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--熱烈祝賀我會聯(lián)辦的科普活動被中國科協(xié)評為--優(yōu)秀科普活動
12月21日，中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會辦公廳印發(fā)《關(guān)于對2020年全國科普日有關(guān)組織單位和活動予以表揚(yáng)的通知》（科協(xié)辦函普字【2020】158號），江蘇省機(jī)械工程學(xué)會、南京工程學(xué)會和江蘇省學(xué)會服務(wù)中心聯(lián)辦的“2020年全國科普日暨第一屆‘天印筑夢·科普智行’”活動，被評為優(yōu)秀科普活動。
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各類真空泵原理概述大全
時(shí)間：2020/7/14 10:08:50 瀏覽次數(shù)：5753
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真空泵是用各種方法在某一封閉空間中產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。真空泵可以定義為：利用機(jī)械、物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方法對被抽容器進(jìn)行抽氣而獲得真空的器件或設(shè)備。隨著真空應(yīng)用的發(fā)展，真空泵的種類已發(fā)展了很多種，其抽速從每秒零點(diǎn)幾升到每秒幾十萬、數(shù)百萬升。極限壓力(極限真空)從粗真空到10 -12 Pa以上的極高真空范圍。
真空區(qū)域的劃分
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粗真空 |
10 5 ～10 3 Pa |
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低真空 |
10 3 ～10 -1 Pa |
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高真空 |
10 -1 ～10 -6 Pa |
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超高真空 |
10 -6 ～10 -10 Pa |
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極高真空 |
<10 -10 Pa |
真空泵的分類
按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分為兩種類型，即變?nèi)菡婵毡煤蛣恿總鬏敱谩?/span>
變?nèi)菡婵毡檬抢帽们蝗莘e的周期變化來完成吸氣和排氣以達(dá)到抽氣目的的真空泵。氣體在排出泵腔前被壓縮。
動量傳輸泵（分子真空泵）依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動量傳輸給氣體或氣體分子，使氣體連續(xù)不斷地從泵的入口傳輸?shù)匠隹凇＃▎为?dú)段介紹）
變?nèi)菡婵毡糜址譃椋和鶑?fù)式，旋轉(zhuǎn)式（旋片式、滑閥式、液環(huán)式、羅茨式、螺旋式、爪形轉(zhuǎn)子式），其它型式。
各類真空泵工作壓力范圍
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真空泵種類 |
工作壓強(qiáng)范圍（Pa） |
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往復(fù)式真空泵 |
1×10 5～1.3×10 2 |
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旋片式真空泵 |
1×10 5～6.7×10 -1 |
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液環(huán)式真空泵 |
1×10 5～2.7×10 3 |
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羅茨式真空泵 |
1.3×10 3～1.3 |
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水蒸氣噴射泵 |
1×10 5～1.3×10 -1 |
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油擴(kuò)散泵 |
1.3×10 -2～1.3×10 -7 |
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鈦升華泵 |
1.3×10 -2～1.3×10 -9 |
真空泵的規(guī)格及型號表示法
國產(chǎn)的各種機(jī)械真空泵的型號通常是用漢語拼音字母來表示。漢語拼音字母表示泵的類型；字母前的數(shù)字表示泵的級數(shù)，單級時(shí)“1”省略；字母后邊橫線后的數(shù)字表示泵的抽速(L/S) 。
國產(chǎn)真空泵型號對照表
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型 號 |
名 稱 |
型 號 |
名 稱 |
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W |
往復(fù)式真空泵 |
H |
滑閥式真空泵 |
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WY |
移動閥式往復(fù)泵 |
YZ |
余擺線真空泵 |
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WL |
立式往復(fù)泵 |
ZJ |
羅茨真空泵 |
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SZ |
水環(huán)泵 |
X |
旋片式真空泵 |
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SZB |
懸臂式結(jié)構(gòu)水環(huán)泵 |
F |
分子真空泵 |
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SZZ |
直聯(lián)式水環(huán)泵 |
XZ |
直聯(lián)式旋片泵 |
常用真空泵技術(shù)
蒸汽噴射泵
濕式泵（液環(huán)真空泵、旋轉(zhuǎn)葉片泵）
干式泵（羅茨泵、螺桿泵、爪式泵）
1、蒸汽噴射泵
噴射真空泵工作原理：蒸汽噴射真空泵有一定壓強(qiáng)的工作的真空泵設(shè)備，蒸汽通過拉瓦爾噴咀，減壓增速，蒸汽的勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽懿⒁猿羲賴娙牖旌鲜遥c被抽介質(zhì)混合，進(jìn)行能量交換，混合后的氣體進(jìn)入擴(kuò)壓器，減速增壓，動通轉(zhuǎn)化為壓強(qiáng)能，為了減少后級泵的抽氣負(fù)荷，配置冷凝器，通過有一定溫差的兩種介質(zhì)對流，進(jìn)行熱交換，達(dá)到冷凝高溫介質(zhì)目的，排到大氣壓。工作原理如下圖所示：
常用真空泵技術(shù)
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優(yōu)點(diǎn)： |
缺點(diǎn)： |
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無機(jī)械運(yùn)動部件 |
運(yùn)動流體供應(yīng) |
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可靠耐用 |
廢水處理 |
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快速的抽真空 |
工藝過程污染 |
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緊湊、占地面積小 |
故障探尋困難 |
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工作安全 |
級間冷卻 |
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低的投資成本 |
常為多級 |
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適應(yīng)性強(qiáng) |
在 400PaA以下結(jié)冰 |
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結(jié)構(gòu)簡單、重量輕 |
2、濕式泵：液環(huán)真空泵
在圓形泵體（A）內(nèi)，在相對于泵體中心線為偏心的軸上裝有一個(gè)葉輪（B）。轉(zhuǎn)動的葉輪的離心作用迫使工作液通過通道（D）流向腔體周邊形成環(huán)流（C）。
泵起作用時(shí)，被輸送的氣體混合物經(jīng)過中間板（E）上的吸入口（H）進(jìn)入葉輪，在泵入口處形成真空。氣體混合物充入位于液環(huán)內(nèi)徑和葉輪葉片根部之間的葉輪腔內(nèi)。當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)動時(shí)，葉輪葉片浸沒在液環(huán)中的程度增加，而使液環(huán)和葉輪葉片根部之間的容積減少。結(jié)果是氣體混合物受到壓縮，直至到達(dá)中間板中（K）的排放口（J）。氣體混合物通過排放口排出。
在壓縮循環(huán)過程中，熱傳遞到液環(huán)。為了使溫度保持在工作液的蒸發(fā)點(diǎn)以下，必須進(jìn)行冷卻。通過連續(xù)不斷地向液環(huán)添加冷的工作液來達(dá)到冷卻的目的。添加的工作液量與經(jīng)過排放口與壓縮氣體混合物一起排放的工作液排放量相等。氣體混合物和工作液最終經(jīng)過泵出口進(jìn)行分離。
液環(huán)泵按不同結(jié)構(gòu)可分成如下幾種類型：
(1) 單級單作用液環(huán)泵單級是指只有一個(gè)葉輪，單作用是指葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，吸氣、排氣各進(jìn)行一次。這種泵的極限真空較高，但抽速和效率較低。
(2) 單級雙作用液環(huán)泵單級是指只有一個(gè)葉輪，雙作用是指葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，吸氣、排氣各進(jìn)行二次。在相同的抽速條件下，雙作用液環(huán)泵比單作用液環(huán)泵大大減少尺寸和重量。由于工作腔對稱分布于泵輪轂兩側(cè)，改善了作用在轉(zhuǎn)子上的載荷。此種泵的抽速較大，效率也較高。
(3)雙級液環(huán)泵大多是單作用泵串聯(lián)而成。實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)單級單作用的液環(huán)泵的葉輪共用一根心軸聯(lián)接而成。它的主要特點(diǎn)是在較高真空度下，仍然具有較大的抽速，而且工作狀況穩(wěn)定。
(4)大氣液環(huán)泵實(shí)際是大氣噴射器串聯(lián)液環(huán)泵的機(jī)組。液環(huán)泵前面串聯(lián)大氣泵是為了提高極限真空，擴(kuò)大泵的使用范圍。
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優(yōu)點(diǎn) |
缺點(diǎn) |
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結(jié)構(gòu)簡單，制造精度要求不高，容易加工。 結(jié)構(gòu)緊湊，泵的轉(zhuǎn)數(shù)較高，一般可與電動機(jī)直聯(lián)，無須減速裝置。故用小的結(jié)構(gòu)尺寸，可以獲得大的排氣量，占地面積也小。 壓縮氣體基本上是等溫的，即壓縮氣體過程溫度變化很小。 由于泵腔內(nèi)沒有金屬磨擦表面，無須對泵內(nèi)進(jìn)行潤滑，而且磨損很小。轉(zhuǎn)動件和固定件之間的密封可直接由水封來完成。 吸氣均勻，工作平穩(wěn)可靠，維修方便。 |
效率低，一般在30%左右，較好的可達(dá)50%。 真空度低，這不僅是因?yàn)槭艿浇Y(jié)構(gòu)上的限制，更重要的是受工作液飽和蒸氣壓的限制。用水作工作液，極限壓強(qiáng)只能達(dá)到2000~4000Pa。用油作工作液，可達(dá)130Pa。 封液循環(huán)、污染。 |
濕式泵：旋轉(zhuǎn)葉片泵
轉(zhuǎn)子在有柱狀膛孔的定子內(nèi) 。
轉(zhuǎn)子有兩個(gè)葉片在槽中反向滑動 。
當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，葉片端與油潤滑定子壁接觸。
每轉(zhuǎn)一次為兩個(gè)泵吸循環(huán) —比較小的不平衡力。
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優(yōu) 點(diǎn) |
缺 點(diǎn) |
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極限壓力好 噪聲小 應(yīng)用范圍廣 |
油封液污染 對腐蝕很敏感 維修費(fèi)用高 抽速范圍受到限制 不適于抽除含氧過高、有爆炸性、對泵密封油起化學(xué)作用、及含有顆粒灰塵的氣體。 |
濕式泵的主要問題：密封液體供應(yīng)，污染，廢水處理，腐蝕，蒸汽壓力限制（特別是液環(huán)泵），可靠性，運(yùn)行成本。
3、干式泵
干式抽真空：沒有工業(yè)生產(chǎn)液流的污染；
深度真空，運(yùn)轉(zhuǎn)更靈活；
無廢水，無污染，（較少或）無廢棄物處理費(fèi)用；
維修成本較低；
在泵排放口立即回收溶劑；
消耗水、電、氣等費(fèi)用較低→運(yùn)行成本較低。
技術(shù)對比：
干式泵的成本
投資成本較高，但較低的運(yùn)行成本。
延長維修服務(wù)間隔時(shí)間和軸承壽命。
在運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，電力消耗較低。因此，在容能比（M 3 /hr/kW）方面節(jié)能效果更好。
無受污染的油要進(jìn)行處理（除了齒輪箱以外）。
干式泵技術(shù)：泵的類型：羅茨泵、螺桿泵、爪式泵；
羅茨泵：
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螺桿泵：
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螺桿泵是利用齒輪傳動同步反向旋轉(zhuǎn)的相互嚙合而不接觸的左螺桿與右螺桿作高速轉(zhuǎn)動，利用泵殼和相互嚙合的螺旋將螺旋槽分隔成多個(gè)空間、形成多個(gè)級，氣體在相等的各個(gè)槽內(nèi)（柱形等螺距）進(jìn)行傳輸運(yùn)動，但無壓縮，只有螺桿最末端的螺旋結(jié)構(gòu)對氣體有壓縮作用。螺桿的各級間可形成壓力梯度，以分散壓差和提高壓縮比。各部間隙和泵轉(zhuǎn)速對泵的性能有很大影響。在設(shè)計(jì)螺桿各部的間隙時(shí)，要考慮膨脹、加工及裝配精度和工作環(huán)境（如抽除含粉塵氣體等）等。
螺桿泵結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
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通過減速或注氣來冷卻—能力降低并減少危險(xiǎn)
雙螺桿運(yùn)轉(zhuǎn) 不銹鋼轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子嚙合匹配 懸臂軸 單級壓縮 產(chǎn)生過多的熱 有很好的液體兼容性 維護(hù)保養(yǎng)非常容易 復(fù)雜的螺桿結(jié)構(gòu)方式 |
爪式泵
爪式泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
氣體壓縮比高
有效的氣體壓縮
工藝材料可以從泵中通過（良好的灰塵處理）
良好的蒸汽輸送和回收
能忍受熱負(fù)載
抽空到和擴(kuò)散泵交接
直接支持工業(yè)擴(kuò)散泵
動量傳遞式真空泵
利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動量傳輸給被抽氣體或氣體分子，使氣體不斷地從入口傳輸?shù)匠隹诘恼婵毡谩?/span>
分子泵：牽引分子泵、渦輪分子泵和復(fù)合分子泵三大類。
噴射真空泵：水噴射泵、氣體噴射泵和蒸汽噴射泵三大類
擴(kuò)散泵：以油或汞蒸汽作為工作介質(zhì)。汞擴(kuò)散泵不帶分餾裝置，油擴(kuò)散泵有分餾裝置。
噴射真空泵(Jet Vacuum Pump)
噴射真空泵是利用液體或者氣體的高速射流攜帶被抽氣體，使被抽容器內(nèi)獲得一定真空度的一種低真空泵。
按工作介質(zhì)可分為水噴射泵、大氣噴射泵和水蒸汽噴射泵
噴射泵特點(diǎn)：
結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠；
可抽除含有水蒸汽、粉塵的氣體、易燃易爆氣體和腐蝕性氣體；
抽氣量大，應(yīng)用廣泛：冶金、化工、食品制造等領(lǐng)域；
缺點(diǎn)：抽氣效率低，能量損失大。
水噴射泵是用水作為工作介質(zhì)，通過高速射流來引射被抽氣體，使容器達(dá)到一定真空度的粗真空獲得設(shè)備。
單級泵的極限壓強(qiáng)為3.3kPa，兩級串聯(lián)可獲得好一些的真空度，主要受水飽和蒸汽壓的限制。
可單獨(dú)使用，也可作為其他真空泵的前級。
噴嘴的作用是將水的壓強(qiáng)轉(zhuǎn)變成動能，其結(jié)構(gòu)對泵的性能影響較大，常用錐形收縮型、流線型和多孔型。
吸入室一般為圓筒形，截面積為噴嘴出口面積的6-10倍。
擴(kuò)散器由漸縮段、喉管、漸擴(kuò)段組成。漸縮段使氣體順利進(jìn)入喉管(15~30 o )；喉管使液體與氣體均勻混合，進(jìn)行質(zhì)量遷移和能量傳遞；漸擴(kuò)段是將氣液混合介質(zhì)動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽贡怀闅怏w壓縮。(5~8 o )
鍋爐內(nèi)的擴(kuò)散泵油經(jīng)電加熱沸騰形成蒸汽；
油蒸汽經(jīng)過導(dǎo)流管進(jìn)入傘形噴嘴，形成超音速蒸汽流；
由于存在密度梯度，油蒸汽射流上方的被抽氣體擴(kuò)散到蒸汽射流內(nèi)部，獲得動量，被攜帶到泵壁上；
油蒸汽在水冷泵壁上冷凝，釋放出氣體，被前級泵抽走；
冷凝油滴沿泵壁流回鍋爐。
真空泵的工作壓強(qiáng)應(yīng)該滿足真空設(shè)備的極限真空及工作壓強(qiáng)要求。
正確地選擇真空泵的工作點(diǎn)。
真空泵在其工作壓強(qiáng)下，應(yīng)能排走真空設(shè)備工藝過程中產(chǎn)生的全部氣體量。
了解被抽氣體成分，氣體中含不含可凝蒸氣，有無顆粒灰塵，有無腐蝕性等。
真空設(shè)備對油污染的要求。若設(shè)備嚴(yán)格要求無油時(shí)，應(yīng)該選各種無油泵。
真空泵的價(jià)格、運(yùn)轉(zhuǎn)及維修費(fèi)用。
