CN116241461A - 一种多级罗茨真空泵及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多级罗茨真空泵及其工作方法。所述多级罗茨真空泵包括泵壳、第一转子、第二转子；所述泵壳包括上壳体、下壳体，所述上壳体、下壳体内设置气流通道；所述第一转子、第二转子分别绕各自的旋转轴沿相反方向旋转，所述第一转子、第二转子的旋转轴的轴线互相平行设置；所述第一转子、第二转子分别包括多级转子，多级转子在所述旋转轴的轴线方向上间隔排列；所述第一转子、第二转子的多级转子垂直于旋转轴线的剖面呈8字叶形轮廓和/或四叶形轮廓和/或五叶形轮廓。

Description

一种多级罗茨真空泵及其工作方法
技术领域
本发明涉及真空泵技术领域，尤其涉及一种多级罗茨真空泵及其工作方法。
背景技术
罗茨真空泵是一种旋转容积式真空泵，能在较宽的压力范围内工作，且泵腔内无油，目前已广泛应用于半导体、电子、石油、化工等行业的真空系统。罗茨真空泵是一种双转子压缩机械，两转子的轴线互相平行。转子由叶轮与轴组合而成，叶轮之间、叶轮与机壳及墙板之间具有微小间隙，以避免相互接触。两转子由原动机通过一对同步齿轮驱动，作方向相反的等速旋转。借助于两叶轮的相互啃合，真空泵进、排气口不直接相通，叶轮与机壳及墙板围成封闭的基元容积，其大小在旋转过程中不发生变化。传统形式下，气体的压缩是在基元容积与排气口连通的一瞬间，由高压气体向基元容积回流均压而实现的。
现有技术CN103089647A公开了一种多级干式真空泵，包括多级缸体，成对转子容纳在缸体内部容纳空间内并彼此啮合地转动。传统的多级罗茨泵所采用的转子结构大多为两叶的八字形转子或三叶的Y型转子进行叠加，这类少叶转子可以有效降低整泵重量，减少转轴的支撑重量，但是当转速较高时，噪音高、排气平缓性能较差，降低泵的运行稳定性。
因此，如何克服上述现有技术方案的不足，克服罗茨泵的重量较大、成本较高，且在排放过程中平缓性能差、噪音高、稳定性较差的问题，成为本技术领域亟待解决的课题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种多级罗茨真空泵及其工作方法。本发明具体采用如下技术方案。
一种多级罗茨真空泵，包括：泵壳、第一转子、第二转子；
所述泵壳包括上壳体、下壳体，所述上壳体、下壳体内设置气流通道；
所述第一转子、第二转子分别绕各自的旋转轴沿相反方向旋转，所述第一转子、第二转子的旋转轴的轴线互相平行设置；
所述第一转子、第二转子分别包括多级转子，多级转子在所述旋转轴的轴线方向上间隔排列；
所述第一转子、第二转子的多级转子垂直于旋转轴线的剖面呈8字叶形轮廓和/或四叶形轮廓和/或五叶形轮廓。
进一步，所述泵壳包括与多级转子对应的多级工作腔，所述多级工作腔在所述旋转轴的轴线方向上间隔排列；
所述第一转子、第二转子旋转时，每级一个转子的远离该级另一转子的叶顶端与所述泵壳的内侧壁形成密封。
进一步，所述第一转子、第二转子、上壳体、下壳体的材质为高镍合金材料，所述上壳体、下壳体彼此之间通过法兰盘和螺栓固定连接。
进一步，所述第一转子、第二转子的每级转子延所述旋转轴线方向的轴向长度逐级递减；所述上壳体、下壳体中用于放置所述第一转子、第二转子的多级转子的多级工作腔容积逐级递减。
进一步，所述上壳体的上方侧壁开设有进气口，所述下壳体的下方侧壁开设有排气口；所述进气口的开口面积大于或等于所述排气口的开口面积；所述进气口设置在第一级转子上方，所述排气口设置在最后一级转子下方。
进一步，所述第一转子、第二转子分别包括七级多级转子，即第一级转子、第二级转子、第三级转子、第四级转子、第五级转子、第六级转子、第七级转子；
所述第一级转子、第二级转子、第三级转子为垂直于旋转轴线的剖面呈8字两叶形轮廓的两叶形转子；
所述第四级转子、第五级转子为垂直于旋转轴线的剖面呈四叶形轮廓的四叶形转子；
所述第六级转子、第七级转子为垂直于旋转轴线的剖面呈五叶形轮廓的五叶形转子。
进一步，所述上壳体、下壳体中用于放置所述第一转子、第二转子的多级转子的多级工作腔之间，形成多级的所述气流通道；
前一级转子与后一级转子之间的所述气流通道（5），分别连接前一级转子的下方连通孔与后一级转子上方的连通孔。
进一步，所述气流通道垂直于旋转轴的剖面为扁平状的椭圆形。
进一步，所述下壳体的下方设置有多个连通孔；
其中，所述下壳体与第五级转子重合位置处，在所述第一转子、第二转子下方左右两侧各有一个连通孔；
所述下壳体与第六级转子重合位置处，在所述第一转子、第二转子下方左右两侧各有两个连通孔；
所述下壳体与第七级转子（20）重合位置处，在所述第一转子、第二转子下方左右两侧各有三个连通孔。
本发明还涉及一种采用如上所述的多级罗茨真空泵的工作方法,所述方法循环执行如下步骤：
S1.所述第一转子、第二转子在各自的旋转轴的带动下沿相反方向旋转，使得与所述进气口相邻的工作腔体积增大；
S2.气体由所述进气口流入；
S3.所述第一转子、第二转子在各自的旋转轴的带动下继续旋转，使得与所述排气口相邻的工作腔体积缩小；
S4.气体进入第一级转子的工作腔体后经历吸入、运输、压缩和排出过程后，由第一级转子出口处排出，高压气体流经所述气流通道后依次进入各级转子，依次经历吸入、运输、压缩和排出过程；
S5.气体由所述排气口排出。
本发明提出的一种多级罗茨真空泵及其工作方法，克服了罗茨泵的重量较大、成本较高，且在排放过程中平缓性能差、噪音高、稳定性较差的问题，采用扁平状的椭圆形管道，提高气流在输送过程中的效率，并采用少叶与多叶组合而成的转子，可在细微增加整泵重量的前提下，有效提高多级罗茨真空泵运行稳定性及压缩性。
附图说明
图1为本发明多级罗茨真空泵的三维结构图。
图2为本发明多级罗茨真空泵中的转子结构示意图。
图3 为本发明多级罗茨真空泵的俯视图。
图4为图3的D-D面剖视图。
图5为图3的A-A面剖视图。
图6为图3的B-B面剖视图。
图7为图3的C-C面剖视图。
图8为本发明多级罗茨真空泵的气体流道截面视图。
图9为本发明多级罗茨真空泵的气体流道内流场分布图。
实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。
除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参见附图1，为本发明具体实施例1的一种多级罗茨真空泵,所述多级罗茨真空泵包括：泵壳、第一转子3、第二转子4。所述泵壳包括上壳体1、下壳体2，所述上壳体1、下壳体2内设置气流通道5。
所述第一转子3、第二转子4分别绕各自的旋转轴沿相反方向旋转；所述第一转子3、第二转子4的旋转轴的轴线互相平行设置。
所述第一转子3、第二转子4包括多级转子，多级转子在所述旋转轴的轴线方向上间隔排列，所述泵壳包括与多级转子对应的多级工作腔，所述多级工作腔在所述旋转轴的轴线方向上间隔排列。
所述第一转子3、第二转子4、上壳体1、下壳体2的材质为高镍合金材料，所述上壳体1、下壳体2彼此之间通过法兰盘和螺栓固定连接。
参见附图2所示，所述第一转子3、第二转子4分别包括多级转子，每级转子延所述旋转轴线方向的轴向长度逐级递减。与之对应的，所述上壳体1、下壳体2中用于放置所述第一转子3、第二转子4的多级转子的多级基元容积逐级递减。
所述第一转子3、第二转子4垂直于旋转轴线的剖面呈8字叶形轮廓和/或四叶形轮廓和/或五叶形轮廓，所述第一转子3、第二转子4旋转时，每级一个转子的远离该级另一转子的叶顶端与所述泵壳的内侧壁形成密封。
参见附图4所示，所述上壳体1的上方侧壁开设有进气口6，下壳体2的下方侧壁开设有排气口7。所述进气口6的开口面积大于或等于所述排气口7的开口面积。所述进气口6设置在第一级转子上方，所述排气口设置在最后一级转子下方。
所述上壳体1、下壳体2中用于放置所述第一转子3、第二转子4的多级转子的多级基元之间，形成多级的所述气流通道5。
参见附图2所示，所述第一转子3、第二转子4分别包括第一级转子14、第二级转子15、第三级转子16、第四级转子17、第五级转子18、第六级转子19、第七级转子20。
参见附图5所示，所述第一级转子14、第二级转子15、第三级转子16为垂直于旋转轴线的剖面呈8字两叶形轮廓的两叶形转子9，同一级两个转子之间形成工作腔8.
参见附图6所示，所述第四级转子17、第五级转子18为垂直于旋转轴线的剖面呈四叶形轮廓的四叶形转子10。
参见附图7所示，所述第六级转子19、第七级转子20为垂直于旋转轴线的剖面呈五叶形轮廓的五叶形转子11。
参见附图4所示，前一级转子与后一级转子之间的所述气流通道5，分别连接前一级转子的下方连通孔与后一级转子上方的连通孔。
所述下壳体2的下方设置有多个连通孔。
其中，所述下壳体2与第五级转子18重合位置处，在所述第一转子3、第二转子4下方左右两侧各有一个连通孔。
所述下壳体2与第六级转子19重合位置处，在所述第一转子3、第二转子4下方左右两侧各有两个连通孔。参见附图7，示出了第六级转子19下方左右两侧各有两个连通孔12。
所述下壳体2与第七级转子20重合位置处，在所述第一转子3、第二转子4下方左右两侧各有三个连通孔。
参见附图8所示，所述气流通道5垂直于旋转轴的剖面为扁平状的椭圆形管道13，除中部双转子贯穿部分为镂空，其余位置皆为管道部分，增大了整体气流通道的过流面积。
参见附图9，该椭圆形管道13可以有效降低流动过程中的旋涡，保持气流的稳定输送。
本发明的具体实施例2例涉及一种采用具体实施例1的多级罗茨真空泵的工作方法,所述方法循环执行如下步骤：
S1.所述第一转子3、第二转子4在各自的旋转轴的带动下沿相反方向旋转，使得与所述进气口相邻的工作腔体积增大。
S2.气体由所述进气口6流入。
S3.所述第一转子3、第二转子4在各自的旋转轴的带动下继续旋转，使得与所述排气口相邻的工作腔体积缩小。
S4.气体经第一级转子14的腔体8后经历吸入、运输、压缩和排出过程后，由第一级转子出口处排出，高压气体流经管道13后进入第二级转子15，依次循环。
S5.气体由所述排气口7排出。
本发明的技术方案获得了下列有益效果：采用少叶与多叶的转子组合可以在细微增加整泵重量的前提下，提高转轴的转速适应范围，降低前级转子的温度，解决运行过程中泵体噪音高、排气平缓性能差的问题，提高泵的运行稳定性及压缩性。
如上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多级罗茨真空泵，其特征在于，所述多级罗茨真空泵包括：泵壳、第一转子（3）、第二转子（4）；
所述泵壳包括上壳体（1）、下壳体（2），所述上壳体（1）、下壳体（2）内设置气流通道（5）；
所述第一转子（3）、第二转子（4）分别绕各自的旋转轴沿相反方向旋转，所述第一转子（3）、第二转子（4）的旋转轴的轴线互相平行设置；
所述第一转子（3）、第二转子（4）分别包括多级转子，多级转子在所述旋转轴的轴线方向上间隔排列；
所述第一转子（3）、第二转子（4）的多级转子垂直于旋转轴线的剖面呈8字叶形轮廓和/或四叶形轮廓和/或五叶形轮廓。
2.根据权利要求1所述的一种多级罗茨真空泵，其特征在于，所述泵壳包括与多级转子对应的多级工作腔，所述多级工作腔在所述旋转轴的轴线方向上间隔排列；
所述第一转子（3）、第二转子（4）旋转时，每级一个转子的远离该级另一转子的叶顶端与所述泵壳的内侧壁形成密封。
3.根据权利要求1所述的一种多级罗茨真空泵，其特征在于，所述第一转子（3）、第二转子（4）、上壳体（1）、下壳体（2）的材质为高镍合金材料，所述上壳体（1）、下壳体（2）彼此之间通过法兰盘和螺栓固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种多级罗茨真空泵，其特征在于，所述第一转子（3）、第二转子（4）的每级转子延所述旋转轴线方向的轴向长度逐级递减；所述上壳体（1）、下壳体（2）中用于放置所述第一转子（3）、第二转子（4）的多级转子的多级工作腔容积逐级递减。
5.根据权利要求1所述的一种多级罗茨真空泵，其特征在于，所述上壳体（1）的上方侧壁开设有进气口（6），所述下壳体（2）的下方侧壁开设有排气口（7）；所述进气口（6）的开口面积大于或等于所述排气口（7）的开口面积；所述进气口（6）设置在第一级转子上方，所述排气口（7）设置在最后一级转子下方。
6.根据权利要求1所述的一种多级罗茨真空泵，其特征在于，所述第一转子（3）、第二转子（4）分别包括七级多级转子，即第一级转子（14）、第二级转子（15）、第三级转子（16）、第四级转子（17）、第五级转子（18）、第六级转子（19）、第七级转子（20）；
所述第一级转子（14）、第二级转子（15）、第三级转子（16）为垂直于旋转轴线的剖面呈8字两叶形轮廓的两叶形转子；
所述第四级转子（17）、第五级转子（18）为垂直于旋转轴线的剖面呈四叶形轮廓的四叶形转子；
所述第六级转子（19）、第七级转子（20）为垂直于旋转轴线的剖面呈五叶形轮廓的五叶形转子。
7.根据权利要求6所述的一种多级罗茨真空泵，其特征在于，所述上壳体（1）、下壳体（2）中用于放置所述第一转子（3）、第二转子（4）的多级转子的多级工作腔之间，形成多级的所述气流通道（5）；
前一级转子与后一级转子之间的所述气流通道（5），分别连接前一级转子的下方连通孔与后一级转子上方的连通孔。
8.根据权利要求7所述的一种多级罗茨真空泵，其特征在于，所述气流通道（5）垂直于旋转轴的剖面为扁平状的椭圆形。
9.根据权利要求7所述的一种多级罗茨真空泵，其特征在于，所述下壳体（2）的下方设置有多个连通孔；
其中，所述下壳体（2）与第五级转子（18）重合位置处，在所述第一转子（3）、第二转子（4）下方左右两侧各有一个连通孔；
所述下壳体（2）与第六级转子（19）重合位置处，在所述第一转子（3）、第二转子（4）下方左右两侧各有两个连通孔；
所述下壳体（2）与第七级转子（20）重合位置处，在所述第一转子（3）、第二转子（4）下方左右两侧各有三个连通孔。
10.一种采用权利要求1-9任一项所述的多级罗茨真空泵的工作方法,所述方法循环执行如下步骤：
S1.所述第一转子（3）、第二转子（4）在各自的旋转轴的带动下沿相反方向旋转，使得与所述进气口（6）相邻的工作腔体积增大；
S2.气体由所述进气口（6）流入；
S3.所述第一转子（3）、第二转子（4）在各自的旋转轴的带动下继续旋转，使得与所述排气口（7）相邻的工作腔体积缩小；
S4.气体进入第一级转子（14）的工作腔体后经历吸入、运输、压缩和排出过程后，由第一级转子出口处排出，高压气体流经所述气流通道（5）后依次进入各级转子，依次经历吸入、运输、压缩和排出过程；
S5.气体由所述排气口（7）排出。
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