詳細介紹螺桿真空泵的工作原理

螺桿真空泵的工作原理核心是通過一對高精度螺桿轉子的同步反向旋轉，在泵腔內形成周期性變化的容積空間，實現 “吸氣→壓縮→排氣” 的連續抽氣循環，最終獲得并維持目標真空環境。其原理可拆解為 “結構基礎→核心過程→關鍵設計保障” 三部分，以下從技術細節層面展開詳細說明：

一、工作原理的結構基礎：高精度轉子與泵腔設計

螺桿真空泵的抽氣能力依賴于 “轉子 - 泵腔” 的精密配合，這是理解其原理的前提，關鍵結構設計如下：

1. 核心部件：雙螺桿轉子

泵腔內裝有一對共軛螺桿轉子（通常為陽轉子和陰轉子，齒數比多為 4:6 或 5:7），轉子采用 “漸開線齒形” 或 “擺線齒形” 設計（不同齒形適配不同真空度需求），且經過精密加工。

①　陽轉子：通常為凸齒結構，主動轉子，通過電機和同步齒輪帶動陰轉子旋轉；

②　陰轉子：通常為凹齒結構，從動轉子，與陽轉子嚙合時無直接接觸（間隙通常為 0.05-0.15mm），避免摩擦磨損。

2. 泵腔與端蓋設計

泵腔為 “8 字形” 或 “雙圓柱相切形” 腔體，內壁與轉子外圓保持微小間隙（0.1-0.2mm）；泵腔兩端裝有端蓋，端蓋上開有吸氣口（位于轉子嚙合的 “吸氣側”，通常為軸向或徑向開口）和排氣口（位于轉子嚙合的 “排氣側”，靠近齒輪箱端），且排氣口位置低于吸氣口，利用重力輔助排氣。

3. 同步傳動與密封系統

轉子軸端裝有高精度同步齒輪，確保兩轉子始終保持 “反向同步旋轉”（轉速通常為 1500-6000r/min），避免齒面碰撞；同時，轉子軸與端蓋之間采用 “機械密封” 或 “磁流體密封”，防止泵腔內氣體泄漏至齒輪箱，也避免齒輪箱潤滑油進入泵腔（保障 “無油真空”）。

二、核心工作過程：吸氣→壓縮→排氣的連續循環

螺桿真空泵的抽氣過程是容積式循環，隨著轉子的旋轉，泵腔內的 “密封容積單元”（由轉子齒面、泵腔內壁、端蓋形成的封閉空間）會不斷變化，具體分為三個階段，且三個階段在泵腔內同時進行（連續抽氣的關鍵）：

1. 階段 1：吸氣階段 —— 密封容積擴大，吸入氣體

①　當兩轉子在電機帶動下同步反向旋轉時，轉子的 “齒間槽”（轉子齒與齒之間的凹槽）會從 “吸氣口端” 開始逐漸分離：

例如，陽轉子的凸齒逐漸退出陰轉子的凹齒槽，此時兩者在吸氣口附近形成的 “密封容積單元” 會不斷擴大，內部壓力迅速降低（低于被抽系統的壓力）；

②　在壓力差的作用下，被抽系統中的氣體（如空氣、水蒸氣、工藝氣體等）通過吸氣口被 “吸入” 密封容積單元，直至該容積單元脫離吸氣口，吸氣階段結束。

2. 階段 2：壓縮階段 —— 密封容積縮小，氣體增壓

①　吸入氣體的密封容積單元隨轉子旋轉，從 “吸氣側” 向 “排氣側” 移動；在此過程中，由于轉子齒形的共軛設計，陽轉子的凸齒會逐漸 “擠入” 陰轉子的凹齒槽，導致密封容積單元的體積不斷縮小；

②　容積縮小使得單元內的氣體被持續壓縮，壓力逐漸升高（壓縮比取決于轉子螺距設計：等螺距轉子壓縮比恒定，變螺距轉子從吸氣端到排氣端螺距遞減，壓縮比逐步增大，更易達到高真空）；

③　壓縮過程持續至密封容積單元移動至 “排氣口端”，且單元內壓力升高至略高于大氣壓（或排氣管道背壓），為排氣做好準備。

3. 階段 3：排氣階段 —— 密封容積打開，排出氣體

①　當被壓縮的密封容積單元旋轉至與排氣口連通時，由于單元內壓力高于排氣側壓力（大氣壓或排氣管道壓力），氣體將在壓力差的作用下 “推開” 排氣口的止回閥（部分設備無閥，直接排氣），從密封容積單元中排出；

②　隨著轉子繼續旋轉，陽轉子的凸齒會占據陰轉子的凹齒槽，密封容積單元的體積縮小至 “最小”（接近零），確保單元內的氣體被充分排出；

③　當該密封容積單元脫離排氣口后，排氣階段結束，轉子繼續旋轉，下一個齒間槽的吸氣階段同步開始，形成連續、無脈動的抽氣循環。

三、保障原理高效實現的關鍵設計：間隙與冷卻

螺桿真空泵的抽氣效率和極限真空度，依賴于對 “間隙控制” 和 “溫度控制” 的精準設計，這是原理落地的技術保障：

1. 間隙控制：平衡密封與防摩擦

轉子與轉子、轉子與泵腔之間的 “微小間隙”（0.05-0.2mm）是核心設計難點：

①　間隙過小：轉子旋轉時易因熱膨脹（運行中轉子溫度可達 80-120℃）發生摩擦，導致部件損壞；

②　間隙過大：泵腔內的氣體易通過間隙 “反流”（從高壓側流向低壓側），降低抽氣效率和極限真空度；

因此，設備會通過 “材質熱膨脹系數匹配”（如轉子用合金鋼，泵腔用鑄鐵，兩者熱膨脹系數接近）和 “精密加工公差控制”，確保運行中間隙穩定在范圍。

2. 冷卻系統：控制溫度，避免氣體反凝

壓縮過程會產生熱量（氣體壓縮放熱 + 轉子摩擦放熱），若溫度過高：

①　會導致轉子、泵腔熱膨脹量增大，可能引發間隙變小甚至卡滯；

②　若抽除可凝性氣體（如水蒸氣、有機溶劑蒸氣），高溫可能導致氣體在泵腔內 “反凝”（氣態變液態），進而乳化潤滑油、腐蝕部件；

因此，設備通常配備水冷系統（泵腔和齒輪箱外繞冷卻水套，水溫≤32℃，水壓 0.1-0.3MPa）或風冷系統（泵腔外裝散熱風扇），將運行溫度控制在 80-120℃的安全范圍。