3.2　机械真空泵

3.2.1　往复式真空泵

3.2.1.1　概述

往复式真空泵（简称往复泵）又名活塞式真空泵，属于低真空获得设备之一。与旋片式真空泵相比较，它能被制成大抽速的泵；与水环式真空泵相比，效率稍高。这类泵的主要缺点是结构复杂，体积较大，运转时振动较大等，其在很多场合可由液环式真空泵所取代。

3.2.1.2　往复式真空泵的工作原理

往复泵的结构和工作原理如图3-3所示，主要部件有气缸1及在其中做往复直线运动的活塞2，活塞的驱动是用曲柄连杆机构3（包括十字头）来完成的。除上述主要部件外还有排气阀4和吸气阀5等重要部件，以及机座、曲轴箱、动密封和静密封等辅助部件。

1—气缸；2—活塞；3—曲柄连杆机构；4—排气阀；5—吸气阀

运转时，在电动机的驱动下，通过曲柄连杆机构的作用，使气缸内的活塞做往复运动。当活塞在气缸内从左端向右端运动时，由于气缸的左腔体积不断增大，气缸内气体的密度减小，而形成抽气过程，此时被抽容器中的气体经过吸气阀5进入泵体左腔。当活塞达到最右位置时，气缸左腔内就完全充满了气体。接着活塞从右端向左端运动，此时吸气阀5关闭。气缸内的气体随着活塞从右向左运动而逐渐被压缩，当气缸内气体的压力达到或稍大于101325Pa时，排气阀4被打开，将气体排到大气中，完成一个工作循环。当活塞再左向右运动时，又重复前一循环，如此反复下去，被抽容器内最终达到某一稳定的平衡压力。

3.2.1.3　往复真空泵的型号及参数

W系列（固定阀式）泵型号及其基本参数见表3-4，W系列（移动阀式）泵型号及其基本参数见表3-5。

3.2.2　水环真空泵

3.2.2.1　概述

水环真空泵（简称水环泵）是一种粗真空泵，它所能获得的极限压力，对于单级泵为2.66～9.31kPa；对于双级泵为0.133～0.665kPa。水环泵也可用作压缩机，它属于低压的压缩机，其压力范围为（1～2）×105Pa表压力（在特定的条件下）。水环泵在石油、化工、机械、矿山、轻工、造纸、动力、冶金、医药和食品等工业及市政与农业等部门的许多工艺过程中，如真空过滤、真空送料、真空脱气、真空蒸发、真空浓缩和真空回潮等，得到了广泛的应用，由于水环泵压缩气体的过程是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘，含水的气体，因此，水环泵的应用范围较广。

3.2.2.2　水环泵的工作原理

水环泵的结构见图3-4。水环泵是由叶轮1、水环2、橡胶球3、泵体4、吸气口A、排气口B等几部分组成的。

A—吸气口；B—排气口；1—叶轮；2—水环；3—橡胶球；4—泵体

叶轮被偏心地安装在泵体中，当叶轮按图示方向旋转时，进入水环泵泵体的水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭的水环。水环的上部内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上，叶片在水环内有一定的插入深度）。此时由于叶轮偏心安装，叶轮轮毂与水环之间形成了一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成与叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时，小腔的容积逐渐由小变大，压力不断地降低，且与吸排气盘上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。

3.2.2.3　水环泵基本型号及参数

单级水环真空泵基本参数见表3-6，双级水环真空泵基本参数见表3-7。

①转速为推荐转速，下同。

②口径为推荐口径，下同。

3.2.3　旋片真空泵

旋片式油封机械泵（即旋片真空泵，简称旋片泵）是一种油封式机械真空泵，是真空技术中最基本的真空获得设备之一，其工双极旋片泵作压力范围为101325～5Pa，单极旋片泵作压力范围为101325～50Pa，它们属于低真空泵。它可以单独使用，也可以作为其他高真空泵或超高真空泵的前级泵或预抽泵。已广泛地应用于冶金、机械、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。旋片泵可以抽除密封容器中的干燥气体，若附有气镇装置，还可以抽除一定量的可凝性气体。但它不适于抽除含氧过高的，对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。

旋片泵多为中小型泵，可分为单级和双级两种。所谓双级，就是在结构上将两个单级泵串联起来。一般多做成双级的，以获得较高的真空度。

3.2.3.1　旋片泵的工作原理

旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、排气阀等组成。泵体内有一圆柱形空腔，空腔上装着进气管道和排气阀门，空腔内有一偏心安装的圆柱形转子，转子的顶端保持与空腔壁相接触，转子上开有两个槽，槽内安放二旋片，旋片间有一弹簧，当转子旋转时，借助于弹簧使两旋片的顶端始终沿着空腔的内壁滑动，其间的油膜确保了吸气腔与排气腔之间的气密性。

旋片旋转时几个典型的工作位置如图3-5所示。在旋转过程中，旋片始终将由空腔和转子间构成的弯月形体积划分为两部分：一部分是连通出口阀门的排气空腔，一部分是连通进气管道的吸气空腔。图（a）表示正在吸气，同时把上一工作周期内吸入的气体逐步压缩。图（b）表示吸气截止（这时吸气空腔为最大），将开始压缩。图（c）表示吸气空腔另一次吸气，排气空腔继续压缩。图（d）表示排气空腔内的气体，已被压缩到压力大于101325Pa，因此它能将排气阀门打开而逸出到大气中，完成一个吸气-排气周期。

（1）单级旋片真空泵的基本参数

单级旋片真空泵的基本参数见表3-8。

①抽气速率指名义抽速

②极限压力系指用压缩式真空计在测试罩上规定的位置测得的永久性气体的分压力。

③极限全压力系指用经校准的热偶真空计等在测试罩上规定的位置测得的极限全压力。此指标暂不作为考核指标，但生产厂必须报告。

④抽气效率为泵的实测抽速与几何抽速之比。对于旋片机械泵表中的值仅适于2个旋片的泵。3个旋片的泵抽气速率1.5kPa时应≥70%，2kPa时应≥40%。

⑤比功率为泵的最大消耗功率与名义抽速之比。

⑥单级旋片机械泵的入口水蒸气最大允许压力和水蒸气允许量的指标暂作参考，不做考核。

（2）单级旋片泵的技术性能及抽速曲线

①技术性能　X-30、X-70、X-150型旋片真空泵技术性能见表3-9。

②特性曲线　X-30、X-70、X-150型旋片真空泵抽速曲线见图3-6。

3.2.3.2　双级旋片真空泵工作原理

双级旋片真空泵的工作原理见图3-7。它由两个工作室组成，两室前后串联，同向等速旋转，Ⅰ室是低真空级，Ⅱ室是高真空级，被抽气体由进气口进入Ⅱ室，当进入的气体压力较高时，气体经Ⅱ室压缩，压力急速增大，被压缩的气体不仅从高级排气阀排出，而且经过中壁通道，进入Ⅰ室，在Ⅰ室被压缩，从低级排气阀排出；当进入Ⅱ室的气体压力较低时，虽经Ⅱ室的压缩，也推不开高级排气阀排出，气体全部经中壁通道进入Ⅰ室，经Ⅰ室的继续压缩，由低级排气阀排出，由于双级泵相当于两个单级泵串联，提高了压缩比，因此双级旋片真空泵比单级旋片真空泵的极限真空高。

1—高级排气阀；2—通道；3—低级排气阀

机械泵用于抽除含蒸汽的气体时，在压缩过程中，蒸汽的分压会超过油温下的饱和蒸汽压值，蒸汽会凝结成液体和泵油混合，将泵油污染了。污染了的泵油通过油路回到进气端，使泵的极限压力变坏。为了克服蒸汽凝结现象，有些泵专门在排气阀门附近设一可调节大小的小孔，不断漏进少量空气，使蒸汽始终处于非饱和状态，将其在凝结之前被排出。这种方法称为气镇，该小孔称为掺气孔，具有掺气孔的泵称为掺气式机械泵。掺气泵在掺气运用时由于出口端压力增高，气体返流较多，故极限压力有所增高。

（1）双级旋片真空泵的基本参数

双级旋片真空泵的基本参数见表3-10。

①抽气速率指名义抽速。

②极限压力系指用压缩式真空计在测试罩上规定的位置测得的永久性气体的分压力。

③极限全压力系指用经校准的热偶真空计等在测试罩上规定的位置测得的极限全压力。此指标暂不作为考核指标，但生产厂必须报告。

④抽气效率为泵的实测抽速与几何抽速之比。对于旋片机械泵表中的值仅适于2个旋片的泵。3个旋片的泵抽气速率1.5kPa时应≥70%，2kPa时应≥40%。

⑤比功率为泵的最大消耗功率与名义抽速之比。

注：极限压力是用压缩式真空计测得的，是分压力值，非全压力值。

（2）国产2X型旋片真空泵技术性能、性能曲线

①技术性能　国产2X型旋片真空泵主要技术性能见表3-11。

注：极限压力是用压缩式真空计测得的，是分压力值，不是全压力值。

②特性曲线　2X型旋片真空泵抽气速率与进气口压力曲线如图3-8所示。

（3）进口旋片泵技术性能及性能曲线

①技术性能　德国莱宝旋片真空泵主要技术性能见表3-12。

②特性曲线

德国莱宝旋片真空泵抽气速率与进气口压力曲线见图3-9。

3.2.4　滑阀真空泵

3.2.4.1　概述

滑阀真空泵简称滑阀泵。滑阀真空泵属于油封式机械真空泵的一种。其抽气原理和旋片真空泵相似，但结构不同。由于它的抽速较大，常用于真空冶炼、真空干燥、真空处理、真空浸渍、真空蒸馏、真空模拟装置，电子器件排气以及其他真空作业中，也可做高真空泵的前级泵。

3.2.4.2　工作原理

滑阀泵分单级泵和双级泵两种，有立式和卧式两种结构形式。

这种泵主要由泵体及在缸内作偏心转动的滑阀所组成，如图3-10所示。在泵缸中，装有滑阀环（4），其内装有偏心轮（3）。偏心轮固定在泵轴（2）上，泵轴与泵缸中心线相重合。在滑阀环上装有长方形的滑阀杆（5），它能在半圆形滑阀导轨（7）中上下滑动及左右摆动，因此泵缸被滑阀环和滑阀杆分隔为A、B两室，泵在运转过程中，由于A、B两室容积周期性地改变（极小与极大之间），从而达到抽气的目的。双级型的滑阀泵，实际上是由两个单级泵串联起来的，它的高、低气室在同一泵体内，有的是直接铸造成一个整体，有的是压入中隔板来把泵腔分为高、低两个气室。但二者的前后两室均不直接有孔相通，而是高真空室把容器中的气体吸入经膨胀压缩后排到泵腔上部空腔，再由低真空气室吸入经膨胀压缩过程排出泵外。

1—泵体；2—泵轴；3—偏心轮；4—滑阀环；5—滑阀杆；6—排气阀；7—滑阀导轨；8—进气管

这种泵的极限真空度：单级泵1×10-2（大泵，多为150L/s以上）～3×10-3Torr（小泵）。其抽气速率已有达1200L/s的。

3.2.4.3　性能参数

滑阀真空泵性能参数见表3-13。

3.2.5　罗茨真空泵

罗茨真空泵（简称罗茨泵）是一种旋转式变容真空泵。它是由罗茨鼓风机演变而来的。根据罗茨真空泵工作范围的不同，又分为直排大气的低真空罗茨泵；中真空罗茨泵（又称机械增压泵）和高真空多级罗茨泵真空泵。

罗茨泵在泵腔内有两个形状对称的转子，转子的形状有两叶、三叶和四叶的，两叶型的转子形状像8字，也有人认为像鞋底，称为草鞋泵。两个转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。转子彼此无接触、转子与泵腔壁也无接触，在转子之间、转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵需要前级泵。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。

3.2.5.1　罗茨泵的工作原理

罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似，如图3-11所示。罗茨泵转子由0°转到180°的抽气过程。在0°位置时[图中（1）]，下转子从泵入口封入V体积的气体。当转到45°位置时[图中（2）]，该腔与排气口相通。由于排气侧压力较高，引起一部分气体返冲过来。当转到90°位置时[图中（3）]，下转子封入的气体，连同返冲的气体一起排向泵外。这时，上转子也从泵入口封入V体积的气体。当转子继续转到135°时[图中（4）]，上转子封入的气体与排气口相通，重复上述过程。180°[图中（5）]位置和0°位置是一样的。转子主轴旋转一周共排出四个V体积的气体。罗茨真空泵的工作顺序位置如图3-11所示。

罗茨真空泵的最大优点是：在较低入口压力时具有较高的抽气速率。普通类型的罗茨泵不能单独使用，必须有一台前级真空泵串联。待被抽系统中的压力被前级真空泵抽到罗茨真空泵允许入口压力时，罗茨真空泵才能开始工作。并且在一般情况下，罗茨真空泵不允许高压差时工作，否则将会过载和过热而损坏，因此使用罗茨真空泵时必须合理地选用前级真空泵，安装必要的保护设备。

3.2.5.2　罗茨泵的分类

罗茨真空泵根据泵体结构可分为两类，一类为普通型，另一类为直排大气型。二者区别除结构之外，主要是普通型罗茨泵不能单独地把气体直接排入大气中去，需要和前级真空泵串联使用，被抽气体通过前级真空泵将气体排到大气中，其示意图如图3-12所示。而直排大气型可以把气体直接排入大气中去。普通类泵又可以分为一般型泵和带旁通阀型泵两种。普通型带旁通阀的罗茨泵其结构如图3-13所示。

1—溢流阀；2—泵入口；3—泵体；4—转子；5—泵出口

为了避免罗茨泵的误操作，一般多设有旁路溢流阀。罗茨泵有、无溢流阀时的抽速的比较见图3-14。曲线1为前级泵的抽速曲线，曲线2为罗茨泵在1.3×102时启动的抽速，曲线3为带溢流阀的罗茨泵抽速曲线，图中4为有溢流阀工作增加的抽速部分。因而，有溢流阀的罗茨泵可缩短启动时间。

直排大气型罗茨真空泵可分为气冷式和水冷式两种。气冷式直排罗茨泵用冷却的气体或用大气直接冷却热态的转子，从而减少了转子与泵壳间的温差，提高了罗茨泵的抗热能力。具体结构示意图及工作原理如图3-15及图3-16所示。这种气冷式罗茨泵可用于高压差和高压缩比的情况下工作。这种泵的结构简单，冷却器与泵的出口相连，便于维修和更换。由于散热均匀，转子与泵体之间的间隙仍可保持很小，有利于泵容积效率的提高。这种泵必须配置冷却器和消声器，因为被泵排出的气体有很高的温度，通过冷却器冷却后，少部分被冷却了的气体由管道返流到泵出口以冷却泵，而大部分由冷却器排出的气体排入大气或下一级泵。这种泵直排大气时，小泵的极限压力可达2×104Pa，大泵可达1×104Pa，若两台串联，可获得极限压力（2～3）×103Pa。

1，2—转子；3—泵腔；4—冷气入口；5—抽气口；6—泵出口；7—冷却器

湿式罗茨泵可以吸入少量的水，但吸入量过大时，要在泵入口前设置分离器，将水分离后，再注入适量的水。这种泵直接向大气中排放时，噪声较大，故需加消声器。中真空罗茨泵出口压力在4×103Pa以下，吸入压力在1×103～10-1Pa范围，若出口压力在103Pa，入口压力在102～1Pa范围内使用，效率最高。

3.2.5.3　国产罗茨真空泵型号与基本参数

国产罗茨真空泵型号与基本参数见表3-14。

注：1.表内各项性能指标，系指在推荐配用的前级泵下测得；ZJ-600以上的泵最大允许压差系指在前级泵抽速增大1倍的情况下测得。

2.泵进、出气口通径系指泵进、出气口法兰公称通径，应符合GB6070规定，泵进气口必须有密封槽。

3.本标准推荐的配用前级泵适用于一般情况，但为满足用户的不同要求，也可选用其他的前级泵。

3.2.5.4　进口罗茨真空泵型号与基本参数

（1）普发罗茨泵

普发罗茨泵的基本参数如表3-15所示，性能曲线如图3-17所示。

（2）莱宝罗茨泵

莱宝罗茨泵的基本参数如表3-16所示。

3.2.5.5　直排大气罗茨真空泵型号与基本参数

直排大气罗茨真空泵有LQ型、ZJQ型等。ZJQ系列气冷式罗茨真空泵，是在ZJ系列罗茨真空泵的基础上增加了旁路气体冷却系统而衍生出来的新产品。由于其特殊的结构设计，使其可在高压差和高压缩比下长期可靠地运行。冷却气体从泵的两侧进入泵内吸气腔，使泵不会因气体的压缩而出现过热，但对泵的抽气性能没有任何影响。冷却器和电机是每台泵必备的附件，冷却器和电机的规格是根据不同的工况而定。泵可以单独使用，或与液环真空泵和普通罗茨真空泵串联成机组，达到更高真空度来满足各类工艺要求。

ZJQ型罗茨泵的型号及参数见表3-17。LQ型罗茨泵的型号及参数见表3-18。

注：生产厂家：海门市华丰真空设备有限公司。

注：生产厂家：上海神工真空设备公司，浙江神工真空设备制造有限公司。

3.2.6　干式真空泵

3.2.6.1　爪型干式真空泵（摘自JB/T 10552—2006）

（1）概述

爪型干式真空泵，是一种转子为爪型的变容式干式真空泵，能够工作在大气压到0.1Pa区域内的干式真空泵。爪型干式真空泵，又名爪型干泵。本泵还可以与罗茨泵或分子泵组成无油中真空及无油高真空机组。

（2）工作原理

图3-18表示爪式泵的工作过程。两个转子按箭头方向旋转时，吸气口与泵腔接通，泵腔容积变大而吸气，当转子关闭吸气口时吸气结束，以后泵腔变小而压缩气体，当排气口打开后泵腔排气，排气口关闭时则排气完毕，如此循环工作。

（3）爪型干泵特点

①一对转子悬浮在泵腔内，并与具有一定间隙，可以抽除含粉尘的气体；

②泵腔内没有介质和润滑油，是较清洁的真空泵；

③可以由大气压下启动，并排到大气中；

④可以抽可凝性气体，但工作时间长，腔体中会有可凝气体积液。

（4）爪型干式真空泵基本参数

爪型干式真空泵基本参数见表3-19。

注：1.泵的工作环境温度为0～40℃。

2.泵在入口压力≥3000Pa连续运转500h后的性能指标符合本标准的规定。

3.2.6.2　螺杆真空泵

（1）概述

螺杆真空泵是干式真空泵家族中的一员。所谓干泵，是指在真空泵的抽气流道内无任何液态工作介质或密封介质的真空泵。基于上述特点，螺杆真空泵能保证被抽空间清洁、对周围环境没有污染，有人称之为“绿色”真空泵。例如，显像管内无油污染能保证阴极发射稳定，图像清晰，提高使用寿命；镀膜室内无油，能提高膜层性能，增加膜层牢固度等。

（2）工作原理

螺杆真空泵它是利用一对螺杆在泵壳中作同步高速反向旋转，进而产生的吸气和排气作用的抽气设备。两螺杆经精细动平衡校正，由轴承支撑，安装在泵壳中，螺杆与螺杆之间都有一定的间隙，因此泵工作时，相互之间无摩擦，运转平稳，噪声低，工作腔无需润滑油。因此，干式螺杆泵能用于抽除含有大量水蒸气及少量粉尘的气体场合，极限压力低，消耗功率低，具有节能，维修简单等优点。它是油封式真空泵的更新换代产品。

下面简要介绍螺杆式真空泵的工作原理。无论哪种型线的螺杆泵都是通过阴阳转子的啮合形成封闭容积，通过容积的变化实现吸气、压缩和排气过程。这里以双边对称圆弧螺旋齿面型线为例具体说明如下。

①吸气过程　图3-19示出螺杆泵的吸气过程，所研究的一对齿用箭头标出。在图3-19中，阳转子按逆时针方向旋转，图中的转子端面是吸气端面。

图3-19（a）示出吸气过程即将开始时的转子位置。在这一时刻，这一对齿前端的型线完全啮合，且即将与吸气口连接。随着转子开始转动，由于齿的一端逐渐脱离啮合而形成了齿间容积，这个齿间容积的扩大，在其内部形成了一定的真空，而此齿间容积又仅与吸气口连通，因此气体便在压差作用下流入其中，如图3-19（b）中阴影部分所示。在随后的转子旋转过程中，阳转子齿不断从阴转子齿的齿槽中脱离出来，齿间容积不断扩大，并与吸气孔口保持连通。

吸气过程结束时的转子位置如图3-19（c）所示，其最显著的特点是齿间容积达到最大值。随着转子的旋转，所研究的齿间容积不会再增加。齿间容积在此位置与吸气孔口断开，吸气过程结束。

②压缩过程　图3-20示出螺杆泵的压缩过程。图中的转子端面是排气端面。在这里，阳转子沿顺时针方向旋转，阴转子沿逆时针方向旋转。

图3-20（a）示出螺杆泵压缩过程即将开始时的转子位置。此时气体被转子齿和机壳包围在一个封闭的空间中，齿间容积由于转子齿的啮合就要开始减小。随着转子的旋转，齿间容积由于转子齿的啮合而不断减小。被密封在齿间容积中的气体被占据体积也随之减小，导致压力升高，从而实现气体的压缩过程，如图3-20（b）所示。压缩过程可一直持续到齿间容积即将与排气孔口连通之前，如图3-20（c）所示。

③排气过程　图3-21示出螺杆泵的排气过程。齿间容积与排气孔口连通后，即开始排气过程。随着齿间容积的不断缩小，具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被排出，如图3-21（a）所示。这个过程一直持续到齿末端的型线完全啮合。此时，齿间容积内的气体通过排气孔口被完全排出，封闭的齿间容积的体积变为零。

（3）螺杆真空泵特点

①螺杆真空泵零部件少，易损件少，因此它运转可靠，寿命长。

②操作维护方便。

③动力平衡性好。螺杆真空泵没有不平衡的惯性力，机器可平稳地高速运行。

④适应性强。螺杆真空泵具有强制输气的特点，在宽广的压力范围内能保持较高的抽速，排气量几乎不受排气压力的影响。

⑤多相混输。螺杆真空泵转子齿面间留有微小间隙，且经一定工艺后可抽除腐蚀性、有毒、含有粉尘、可凝性蒸气等多种气体。

⑥被抽气体直接排出泵体，不污染水，无环保压力，气体回收更便捷。

⑦可与罗茨泵、分子泵组成较清洁的机组。

（4）应用领域

无油螺杆泵的发展源于清洁真空环境的需求日益增多，对环境的清洁度要求也越来越高。例如在电子工业、化工、冶金行业、核聚变领域以及宇航新材料领域、医药行业、食品工业等技术领域都要求比较清洁的真空环境，传统的有油泵很难满足这一要求。另一方面，尽管有油泵在排气口附近都装有冷阱或捕集器来捕集油蒸气，但仍无法避免还有相当一部分的油蒸气排向大气，造成空气污染。保护环境、消除污染、节省能源、降低消耗实现可持续发展是21世纪全人类所面临的共同主题，无油泵自身不会产生或极少产生“三废”污染，同时使用干泵还有助于回收利用废液、废气资源、减少环境污染。

螺杆真空泵既可用于半导体行业，又可用于石化行业。可广泛应用于电子、核能、化工、医药、食品工业等领域。

（5）国产螺杆泵的性能参数

①DP系列干式螺杆真空泵型号及参数　DP系列干式螺杆真空泵是淄博艾格泵业有限公司生产，该产品的诞生标志着我国在干式真空泵领域取得了重大突破，缩小了与国际先进真空技术的差距，填补了国内螺杆真空泵技术与产品的空白。螺杆真空泵与其他品种的真空泵相比具有不可比拟的优点，可以大范围地替代罗茨真空机组、旋片式、滑阀式、往复式、水环式真空泵，广泛应用于电子、化工、医药、食品、航天、核能等领域。

DP系列干式螺杆真空泵性能参数如表3-20所示。抽速曲线见图3-22。

注：淄博艾格泵业有限公司。

②LG系列干式螺杆真空泵型号及参数　LG系列干式螺杆真空泵是台州市星光真空设备制造有限公司自主研发的技术先进的干式真空泵。它的工作原理，是利用两个相平行的等螺距螺杆，在泵腔中作同步高速反向旋转而产生吸气和排气作用。两螺杆经过精细动平衡处理，由轴承支撑，安装在泵壳中，螺杆与螺杆之间有一定间隙，因此泵工作时运行平稳，相互之间无摩擦，工作腔无需工作介质。

LG系列干式螺杆真空泵性能参数见表3-21。

注：生产厂家：台州市星光真空设备制造有限公司。

（6）国外进口螺杆泵的性能参数

①德国莱宝SP及DRYVAC系列螺杆真空泵的性能参数分别见表3-22、表3-23。

注：生产厂家：德国莱宝。

注：生产厂家：德国莱宝。

②德国普发Hepta系列干式螺杆真空泵的性能参数见表3-24，性能曲线见图3-23。

注：生产厂家：德国莱宝。

3.2.6.3　涡旋真空泵

（1）概述

涡旋理论的最初提出是法国人Leno Creux于1905年以可逆转的涡旋膨胀机为题申请了美国专利。但由于当时的加工制造水平有限，涡旋盘涡旋齿型线的加工精度无法得到保证，涡旋机械在很长的一段时间内没有被制造出来。20世纪70年代开始，能源危机的加剧和高精度数控机床的出现为涡旋机械的发展带来了机遇，1973年美国Arthur D.Little（简称A.D.L）公司首次提出了涡旋氮气压缩机的研究报告，展现出涡旋压缩机所具有其他压缩机无法比拟的优点，从而涡旋压缩机大规模的开发和研制走上了迅速发展的道路。

随着半导体、新材料和生物制药等行业的飞速发展，涡旋理论的不断成熟以及人们对真空环境清洁无油污染的迫切要求，涡旋真空泵以其独特优点应运而生。20世纪80年代早期，涡旋真空泵以其密封性好，油蒸气污染少的特性被Coffin Do应用在高真空系统中。1987年，日本三菱电机公司首次成功开发回转型涡旋真空泵，在结构和性能上显示了绝对的优势。1988年，立式回转型油润滑涡旋真空泵由日本东京大学的MorishitaE研制成功。干式真空泵与油润滑真空泵的区别在于泵腔内不含任何的油类和液体。因此解决泵内的密封和冷却问题是干式涡旋真空泵研究的关键。1990年，采用水冷方式进行冷却的卧式干式涡旋真空泵由KushiroT研制成功。1998年，采用风冷方式进行冷却的干式涡旋真空泵由SawadaT研制成功，其主轴上装有两个冷却风扇，分别位于两个静盘的端部。

（2）工作原理与应用

涡旋真空泵的工作腔是由一对型线共轭的涡旋盘副啮合安装组成。涡旋盘就是在盘面开有一个或几个渐开线螺旋槽的涡旋型盘状结构体。一个静涡旋盘与一个动涡旋盘相互交错组装在一起，动、静盘之间由防自转机构保证180°相位差，这样组成的一对涡旋盘副构成了无油涡旋真空泵的抽气机构。静涡旋盘与动涡旋盘彼此之间在几条直线（在横截面上是几个点）上接触形成几对月牙形封闭腔，动涡旋盘在曲轴的驱动下绕静涡旋盘的涡旋体中心运动接触点沿涡旋曲面移动实现吸气、压缩与排气。在电机的带动下，曲轴每转一圈，就有一组新的月牙封闭腔形成，从而实现涡旋真空泵的吸气、压缩、排气循环，对被抽气体形成包容和强制输送。

（3）类型与结构

涡旋真空泵按两涡旋盘运动方式的不同可分为两种类型：公转型和回转型。公转型涡旋真空泵中的一个涡旋盘固定不动，称为静涡旋盘，另一个涡旋盘称为动涡旋盘。涡旋泵结构如图3-24所示。其抽气原理如图3-25所示。电机带动曲轴旋转，曲轴推动动涡旋盘基圆圆心绕静涡旋盘基圆圆心做半径为r（两涡旋盘之间的径向距离）的圆周运动，由防自转机构限制动涡旋盘不能自转。其中电机转速通常约为1500r/min，此时泵的极限真空度较高，并随电机转速的变化极限真空度变化较小。回转型涡旋真空泵中两个涡旋盘都是动涡旋盘，它们同步同方向各自绕自身基圆圆心旋转，相对运动仍为公转平动。两种型式的涡旋真空泵，公转型式的结构简单、零件少，回转型式的结构复杂、零件多。

1—左定子；2—右定子；3—转子；4—曲轴；5—防自转机构；6—进气口；7—排气口

1—压缩室；2—吸气口；3—气体；4—涡旋转子；5—涡旋定子；6—吸气结束；7—排气口；8—吸气行程；9—排气行程；10—压缩行程

①公转型　公转型涡旋泵工作原理见图3-26。

公转型是一个涡旋盘固定不动（称为静涡旋盘），另一个绕着它公转平动（称为动涡旋盘），动涡盘由曲柄轴驱动，密封点位置随主轴同步转动。它整体结构简单、零件少、涡旋回转线速度小、机械磨损少，但需进行平衡设计。涡旋真空泵利用最外侧涡圈包容气体形成封闭吸气腔。为了减少涡盘末端和进气口之间的流导常将进气口设在涡旋盘外圈末端附近。同时为了保证中心压缩腔中的气体在排气过程中尽量排走，一般将排气孔设在静涡盘中心附近。因为涡旋泵内压缩比不是很大，常设置排气阀以消除压缩不足但应使排气阀与涡圈顶部之间的容积尽可能小。

②回转型　回转型是由两个涡旋盘心轴分别装在两侧轴承上，其中一个由电机直接驱动，另一个由十字滑环机构带动，沿相同角度旋转。其密封位置形成一条线，方向始终不变，泵采用立式结构。驱动电机在机壳内上部，涡盘在下部。因其密封方向不变，回转径向密封既便于人为控制，又能避免涡圈侧面接触而需进行的卸载运转，但其整体结构复杂、零件多、机械磨损高。

③公转型和回转型的区别

a.转动形式不同。公转型是一个涡旋固定不动为静涡旋，另一个为动涡旋，动涡旋绕着静涡旋作公转平动。而回转型的两个涡旋盘各自绕其自身转轴实现两者同步同方向转动。

b.密封位置和方向不同。回转型的两个涡旋盘齿的径向密封位置形成一条线，密封线方位始终固定不变。公转型涡旋机械径向密封的位置和方向却随着主轴同步转动。即主轴旋转一周径向密封线的方位变化360°。

c.涡旋盘所受的气体径向力和切向力的方向不同。公转型涡旋机械由动涡旋随曲轴作偏心公转，因而动涡旋受气体径向力和切向力的方向绕曲轴同步回转。而回转型两个涡旋盘所受气体径向力和切向力在空间的位置和方向则始终不变，径向力在密封线方向，切向力垂直于密封线方向。因而不能像公转型涡旋机械那样，应用偏心套或滑动轴套径向随便机构自动调节涡旋齿侧面间隙，达到径向密封。公转型涡旋曲轴承受均匀载荷，而回转型涡旋曲轴承受局部载荷，设计时应特别注意。

d.平衡不同。在回转型涡旋中由于不使用偏心轴两个涡旋各自绕自身轴转动，在不考虑涡旋齿偏心质量情况下可不考虑离心力存在，也就不需设置平衡块。而公转型必须考虑动涡旋的偏心质量，设置平衡块来平衡动涡旋盘的离心惯性力和离心惯性力矩，才能使机器平稳工作。

e.倾覆力矩和轴向力不同。回转型涡旋机械由于两涡旋盘都转动都承受同样大小的倾覆力矩和气体轴向力在设计时需同时考虑轴向力推力、轴承载荷。而公转型只有一个动涡盘受倾覆力矩作用，所以只需考虑动涡盘所受的倾覆力矩和轴向力。

（4）涡旋真空泵的应用领域

涡旋泵已被广泛应用于诸多领域。

①半导体行业：薄膜制造设备、半导体器件封装设备。

②科学仪器行业：同步辐射光束线机、电子显微镜、极光试验设备、分析测试仪器。

③机械设备行业：材料制备设备、真空检测设备、真空过滤设备、材料提纯设备、超高真空排气设备。

④医疗设备行业：牙科仪器、透析机。生物制品行业：材料提纯与药品制备。

⑤包装行业：食品、药品、生物制品等包装设备。

⑥真空冶金行业：真空炉、纳米材料制备设备、真空检测设备等领域。涡旋泵作为分子泵和小型低温泵的前级泵，是获得无油真空系统的最佳配置。

（5）国产涡旋泵的技术指标与性能曲线

①LH-SH、LH-SP型涡旋真空泵技术性能　见表3-25。

注：北京朗禾科技有限公司生产。

②DVS、DVT型涡旋真空泵技术性能　见表3-26。

③GWSP型涡旋真空泵技术性能　GWSP系列是沈阳纪维应用技术有限公司研制的无油涡旋真空泵，它由泵头、电机、机座等构成。泵头含有动、定涡旋盘、曲轴、密封件、风扇和泵壳等。涡旋盘由圆形平面和其上伸出的一条或几条渐开线螺旋形盘壁组成，定涡旋盘与动涡旋盘组成涡旋盘副构成无油涡旋真空泵的基本抽气机构。GWSP型涡旋真空泵的技术性能如表3-27所示，性能曲线如图3-27所示。

注：生产厂家：沈阳纪维应用技术有限公司。

④双侧无油涡旋真空泵（WX系列）　由中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司研制生产。其性能参数见表3-28。

注：生产厂家：中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司。

（6）进口涡旋泵的技术指标与性能

德国莱宝公司生产的涡旋泵性能参数见表3-29，性能曲线如图3-28所示。

3.2.6.4　干式旋片真空泵

干式旋片真空泵属于变容式真空泵，无油的旋片泵的旋片不需要用油来润滑和密封，旋片采用石墨材料，一般运用在洁净的真空系统中。其工作原理与有油的旋片真空泵基本一致。图3-29所示为干式旋片真空泵的工作原理。

1—泵体；2—转子；3—旋片

干式旋片真空泵的转子偏心地置于泵壳内，上端靠近泵壳内，形成进排气口之间的密封。当电机带动转子转动时，旋片在离心力作用下紧贴泵腔的内壁。在泵体内形成多个空腔，进气口侧的空腔容积随转子的转动而增加产生真空而吸气；排气口侧的空腔容积随转子的转动而缩小，产生压力而排气。

由于干式旋片泵在无油状态下工作，所以旋片材料需具备自润滑功能。目前，国内外一般采用碳素材料；为减少气体的泄漏，该泵采用多个旋片结构。

（1）XG-6型干式旋片真空泵结构特点　XG-6型干式旋片真空泵采用直联式，结构紧凑；在进排气口分别安装了过滤器网，保证了吸入和排出的气体干净。在吸气口处还安装了真空表和调节真空阀门，可根据需要调整泵的入口压力。该泵的最大优点是可获得清洁的粗真空，适用于真空吸附、真空包装、食品加工、卷烟生产等行业。

（2）XG-6型干式旋片真空泵技术性能　见表3-30。

注：成都无极真空科技有限公司生产。

3.2.7　分子泵

3.2.7.1　涡轮分子泵

（1）概述

涡轮分子泵是利用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向流动而抽气的真空泵，是获取高真空的一个重要设备，被广泛应用于高真空场合。为了利用涡轮分子泵，获得清洁真空，目前多利用干式机械泵作其前级泵。

当今，现代化的半导体行业中，越来越多地应用涡轮分子泵。如溅射、刻蚀、蒸发、注入、分子束外延、离子加工等设备都需要在真空环境下运行。又如电子显微镜，表面分析仪器，残余气体分析仪及氦质谱检漏仪等也经常使用涡轮分子泵来抽真空。此外，在空间环境模拟设备、核聚变装置、太阳能集热管镀膜生产线上也都改用大型涡轮分子泵或低温泵来代替油扩散泵系统，以防止油蒸气的污染。因此，最近十几年来，涡轮分子泵，在国内、外都得到了显著的改进和发展。在涡轮分子泵的应用日益增加，而干式的前级泵还没有大量普及和应用的情况下，有时还不得不用油封机械泵作为涡轮分子泵的前级泵。因此，针对这种现状，对涡轮分子泵的合理选用和正确操作是很重要的，弄清楚涡轮分子泵的特点和使用方法，对用户是很必要的。

涡轮分子泵的优点是启动快，能抗各种射线的照射，涡轮分子泵对油蒸气等高分子量气体的压缩比很高，油蒸气污染很少甚至测不出来，能获得清洁的超高真空。然而，当停机后或长时间不运行，也会使轴承的润滑油脂的蒸汽扩散到泵的入口端，构成系统污染，消除的方法是对泵入口进行烘烤除气，使油分子解吸被抽走。也可以泵停止后，用10kPa的干燥气体充入泵内，以消油蒸气返流产生的污染。

（2）涡轮分子泵的工作原理

1956年，联邦德国的W.贝克首次提出有实用价值的涡轮分子泵，以后相继出现了各种不同结构的分子泵，主要有立式和卧式两种，图3-30所示为立式涡轮分子泵的结构。涡轮分子泵主要由泵体、带叶片的转子（即动叶轮）、静叶轮和驱动系统等组成。动叶轮外缘的线速度高达气体分子热运动的速度（一般为150～400m/s）。单个叶轮的压缩比很小，涡轮分子泵要由十多个动叶轮和静叶轮组成。动叶轮和静叶轮交替排列。动、静叶轮几何尺寸基本相同，但叶片倾斜角相反。每两个动叶轮之间装一个静叶轮，图3-31所示为涡轮分子泵的静叶轮。静叶轮外缘用环固定并使动、静叶轮间保持1mm左右的间隙，动叶轮可在静叶轮间自由旋转，图3-32所示为涡轮分子泵的动叶轮。

涡轮分子泵必须在分子流状态下工作。因为当将一定容积的容器中所含气体的压力降低时，其中气体分子的平均自由程则随之增加。在常压下空气分子的平均自由程只有0.06μm，即平均看一个气体分子只要在空间运动0.06μm，就可能与第二个气体分子相碰。而在1.3Pa时，分子间平均自由程可达4.4mm。若平均自由程增加到大于容器壁间的距离时，气体分子与器壁的碰撞机会将大于气体分子之间的碰撞机会。在分子流范围内，气体分子的平均自由程长度远大于分子泵叶片之间的间距。当器壁由不动的定子叶片与运动着的转子叶片组成时，气体分子就会较多地射向转子和定子叶片，为形成气体分子的定向运动打下基础。

涡轮分子泵正常工作需要小于10Pa的前置压力，一般的机械泵可作为前级泵。中频电动机的启动由中频电源内的电子装置控制，在几分钟内升至额定转速。中频电动机工作时通常以风扇或通水进行冷却。泵进入正常转速后，为提高极限真空，应对被抽容器及泵体烘烤除气。泵体的除气温度为100～120℃，除气后约可得到10-8Pa的极限压力。

涡轮分子泵对分子相对质量大的气体压缩比大，故极限真空主要决定于分子相对质量小的气体成分，如H2、He的返流等。此外，容器及泵体放出的水汽也是影响极限真空的重要因素。

涡轮分子泵低真空部位的轴承润滑油是一个重要污染来源，因此，它是一个准无油的真空泵。在泵停止运转时，应及时灌入干燥氮气，可抑制润滑油蒸气的扩散。若想得到全无油的分子泵，必须对轴承进行改进，可使用气浮轴承、磁悬浮轴承的分子泵。

由于具有高速旋转的部件，涡轮分子泵不能在磁场下运用，因为这会产生涡流导致发热、叶片变形等效果。一般允许的杂散磁通量密度为0.004～0.011T。

涡轮分子泵具有启动快、停止快的优点。又能承受大气的冲击，是一种很有前途的泵，但缺点是对H2、He等轻质气体的压缩比小。由于泵内旋转部件与静止部件间间隙很小，必须注意防止各种碎屑飞入泵内，造成损伤的事故。

（3）涡轮分子泵的基本参数

涡轮分子泵的基本参数见表3-31。

①电源有以下三种类型：电子模式电动变频电源；微机程控自动变频电源；电机变频式电源。

①国产涡轮分子泵技术参数　国产F系列立式涡轮分子泵技术参数见表3-32。

②进口涡轮分子泵技术参数

a.德国普发HiPace系列涡轮分子泵　见表3-33。

b.德国莱宝TURBOVAC系列涡轮分子泵　技术参数见表3-34，性能曲线见图3-33。

注：德国莱宝。

3.2.7.2　磁悬浮分子泵

对涡轮分子泵而言，非接触磁悬浮轴承是很有吸引力的。电磁轴承应用于涡轮分子泵，可实现分子泵的无油、无磨损、运行安静、振动极小，尤其适合半导体工业等超净高真空应用场合。

德国莱宝生产的TURBOVAC MAG系列磁悬浮分子泵的技术参数见表3-35，性能曲线见图3-34。

注：德国莱宝。

德国莱宝TURBOVAC MAG W系列磁悬浮分子泵技术参数见表3-36。

3.2.8　隔膜真空泵

隔膜真空泵（简称隔膜泵）是容积泵中较为特殊的一种形式，是一种干式真空泵，它是依靠一个隔膜片的来回鼓动而改变工作室容积来吸入和排出气体的。气动隔膜泵主要由传动部分和隔膜缸头两大部分组成。传动部分是带动隔膜片来回鼓动的驱动机构，它的传动形式有机械传动、液压传动和气压传动等，其中应用较为广泛的是液压传动。

3.2.8.1　隔膜真空泵的工作原理

隔膜泵的工作部分主要由曲柄连杆机构、柱塞、液缸、隔膜、泵体、吸入阀和排出阀等组成，其中由曲轴连杆、柱塞和液缸构成的驱动机构与往复柱塞泵十分相似。

隔膜泵工作时，曲柄连杆机构在电动机的驱动下，带动柱塞作往复运动，柱塞的运动通过液缸内的工作液体（一般为油）而传到隔膜，使隔膜来回鼓动。

气动隔膜泵缸头部分主要由一隔膜片将被输送的气体和工作液体分开，当隔膜片向传动机构一边运动，泵缸内工作时为负压而吸入气体，当隔膜片向另一边运动时，则排出气体。被输送的气体在泵缸内被膜片与工作液体隔开，只与泵缸、吸入阀、排出阀及膜片的泵内一侧接触，而不接触柱塞以及密封装置，这就使柱塞等重要零件完全在油介质中工作，处于良好的工作状态。

3.2.8.2　隔膜泵的型号及参数

德国普发公司隔膜泵的型号及性能参数见表3-37。

天津奥特赛恩斯仪器有限公司隔膜泵的型号及性能参数见表3-38。