【康沃真空網(wǎng)】現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，用于化工行業(yè)的真空泵必須結(jié)實(shí)、可靠，能處理大量蒸汽、腐蝕性氣體和可燃性氣體。本文介紹了各種真空泵的結(jié)構(gòu)與性能。液環(huán)泵和螺桿真空泵因其結(jié)構(gòu)和性能等因素最適合于化學(xué)工藝的應(yīng)用。
一、化工工藝對真空泵的要求
由于化工工藝的工況比較惡劣，工作周期很長，所以真空泵首先要可靠耐用、性能穩(wěn)定，同時(shí)還必須具有下列性能：
（一）能夠處理各種不同溶劑的蒸汽，且不會(huì)對泵造成損害；
（二）不會(huì)對工藝過程和環(huán)境造成污染；
（三）產(chǎn)生的廢物要盡可能減少；
（四）真空泵要耐腐蝕；
（五）能夠處理可燃性氣體或蒸汽；
（六）能夠吸入液體而不損害泵。
二、適用于化工行業(yè)的真空泵的結(jié)構(gòu)與性能
（一）油封滑閥泵
油封滑閥泵屬于初級(jí)泵，亦是一種變?nèi)荼??；y泵結(jié)實(shí)、可靠，能夠承受苛刻的工況。
滑閥泵包含4個(gè)主要部件：軸、偏心輪、滑閥、導(dǎo)軌體。偏心輪裝在軸上，滑閥與偏心輪同心，當(dāng)套在偏心輪上的滑閥沿著泵腔外圓旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑閥和泵腔之間的空間交替地從最大變到零，以實(shí)現(xiàn)抽氣功能。
為了防止這些運(yùn)動(dòng)部件相互接觸，滑閥、導(dǎo)軌體、偏心輪和泵腔之間都保持一個(gè)恒定的間隙，所以必須用油來封住運(yùn)動(dòng)部件之間的間隙并作為一種潤滑材料，同時(shí)，油亦可以帶走氣體壓縮所產(chǎn)生的熱量，以降低泵內(nèi)溫度。
但是，由于滑閥泵的泵腔內(nèi)有油，這對于其在化學(xué)工藝方面的應(yīng)用是個(gè)限制因素。為了保持油的性能以及避免內(nèi)部構(gòu)件的損壞，油中的顆粒在進(jìn)入泵腔前必須經(jīng)過過濾，被抽的溶劑蒸汽在進(jìn)入泵以前必須用預(yù)冷凝器分離掉，或通過氣鎮(zhèn)措施防止溶劑蒸汽冷凝在泵內(nèi)。
（二）液環(huán)泵
液環(huán)泵屬于容積泵，葉輪在泵腔內(nèi)是偏心安裝，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)迫使工作液沿著泵腔內(nèi)壁形成一個(gè)等厚的旋轉(zhuǎn)液環(huán)，于是在兩個(gè)相鄰葉片、葉輪輪轂和液環(huán)內(nèi)表面之間形成一個(gè)“氣腔”，隨著葉輪旋轉(zhuǎn)，氣腔在泵的吸氣區(qū)的體積逐漸增大，其內(nèi)部壓力下降，從而將氣體吸入泵內(nèi)，相反，氣腔在排氣區(qū)的體積則逐漸變小，其內(nèi)部壓力上升，從而將氣體排出。
液環(huán)泵有單級(jí)和雙級(jí)兩種，單級(jí)液環(huán)泵工作壓力范圍為（1000～150）mbar，入口壓力低于150mbar時(shí)抽速急劇下降，抽氣效率較低。雙級(jí)液環(huán)泵工作壓力范圍為（1000～30）mbar，在入口壓力較低的情況下仍有較大抽速。
液環(huán)泵非常適合于化學(xué)工業(yè)，其內(nèi)部零件不存在相互接觸，無需潤滑。液環(huán)泵的工作液有兩個(gè)作用：一是用于密封，二是用于冷卻。
常用的工作液是水，亦可以用與工藝介質(zhì)相適應(yīng)的其他液體，如低粘度的油、乙二醇以及其他工藝溶劑如甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和乙苯等，這些密封液可以采用全循環(huán)系統(tǒng)，以避免對環(huán)境的污染。
液環(huán)泵有許多優(yōu)點(diǎn)：
1.操作簡便，運(yùn)動(dòng)部件少，泵腔內(nèi)沒有潤滑油，不存在油的污染問題；
2.密封液的選擇范圍廣；
3.既適合于抽可凝性蒸汽,又可以抽非可凝性氣體；
4.可以抽除氣流中的小液滴和微小顆粒；
5.可以選擇不同的結(jié)構(gòu)材料，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品是全鑄鐵和全316不銹鋼，亦可以用合金鋼20和哈氏合金材料。
液環(huán)泵最大的缺點(diǎn)就是功耗比其他機(jī)械類的真空泵要大，如滑閥泵消耗在密封、軸承、帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件的功率占總功率的30%~40％，而液環(huán)泵在上述方面消耗的功率占總功率的60%~75％。
另外，液環(huán)泵的極限壓力受到密封液蒸汽壓的限制，例如液環(huán)泵用水作為密封液，其極限壓力就是水在工作溫度下的蒸汽壓，當(dāng)水溫在20℃時(shí)，其極限壓力就是3200Pa。
同時(shí)，液環(huán)泵在低的入口壓力下會(huì)產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，造成汽蝕的原因是：當(dāng)泵的入口壓力低于密封液的蒸汽壓時(shí)，密封液迅速沸騰，并產(chǎn)生大量氣泡，在氣泡上升、破裂過程中會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊力，并從表面剝離少量金屬，如果這種氣蝕持續(xù)時(shí)間很長，就會(huì)對泵造成嚴(yán)重?fù)p害。
液環(huán)泵在低壓下抽氣量小、效率低而且還產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，建議在液環(huán)泵的入口上增設(shè)一個(gè)大氣噴射器，大氣噴射器是噴射泵的一種類型，它利用液環(huán)泵工作時(shí)與大氣壓（或者是液環(huán)泵的排氣壓力）之間的壓差將氣體吸入到工作噴嘴，并獲得超音速的射流，在混合室內(nèi)造成真空，從而將被抽氣體吸入，兩股氣體混合后，經(jīng)過擴(kuò)壓管再被液環(huán)泵吸入并排到泵外。
大氣噴射器液環(huán)泵機(jī)組主要在較低工作壓力或密封液溫度較高情況下工作。噴射器吸入的氣體可以是空氣，亦可以用液環(huán)泵排出的氣體作為大氣噴射器的驅(qū)動(dòng)氣體。
特別是羅茨液環(huán)機(jī)組，如果在液環(huán)泵入口配上大氣噴射器，既可以提高機(jī)組的極限真空，又可以降低羅茨泵的壓縮比，在羅茨液環(huán)機(jī)組進(jìn)入極限壓力時(shí)，羅茨泵不會(huì)過熱，液環(huán)泵亦不會(huì)產(chǎn)生氣蝕。
（三）氣冷式羅茨泵
由于羅茨泵的泵腔內(nèi)沒有任何液體，亦不存在金屬之間的相互接觸，非常適合于化工領(lǐng)域的應(yīng)用。
但是普通羅茨泵的最大允許壓差均在（3~5）×103Pa，不能直排大氣。而氣冷式羅茨泵的最大允許壓差可達(dá)8.7×104Pa，可以直排大氣。
當(dāng)氣冷式羅茨泵的轉(zhuǎn)子封閉進(jìn)氣口后，就與返冷氣口相通，返入的冷氣在進(jìn)氣和排氣壓差的作用下自動(dòng)充滿泵腔，（泵腔內(nèi)的壓力由P進(jìn)升至P排），然后與被抽氣體一起通向排氣口。冷卻氣體由安裝在排氣口下方的熱交換器提供。這一設(shè)計(jì)使壓縮產(chǎn)生的熱量被冷卻氣體所平衡，從而不會(huì)導(dǎo)致泵過熱而卡死。
氣冷式羅茨泵雖然能直排大氣，但由于極限壓力很高140mmbar，而且在極限壓力時(shí)功耗很大，所以一般不作為單臺(tái)泵使用，而是由數(shù)臺(tái)氣冷羅茨泵串聯(lián)組成機(jī)組，以獲得高真空和大抽速。
（四）干式機(jī)械真空泵
干泵的泵腔內(nèi)沒有任何液體，可以從大氣抽到幾個(gè)Pa。1980年干泵在半導(dǎo)體行業(yè)己經(jīng)替代油封式機(jī)械泵，獲得（1~100）Pa的極限壓力，用于化學(xué)汽相沉積和芯片的刻蝕。
過去半導(dǎo)體行業(yè)的油封機(jī)械泵都是采用惰性的氟油來潤滑，以防止腐蝕性氣體對油的侵蝕，但是氟油十分昂貴，而且維護(hù)費(fèi)用亦很高。
采用干式真空泵，泵內(nèi)不僅不存在潤滑油，而且亦不存在廢液處理的問題。但是泵腔內(nèi)沒有油，就使得泵腔內(nèi)部的間隙無法保持密封，而且還失去了用于控制溫度的傳熱介質(zhì)，這對干式真空泵帶來很大的挑戰(zhàn)。
早期的干泵是由幾級(jí)羅茨型轉(zhuǎn)子或幾級(jí)爪型轉(zhuǎn)子串聯(lián)而成，它們在泵腔內(nèi)沒有任何接觸，用同步齒輪帶動(dòng)二個(gè)平行的轉(zhuǎn)子軸，由于泵腔內(nèi)沒有任何液體，所以內(nèi)部間隙要盡可能保持很小，以減少氣體的返流。
但是這個(gè)很小的間隙對于工藝顆粒的堆積顯得十分敏感，目前解決這個(gè)問題的辦法就是：從泵的入口充入惰性氣體將它沖刷掉，或者用惰性氣體來稀釋可凝性的腐蝕氣體。
干泵在半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)用成功，亦激勵(lì)干泵制造商將干泵引入化學(xué)工業(yè)，雖然干泵價(jià)格昂貴，但運(yùn)行成本較低，特別是沒有廢液處理問題，對環(huán)境和健康十分有利。
目前各種型式的干泵很多，包括渦旋泵、隔膜泵、干式旋片泵、羅茨型干泵、爪式干泵和螺桿真空泵。在化工行業(yè)應(yīng)用中占主導(dǎo)地位的是羅茨型干泵、爪式干泵和螺桿真空泵。
