详细介绍螺杆真空泵的工作原理

螺杆真空泵的工作原理核心是通过一对高精度螺杆转子的同步反向旋转，在泵腔内形成周期性变化的容积空间，实现 “吸气→压缩→排气” 的连续抽气循环，最终获得并维持目标真空环境。其原理可拆解为 “结构基础→核心过程→关键设计保障” 三部分，以下从技术细节层面展开详细说明：

一、工作原理的结构基础：高精度转子与泵腔设计

螺杆真空泵的抽气能力依赖于 “转子 - 泵腔” 的精密配合，这是理解其原理的前提，关键结构设计如下：

1. 核心部件：双螺杆转子

泵腔内装有一对共轭螺杆转子（通常为阳转子和阴转子，齿数比多为 4:6 或 5:7），转子采用 “渐开线齿形” 或 “摆线齿形” 设计（不同齿形适配不同真空度需求），且经过精密加工。

①　阳转子：通常为凸齿结构，主动转子，通过电机和同步齿轮带动阴转子旋转；

②　阴转子：通常为凹齿结构，从动转子，与阳转子啮合时无直接接触（间隙通常为 0.05-0.15mm），避免摩擦磨损。

2. 泵腔与端盖设计

泵腔为 “8 字形” 或 “双圆柱相切形” 腔体，内壁与转子外圆保持微小间隙（0.1-0.2mm）；泵腔两端装有端盖，端盖上开有吸气口（位于转子啮合的 “吸气侧”，通常为轴向或径向开口）和排气口（位于转子啮合的 “排气侧”，靠近齿轮箱端），且排气口位置低于吸气口，利用重力辅助排气。

3. 同步传动与密封系统

转子轴端装有高精度同步齿轮，确保两转子始终保持 “反向同步旋转”（转速通常为 1500-6000r/min），避免齿面碰撞；同时，转子轴与端盖之间采用 “机械密封” 或 “磁流体密封”，防止泵腔内气体泄漏至齿轮箱，也避免齿轮箱润滑油进入泵腔（保障 “无油真空”）。

二、核心工作过程：吸气→压缩→排气的连续循环

螺杆真空泵的抽气过程是容积式循环，随着转子的旋转，泵腔内的 “密封容积单元”（由转子齿面、泵腔内壁、端盖形成的封闭空间）会不断变化，具体分为三个阶段，且三个阶段在泵腔内同时进行（连续抽气的关键）：

1. 阶段 1：吸气阶段 —— 密封容积扩大，吸入气体

①　当两转子在电机带动下同步反向旋转时，转子的 “齿间槽”（转子齿与齿之间的凹槽）会从 “吸气口端” 开始逐渐分离：

例如，阳转子的凸齿逐渐退出阴转子的凹齿槽，此时两者在吸气口附近形成的 “密封容积单元” 会不断扩大，内部压力迅速降低（低于被抽系统的压力）；

②　在压力差的作用下，被抽系统中的气体（如空气、水蒸气、工艺气体等）通过吸气口被 “吸入” 密封容积单元，直至该容积单元脱离吸气口，吸气阶段结束。

2. 阶段 2：压缩阶段 —— 密封容积缩小，气体增压

①　吸入气体的密封容积单元随转子旋转，从 “吸气侧” 向 “排气侧” 移动；在此过程中，由于转子齿形的共轭设计，阳转子的凸齿会逐渐 “挤入” 阴转子的凹齿槽，导致密封容积单元的体积不断缩小；

②　容积缩小使得单元内的气体被持续压缩，压力逐渐升高（压缩比取决于转子螺距设计：等螺距转子压缩比恒定，变螺距转子从吸气端到排气端螺距递减，压缩比逐步增大，更易达到高真空）；

③　压缩过程持续至密封容积单元移动至 “排气口端”，且单元内压力升高至略高于大气压（或排气管道背压），为排气做好准备。

3. 阶段 3：排气阶段 —— 密封容积打开，排出气体

①　当被压缩的密封容积单元旋转至与排气口连通时，由于单元内压力高于排气侧压力（大气压或排气管道压力），气体将在压力差的作用下 “推开” 排气口的止回阀（部分设备无阀，直接排气），从密封容积单元中排出；

②　随着转子继续旋转，阳转子的凸齿会占据阴转子的凹齿槽，密封容积单元的体积缩小至 “最小”（接近零），确保单元内的气体被充分排出；

③　当该密封容积单元脱离排气口后，排气阶段结束，转子继续旋转，下一个齿间槽的吸气阶段同步开始，形成连续、无脉动的抽气循环。

三、保障原理高效实现的关键设计：间隙与冷却

螺杆真空泵的抽气效率和极限真空度，依赖于对 “间隙控制” 和 “温度控制” 的精准设计，这是原理落地的技术保障：

1. 间隙控制：平衡密封与防摩擦

转子与转子、转子与泵腔之间的 “微小间隙”（0.05-0.2mm）是核心设计难点：

①　间隙过小：转子旋转时易因热膨胀（运行中转子温度可达 80-120℃）发生摩擦，导致部件损坏；

②　间隙过大：泵腔内的气体易通过间隙 “反流”（从高压侧流向低压侧），降低抽气效率和极限真空度；

因此，设备会通过 “材质热膨胀系数匹配”（如转子用合金钢，泵腔用铸铁，两者热膨胀系数接近）和 “精密加工公差控制”，确保运行中间隙稳定在范围。

2. 冷却系统：控制温度，避免气体反凝

压缩过程会产生热量（气体压缩放热 + 转子摩擦放热），若温度过高：

①　会导致转子、泵腔热膨胀量增大，可能引发间隙变小甚至卡滞；

②　若抽除可凝性气体（如水蒸气、有机溶剂蒸气），高温可能导致气体在泵腔内 “反凝”（气态变液态），进而乳化润滑油、腐蚀部件；

因此，设备通常配备水冷系统（泵腔和齿轮箱外绕冷却水套，水温≤32℃，水压 0.1-0.3MPa）或风冷系统（泵腔外装散热风扇），将运行温度控制在 80-120℃的安全范围。