油封式旋转机械真空泵

(一)油封机械真空泵工作原理 用油来保持运动部件的密封、靠泵腔容积变化而实现抽气的机械真空泵统称油封机械真空泵。它们的工作原理都是使泵腔工作室容积机械地增大和缩小而抽气。当泵腔内工作室容积变得最小时，与泵的入口管道连通，于是气体进入泵吸入腔，一直到吸入腔容积最大并重新与进气口分开时为止。当容积减少时，气体被压缩，直到气体的压力大于一个大气压，排气阀被打开，将气体排出。

(二)用油作密封泵液的必要性

当前大量使用的机械真空泵，即使设计得最好，相向运动的零件间配合精度即使很高。在泵达到极限真空时，也难以阻止气体由低真空端向入口端“突破”返流。另外，由于泵在设计制造及装配中不可避免地存在有害空间，这也降低泵的极限真空度。油封机械真空泵就是用油将相向运动的零部件和排气阀零件间密封起来；将有害空间充填，使得高压气体反“突破”的机会少得多，密封性能也就好得多，从而使泵能达到较高的真空度。

(三)油封机械真空泵的应用

油封式旋转机械真空泵按照结构型式可分为定片式、旋片式、滑阀式、余摆线式四种。目前，油封机械真空泵是国内真空获得技术中应用最广的一种泵，它可单独用作低真空设备的排气用泵，也可用作高真空排气时的前级真空泵。因此，它已在国民经济的很多部门，例如电真空、电子、轻化工、钢铁、有色冶炼等工业部门中发挥着越来越大的作用。由于这类泵均装有气镇装置，故也可以抽除潮湿气体。但现在还不适于抽除含氧过高、有爆炸性、对黑色金属有腐蚀性，对泵密封油起化学作用、及含有颗粒灰尘的气体。

目前，国内的许多研究单位和生产厂家正在设计和生产出抽除水蒸气和耐腐蚀的油封真空泵系列。随着新技术、新材料的发展和应用，性能更好的、能满足各种工业需要的、适应能力强的各种油封机械真空泵必将生产出来。

(四)定片式真空泵

1．工作原理

定片式真空泵的典型结构及工作原理如图4所示。在圆柱泵腔(1)内有旋转的偏心转子(2)，在泵缸体上装有可以上下滑动的定片(3)，借助于弹簧(4)的作用压向转子，将泵腔分隔成A、B两个空间。随着转子旋转角度不同，两个空间体积交替增大或缩小，从而完成吸气和排气作用。

在泵的工作过程中，滑片作垂直往复运动，并在转子表面上滑动。弹簧是通过一直角形杠杆(5)与滑片发生作用。泵内的一切运动表面都覆盖着油层，形成吸气腔和排气腔之间的油封。此外，油还充满了泵腔内的一切有害空间，以消除它们对极限真空的影响。

2．特点

定片式真空泵抽速较小，有单级、双级之分，双级泵的极限真空可达10-1Pa。泵的结构简单、使用寿命较长和检修容易，但由于其工作性能不如旋片泵，所以目前已经很少生产和应用。

(五)旋片式真空泵

旋片式真空泵是目前使用最广，生产系列最全的泵种之一。

1．单级旋片泵结构与工作原理

如图5所示，单级旋片泵只有一个工作室。泵主要由定子、旋片、转子组成。在泵腔内偏心地装有转子，转子槽中装有两块旋片，由于弹簧弹力作用而紧贴于缸壁(转动后还有旋片离心力)。转子和旋片将定子腔分成吸气和排气两部分。

当转子在定子腔内旋转时周期性地将进气口方面容积逐渐扩大而吸入气体，同时逐渐缩小排气口一侧的容积将已吸入的气体压缩并从排气阀排出。

排气阀浸在油里以防止大气流入泵中。泵油通过油孔及排气阀进入泵腔，使泵腔内所有的运动表面被油覆盖，形成了吸气腔与排气腔之间的密封。

2．双级旋片泵的结构与工作原理

单级旋片泵一般极限压力只能达到1.3Pa(个别可达0.1Pa)，为什么极限压力不能再低呢？主要由于：

(1)泵的结构上存在有害空间(见图6)，该空间中的气体是无法排除的。当旋片转过排气口后，这一部分气体又被压缩，经过转子与泵腔间的缝隙又回到吸气空间，所以每次总有些气体排不尽。

(2)由于在泵工作时，泵腔的吸气空间与排气空间存在着一定的压力差。当排气空间的气体被压缩得很小时，它的压力很高，会通过各种可能的途径突破到吸气空间去，使泵真空度下降。

(3)泵油在泵体内循环流动过程中会溶解进大量气体和蒸气。在吸气侧，因为压力较低，溶解的气体又会跑出来，使泵的真空度不易提高。

为了提高泵的极限真空度，除了提高泵体、转子、旋片的加工精度，尽量减少装配间隙和有害空间以外，最有效的办法是将两只单级泵串接起来，组成双级泵。

图7为双级泵的工作原理图。泵由两个工作室组成。两室前后串联，同向等速旋转，A室是B室的前级，A是低真空级，B是高真空级。被抽气体经高真空级(B室) 进入前级，由排气阀排出泵外。前级(A)和单级泵一样，随时有油进入泵腔，而高真空级(B)仅在开始工作时存有少量的油，工作一段时间后，便没有油进入泵腔了。当泵开始工作，且吸入气体的压力较高时(例如从大气压力开始抽气)，气体经B室压缩，压力急增，则被压缩的气体的一部分直接从辅助排气阀(1)排出，另一部分则经由前级排出。

当泵工作一段时间后，B室吸入的气体压力较低时，虽经B室的压缩，压力也达不到一个大气压以上，排不开辅助排气阀(1)，则吸入的气体全部进入前级A室，经A室的继续压缩，由排气阀(3)排出。

泵工作一段时间后，由于高真空级进气时压力大大降低，其出口压力也很小，这样B室进出气口的压力差也较小，被压缩气体返回的数量也相应减少；同时，后级泵中易蒸发的油分子不断被前级A室抽走，油蒸气的分压减少了，因而双级泵的油污染比单级小，极限真空度将大大提高。国前的双级旋片真空泵的极限压力可10-2pa，国外有的泵可达到10-3Pa。

3．高速直联旋片真空泵

高速直联旋片真空泵，简称直联泵。它是旋片泵的一个新型分支产品。老式的旋片泵出

现较早，是一种结构简单，应用量大面广的产品。但是这种老结构的旋片泵转速低，大都在400r/min左右。采用皮带传动减速，因而体积大，重量重。欲使泵体小质轻，从泵的几何抽速的计算理论中可知，当抽速一定时，其主要手段是提高泵的转速。欲提高真空泵的转速的主要关键是必须使直接承受高转速负荷的零件适应这种工况，即泵体和旋片的材质及转子的结构应适应转速提高后的工况。

1965年德国雷暴一海拉斯公司在原有旋片泵的基础上，对泵的结构、材料和工艺都作了重大改进，试制成功了高速直联旋片真空泵，为旋片泵的小型化、仪器化开辟了新的途径。到七十年代初期，英国、美国、瑞士等国家也都相继有了直联泵系列产品。国内的许多生产厂家从七十年代中期至今先后试制成功了不同型号的直联泵，目前已有抽速从0.5L/s～15L/s的系列产品。

直联旋片泵采取由电动机直接驱动泵转子，把转速提高到1400r/min以上。这样可使泵的结构紧凑；体积显著缩小；重量减轻；泵的抽气性能提高；振动和噪音大大降低。

4．气镇原理、装置及其参量计算

为了从真空系统或真空容器中抽除可凝性气体，油封式机械泵普遍设有气镇装置。

(1) 气镇的作用与原理

由于大气中都含有一定量的水蒸气，所以泵工作时所抽除的气体多是某些可凝性气体和永久性气体的混合物。这种混合气体在泵内被压缩排气的过程中，如果可凝性气体的分压力超过了泵温下的饱和蒸气压，那么它们就会凝结并与泵油混合，随油一起循环。当它们返回到高真空端时又重新蒸发变成蒸汽。随着泵的运转，凝结物不断增加，使泵的极限真空和抽速降低。当抽除的气体中湿度较大时，泵油的污染更加严重，使泵的密封、润滑和冷却性能变差，以至于经常更换新油。

气镇法是防止蒸汽凝结从而避免油污染的有效方法。这种方法是将室温干燥的空气经气镇孔进入泵的压缩腔中与被抽气体相混合。当把这种混合气体压缩到排气压力时，由于掺气作用使得其中的蒸汽分压能保持在泵温状态的饱和蒸气压以下，因而蒸汽不会凝结而与其它气体一起被排至泵外。被抽气体中蒸汽的含量越多，掺入的干燥气体量就需越多。

图8描述了上述的气镇过程。ab表示蒸汽吸入过程，蒸气的吸入压力为Pv。对于气镇泵，吸气终了后，稍加压缩至b'点，开始向泵腔内掺气，并压缩至排气压力PT2，由b'c'表示。然后泵等压排出混合气体，由c'f表示，对于非气镇泵，蒸汽吸入后被压缩到泵温时的饱和压力PST，以bc表示。泵继续压缩，蒸汽逐渐液化，其过程由cd表示。泵对液体(液化的蒸气及泵油)继续进行压缩，使压力突然上升到达排气压力PT2，如de所示。最后液体被排至油箱中，与泵油相混，如ef所示。在掺气过程中，可凝性气体的压缩达到c点时，空气与蒸气混合物的全压力就已达到排气压力，而此时，蒸气的分压力只达到PST。但因全压力已达到排气压力，排气阀被推开进行排气，未凝结的蒸气保持气体状态被一起排至泵外。这就是气镇泵的工作原理。

采取气镇方法，虽然达到了排除蒸气的目的，但由于掺气增加了大气突破漏入到吸气端的可能性，因此对泵的抽速与极限真空都有影响。泵在掺气过程中，其极限真空要比不掺气时下降1～2个数量级。一般在使用时，先使用气镇阀掺气排除可凝性气体。等到蒸气基本抽除后，即可关闭气镇阀，继续抽气，经过一定时间后，就可达到不掺气时泵的极限真空了。

由于气镇方法主要是防止泵在压缩过程中蒸气的凝结，所以对那些从气相状态就能溶解在泵油中的蒸气的抽除效果就比较差。

加装了气镇装置的机械真空泵，还有自净化泵油的作用：当泵油被少量凝结液污染后，只要将泵入口封死，然后打开气镇阀，经一定时间抽气运转，泵油便能恢复原来的性能。

(2) 气镇参量计算

1）防止泵内凝结液生成的最小气镇量

假定：a．泵腔内气体是按等温压缩过程进行的；b．在排气瞬时，可凝性气体的分压力刚好达到泵温下的饱和蒸气压；c．被抽气体全部是可凝性蒸气；d．掺入气体为干燥气体蒸气分压为零。

最小气镇速率B为：(4—1)

Pυ——蒸气的吸入压力 Pa；

Pαt——掺气压力(大气压力)Pa；

PT2——排气压力 Pa；

PST——泵温下的饱和蒸气压力 Pa；

S1——泵的抽速 L／SI

如果气镇速率用气镇量G表示，则有 (4—2)

2）最大允许的吸入水蒸气压力[Pυ]

当气镇速率B为已知值时，相应地确定了一个最大允许的吸入水蒸气压力[Pυ]

(4—3)

式中：PL1——吸入气体中永久性气体的分压力；

PD——掺入气体中水蒸气分压力

其余同(4—1)式。

据(4—3)式分析可得出下面几种特例：

A．掺入气体为永久性气体，PD =0，则有：(A) 

B．吸入气体全部为水蒸气，PL1 = 0，而PD ≠ 0，则有：(B)

C．若PD = 0；PL1 = 0，则有(C)

D．若B = 0，即不掺入气体，则有(D)

说明在不掺气的情况下，泵本身也有一定抽除可凝性气体的能力。

从以上公式分析可得出下述结论；

A．当泵吸入的水蒸气压力P。增高时即水蒸气含量较多，此时所需掺入的气镇量应该相应增加。但气镇量不宜过大，过大容易产生串气，影响泵的性能。

B．当掺入的气镇量为定值时，为提高最大允许的吸入蒸气压力[Pυ]，可用下面几种办法：

a)减少被抽气体在泵腔内的压缩比，即降低排气压力PT2。

b)适当提高泵的工作温度，即提高泵腔内水蒸气的饱和蒸气压力PST。

c)尽量控制吸入气体的温度，提高泵入口处永久性气体压力PL1。若吸入高温蒸气可先通过前置冷凝器使之预先冷却一部分，然后再进入泵内。

d)减低气镇气体中可凝性蒸气压力PD，尽可能掺入干燥气体。

3）抽除水蒸气排出量GD。

对于水蒸气的抽除量，取决于泵吸入口蒸气分压力Pυ和吸入口的抽气速率S1。

当考虑泵入口状态，对尚未凝结的水蒸气的抽除量可由气体状态方程导出：(4—4)

式中 R——气体普适常数，R = 8314.3 Pa·L/mol·K ；

m——分子量，水为18g/mol。

(3)气镇计算中主要参数的选择

气镇泵性能计算中，恰当地选择参数极为重要，它关系到能否消除可凝性蒸气对泵的污染，能否有效地抽除水蒸汽。

从公式(4—3)可看出影响Pυ的参数有：B/S1、PST、PD、PT2和Pαt

1) B/S1的选择

B/S1是影响[Pυ] 较大的参数。B/S1值选得很大，说明向泵内掺气量大，因而[Pυ]就大。但这将造成泵内压缩腔和吸入腔之间长期有较大的压差，因而返流量增加，降低了泵的极限真空。掺气量大，排气所需功率也增加，同时泵排气时的喷油也会加剧。此外B胚，值选得太大，气镇孔相应要大，实际结构也是不许可的。一般选B/S1 = 0.1～0.15

2）PST的选择

由于水蒸气的饱和蒸气压和温度有密切的关系。PST 选得过大，泵内的温度必须高。但泵内的温度过高，将使泵油性能变差，因而PST选择必须适当，一般作为气镇泵，泵温可在70～90oC左右。

3）PT2的确定

气镇泵的排气压力PT2 之值，是根据排气阀的具体结构而定，与排气阀片的重量、阀片上油柱重量以及阀片上是否有压力弹簧作用等因素有关。一般PT2在101325～146650Pa之间确定。

4）泵的工作环境温度T1。

一般情况下泵多工作在室内，所以选定T1时，北方可选T1 = 293K(20oC)；南方可选T1 = 303K(30oC)。根据环境温度T1可以决定最大允许吸入的水蒸气压力，即不同温度下水蒸汽的饱和蒸气压值。

5）PD的选择

掺气用的空气若湿度过大对气镇性能将产生不良影响。油封机械泵测试标准(GB6306·1—86)规定，相对湿度不大于75％。

(4) 气镇装置的结构与计算

1) 气镇阀的结构与设置

最简单常用的气镇阀结构如图9所示。一般均由调节件与逆止阀两部分组成。调节件用来控制掺入的气体量。逆止阀是用来防止泵腔内的混合气体压力高于掺气压力时出现返流。另外一些较常用的气镇阀结构如图10所示。

气镇孔的位置的设置一般有两种形式：

a) 在泵的排气口附近。当压缩腔与排气口相通时，开始掺气，一直到泵腔内部压力和外界掺气压力相等为止。

b) 气镇孔设置在端盖上。掺气开始与终了是受转子的端面控制的。气镇孔越早接通泵腔，掺气时间就越长，掺气量也就可能大一些。但是为防止掺入的气体直接进入被抽容器中，必须在压缩腔与吸气口隔绝时，才能接通气镇孔。所以，端盖上的气镇孔是在吸气终了以后，转子再转过一个角度(10o～15o)时，才开始露出来进行掺气。

对双级气镇泵(不论高真空级和低真空级做成等容积或不等容积)，气镇孔均设置在低真空级上。

2) 气镇孔的计算

如气镇孔用盲释d表示，则（4—5）

(4—5)式是考虑连续掺气时气镇孔计算公式，当气镇孔开设在泵侧端盖上时，假设的连续掺气与实际有出入。此时，可按下式计算气镇孔直径：（4—6）

式中 β——掺气开始与终止两位置之间泵轴转过的角度。

对旋片泵 β= 180 o (二旋片转子结构)

对滑阀泵 β= 240 o

对余摆线泵 β= 180 o

(4) 旋片泵的设计改进趋势

1) 材料选用 要提高泵的转速，减少磨损，降低温度，保证泵的正常性能，关键之一就是如何适当选择定子和旋片这对主磨擦副的材料。直联泵旋片常用的材料为一种新型自润滑材料——碳素浸合金。国内有的研究单位还对其他材料用作旋片做了综合测试，结果表明用碳纤维增强塑料、高分子液晶材料作旋片材料具有开发价值。

2) 泵腔形线 由于高速直联泵的旋片与定子之间摩擦与磨损增大，泵的温升增高，所以改善旋片泵的旋片与泵腔之间的摩擦、磨损与润滑是研制性能良好的直联旋片泵的关键。通过弹性流体动力润滑理论的分析计算发现现有泵旋片与泵腔间的运动不合理，使旋片与转子及泵腔间的磨损较严重，难以找到合适的润滑状况，导致高速旋片泵温升增加。而解决磨损的办法就是使旋片在旋转过程中始终保持长度不变。而目前的正圆形泵腔是无法办到的。由理论上可以提出一种包络线的定子泵腔型线，这种型线是一条与一系列圆心在轴对称的曲线上的包络圆外侧相切的包络线。当然，这种型线的加工工艺比正圆形型线要麻烦些，但它多花的代价可以从改善泵的性能中得到补偿。这样的泵，振动、噪音、温升、磨损均会减少很多。

(3) 转子结构与旋片 通过旋片泵几何抽速的计算可知，当泵的转速已达一定高的数值时，再增加旋片可以在不加大转子偏心距，又不增加最大线速度的情况下提高抽速。在结构上增加旋片数也是简单可行的，故它是一种有希望的提高抽速的途径。

目前，国内厂家生产的直联泵有采用三槽式整体转子结构，其上装有三个旋片。整体转子三旋片结构有较高的强度和刚性；可以减少高速运转时转子的不平衡性，以减少旋片承受的冲击负荷。泵几何抽速计算表明，泵采用三槽转子要比二槽转子的抽速大18～20％。

实现多旋片结构的关键在于旋片与泵腔材料的改革，如采用耐磨性能好的软旋片材料；增强泵的冷却等。

4) 泵体结构及排气口位置侧偏心结构是一种较新的泵体结构形式。侧偏心结构的泵转子与泵腔的切点不在上方，而在侧面，油箱也在侧面。它与一般的上切点结构的泵相比有以下一些优点：由于油位与排气口在侧面，而油面刚好把排气阀门和润滑油路的进油孔淹没，这样停泵后，只能回很少一点油在泵腔内，其余的油只能回到油路进油孔处就不能往泵腔内进了。由于回流到泵腔内的油量很少，所以泵的启动容易，因而可减少泵电机功率。同时，当油回到进油孔位置时，进油孔便成了放气孔。使泵内气体压力与外部大气压力相等，阻止油返入真空系统中造成污染。

由于泵体上的排气孔位置降低，排气阀座平面与水平面接近垂直，使泵的高度降低；排气孔外的油箱可设计较小；需油量也减少，使泵体结构紧凑。同时气体从排气阀排出是水平方向，而从顶部出气口排出来时是垂直方向，气体分子运动的方向改变，路程加长，顶部空间很大，使气体分子速度降低，能量损失，有利于防止喷油。如果在排气口处及排气箱顶部空间设置挡油装置，防止开泵喷油的效果更加理想j

德国最近又开发研制出大抽速的高速直联下偏心转子单级油封旋片泵。这种泵的结构与传统结构的旋片泵相比具有较大变化：转子与泵体下偏心安装，转子与泵腔的切点在泵腔的下方，油箱位于泵体的侧面。这种结构的泵重心低，运转平稳，振动及噪音相对减少，为制造大型旋片泵创造了有利条件。德国生产的$630F/FL型旋片泵的平均抽速可达170L/s。该结构泵的排气口位于泵体下部，排气阀的排气方向为水平方向，在排气侧装有空气偏转板、阻尼筛和排气过滤元件，既防止了喷油，又降低了噪声。泵上还配有气镇阀及油循环、油冷却装置、泵温调控系统，使泵可用于抽除高温气体及抽除大量的水蒸气。目前，德国雷暴公司已用这种泵来取代余摆线真空泵，广泛应用于真空冶炼和真空热处理设备上。

旋片泵还有许多方面有待改进。相信，随着真空技术的进步，性能更好的，能适应多种工艺要求的旋片泵一定会出现。

(六) 滑阀式真空泵

滑阀式真空泵的抽气原理与旋片泵相似，但两者结构不同。滑阀式真空泵是利用滑阀机构来改变吸气腔容积的，故称滑阀泵。

滑阀泵亦分单级泵和双级泵两种，有立式和卧式两种结构形式。单级泵的极限压力为0.4～1.3Pa；双级泵的极限压力为6×10-2 —10-1Pa。一般抽速超过150L/S的大泵都采用单级形式。这种泵可单独使用，也可作其它泵的前级泵用。

1．工作原理

滑阀泵的结构主要由泵体及在其内部作偏心转动的滑阀、半圆形的滑阀导轨、排气阀、轴等组成(见图11)。

泵体中装有滑阀环(4)，滑阀环内装有偏心轮(3)，偏心轮固定在轴(2)上，轴与泵体中心线相重合。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，因此泵腔被滑阀环和滑阀杆分隔成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，使被抽气体不断进入逐渐增大容积的吸气腔；同时，在排气腔随着其容积的缩小而使气体受压缩，并通过排气阀排出泵外。

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、低真空室在同一泵体上，有的是直接铸成一个整体，有的是压入中隔板把泵腔分成高、低两室。

2．泵的改进措施探讨

滑阀泵虽然是一种老泵，但与旋片泵等比较，它具有允许工作压力高(104Pa)、抽气量大、能在较恶劣环境下连续工作，经久耐用等突出优点，所以在真空冶炼、真空干燥、真空浸渍、真空蒸馏等行业得到广泛的应用。同时由于结构等方面的问题，又存在着急需解决和改进的问题：

(1) 泵的振动和噪音问题 滑阀泵运转时的振动和操音较大，泵的振动影响真空系统的稳定．缩短泵的寿命，并对环境造成污染。所以研制出振动噪音小的滑阀泵对于提高泵的质量、扩大泵的应用有十分重要的意义。

滑阀泵的主要振动来自泵滑阀运动系统所产生的不平衡惯性力。解决的方法有以下几个方面：a．整体结构方面。滑阀泵可设计成立式结构或卧式结构。从发展趋势看，卧式(即倾斜式)结构较合理。因为它具有结构紧凑、重心低的特点，有利于减小振动。b．动平衡。通常采用加平衡轮并在皮带轮上加不平衡重量来对偏心轮和滑阀的惯性力进行平衡减振。对泵滑阀运动系统进行动力分析和试验表明滑阀杆的运动是影响泵振动大小的非常重要的因素，如泵已加平衡轮后．立式H-150A型泵因滑阀杆运动所产生的振动值占总振动值的2/3；卧式H-150型泵则占9/10。可以通过分析计算，然后在平衡轮上加配重的方法来平衡滑阀杆的惯性力．实践证明，这种一种有效的减振方法。c．采用机械减振装置。对于高速泵和大泵，除采用平衡措施外，还可用机械减振的办法来减小振动。例可用橡胶减振器，将减振器安装在泵的底座上，靠橡胶来吸振。d．泵缸数目的合理选择与布置。滑阀泵有单缸、双缸和三缸等结构。对于单缸、双缸和等长三缸等结构的泵，均需在泵上另加平衡配重来平衡泵运转中产生的惯性力与惯性力矩。而一种不等长三缸结构则从结构原理上铰好地解决了滑阀泵的振动问题。该结构布置型式如图12所示。中间是一个长缸，两侧各为等长的短缸a三组滑阀用一根公共轴同时驱动，中间一组滑阀长度及重量双倍于左右两组滑阀。泵运转时，两组短滑阀和中间长滑阀之间始终保持着180。的相位差。长滑阀产生的惯性力为F，短滑阀的惯性力为F/2，因此惯性力和惯性力矩大小相等方向相反，三组滑阀可以通过自身的结构设置来保持力的平衡．使泵基本消除振动。

由于该结构泵运转振动很小，所以泵的转速可以大大提高，从而可减少泵的体积和重量。例如，抽速为150L/S的三缸滑阀泵的重量要比普通型H-150泵减轻30％。这种结构也为大抽速滑阀泵的开发创造了有利条件。美国Kinney公司制造的三缸自平衡结构滑阀泵的最大抽速已达367L/S。

(2) 提高容积利用率和转速

若泵腔直径不变，减小转子直径，则可以使泵的容积利用系数增大，使抽速在泵外形尺寸不变时加大。国外已经设计出了行星式滑阀泵(如图13所示)。该结构把偏心转子做成圆板状，滑阀杆(滑片)装在滑阀体的开口槽内，另一端铰接在泵体上使其能摆动。当泵工作时，电动机带动圆板自转，插在偏心孔内的滑阀体跟着公转，同时滑阀体又可沿滑阀杆(滑片)滑动。在旋转过程中，滑阀体和泵腔内壁始终保持一定的密封间隙，以实现抽气、压缩和排气。

行星式滑阀泵与体积和转速相等的其它滑阀泵比较，由于滑阀体尺寸小，抽速可增加一倍。同样也可相应地提高泵的转速。但由于滑阀杆在这种结构中摆动很大，所以目前该结构只宜于小型泵。

由于滑阀泵的材料、振动、噪音等一系列问题尚待解决和完善，因此影响了泵转数的进一步提高。高转数(可达1000r/min)目前仅限于抽速为40L/S以下的小型泵。

(3) 抽除可凝性气体的措施

近年来，随着真空应用范围越来越广泛，在真空干燥、真空浸渍、真空脱水、真空冶炼等行业用滑阀泵抽除气体都含有大量水蒸汽。如果在真空泵中不能及时排除，就会污染真空泵油，造成真空泵抽气性能降低。尽管在泵上设置了气镇阀，认可降低泵的极限真空，用气镇方法抽除可凝性气体，但对于真空干燥、脱水、炼泥等水蒸汽含量高的抽气过程来说，用气镇方法并不理想，一般有以下方法可试用：a．滑阀泵与冷凝器配套使用。目前国内多数厂家采用这一方案。原理是将冷凝器串接在泵与被抽容器之间，把真空工艺设备中的大量水蒸汽用冷凝器捕捉成水，从而减少水蒸汽进入真空泵中的数量、降低泵油污染程度。如果适当调节冷凝器出口阀门流量和充分发挥真空泵上的气镇阀作用，可以取得较好的抽气效果。b．变滑阀泵为热泵。根据水的物理特性及相图原理，可将滑阀式真空泵改成热泵。这样．可在较高泵腔温度条件下，抽除大量可凝性水蒸汽。其工作原理如下：用一套自动温度调节控制器，通过自动控制泵的冷却水流量来达到控制泵腔温度的目的。使得在抽气过程中，泵腔的温度始终控制在高于水的饱和蒸汽压温度，促使被抽气体中的大量水蒸汽能顺利排出。

为避免出现由于泵腔内温度较高，泵长期工作可能会出现的泵油变稀、真空度下降、运转零部件卡死等现象，在设计中可采用耐高温的泵油(如N-62或N-68)和耐高温轴承．加大运转零部件的间隙等。

(七)余摆线真空泵

余摆线真空泵的转子与泵腔的型线均为“余摆线”。目前真空行业中广泛使用的油封式机械真空泵大多是中、小型的旋片泵和中、大型的滑阀泵。旋片泵在较脏的工作条件下，旋片泵在转子槽中卡住。尽管滑阀泵对这一缺点有一定程度的克服，但由于滑阀的质心相对回转中心的距离不是定值，虽然在结构上采取了一些动平衡措施，但尚不能达到完全平衡，故振动难以完全消除。尤其泵的容量越大，振动亦更大。同时上述两种泵，特别是滑阀泵与其排气量相比外形尺寸显得较大。这些缺点迫使人们去研制新型结构的真空泵。德国于 1964 年开始根据汪克尔汽车转子发动机原理进行了余摆线泵的研制；于1967年在国际真空科学年会上展出了试验样机；于1972年底开始批量生产。我国随着真空技术的发展，抚顺真空设备厂与东北大学合作，于1975年研制出我国第一台YZ-150型余摆线真空泵，现已批量生产。

1. 工作原理

如图14所示， R1 是小齿轮 5 的节圆半径， R2 是大齿轮 4 的节圆半径， R2 =2R1 。 O1M 是转子型线的创成半径且与 O1 圆相固联。当动圆 O1 在定圆 O2 的内圆周上作纯滚动时， M 点画出的轨迹便是转子的理论型线──余摆线。固定在泵体上的小齿轮 5 和固定在转子上的大齿轮 4 是一对内啮合齿轮。当曲柄 3 驱动转子沿小齿轮作行星运动时，泵体上的 M 点永远与转子理论型线接触，而泵体的理论型线则是转子理论型线曲线族的外包络线。转子型线的内包络区域永远被转子侧面所覆盖，如在侧盖上开设气镇孔时，则应避开该区域。

当转子位于图14中虚线位置时，泵腔被分成三个部分：吸气腔、封闭腔和排气腔。当转子按箭头方向转动时， B 腔与排气口连通， A 腔继续吸气。转子相对泵体转一周进行两次吸排气。从行星轮系传动比的计算可知，泵轴转一圈，转子转半圈。所以，泵轴转一圈，吸、排气各进行一次。

通过上述分析可知，因转子质心与回转中心的距离为定值，故余摆线泵的偏心质量可以

完全得到平衡。

2. 余摆线泵的特点及应用

从结构原弹和使用性能来看，余摆线泵与同类型泵相比有很多优点：

1) 泵的动平衡性好，所以泵运转较平稳、振动亦小，转速可以提高，可以做到尺寸小、抽速大，适合发展为大抽速的机械真空泵。

2) 由于吸气管路短而粗，有利于提高低压力下的抽速。因此，在低压范围内 (1 ～ l00Pa) 余摆线泵的抽速特性曲线优于滑阀泵。

3) 余摆线泵的转子和泵体是一对共轭齿形副的啮合运动，所以对被抽气体中含有一定量的粉尘及小颗粒等不太敏感。

4) 余摆线泵适应较高温度的工作环境，可以通过温控装置使泵腔保持较高温度 ( 即成为余摆线热泵 ) ，用来抽除大量的可凝性水蒸汽。

由于余摆线泵在 1 ～ l0Pa 压力范围内仍具有很大的抽速，因此该泵适用于真空行业中的 大排气量装置。目前，余摆线泵在真空冶金、真空热处理、真空干燥、浸渍等行业中得到应用。