CN115977951A

CN115977951A - 螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件和真空泵螺杆设计方法

Info

Publication number: CN115977951A
Application number: CN202211655637.5A
Authority: CN
Inventors: 巫修海; 马云芳
Original assignee: Taizhou Vocational and Technical College
Current assignee: Taizhou Vocational and Technical College
Priority date: 2022-12-21
Filing date: 2022-12-21
Publication date: 2023-04-18

Abstract

本发明提供了一种螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件和真空泵螺杆设计方法，属于真空泵技术领域。它解决了现有的螺杆真空泵的螺杆可调整范围窄，设计灵活性差的问题。本螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件包括螺杆，螺杆呈圆柱状，螺杆的外侧面上具有一条螺旋槽，螺杆中具有沿轴心线方向依次排列的进气段、第一过渡段、中间段、第二过渡段和压缩排气段，第一过渡段和第二过渡段对称设置；进气段、中间段和压缩排气段中螺旋槽均为等螺距螺旋槽，进气段和压缩排气段中螺旋槽的螺距相同，中间段中螺旋槽的螺距大于进气段中螺旋槽的螺距。根据应用工况，选择适合的数值便能设计出所需的螺杆，且能设计出不同型号的螺杆，具有设计灵活性广的优点。

Description

螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件和真空泵螺杆设计方法

技术领域

本发明属于真空泵技术领域，涉及一种螺杆真空泵，特别是一种螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件。

本发明属于真空泵技术领域，涉及一种螺杆真空泵，特别是一种螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的螺杆设计方法。

背景技术

螺杆真空泵是利用一对螺杆，在泵壳中作同步高速反向旋转而产生的吸气和排气作用的抽气设备。螺杆真空泵能抽除含有大量水蒸汽及少量粉尘的气体场合，虽然螺杆真空泵广泛应用在制药、化工、半导体、食品等对清洁真空要求较高的领域中，但也产生了一些不足之处，由于不同的工况对真空度要求、抽气速率等参数也不完全相同，随着社会发展，应用于具体工况下的每台螺杆真空泵都希望有更高地能效比，不仅能降低能源消耗，还能提高螺杆真空泵的运行可靠性。对于螺杆真空泵制造企业来说需要设计和制造出更多型号的螺杆组件。

关于螺杆真空泵的螺杆组件相关文献较多，例如中国专利文献记载的一种螺杆真空泵的螺杆组件（申请号201410281732.2），该螺杆的螺旋槽为等螺距螺旋槽；螺杆真空泵的螺杆（申请号201610122334.5），该螺杆的螺旋槽为变螺距螺旋槽，从进气端到排气端单位长度的螺距逐渐缩小；螺杆真空泵自平衡螺杆转子（申请号201510140295.7），螺距在从吸气段面开始往排气段面方向在吸气段增加，在中间段减少，在排气段持平；螺杆真空泵（申请号202210291747.1），第一螺旋段和第五螺旋段的螺旋圈数均为0.9圈～1.1圈，第二螺旋段、第三螺旋段和第四螺旋段的螺旋圈数为1圈，第二螺旋段的螺距最长，从第二螺旋段至第五螺旋段螺距依次减小。现有螺杆真空泵的螺杆组件型号虽然多种多样，也能适应各自的工况，但各种螺杆存在着关联性不足，螺杆真空泵制造企业无法根据实际应用工况灵活调整螺杆组件的参数。

再者螺杆真空泵使用时螺杆高速转动，通常需要较高的平衡性；为了达到所需的平衡性，通常在螺杆的齿槽侧面和/或螺杆的端面上开槽，螺杆真空泵在使用过程中，螺杆真空泵工作型腔内,过流的工艺物料在凹槽内堆积是难以避免的，这不仅降低螺杆真空泵的运行效率，还降低螺杆真空泵的维护周期。

发明内容

本发明提出了一种螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件，本发明要解决的技术问题是如何提出一种能灵活调整螺杆参数的螺杆真空泵的变螺距螺杆组件，该螺杆调整参数后能使螺杆真空泵适应于不同工况且具有较优的能效比，以及提高螺杆真空泵运行可靠性。

本发明提出了一种螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的螺杆设计方法，本发明要解决的技术问题是如何根据螺杆真空泵适用工况设计出具有较优的能效比且具有较优动平衡特征的螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的螺杆。

本发明的要解决的技术问题可通过下列技术方案来实现：一种螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件，包括两根相啮合的螺杆，螺杆呈圆柱状，螺杆的外侧面上具有一条螺旋槽，螺杆中具有沿轴心线方向依次排列的进气段、第一过渡段、中间段、第二过渡段和压缩排气段，第一过渡段和第二过渡段对称设置；进气段、中间段和压缩排气段中螺旋槽均为等螺距螺旋槽，进气段和压缩排气段中螺旋槽的螺距相同，中间段中螺旋槽的螺距大于进气段中螺旋槽的螺距，螺旋槽的螺旋圈数N为n-0.01≤N≤n+0.01，n为3、4、5、6、7或8。

本螺杆组件的螺杆为五段式变螺距螺杆，与等螺距螺杆相比，本螺杆组件中螺杆的螺旋槽并未全部为等螺距螺旋槽，与现有技术中的变螺距螺杆相比，本螺杆组件中螺杆具有3段等螺距螺旋槽。概况来说，本螺杆组件的螺杆中具有两段螺距相同的等螺距螺旋槽，一段大于上述螺距的等螺距螺旋槽，以及不同螺距的等螺距螺旋槽之间通过变螺距螺旋槽过渡。与现有变螺距螺杆相比，本螺杆组件的螺杆参数更少，且较多参数已被限定，由此调整可变参数后能得到不同型号的螺杆，但不同型号的螺杆仍具有统一的上述结构。

与现有技术相比，本螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件中的螺杆能根据适用工况灵活调整参数，进而设计出不同型号的螺杆，具体来说能设计出螺旋槽为3±0.01圈、4±0.01圈、5±0.01圈、6±0.01圈、7±0.01圈和8±0.01圈的五段式变螺距螺杆组件；即螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件具有设计灵活性广的优点，以及不同的型号在不同的工作压力工况下均具有较优的能效比。

本螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件并非一定为整数圈，通过适用性地调整圈数还能提高螺杆的动平衡特性，甚至达到无需在螺杆的齿槽侧面和螺杆的端面上开槽，便满足螺杆动平衡技术要求；进而提高螺杆真空泵的运行效率，提高螺杆真空泵的运行可靠性,以及延长螺杆真空泵的维护周期。

与现有等螺距螺杆相比，通过增大中间段的螺距使进入进气段内的物料能尽快地输送至压缩排气段内，进而能降低进气段的长度，在螺杆总长度不变情况下，显然能延长中间段和压缩排气段的长度，进一步实现提高进气效率以及实现提高螺杆真空泵的能效比。

一种螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的螺杆设计方法，首先确定螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的结构和确定螺旋槽的螺旋圈数N，n-0.01≤N≤n+0.01，n为3、4、5、6、7或8，螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件包括两根相啮合的螺杆，螺杆呈圆柱状，螺杆的外侧面上具有一条螺旋槽，螺杆中具有沿轴心线方向依次排列的进气段、第一过渡段、中间段、第二过渡段和压缩排气段，第一过渡段和第二过渡段对称设置；进气段、中间段和压缩排气段中螺旋槽均为等螺距螺旋槽，进气段和压缩排气段中螺旋槽的螺距相同，中间段中螺旋槽的螺距大于进气段中螺旋槽的螺距；以及确定第一过渡段中螺旋槽的螺旋圈数A₂、第一过渡段的长度L₂、中间段中螺旋槽的螺旋圈数A₃与进气段中螺旋槽的螺旋圈数A₁和/或进气段中螺旋槽的螺距P的关系式；再确定螺杆的压缩比C，调整进气段中螺旋槽的螺旋圈数A₁，或确定进气段中螺旋槽的螺旋圈数A₁，调整螺杆的压缩比C，或同步调整螺杆的压缩比C和进气段中螺旋槽的螺旋圈数A₁，使螺杆达到动平衡。

作为优先，所述进气段中螺旋槽的螺旋圈数为A₁，A₁小于0.5圈。

作为优先，所述第一过渡段中螺旋槽的螺旋圈数为A₂，A₂=1-2×A₁。

作为优先，所述螺杆的压缩比为C，进气段中螺旋槽的螺距为P，第一过渡段的长度L₂=A₂×（P+C×P）/2。

作为优先，所述中间段中螺旋槽的螺旋圈数为A₃，A₃=1-（1-2×A₁），由此可知，第一过渡段和中间段中螺旋槽的螺旋总圈数为1圈。

作为优先，所述中间段中螺旋槽的螺距为C×P。

与现有技术相比，本螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的螺杆设计方法采用统一的五段式变螺距螺杆，且限定较多参数，主要通过调整螺旋槽的螺旋圈数、螺杆的压缩比和进气段中螺旋槽的螺旋圈数这三项参数，根据应用工况以及结合经验能够初步确定上述三项参数各自的范围值；换言之，根据应用工况，上述三项参数选择适合的数值以及微调数值便能设计出所需的螺杆，且能设计出不同型号的螺杆，具有设计灵活性广的优点。

现有螺杆真空泵的螺杆进气段中螺旋槽的螺旋圈数通常大于1圈，本发明中螺杆的进气段中螺旋槽的螺旋圈数小于0.5圈，与现有技术相比，本发明通过充分利用进气段中高效利用区域，放弃低效区域；在相同长度的螺杆情况下，可适应性地增加中间段和压缩排气段的长度，通过试验证实该螺杆真空泵的进气效率几乎不受影响，但明显能够提高能效比。

附图说明

图1是实施例1-1中螺杆结构示意图。

图2是实施例1-4中螺杆结构示意图。

图3是实施例1-5中螺杆结构示意图。

图中，100、进气段；200、第一过渡段；300、中间段；400、第二过渡段；500、压缩排气段。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一：一种螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件包括两根相啮合的螺杆，螺杆呈圆柱状，螺杆的外侧面上具有一条螺旋槽，螺杆中具有沿轴心线方向依次排列的进气段100、第一过渡段200、中间段300、第二过渡段400和压缩排气段500。

第一过渡段200和第二过渡段400对称设置，第一过渡段200中螺旋槽为变螺距螺旋槽，由此第一过渡段200从与进气段100相接端到与中间段300相接端单位长度的螺距逐渐增大，第二过渡段400从与中间段300相接端到压缩排气段500相接端单位长度的螺距逐渐缩小；通过过渡段实现螺距平缓过渡，实现提高螺杆真空泵的能效比。

进气段100、中间段300和压缩排气段500中螺旋槽均为等螺距螺旋槽，进气段100和压缩排气段500中螺旋槽的螺距相同，中间段300中螺旋槽的螺距大于进气段100中螺旋槽的螺距；通过增大中间段300的螺距使进入进气段100的物料能尽快地输送至压缩排气段500内，进而提高进气效率以及实现提高螺杆真空泵的能效比。

螺杆的压缩比为C，进气段100中螺旋槽的螺距为P，进气段100中螺旋槽的螺旋圈数为A₁，A₁小于0.5圈；进气段100的长度为L₁=A₁×P。第一过渡段200中螺旋槽的螺旋圈数为A₂，A₂=1-2×A₁；第一过渡段200的长度L₂=A₂×P+C×P/2。中间段300中螺旋槽的螺旋圈数为A₃，A₃=1-1-2×A₁=2×A₁，由此可知，第一过渡段200和中间段300中螺旋槽的螺旋总圈数为1圈；中间段300中螺旋槽的螺距为C×P；中间段300的长度为L₃=2×A₁×C×P。

螺杆中螺旋槽的螺旋总圈数N为n-0.01≤N≤n+0.01，n为3、4、5、6、7或8；那么压缩排气段500中螺旋槽的螺旋圈数为A₅=N-A₁-2×A₂-A₃，压缩排气段500中螺旋槽的螺距为P，压缩排气段500的长度为L₅=A₅×P。

实施例	N	<![CDATA[A<sub>1</sub>]]>	<![CDATA[A<sub>2</sub>]]>	<![CDATA[A<sub>3</sub>]]>	<![CDATA[A<sub>5</sub>]]>	C
							1-1	3	0.4	0.2	0.8	1.4	2.787
1-2	3	0.3	0.4	0.6	1.3	2.962
							1-3	4	0.43	0.14	0.86	2.43	3.029
1-4	5	0.479	0.042	0.958	3.479	3.252
							1-5	5	0.35	0.3	0.7	3.35	3.381
1-6	6	0.481	0.038	0.962	4.481	3.453
							1-7	7	0.488	0.024	0.976	5.488	3.646

实施例1-1和实施例1-2相对于其他实施例，螺杆的螺旋槽圈数较少，压缩比也较小，具有该螺杆的螺杆真空泵具有较大的抽气速率，尤其适用于所需达到的最低气压较高的工况中，如利用螺杆真空泵将工况容腔的压力从大气压抽至5000Pa，此工况下该压缩机不仅具有较优的能效比，还具有较高的抽气效率。

实施例1-4和实施例1-5相对于其他实施例，螺杆的螺旋槽圈数适中，压缩比也适中，具有该螺杆的螺杆真空泵具有较高的极限真空度，以及从千帕级气压抽至百帕级气压（如5000Pa至100Pa）时具有较优的能效比，尤其适用于所需达到的最低气压较低的工况中，如利用螺杆真空泵将工况容腔的压力从大气压抽至10Pa，虽然从大气压抽至5000Pa时不具有最优的抽气速率以及能效比，但该阶段在整个抽真空过程中所占时间较短，即从5000Pa抽至100Pa所用时间远远大于从大气压抽至5000Pa所用时间；通过保证抽真空最长时段的抽气速率以及能效比，仍然能提高压缩机的能效比。

实施例1-7相对于其他实施例，螺杆的螺旋槽圈数较多，压缩比也较高，具有该螺杆的螺杆真空泵具有更高的极限真空度，以及从千帕级气压抽至十帕级气压（如2000Pa至20Pa）时具有较优的能效比，尤其适用于所需达到的最低气压极低的工况中，如利用螺杆真空泵将工况容腔的压力从大气压抽至1Pa，甚至更低气压，虽然从大气压抽至2000Pa时不具有最优的抽气速率以及能效比，但该阶段在整个抽真空过程中所占时间较短，即从2000Pa抽至20Pa所用时间远远大于从大气压抽至2000Pa所用时间；通过保证抽真空最长时段的抽气速率以及能效比，仍然能提高压缩机的能效比。

概况来说，本螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件能设计出不同螺旋槽圈数和不同压缩比的螺杆，不同的螺杆在某一气压区间具有较优的能效比以及抽气效率，进入不同的螺杆可适用于不同的工况；进而螺杆真空泵制造企业根据实际工况和设计经验灵活调整参数，得到抽气效率和较优能效比所处气压区域与实际工况相匹配的螺杆。

实施例二：螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的螺杆设计方法首先确定螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的结构、确定螺旋槽的螺旋圈数N，n-0.01≤N≤n+0.01，n为3、4、5、6、7或8，以及确定第一过渡段200中螺旋槽的螺旋圈数A₂、第一过渡段200的长度L₂、中间段300中螺旋槽的螺旋圈数A₃与进气段100中螺旋槽的螺旋圈数A₁和/或进气段100中螺旋槽的螺距P的关系式。再确定螺杆的压缩比C，调整进气段100中螺旋槽的螺旋圈数A₁。

螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件包括两根相啮合的螺杆，螺杆呈圆柱状，螺杆的外侧面上具有一条螺旋槽，螺杆中具有沿轴心线方向依次排列的进气段100、第一过渡段200、中间段300、第二过渡段400和压缩排气段500，第一过渡段200和第二过渡段400对称设置；进气段100、中间段300和压缩排气段500中螺旋槽均为等螺距螺旋槽，进气段100和压缩排气段500中螺旋槽的螺距相同，中间段300中螺旋槽的螺距大于进气段100中螺旋槽的螺距。

关系式包括第一过渡段200中螺旋槽的螺旋圈数为A₂，A₂=1-2×A₁；第一过渡段200的长度L₂=A₂×P+C×P/2；中间段300中螺旋槽的螺旋圈数为A₃，A₃=2×A₁；那么压缩排气段500中螺旋槽的螺旋圈数为A₅=N-A₁-2×A₂-A₃；由此可以得到关于螺杆总长度L、螺杆的压缩比C、进气段100中螺旋槽的螺距P和进气段100中螺旋槽的螺旋圈数A₁的关系式；动平衡效果与螺杆总长度L、进气段100中螺旋槽的螺距P值无关。根据螺杆真空泵应用工况选择合适的螺杆的压缩比C，调整进气段100中螺旋槽的螺旋圈数A₁，便能得到动平衡性能优异的螺杆，甚至达到无需在螺杆的齿槽侧面和螺杆的端面上开槽，便满足螺杆动平衡技术要求。

实施例	N	<![CDATA[A<sub>1</sub>]]>	<![CDATA[A<sub>2</sub>]]>	<![CDATA[A<sub>3</sub>]]>	<![CDATA[A<sub>5</sub>]]>	C
							2-1	3	0.4	0.2	0.8	1.4	2.787
2-2	3	0.3	0.4	0.6	1.3	2.962
							2-3	4	0.43	0.14	0.86	2.43	3.029
2-4	5	0.479	0.042	0.958	3.479	3.252
							2-5	5	0.35	0.3	0.7	3.35	3.381
2-6	6	0.481	0.038	0.962	4.481	3.453
							2-7	7	0.488	0.024	0.976	5.488	3.646

设计出的螺杆也具有上述实施例一中螺杆一样的有益效果。

实施例三：本实施例同实施例二的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于：确定进气段100中螺旋槽的螺旋圈数A₁，调整螺杆的压缩比C，使螺杆达到动平衡。

实施例四：本实施例同实施例二的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于：同步调整螺杆的压缩比C和进气段100中螺旋槽的螺旋圈数A₁，使螺杆达到动平衡。

Claims

1.一种螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件，包括两根相啮合的螺杆，螺杆呈圆柱状，螺杆的外侧面上具有一条螺旋槽，螺杆中具有沿轴心线方向依次排列的进气段（100）、第一过渡段（200）、中间段（300）、第二过渡段（400）和压缩排气段（500），其特征在于，第一过渡段（200）和第二过渡段（400）对称设置；进气段（100）、中间段（300）和压缩排气段（500）中螺旋槽均为等螺距螺旋槽，进气段（100）和压缩排气段（500）中螺旋槽的螺距相同，中间段（300）中螺旋槽的螺距大于进气段（100）中螺旋槽的螺距，螺旋槽的螺旋圈数N为n-0.01≤N≤n+0.01，n为3、4、5、6、7或8。

2.根据权利要求1所述的螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件，其特征在于，所述进气段（100）中螺旋槽的螺旋圈数为A₁，A₁小于0.5圈。

3.根据权利要求2所述的螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件，其特征在于，所述第一过渡段（200）中螺旋槽的螺旋圈数为A₂，A₂=1-2×A₁；螺杆的压缩比为C，进气段（100）中螺旋槽的螺距为P，第一过渡段（200）的长度L₂=A₂×（P+C×P）/2。

4.根据权利要求2或3所述的螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件，其特征在于，所述中间段（300）中螺旋槽的螺旋圈数为A₃，A₃=2×A₁。

5.根据权利要求4所述的螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件，其特征在于，所述螺杆的压缩比为C，中间段（300）中螺旋槽的螺距为C×P。

6.一种螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的螺杆设计方法，其特征在于，螺杆设计方法是按下述顺序步骤进行的，首先确定螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的结构和确定螺旋槽的螺旋圈数N，n-0.01≤N≤n+0.01，n为3、4、5、6、7或8，螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件包括两根相啮合的螺杆，螺杆呈圆柱状，螺杆的外侧面上具有一条螺旋槽，螺杆中具有沿轴心线方向依次排列的进气段（100）、第一过渡段（200）、中间段（300）、第二过渡段（400）和压缩排气段（500），第一过渡段（200）和第二过渡段（400）对称设置；进气段（100）、中间段（300）和压缩排气段（500）中螺旋槽均为等螺距螺旋槽，进气段（100）和压缩排气段（500）中螺旋槽的螺距相同，中间段（300）中螺旋槽的螺距大于进气段（100）中螺旋槽的螺距；以及确定第一过渡段（200）中螺旋槽的螺旋圈数A₂、第一过渡段（200）的长度L₂、中间段（300）中螺旋槽的螺旋圈数A₃与进气段（100）中螺旋槽的螺旋圈数A₁和/或进气段（100）中螺旋槽的螺距P的关系式；再确定螺杆的压缩比C，调整进气段（100）中螺旋槽的螺旋圈数A₁，或确定进气段（100）中螺旋槽的螺旋圈数A₁，调整螺杆的压缩比C，或同步调整螺杆的压缩比C和进气段（100）中螺旋槽的螺旋圈数A₁，使螺杆达到动平衡。

7.根据权利要求6所述的螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的螺杆设计方法，其特征在于，所述进气段（100）中螺旋槽的螺旋圈数为A₁，A₁小于0.5圈。

8.根据权利要求7所述的螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的螺杆设计方法，其特征在于，所述第一过渡段（200）中螺旋槽的螺旋圈数为A₂，A₂=1-2×A₁；螺杆的压缩比为C，进气段（100）中螺旋槽的螺距为P，第一过渡段（200）的长度L₂=A₂×（P+C×P）/2。

9.根据权利要求6或7所述的螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的螺杆设计方法，其特征在于，所述中间段（300）中螺旋槽的螺旋圈数为A₃，A₃=2×A₁。

10.根据权利要求9所述的螺杆真空泵五段式变螺距螺杆组件的螺杆设计方法，其特征在于，所述螺杆的压缩比为C，中间段（300）中螺旋槽的螺距为C×P。