CN110966265B - 集射真空泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种集射真空泵，由泵体、齿轮、轴、轴承及泵盖组成。泵体内腔设有多级引射腔；并且泵体内设有径向起伏、轴向螺旋推进的抽排通道。齿轮上开有凹槽，凹槽与泵体内腔的隔环配合形成多级引射腔。经吸气口进入抽排通道的被抽气体与高速旋转的齿轮接触并相互作用，在这种刚性流体的低压吸引作用、轮齿的机械推动作用和离心力的共同作用下，被抽气体被引射形成定向流动，并逐级加压，获得较高的真空。在圆周方向上泵体内设多条相对独立又同时工作的抽排通道，以此获得大的抽气量。本发明可以在低能耗的情况下获得大抽气量和较高的真空。

Description

集射真空泵
技术领域
本发明涉及从密封容器中抽取气体获得真空的方法，具体地说是一种集射真空泵。
背景技术
在科研和工业生产中经常需要真空来提供实验和生产所需的理想环境条件，这就要用到真空泵。对于要求大抽气量的场合(比如炼钢炉外真空精炼)，目前主要使用的是蒸汽喷射泵和容积类机械泵(如罗茨泵、螺杆泵、旋片泵等)。对于蒸汽喷射泵而言，一方面蒸汽的获得要耗用大量能源；另一方面随抽气级数增加，所耗用的蒸汽量逐级加大；同时气流的紊流损失也很大。总之，这种以高耗能换高温，高温换高压，以高压换高速，再以高速的低压抽吸真空的方式能量转换环节多，能源消耗大。对于容积类的机械泵来说，在工作中随真空度的提高，被抽气体逐渐稀薄，容积效率下降，且这种趋势随环境真空度的提高愈加严重。因此，现有的真空技术明显地存在着高能耗和低效率问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种以齿轮高速转动形成的“刚性流体”代替柔性的蒸汽，从密封容器中抽取气体获得真空的方法，具体地说是一种集射真空泵。以此实现大抽气量和低能耗目标，解决现有技术在真空抽气上的困难和问题。
本发明为达到上述目标通过以下技术方案实现：集射真空泵主要由泵体、齿轮、轴、轴承及泵盖组成。泵体内腔设有由隔环分割形成的多级引射腔，各引射腔与被凹槽断开形成多级齿列的齿轮配合工作。泵体内设有径向波浪起伏并且在轴向螺旋推进的抽排通道。抽排通道一端为吸气口，另一端为排气口，在小径处与泵体内的引射腔连通并与齿轮接触。被抽容器中的气体经吸气口进入抽排通道后与高速旋转的齿轮接触并相互作用，在这种高速刚性流体的低压抽吸作用、轮齿的机械推动作用和圆周运动离心力作用等诸多因素的共同作用下，被抽气体在抽排通道内被引射加压形成定向流动，把从吸气口吸入的气体经抽排通道从排气口排入大气，实现抽取真空的目的。
本发明的优点在于：能够以齿轮转动形成的刚性流体代替柔性的蒸汽，使轮齿的机械能直接作用于被抽气体抽真空，作用效果好。除用于抽气做功外，齿轮的动能均保留维持其旋转运动，无转换环节，避免了多级多次转化的能量损失，以此降低抽气能耗。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。图中局部剖视是以二级引射腔轴向中分平面剖切的。泵体在圆周方向上有多条引射通道3；但，为了视图清晰，图1中只绘制了其中的一条。
图2是图1中A-A剖视结构示意图。泵体1的两端均设泵盖，由于此泵盖属常规盖体结构，为方便表达，视图中均省略了泵盖的作图，在此说明。
图3是图1中沿抽排通道径向中分的B-B曲面展开的旋转剖视示意图。为了视图清晰，各引射腔的轮廓虚线在剖面线部分没有画出；而是用代表区域中心的点画线表示一级引射腔51和二级引射腔61。在泵体1的内腔设有多级引射腔，为了视图清晰，在图3中只画了其中的两条。
图4是图1中沿C-C剖切的旋转剖面示意图。
具体实施方式
本发明所述的集射真空泵主要由泵体1、轴13、齿轮2及轴承、泵盖等组成。泵体1的内腔设有隔环4，隔环4将泵体内腔分割为不同的引射腔；同时泵体1内还设有径向波浪起伏、轴向螺旋推进的抽排通道3。抽排通道3的前端为吸气口7，后端为排气口8，中间在小径处与各引射腔逐级相通。经吸气口进入抽排通道3的气体先与一级引射腔51连通并与齿轮2的一级齿列5接触，受高速旋转轮齿形成的刚性流体的低压吸引作用、机械推动作用和离心力作用等诸多因素的共同作用，被抽气体被抽引加压输送至二级引射腔61内与二级齿列6接触并相互作用，继续加压引射，以此类推。气体经多级引射后，经排气口8排入大气。
气流的引射加压是这样实现的：抽排通道3内的气体在轮齿的作用下向排气侧流动，由于抽排通道3的断面在压缩区11处变小，流经此处的气体受到压缩，向齿轮2的一级齿列5靠拢，与轮齿的作用加强。在低压吸引作用和轮齿的机械推动作用下，气体的压强增高，流速趋同于轮齿的旋转线速度。当越过压缩区11后，被抽气体受离心力的作用向远离轴心处发散，与泵体1的切分刃12共同作用，使气体与一级引射腔51分离，继续向前流动，进入二级引射腔61，与齿轮2的二级齿列相互作用，在前级压缩的基础上被抽气体在这里再次被引射加压，以此类推，最后经排气口8排出。
设计多级引射的目的是增大压强比，获得高的真空度。分级引射是通过泵体1内设计的隔环4实现的。隔环4将泵体1的内腔分割成多个引射腔，引射腔为围绕轴芯的回转体空腔，与轴芯线垂直。隔环4与齿轮2的凹槽10配合，二者之间只留很小的间隙，使引射腔之间的气体流通阻力加大，从而在一定程度上起到隔离作用。气流经逐级引射加压，压强比逐级增高。大的压强比一方面有利于从排气口8一侧顺利排气，另一方面有利于吸气口7一侧得到很低的压强，从而获得较高的真空度。
在圆周方向上，泵体1内设有多条相互独立又同时工作的抽排通道3。抽排通道3与各引射腔斜交，在小径处与引射腔分别相通。各抽排通道3的抽气量相叠加，集合形成大的抽气量，以此获得大的抽气速率。
泵体1的两端均设泵盖，由泵盖固定支撑齿轮2的轴13；并使集射真空泵形成密封腔体，隔绝真空和大气。泵盖设在泵体1的小径处，不遮挡设在大径处的吸气口7和排气口8，不影响吸气和排气。
泵体1上设有法兰9，法兰9与泵体1铸为一体。由法兰9与待抽真空的容器连接并实现密封。

Claims (6)

1.集射真空泵，其特征在于：主要由泵体、齿轮、轴、轴承及泵盖组成，其泵体(1)壁内没有径向波浪起伏，轴向螺旋推进的抽排通道(3)，抽排通道(3)的前端为吸气口(7)，末端为排气口(8)，中部在大径处封闭于泵壁内，在小径处与泵的内腔连通，连通口在两个隔环(4)之间，隔环(4)将泵体(1)的内腔分割成不同的引射腔(5′)，齿轮(2)的圆柱面开有凹槽(10)使之分割为不同的齿列(5)与泵体(1)的引射腔(5′)相对应，通过齿轮(2)高速旋转形成的刚性流体的低压抽吸作用、机械推动作用和离心力作用迫使经吸气口(7)进入抽排通道(3)的气体形成定向流动，在压缩区(11)压缩，并在切分线(12)处分离引导至下一级引射腔逐级加压，得到大的压强比，最后从排气口(8)排入大气，在吸入口(7)一侧形成负压从被抽容器抽气，从而获得较高的真空。
2.根据权利要求1所述的集射真空泵，其特征在于齿轮(2)开有凹槽(10)，凹槽(10)将轮齿断开，并与隔环(4)相互配合分割泵体(1)为多个独立的引射腔，对气体逐级施加作用进行真空抽气的。
3.根据权利要求1所述的集射真空泵，其特征在于泵体(1)设有隔环(4)，隔环(4)将泵体(1)的内腔分割成多个引射腔，这些引射腔之间的气流流通阻力大，彼此相对隔离，以此实现逐级加压增大压强比的目的。
4.根据权利要求1所述的集射真空泵，其特征在于抽排通道(3)位于泵体(1)内，其两端分别为吸气口(7)和排气口(8)，其径向波浪起伏、轴向螺旋推进，在小径处与引射腔连通，形成多级、多个压气工作单元，被抽气体在此与高速转动的齿轮(2)相互作用，获得能量从排气口(8)排入大气，实现真空抽吸。
5.根据权利要求1所述的集射真空泵，其特征在于泵体(1)在圆周方向上设有多条彼此独立又能同时与齿轮(2)相互作用的抽排通道(3)，多条抽排通道(3)的抽气量集合叠加形成大的抽气速率。
6.根据权利要求1所述的集射真空泵，其特征在于抽排通道(3)与各级引射腔在空间呈一定角度斜交，抽排通道(3)在小径处与泵体(1)内腔相通，齿轮(2)在这一区域对被抽气体施加作用引射加压。
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