真空泵有哪些类型?
凡是利用机械运动(转动或滑动)以获得真空的泵,称为机械真空泵。
机械真空泵按其工作原理及结构特点分述如下:
一、变容真空泵
它是利用泵腔容积的周期变化来完成吸气和排气以达到抽气目的的真空泵。气体在排出泵腔前被压缩。这种泵分为往复式及旋转式两种。
1、往复式真空泵 :利用泵腔内活塞往复运动,将气体吸入、压缩并排出。又称为活塞式真空泵。
2、旋转式真空泵 : 利用泵腔内转子部件的旋转运动将气体吸入、压缩并排出。它大致有如下几种分类:
1)油封式真空泵 它是利用真空泵油密封泵内各运动部件之间的间隙,减少泵内有害空间的一种旋转变容真空泵。这种泵通常带有气镇装置。它主要包括旋片式真空泵、定片式真空泵、滑阀式真空泵、余摆线真空泵等。
2)液环真空泵 将带有多叶片的转子偏心装在泵壳内。当它旋转时,把工作液体抛向泵壳形成与泵壳同心的液环,液环同转子叶片形成了容积周期变化的几个小的旋转变容吸排气腔。工作液体通常为水或油,所以亦称为水环式真空泵或油环式真空泵。
3)干式真空泵 它是一种泵内不用油类(或液体)密封的变容真空泵。由于干式真空泵泵腔内不需要工作液体,因此,适用于半导体行业、化学工业、制药工业及食品行业等需要无油清洁真空环境的工艺场合。
4)罗茨真空泵泵内装有两个相反方向同步旋转的双叶形或多叶形的转子。转子间、转子同泵壳内壁之间均保持一定的间隙。
二、动量传输泵
它依靠高速旋转的叶片或高速射流,把动量传输给气体或气体分子,使气体连续不断地从泵的入口传输到出口。这类泵可分为以下几种形式:
1、分子真空泵 :它是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子,使之获得定向速度,从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵。这种泵具体可分为:
1)牵引分子泵气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量,被驱送到泵的出口。
2)涡轮分子泵 靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的。这种泵通常在分子流状态下工作。
3)复合分子泵它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵。
按其工作原理,基本上分为气体输送泵和气体捕集泵两种类型。
一、气体输送泵包括:1、液环真空泵(水环式真空泵)2、往复式真空泵3、旋片式真空泵4、定片式真空泵5、滑阀式真空泵6、余摆线真空泵7、干式真空泵8、罗茨真空泵9、分子真空泵10、牵引分子泵11、复合式真空泵12、水喷射真空泵13、气体喷射泵14、蒸汽喷射泵15、扩散泵等
二、气体捕集泵包括:吸附泵和低温泵等。
(1)按真空泵的工作原理分类
①抽除式,真空泵抽吸系统中的气体,并将气体分子排至系统之外。
②捕集式。真空泵捕集系统中的气体分子,直接吸附在泵工作壁面上而不排出系统。
(2)按真空泵结构分类
①机械式。这类真空泵类似于压缩机,属于容积型的有往复式与回转式结构,还有属于动力式的涡轮分子泵,它们都属于抽除式真空泵。
②喷射泵。有喷射泵与扩散泵两种形式,还有将二者组合在一起的增压泵,也都属于抽除式真空泵。
③吸着式。依靠物理或化学方法使气体分子吸着在泵壁表面,属于捕集式真空泵。
(3)按真空泵在系统中的工作职能分类
①主抽气泵。实现所要求压力的主要工作泵。
②预抽气泵。当主抽气泵不能在大气状态直接开始抽吸时,需要预抽泵先抽至某一压力,主抽气泵方能进入工作。
③前级泵。当主抽气泵不能将所抽气体直接排入大气时,需串接前级泵排送。
④维持泵。当主抽气泵完成所要求的压力停止工作后,由于系统泄漏或表面蒸发等原因,压力可能升高,因此用维持泵继续抽吸。
气体传输泵
气体传输泵是一种能使气体不断的吸入和排出,借以达到抽气目的的真空泵,这种泵基本上有两种类型:
变容真空泵
利用泵腔容积的周期性变化来完成吸气和排气过程的一种真空泵,气体在排出前被压缩。这种泵分为往复式及旋片式两种:
(1)往复式真空泵:是利用泵腔内活塞做往复式运动,将气体吸入、压缩并排出。因此,又称为活塞式真空泵。
(2) 旋片式真空泵:是利用泵腔内活塞做旋转运动,将气体吸入、压缩并排出。旋转真空泵又有如下几种形式:
① 油封式真空泵:它是利用油类密封各运动部件之间的间隙,减少有害空间的一种旋转变容真空泵。这种泵通常带有气镇装置,故又称气镇式真空泵。按其结构特点分为如下五种形式。
a旋片式真空泵:转子以一定的偏心距装在泵壳内并与泵壳内表面的固定面靠近,在转子槽内装有两个(或两个以上)旋片,当转子旋转时旋片能沿其径向槽往复滑动且与泵壳内壁始终接触,此旋片随转子一起旋转,可将泵腔分成几个可变容积。
b.滑阀式真空泵:在偏心转子外部装有一个滑阀,转子旋转带动滑阀沿泵壳内壁滑动和滚动,滑阀上部的滑阀杆能在可摆动的滑阀导轨中滑动,而泵腔分成两个可变容积。
c.定片式真空泵:在泵壳内装有一个与泵内表面靠近的偏心转子,泵壳上装有一个始终与转子表面接触的径向滑片,当转子旋转时,滑片能上下滑动将泵腔分成两个可变容积。
d.余摆线式真空泵:在泵腔内偏心装有一个型线为余摆线的转子,它沿泵腔内壁转动并将泵腔分成两个可变容积。
e.多室旋片式真空泵:在一个泵壳内并联装有由同一个电动机驱动的多个独立工作室的旋片真空泵。
②干式螺杆真空泵:它是一种不用油类(或液体)密封的变容真空泵。
③液环式真空泵:带有多叶片的转子偏心装在泵壳内,当它旋转时,把液体(通常为水或油)抛向泵壳内形成泵壳同心的环液,环液同转子叶片形成了容积周期性变化的几个小容积,故亦称旋转变容真空泵。
④罗茨真空泵:泵内装有两个相反方向同步旋转的双叶形或多叶形的转子,转子间、转子同泵壳内壁之间均保持一定的间隙。它属于旋转变容真空泵。机械增压泵即为这种形式的真空泵。
动量传输泵:这种泵是依靠高速旋转的叶片或高速射流,把动量传输给气体或气体分子,使气体连续不断地从泵的入口传输到出口。具体可分为下述几种类型。
(1) 分子真空泵:它是利用高速旋转的转子把能量传输给气体分子,使之压缩、排气的一种真空泵。它有如下几种型式:
① 牵引分子泵:气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得力量,被送到出口,因此,是一种动量传输泵。
②涡轮分子泵:泵内装有带槽的圆盘或带叶片的转子,它在定子圆盘(或定片)间旋转。转子圆周的线速度很高。这种泵通常在分子流状态下工作。
③ 复合分子泵:它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联起来的一种复合式分子真空泵。
(2) 喷射真空泵:它是利用文丘里(VENTURI)效应的压力降生产的高速射流把气体输送到出口的一种动量传输泵,适于在粘滞留和过渡流状态下工作。这种泵又可详细地分成以下几种:
① 液体喷射真空泵:以液体(通常为水)为工作介质的喷射真空泵。
② 气体喷射真空泵:以非可凝性气体作为工作介质的喷射真空泵。
③ 蒸汽喷射真空泵:以蒸汽(水、油或汞蒸汽)作为工作介质的饿喷射真空泵
(3) 扩散泵:以低压高速蒸汽流(油或汞等蒸汽)作为工作介质的喷射真空泵。气体分子扩散到蒸汽射流中,被送到出口。在射流中气体分子密度始终是很低的,这种泵适于在分子流状态下工作。可分为:
① 自净化扩散泵:泵液中易挥发的杂质经专门的机械输送到出口而不回到锅炉中的一种油扩散泵
② 分馏式扩散泵:这种泵具有分馏装置,使蒸汽压强较低的工作液蒸汽进入高真空工作的喷嘴,而蒸汽压强较高的工作液蒸汽进入低真空工作的喷嘴,它是一种多级油扩散泵。
(4) 扩散喷射泵:它是一种有扩散泵特性的单级或多级喷嘴与具有喷射真空泵特性的单级或多级喷嘴串联组成的一种动量传输泵。油增压泵即属于这种形式。
(5) 离子传输泵:它是将被电离的气体在电磁场或电场的作用下,输送到出口的一种动量传输泵。
气体捕集泵
这种泵是一种是气体分子被吸附或凝结在泵的内表面上,从而减小了容器内的气体分子数目而达到抽气目的的真空泵,有以下几种型式。
吸附泵:它主要依靠具有大表面的吸附剂(如多孔物质)的物理吸附作用来抽气的一种捕集式真空泵
吸气剂泵:它是一种利用吸气剂以化学结合方式捕获气体的真空泵。吸气剂通常是以块状或沉积新鲜薄膜形式存在的金属或合金。升华泵即属于这种形式。
吸气剂离子泵:它是使被电离的气体通过电磁场或电场的作用吸附在有吸气材料的表面上,以达到抽气的目的。它有如下几种型式。
(1)蒸发离子泵:泵内被电离的气体吸附在以间断或连续方式升华(或蒸发)而覆在泵内壁的吸气材料上,以实现抽气的一种真空泵。
(2)溅射离子泵:泵内被电离的气体吸附在由阴极连续溅射散出来的吸气材料上,以实现抽气目的的一种真空泵。
低温泵:利用低温表面捕集气体的真空泵
按其真空度可以分为:粗真空、高真空、超高真空三大类。
粗真空系
主要用来抽除空气和其它有一定腐蚀性、不溶于水、允许含有少量固体颗粒的气体。广泛用于食品、纺织、医药、化工等行业的真空蒸发、浓缩、浸渍、干燥等工艺过程中。该型泵具有真空度高、结构简单,使用方便、工作可靠、维护方便的特点。
主要用于粗真空。抽气量大的工艺过程中。它主要用来抽除空气和其它无腐蚀,不溶于水,含有少量固体颗粒的气体,以便在密闭容器中形成真空。所吸气体中允许混有少量液体。它被广泛应用于机械、制药、食品、石油化工等行业中。
是获得粗真空的主要真空设备之一。广泛应用于化工、食品、建材等部门,特别是在真空结晶、干燥、过滤、蒸发等工艺过程中更为适宜。
无油(耐腐蚀)立式往复真空泵是卧式真空泵的更新换代产品,是获得粗真空的主要设备。由于采用全密封装置,实现了曲轴箱和汽缸的完全隔离;加上活塞环使用了自润滑材料,便实现了先进的无油润滑。由于无污水排放,所以该型真空泵特别适用于化工、医药和食品等行业的真空蒸馏、真空蒸发、真空干燥、真空浓缩、真空浸渍等工艺过程中。
高真空系
滑阀式真空泵
(Rotary Piston Vacuum Pump)
广泛应用于真空拉晶、真空镀膜、真空冶金、真空热处理、真空浸渍、真空干燥、真空蒸馏、真空练泥、航空航天模拟试验等新材料、新技术、新工艺的生产与研制中。
滑阀真空泵可单独使用,也可作为罗茨真空泵、油增压泵、油扩散泵的前级泵的使用。当抽吸对黑色金属有腐蚀、对真空油起化学反应、含大量蒸汽、大量粉尘的气体时,需附加装置。优点:相比旋片式真空泵耐用性要高好几倍且抽气速率大,价格相对高一点。
用来抽除密闭容器的气体的基本设备之一。它可以单独使用,也可作为增压泵、扩散泵、分子泵的前级泵使用。该型泵广泛应用于冶金、机械、电子、化工、石油、医药等行业的真空冶炼、真空镀膜、真空热处理,真空干燥等工艺过程中。
真空泵
旋片式真空泵
( Sliding Vane Rotary Vacuum Pump )
具有结构紧凑,体积小,重量轻,噪音低,振动小等优点。所以,它适用于作扩散泵的前级泵,而且更适用于精密仪器配套和实验室使用。例如:质谱仪器,冰箱流水线,真空冷冻干燥机等。
罗茨真空泵
( Roots Vacuum Pump )
是一种旋转式变容真空泵,须有前级泵配合方可使用在较宽的压力范围内,有较大的抽速,对被抽除气体中含有灰尘和水蒸汽不敏感。广泛用于冶金、化工、食品、电子镀膜等行业。主要用于真空机组的主泵,需要用前级泵辅助。如:水环式真空泵,滑阀真空泵,立式无油真空泵,分子真空泵等。国内最大罗茨真空泵保持纪录为20000L/S。
微型真空泵、微型气泵选型说明
随着仪器仪表工业的蓬勃发展,体积小巧、无油环保的微型真空泵、微型气泵得到越来越广泛的使用。如何才能在规格繁多的微型泵中选择最恰当的产品呢?
首先要明确微型泵的用途。我们分三大类逐一讨论。
一、如果只是用微型气泵输出压缩空气。
简单地说,就是只用它来打气、充气,泵的抽气口基本不用。这种情况比较简单,按输出压力从大到小依次可选:PCF5015N、FAA8006、FAA6003、FAA4002、FM2002、FM1001。当然还要参考流量指标等相关技术参数。
二、如果是以下几种情况,则应该选用WKA系列产品。
1、用微型泵抽气或抽真空,但有时会有液态水进入泵腔。
2、要求微型泵既能抽气又能抽水。
3、主要用微型泵抽水,但不希望在抽水前靠人工加“引水”。(有些水泵在工作前需要人工加入一些“引水”,这样泵才能把低处的水抽上来,否则泵无法抽水甚至损坏。)WKA系列产品的长处就在于,没有接触到水时,它就抽真空,形成真空后靠气压把水压上来,而后开始抽水。
4、用微型泵抽水,但有些时候可能泵没有水可抽,处于“干转”状态。某些传统水泵畏惧“干转”,甚至是致命的。而WKA系列产品本质上是一种复合功能泵,它集成了真空泵和水泵的功能,有人把它叫作“真空水泵”。因此,在没有水的情况下,它会抽真空,有水的时候它就抽水。无论是抽气状态还是抽水状态,都属于正常工作范畴,也就无所谓“干转”损伤。
三、如果是用微型泵抽气,情况稍微复杂些。
(一)、判断微型泵抽气端工况
用于抽气的微型泵分为两类:气体采样泵和微型真空泵。虽然通常总是不加区分地把它们简单统称为微型真空泵,但从技术角度二者是有区别的,选型时更要特别注意。
简而言之,气体采样泵只能带小负载(即:泵抽气端阻力不能太大),但价格便宜;严格意义上的微型真空泵可以带大负载(抽气端允许大阻力,甚至完全堵塞),但价格稍贵。二者具体区别可以详见文章《关于微型真空泵与气体采样泵的区别》,不再复述。
气体采样泵有:PM系列、SA系列、SB系列;微型真空泵有: VM系列、VAA系列、PK系列、PC系列、VCA系列、VCC系列、VCH系列、FM系列、FAA系列、PCF系列,这些系列下的所有规格都是真正的微型真空泵,如VM7002、VAA6005、PC3025N等。
对于微型泵抽气端阻力的大小可以用仪器测定,把它与泵的技术参数“进气口允许最大阻力”Por值比较就可以知道选型是否合适。通常根据经验采用简便的方法确定,比如下述几种情况都属于负载较大(即泵的抽气端阻力较大),只能在微型真空泵范围内选型:
①在泵的抽气端要接很长的管道,或管道弯曲点多、弯曲厉害甚至会阻塞封闭,或管道内孔很小(比如小于φ2毫米);
②在管路上有节流阀、电磁阀、气路开关、过滤器等元件;
③泵抽气口与密闭容器连接,或该容器虽未密闭但进气量较小;
④泵抽气口与吸盘连接,用于吸附物体(如集成块、精密工件等);
⑤泵的抽气端与过滤容器相连,容器口放置滤网,用于加速液体过滤。
(二)、判断微型泵排气端工况
以上都是在讨论微型泵抽气端阻力的问题,根据这些判断条件已经缩小了选型的范围,但还必须考虑排气端阻力问题,这样才能最终确定可选范围。
在实际应用中,微型真空泵面临的排气状况是不一样的:一类是排气很顺畅,直通大气;另一类是排气阻力较大,比如在排气管路上有阀、细小弯管、大阻尼传感器、非专用的消音器、在液面以下排气、气体排往密闭或半密闭容器等。在现代设计制造中,把面对不同排气条件的微型真空泵区别对待。“排气口允许最大阻力Por值”这一参数就是标定泵的排气能力,让我们可以用严格的技术手段确定选型是否恰当。
简单地说,对于排气阻力大的系统,我们的选型范围是:FM系列、FAA系列、PCF系列;对于排气阻力小的系统,选型范围是:VM系列、VAA系列、PK系列、PC系列、VCA系列、VCC系列、VCH系列、VBH系列。根据以上几个步骤,我们已经可以确定微型泵的选型范围了。在划定的几个可选系列中,再根据我们对流量和真空度的要求就可以确定具体的型号了。对于质量欠佳的产品未列入本文,尽量不要选用。注意参数选择要留有余量,特别是流量参数。泵接入气路系统后,由于管道、阀门等气路元件要造成压力损失,会衰减流量,因此得到的流量小于泵的标称流量还有一些和选型相关的问题罗列如下,根据使用情况考虑。
1、带负载启动问题。
如果微型气泵在启动前它的抽气口就已经存在真空或排气口已经存在压力,则要考虑泵的另一技术参数:进气口最大启动负载Pis值,排气口最大启动负载Pos值。典型应用事例就是使用微型气泵维持容器内的真空或正压状态,当容器内的真空或正压低于设定值时,需要泵通电启动,高于设定值时停机。可以在自身能达到的极限真空度下启动的产品有:VM系列、VAA系列、PK系列、PC系列、VCA系列、VCC系列、VCH系列、VBH系列;可以在自身能达到的最大输出压力下启动的产品有:FM系列、FAA系列、PCF系列。 该性能对制造商的技术水平要求较高。
2、微型泵的介质温度问题。
根据通过泵的介质气体的温度,选择要普通型的还是要高温型的。
3、微型泵的可靠性问题。
根据微型泵出故障后产生后果的严重性而定,完全根据自己的要求。优质品的平均无故障连续运行时间都大于1000小时,有的高到数千小时。特别注意,这项参数是在满负荷、不间断的运行状态下测定的,是最恶劣的工况,如果实际使用不是满载或连续运行,该数值会高一些,高多少视泵的工况而定。该性能完全是考验制造商的技术实力,从产品外观上可以看出一些,如采用特制电机而非普通低价电机、体积相当的情况下重量较重等。根据产品价格也可略知一二。
4、微型泵的电磁干扰问题。
如果有精密电路控制微型泵,视电路抗干扰能力而定,可能需要订购低电磁干扰的微型泵。
在此我还要补充说明一点国内做微型真空泵的企业起步较晚,其产品跟国外的还是有一定差距的,据我公司试用国内外产品的情况看来要想找高性能的还是国外的好;但我们也不要盲目的崇尚国外,这些年国内以“气海机电制造公司”为首的一小部分厂家的产品已经突飞猛进,产品质量已和国外产品相差无几,价格却比国外的便宜。我公司的选项经验就是能在“气海机电制造公司”产品内选型的就在该公司选项,不能的在考虑别的国内公司,最后才考虑国外的产品。
按真空度:高真空泵、中真空泵、粗真空泵。
按润滑介质油式真空泵、无油真空泵。
按真空泵的工作原理,真空泵基本上可以分为两种类型,即气体传输泵和气体捕集泵。
由于各种真空泵所具有的工作压强范围及起动压强均有所不同,因此在选用真空泵时必须满足这些要求。以下是各种常用真空泵的工作压强范围及泵的起动压强值
真空泵种类 工作压强范围(Pa) 起动压强(Pa)
活塞式真空泵 1×105~1.3×102 1×105
旋片式真空泵 1×105—6.7×10-1 1×105
水环式真空泵 1×105—2.7×103 1×105
涡轮分子泵 1.3—1.3×10-5 1.3
罗茨真空泵 1.3×103—1.3 1.3×103
水蒸气喷射泵 1×105—1.3×10-1 1×105
油扩散泵 1.3×10-2—1.3×10-7 1.3×10
油蒸气喷射泵 1.3×10—1.3×10-2 1.3×105
分子筛吸附泵 1×105—1.3×10-1 1×105
溅射离子泵 1.3×10-3—1.3×10-9 6.7×10-1
钛升华泵 1.3×10-2—1.3×10-9 1.3×10-2
锆铝吸气剂泵 1.3×10—1.3×10-11 1.3×10
低温泵 1.3—1.3×10-11 1.3—1.3×10-1