[發明專利]懸臂式高速透平真空泵及其抽真空方法

有效

• 申請號: 200710071245.3
• 申請日: 2007-09-07
• 公開（公告）號: CN101122294A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 吳大轉;溫建新;王樂勤
• 申請（專利權）人: 浙江大學;杭州振興工業泵制造有限公司
• 主分類號: F04D17/10
• 分類號: F04D17/10;F04D25/02;F04D29/42;F04D29/44;F04D29/28;F04D29/056;F04D29/30
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及一種真空泵，更具體的說是一種懸臂式高速透平真空泵及其抽真空方法，屬于真空設備和透平機械技術領域。

背景技術

真空泵通常和其他設備組成真空系統，廣泛應用于石油、化工、機械、礦山、輕工、醫藥、食品、電子、冶金、航天等部門，應用較廣的傳統真空泵產品主要包括液環式真空泵、往復式真空泵、羅茨真空泵和旋片式真空泵等。

其中，液環式真空泵是一種粗真空泵，也可用作壓縮機，在工業生產的真空過濾、真空引水、真空送料、真空蒸發、真空濃縮、真空回潮和真空脫氣等工藝過程中得到廣泛應用。液環式真空泵的泵體中裝有適量的液體作為工作液，并依靠泵腔容積的變化來實現吸氣、壓縮和排氣，它屬于變容式真空泵。由于循環液的存在，使液環式真空泵具有較好的密封性和防爆性的同時，效率偏低。

往復式真空泵的抽氣速率較大，真空度較高，在化工廠中廣泛應用。往復真空泵腔體連接兩個單向閥，一個口吸入，一個口排出，來回抽壓柱塞，通過吸入端抽真空。相對而言，其結構復雜，維修量大，并且效率相對較低。

羅茨真空泵是一種旋轉式變容真空泵，它由羅茨鼓風機演變而來。羅茨真空泵在較寬的壓強范圍內有較大的抽速，且具有驅動功率小、結構緊湊、占地面積小和運轉維護費用低等優點，因此，在冶金、石油化工、造紙、食品、電子工業部門得到廣泛的應用。羅茨泵在泵腔內，有二個“8”字形的轉子相互垂直地安裝在一對平行軸上，由一對齒輪帶動作彼此反向的同步旋轉運動。在轉子之間，轉子與泵殼內壁之間，保持有一定的間隙，可以實現較高的轉速運行。

旋片式真空泵是一種油封式機械真空泵。它可以單獨使用，也可以作為其它高真空泵或超高真空泵的前級泵。它廣泛地應用于冶金、機械、軍工、電子、化工、輕工、石油及醫藥等生產和科研部門。旋片泵主要由泵體、轉子、旋片、端蓋、彈簧等組成。在旋片泵的腔內偏心地安裝一個轉子，轉子外圓與泵腔內表面相切(二者有很小的間隙)，轉子槽內裝有帶彈簧的二個旋片。旋轉時，靠離心力和彈簧的張力使旋片頂端與泵腔的內壁保持接觸，轉子旋轉帶動旋片沿泵腔內壁滑動。旋片式真空泵屬于低真空泵，是真空技術中最基本的真空獲得設備之一，但旋片泵多為中小型泵。

綜上所述，目前普遍應用的真空泵產品大多以容積式真空泵，普遍存在效率較低的情況，并且受到轉速難以達到很高的限制，特別在一些需要大抽氣量粗真空獲得場合，所需真空泵往往體積大、能耗高、噪聲大。例如，造紙過程的脫水工藝需要大量使用真空泵抽取真空，要求抽取流量很大，并且脫水設備的不同位置有著不同真空度要求。目前，這種工藝場合普遍使用的是真空設備是水環式真空泵(液環式真空泵)，但是滿足該場合性能需要的水環式真空泵體積大、噪聲大、能耗大，并且需要配備多臺水環式真空泵。此外，其它工業領域的大流量抽取真空的場合也存在類似問題。

鑒于上述原因，可以從另一個角度出發，考慮到大多旋轉機械的介質壓縮和抽吸是兩個并存的過程。例如，液環式真空泵同時可以作為液環式壓縮機，它們的區別只是在于利用入口抽吸氣體還是利用出口壓縮氣體。類似地，一般的透平壓縮機入口也存在一定的真空度，具有一定的抽吸工藝氣體能力，并且可以實現大流量抽取，而透平機的效率可達到80％以上，遠高于液環式真空泵。因此，考慮利用透平機葉輪抽吸能力，并在葉輪葉片的設計上采用吸入端向前延伸和自由曲面等方法提高葉輪吸入口的真空度和抽吸能力，利用這種思路設計獨特的透平真空泵可以明顯地節約能耗。考慮到減小機器的體積和重量以及獲得高真空的工藝需要，透平機械可采用遠高于普通真空泵的轉速，這使得高速透平真空泵在體積和重量上具有明顯的優勢。進一步地，考慮一臺高速透平真空泵實現多位置、多個真空度的抽取，可采用多級或多泵頭結構。

基于以上思想，德國MAN公司曾針對造紙廠的工藝特征，為脫水工藝過程專門設計和提供了單級和多級真空風機TURBAIR，它是利用閉式離心葉輪實現真空的抽取，并且各葉輪全部串聯在一根主軸上，呈多級透平風機結構，其轉速難以達到很高，致使其體積較為龐大。

考慮到多級透平機在結構緊湊性、機器的維修性和可靠性等方面存在不足，進一步考慮一種全新的多泵頭結構的懸臂式高速透平真空泵是非常必要的，這種結構的葉輪工作轉速在10000r/min以上，最高達到30000r/min，使得同樣的真空度和葉輪線速度條件下具有較小的葉輪尺寸。因此，它相對普通真空泵在節能和緊湊性方面的優勢非常明顯，并且相對多級透平結構而言又具有更佳的節能效果和靈活性。這種結構在造紙、化工、冶金等各行業將具有很高的應用價值。以上也就是本發明的出發點。

發明內容