【文章內(nèi)容簡介】 （ 4）真空技術(shù)與新型建筑材料 在近代建筑學(xué)派中出現(xiàn)一種叫做“光亮派”建筑，這種建筑物其迎光部位幾乎全部用玻璃作為“墻幕”，于是對建筑玻璃就提出了兩個要求：一是美觀；二是節(jié)能。 在低緯度近赤道附近的熱帶與亞熱帶地區(qū)，光照時間長，如采用沒有鍍膜的建筑玻璃，則從室外通過玻璃而照射到室內(nèi)的太陽能高達(dá) 85%，大大增加了室內(nèi)空調(diào)費(fèi)用。如果在建筑玻璃上鍍一層陽光控制膜，則透過的能量可降低到 17%。這種陽光控制膜的制作就是在真空條件下在透明或帶色玻璃的表面上鍍一層部分透光的金屬膜。 在高緯度的溫帶和寒冷地區(qū) ，如果采用沒有鍍膜的雙層中空玻璃，室內(nèi)的能量其中有 80%是通過玻璃而傳輸?shù)绞彝猓缭陔p層中空玻璃的內(nèi)側(cè)一表面鍍上低輻射膜，熱量傳輸損失可降低到 40%。這類低輻射膜比較理想的是氧化銦錫膜。 （ 5）真空技術(shù)與新型永磁材料 新型永磁材料釹、鐵、錳是 1983 年出現(xiàn)的第三代稀土永磁材料，它的磁能比釤 鈷永磁合金高一倍，比鋁鎳鈷高 6～ 7倍，比鐵氧體高十幾倍，因而引起磁學(xué)界極大的關(guān)注和制造廠用戶的濃厚興趣。由于我國釹儲量占世界總儲量的 80%，因此大力開發(fā)釹鐵錳永磁材料的研究和生產(chǎn)，具有廣闊的前景和重要的經(jīng)濟(jì) 價值。釹是化學(xué)性質(zhì)極為活潑的元素，因此釹鐵錳永磁材料的制作工藝幾乎全部在無氧的真空 9 環(huán)境下進(jìn)行。 真空泵技術(shù)發(fā)展趨勢 技術(shù)發(fā)展的原動力在于市場的需求。由于真空技術(shù)領(lǐng)域的擴(kuò)展和迅速成長的高新技術(shù)，國內(nèi)真空泵市場對真空泵的技術(shù)水平提出了更高的要求，真空泵的生產(chǎn)企業(yè)必須通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整兩個途徑來保住原有市場，進(jìn)而繼續(xù)擴(kuò)大市場占有率。 提高真空泵的可靠性，降低振動、噪聲，注重真空泵的綜合水平。過去的若干年，生產(chǎn)廠注重真空泵的主要性能指標(biāo)，而忽視真空泵的綜合性能。而現(xiàn)在，產(chǎn)品的可靠性、性能的穩(wěn)定性以 及對環(huán)境不造成污染逐漸成為考慮的主要因素。對于旋片泵、羅茨泵、滑閥泵等而言要將成熟的可靠性設(shè)計理念運(yùn)用到真空泵的設(shè)計中，在可靠性設(shè)計、可靠性實(shí)驗等方面下工夫，以大幅度提高真空泵的可靠性、穩(wěn)定性和壽命，保證真空泵能夠在各種工況下長期可靠的運(yùn)行。同時通過采用新技術(shù)、新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)來降低振動、噪聲，解決泵的噴油、漏油問題，還用戶一個清潔環(huán)保的工作環(huán)境。 真空泵的下一步發(fā)展應(yīng)該面向個性化和多樣化。所謂個性化和多樣化是針對不同用戶的不同需求，設(shè)計針對某一用戶的特定場合的產(chǎn)品，使產(chǎn)品在這一場合應(yīng)用。 國內(nèi)目前真 空獲得設(shè)備仍然以傳統(tǒng)的真空泵為主，主要為旋片真空泵、滑閥真空泵、羅茨真空泵、蒸汽真空泵、水環(huán)真空泵等，且全部屬于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，是提升我國產(chǎn)品科技含量重要手段，在發(fā)展真空獲得設(shè)備的高端產(chǎn)品中引進(jìn)國外技術(shù)，并很好的消化吸收，將迅速改變我國產(chǎn)品技術(shù)含量低、質(zhì)量和技術(shù)水平不能滿足市場需求的現(xiàn)狀。但引進(jìn)國外技術(shù)，應(yīng)特別注意兩點(diǎn)：一是重在消化吸收，在此基礎(chǔ)上培育企業(yè)的自主知識產(chǎn)權(quán)和創(chuàng)新能力。二是不要重復(fù)盲目引進(jìn)，要瞄準(zhǔn)國際上當(dāng)代最新技術(shù)，避免引進(jìn)一代，落后一代。引進(jìn)國外技術(shù)不是盲目的，而是手段，通過引進(jìn)技 術(shù)最終打造國產(chǎn)自主品牌。 10 傳統(tǒng)的真空設(shè)備我們生產(chǎn)了幾十年，在全國范圍內(nèi)形成了產(chǎn)品分布的穩(wěn)定格局。但是隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，信息技術(shù)、航天技術(shù)、納米科學(xué)等高科技引導(dǎo)了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的潮流。而這些高新技術(shù)的發(fā)展離不開真空獲得設(shè)備這個基礎(chǔ)裝備。目前國內(nèi)的狀況是真空泵生產(chǎn)企業(yè)仍然以生產(chǎn)傳統(tǒng)產(chǎn)品為主在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域占領(lǐng) 90%以上的市場份額。在高科技領(lǐng)域，國內(nèi)產(chǎn)品在技術(shù)水平和質(zhì)量上不能滿足要求， 90%以上市場份額由國外產(chǎn)品占領(lǐng)。國內(nèi)真空獲得產(chǎn)品與高新技術(shù)的發(fā)展嚴(yán)重脫節(jié)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不盡合理。多數(shù)企業(yè)期望只靠已有的老產(chǎn)品，不斷 增加產(chǎn)量而逐年增加利潤，這種可能性在市場競爭日益激烈的今天會越來越小。在今天的國內(nèi)外市場格局面前，盡快調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使其適應(yīng)市場需求才是最明智的選擇。 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整一是要不斷推出市場需求的新產(chǎn)品；二是全行業(yè)要形成高、中、低端產(chǎn)品的合理布局，并隨著市場變化，不斷調(diào)整，始終保持比較合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)狀態(tài)。 盡管 2021 年真空行業(yè)取得了令人矚目的成績，但目前的真空泵技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r卻并不樂觀。全行業(yè)要認(rèn)真分析形勢，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，團(tuán)結(jié)一致，為行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步開出一條新道路，為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出全行業(yè)應(yīng)有的貢獻(xiàn)。 對真空技術(shù)發(fā)展的期望 眾所周知， 20 世紀(jì)，真空工業(yè)的發(fā)展極為顯著，引起各界的關(guān)注。真空科學(xué)與技術(shù)在科學(xué)研究中只是一門實(shí)驗技術(shù)，而在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中卻成了一門基本技術(shù)而得到廣泛應(yīng)用。對真空技術(shù)未來的期望，首先希望國內(nèi)生產(chǎn)廠家研制出更為方便耐用的設(shè)備，朝著用戶與廠家相互滿足的方向努力。操作要方便，要縮短運(yùn)轉(zhuǎn)時間或生產(chǎn)周期。 真空裝置和儀表要高級化，提高設(shè)備的壽命和精度。希望在太空中建立真空應(yīng)用的工廠?？臻g站和飛船也會釋放出自身的氣體，真空并不理想，在空間飛船后 100米以外的地方才能獲得理想的超高真空 。要利用微重力條件下宇宙真空環(huán)境，為人 11 類服務(wù)。 鋁合金真空裝置可能代替不銹鋼。實(shí)現(xiàn)真空裝置鋁合金化，硬度問題利用離子鍍就可以達(dá)到實(shí)用化。 真空技術(shù)到 21 世紀(jì)將會做為一種重要的技術(shù)被繼續(xù)存在和發(fā)展下去。今后的發(fā)展方向，一是向微小化領(lǐng)域（納米科技和固體元件的研制），另一個是向巨大化的領(lǐng)域（如核聚變的研究），其中在巨大化裝置和使用多種氣體的真空裝置方面，希望能研制出能夠用于從粘滯流領(lǐng)域到超高真空的寬域型真空泵。希望能研制出不經(jīng)烘烤的超高真空裝置或者烘烤 100℃就可以了。總之要以方便用戶的操作為出發(fā)點(diǎn)，得到全世界用戶對歡迎。 我們希望 21 世紀(jì)中真空科學(xué)與技術(shù)取得更新的成就。真空行業(yè)得到更大的發(fā)展。 12 3 旋片式真空泵的介紹 旋片真空泵的術(shù)語 對各種真空泵的性能，都有規(guī)定的測試方法來檢驗其性能的優(yōu)劣，真空泵的主要性能有： （ 1）極限壓力：將真空泵與檢測容器相連，放入待測的氣體后，進(jìn)行長時間連續(xù)地抽氣，當(dāng)容器內(nèi)的氣體壓力不再下降，而維持某一定值時，此壓力即為泵的極限壓力，其單位用 Pa 表示。 （ 2）流量：在真空 泵的吸氣口處，單位時間內(nèi)流過的氣體量稱為泵的流量。在真空技術(shù)中，流量的單位用壓力體積 /時間來表示，即用 sPam/3 或 hPam/3 表示。 （ 3）抽氣速率：在真空泵的吸氣口處，單位時間內(nèi)流過的氣體的體積稱為泵的抽氣速率。即氣體 A的抽氣速率 aS 為流量 aQ （ sPam/3 ）除以測試罩內(nèi)這種氣體A 的分壓力 Pa 而得。 （ 4）抽氣的概念：若真空容器所有的內(nèi)表面上無氣體的吸附和脫附現(xiàn)象發(fā)生，這種抽氣的過程稱作理想狀態(tài)的抽氣過程。 旋片真空泵的基本參數(shù) （ 1）啟動壓力：泵無損壞啟動并有抽氣作用時的壓力。 （ 2）前級壓力：排氣壓力低于 101325Pa 的真空泵的出口壓力。 （ 3）最大前級壓力：超過它能使泵損壞的前級壓力。 （ 4）最大工作壓力：對應(yīng)最大流量的入口壓力。在此壓力下，泵能連續(xù)工作而不惡化或損壞。 （ 5）壓縮比：泵對給定氣體的出口壓力與入口壓力之比。 （ 6）何氏系數(shù)：泵抽氣通道面積上的實(shí)際抽氣速率與該處按分子瀉流計算的理論抽氣速率之比。 13 （ 7）抽氣系數(shù)：泵的實(shí)際抽氣速率與泵入口面積按分子瀉流計算的理論抽氣速率之比。 （ 8）返流速：泵在規(guī)定條件下工作時，與抽氣方向相反而通過泵入口的單位面積、單位時間的泵液的質(zhì)量流率。 （ 9）水蒸氣允許量（單位： kg/h）：在正常環(huán)境條件下，氣鎮(zhèn)泵在連續(xù)工作時能抽除的水蒸氣的質(zhì)量流率。 （ 10）最大允許水蒸氣入口壓力：在正常環(huán)境條件下，氣鎮(zhèn)泵在連續(xù)工作時所能抽除的水蒸氣的最高入口壓力。 旋片真空泵用途和使用范圍 （ 1) 泵是用來對密封容器抽除氣體而獲得真空的基本設(shè)備。它可單獨(dú)使用，亦可作為各類真空系統(tǒng)的前級泵和預(yù)抽泵。廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、科研、化工、實(shí)驗室、塑膠、電子等行業(yè)，以及電真空器件制造、燈泡、保溫瓶制造、真空焊接、儀器儀表及制冷設(shè)備、印刷 包裝機(jī)械配套等。 （ 2) 泵的工作環(huán)境：溫度 5℃ 40℃范圍內(nèi)，相對濕度不大于 90%，進(jìn)氣口壓強(qiáng)小于 10 托的條件下允許長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)被抽氣體相對濕度大于 90%時，應(yīng)開氣鎮(zhèn)閥。 (3) 泵進(jìn)氣口連續(xù)敞通大氣運(yùn)轉(zhuǎn)，不得超過三分鐘。 (4) 泵不適用于抽除對金屬有腐蝕性的，對泵油起化學(xué)反應(yīng)的、含有顆塵埃的氣體，以及含氧過高的、有爆炸性的氣體。 旋片真空泵的工作原理 旋片泵的工作原理：旋片泵主要由定子、轉(zhuǎn)子、旋片、定蓋、彈簧等零件組成。其結(jié)構(gòu)是利用偏心地裝在定子腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子的外圓與 定子的內(nèi)表面相切兩者之間的間隙非常?。┖娃D(zhuǎn)子槽內(nèi)滑動的借助彈簧張力和離心力緊貼在定子內(nèi)壁的兩塊旋片，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，始終沿定子的內(nèi)壁滑動 。 兩個旋片把轉(zhuǎn)子、定子內(nèi)腔和定蓋 14 所圍成的月牙型空間分隔成 A、 B、 C三個部分，當(dāng)轉(zhuǎn)子按 逆時針 方向旋轉(zhuǎn)時，與吸氣口相通的空間 A 的容積不斷地增大， A 空間的壓強(qiáng)不斷的降低，當(dāng) A 空間內(nèi)的壓強(qiáng)低于被抽容器內(nèi)的壓強(qiáng)，根據(jù)氣體壓強(qiáng)平衡的原理，被抽的氣體不斷地被抽進(jìn)吸氣腔 A，此時正處于吸氣過程。 B 腔的空間的容積正逐漸減小，壓力不斷地增大，此時正處于壓縮過程。而與排氣口相通的空間 C 的容積進(jìn)一步地 減小， C 空間的壓強(qiáng)進(jìn)一步的升高，當(dāng)氣體的壓強(qiáng)大于排氣壓強(qiáng)時，被壓縮的氣體推開排氣閥，被抽的氣體不斷地穿過油箱內(nèi)的油層而排至大氣中，在泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，不斷地進(jìn)行著吸氣、壓縮、排氣過程，從而達(dá)到連續(xù)抽氣的目的。 排氣閥浸在油里以防止大氣流入泵中，油通過泵體上的間隙、油孔及排氣閥進(jìn)入泵腔，使泵腔內(nèi)所有運(yùn)動的表面被油覆蓋，形成了吸氣腔與排氣腔的密封，同時油還充滿了一切有害空間，以消除它們對極限真空的影響。 如圖 31所示。 圖 31 旋片泵的工作原理 15 4 2XZ15 旋片真空泵的總體設(shè)計 旋片真空泵的結(jié)構(gòu)說明 及特點(diǎn) 泵體（也稱定子 ） 泵體是旋片泵的主體其結(jié)構(gòu)有三種類型：整體式、中壁壓入式和組合式。 泵體材料用的常有高強(qiáng)度鑄鐵以及球墨鑄鐵等如 HT250、 HT300、 QT600— 3等。泵體要進(jìn)行熱處理，以清除內(nèi)應(yīng)力，防止變形，提高耐磨性。 泵體加工要有以下幾點(diǎn)要求： （ 1）按鑄件要求，保證鑄件的質(zhì)量。 （ 2）以 5 10 5 Pa壓力做水壓實(shí)驗，持續(xù) 5 分鐘保證無滲漏。 （ 3）粗加工后應(yīng) 變 時效處理，硬度 HB160～ 240。 （ 4）泵腔直徑和圓弧面錐度每 100mm 長度上不大于 。 為保證泵及泵軸頭密封處的潤滑，泵體上開有專門的油路。 由于旋片泵是靠機(jī)械容積變化來實(shí)現(xiàn)，所以不僅制造精度要求高，而且配合要求精度要求更高。配合精度主要取決于轉(zhuǎn)子與泵腔配合的間隙選擇，若間隙過大，會造成被壓縮的氣體從排氣腔突破到進(jìn)氣腔，降低泵的極限真空；間隙過小，在運(yùn)轉(zhuǎn)時，容易因溫度升高膨脹使轉(zhuǎn)子與泵腔卡死或加劇與泵腔的磨損。根據(jù)經(jīng)驗，轉(zhuǎn)子 與 泵 腔 之 間 的 間 隙 ~?e ， 轉(zhuǎn) 子 與 兩 端 蓋 之 間 的 間 隙~ ?? ee ，以及旋片與兩端蓋間隙 ~39。39。 ?? ee 。 轉(zhuǎn)子和旋片 轉(zhuǎn)子和旋片是旋片泵的核心部件。 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有三種形式：整體式、壓套式和轉(zhuǎn)子盤式。其中整體式結(jié)構(gòu)加工件和裝配量少，但旋片槽加工困難，難以達(dá)到高精度，較適用于大泵；壓套式結(jié)構(gòu)兩半轉(zhuǎn)子中間用襯塊保證旋片槽寬，要求加工精度較高，裝配較復(fù)雜；轉(zhuǎn)子盤結(jié)構(gòu)，兩半轉(zhuǎn)子盤用螺釘和錐銷緊固后，兩轉(zhuǎn)子之間形成旋片槽，這種 結(jié)構(gòu)零件多，加工裝 16 配量大，有較高的加工精度。轉(zhuǎn)子盤式結(jié)構(gòu)最常見 [5]。 此旋片泵轉(zhuǎn)子采用轉(zhuǎn)子盤結(jié)構(gòu)。 旋片作為抽氣用的靈魂部件，在工作期間一直不停的旋轉(zhuǎn)，不間斷的與內(nèi)壁接觸，因此，對于旋片的材料要求較高。 我國目前應(yīng)用的主要真空泵大多為帶動式而不是直聯(lián)式，就是因為在電機(jī)的高轉(zhuǎn)速帶動的情況下，若轉(zhuǎn)子與其同速，則旋片會受到相當(dāng)大的沖擊，因此對于旋片的材料要求是相當(dāng)?shù)母叩摹Ｓ捎谖覈牧习l(fā)展的局限性，旋片材料達(dá)不到此種要求，這也是直聯(lián)式旋片泵在我國難以應(yīng)用推廣的原因。 旋片在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中始終與泵腔內(nèi)壁接觸，因此， 旋片要有一定的強(qiáng)度和耐磨性，材料一般采用鑄鐵、陶瓷、高分子復(fù)合材料等，大抽速的直聯(lián)泵多采用高分子復(fù)合材料。 旋片的結(jié)構(gòu)常有矩形和 T 形兩種，一般小泵用矩形居多，大型、偏心旋片泵用T 字形的較多。 在這里旋片材料均為膠木層壓板。 排氣閥 排氣閥是旋片泵主要易損件之一，將影響泵的抽氣性能并能產(chǎn)生噪音。 排氣閥有兩種形式：一種是用橡膠墊作閥片，另一種是用布質(zhì)酚醛層壓板或彈簧鋼片做閥片 ， 排氣閥必須浸在泵油中。 在排氣過程中，壓縮氣體推開排氣閥片，穿過泵油排出 ， 泵油起到密封的作用。 氣鎮(zhèn)閥 圖 41 氣鎮(zhèn)閥 17 氣鎮(zhèn)閥是旋片泵為抽除可凝性氣體而設(shè)置的。通常 ， 泵抽除的氣體多為永久性氣體和可凝性氣體的混合物，在壓縮和排氣過程中，當(dāng)可凝性氣體的分壓超過泵溫時該氣體的飽和蒸汽壓時，可凝性氣體將會凝結(jié)并混到泵油中，使泵油乳化變質(zhì)，潤滑密封性能變壞，凝結(jié)物在吸氣