单级抓式泵腔体。