一種具有動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的螺桿真空泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于真空技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種螺桿真空累。
【背景技術(shù)】
[0002] 螺桿真空累屬于非接觸型干式累，它是20世紀(jì)90年代初期出現(xiàn)的一種理想的真 空累，W其抽速范圍寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、抽氣腔元件無(wú)摩擦、壽命長(zhǎng)、能耗低、無(wú)油污染等優(yōu) 點(diǎn)而在微電子、半導(dǎo)體、制藥、精密加工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。國(guó)產(chǎn)的螺桿真空累經(jīng)過(guò)二十 年的快速發(fā)展，其主要性能指標(biāo)（如抽速、極限壓力、能耗、零流量壓縮比、壓差）均達(dá)到或 接近國(guó)外先進(jìn)水平；但累運(yùn)行穩(wěn)定性、使用可靠性與國(guó)外先進(jìn)累仍差距較大，其動(dòng)密封技術(shù) 是主要影響因素之一，如何提高密封的可靠性及密封件的使用壽命成為目前國(guó)內(nèi)螺桿累市 場(chǎng)面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。螺桿真空累工作過(guò)程分為吸氣、等容輸送、壓縮、排氣四個(gè)過(guò)程，壓縮和 排氣的過(guò)程中會(huì)使氣體溫度急劇升高，導(dǎo)致排氣端轉(zhuǎn)子與軸的溫度較高，密封組件處于高 溫高速的惡劣工況下，而且傳統(tǒng)機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)直接接觸，使密封組件易損，使用壽命大大 降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決高溫高速運(yùn)行的螺桿真空累的機(jī)械密封組件存在的問(wèn)題，提高螺桿真空 累的使用壽命，本發(fā)明提供一種具有動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的螺桿真空累。
[0004] 一種具有動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的螺桿真空累包括累體21、前端蓋3、后端蓋、軸1和轉(zhuǎn)子2 ; 所述累體21的一側(cè)徑向上設(shè)有進(jìn)氣端口，所述前端蓋3和后端蓋分別固定設(shè)于累體21的 軸向兩端；所述前端蓋3的一側(cè)徑向上分別設(shè)有排氣端口和冷卻介質(zhì)入口；所述后端蓋的 一側(cè)徑向上設(shè)有冷卻介質(zhì)出口；所述轉(zhuǎn)子2套設(shè)固定在軸1上，轉(zhuǎn)子2位于累體21內(nèi)；所述 軸1的一端固定設(shè)于后端蓋內(nèi)，另一端伸至前端蓋3外部，軸1和前端蓋3之間設(shè)有密封機(jī) 構(gòu)；所述密封機(jī)構(gòu)包括密封靜環(huán)6和密封動(dòng)環(huán)7,所述密封動(dòng)環(huán)7上套設(shè)有彈黃，密封動(dòng)環(huán)7 通過(guò)緊定螺釘固定在軸1上； 陽(yáng)0化]所述密封機(jī)構(gòu)還包括冷卻套管4 ;與密封機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子2的軸向一端為套管臺(tái) 階孔，使轉(zhuǎn)子2與軸1之間有環(huán)形空腔；
[0006] 所述冷卻套管4為一端敞口另一端封閉的夾套管，所述夾套管的內(nèi)管壁和外管壁 之間的空腔為環(huán)狀的冷卻通道9;冷卻套管4的敞口端固定連接著前端蓋3的軸向內(nèi)端面， 冷卻套管4的封閉口端位于轉(zhuǎn)子2的套管臺(tái)階孔內(nèi)；
[0007] 所述冷卻通道9與前端蓋3內(nèi)的冷卻腔10連通，冷卻腔10內(nèi)設(shè)有冷卻介質(zhì)，實(shí)現(xiàn) 在軸和轉(zhuǎn)子之間形成絕熱層，阻擋溫度沿著軸向密封靜環(huán)6和密封動(dòng)環(huán)7處傳遞；
[0008] 與密封動(dòng)環(huán)7對(duì)應(yīng)的密封靜環(huán)6的摩擦副表面14上均布開(kāi)設(shè)有微孔15,所述微孔 15為盲孔，微孔15作為微儲(chǔ)油池向摩擦副表面提供潤(rùn)滑油。
[0009] 進(jìn)一步優(yōu)化的結(jié)構(gòu)如下：
[0010] 與所述密封機(jī)構(gòu)相鄰的軸1的表面設(shè)有迷宮密封槽19。
[0011] 冷卻套管4的敞口端和前端蓋3的軸向內(nèi)端面之間分別設(shè)有第二密封圈18和第 =密封圈20。
[0012] 所述冷卻套管4的外圓柱面上設(shè)有外螺紋13,所述外螺紋13和轉(zhuǎn)子2的套管孔之 間形成螺旋密封。所述外螺紋13的旋向和轉(zhuǎn)子2的旋向相反。
[0013] 所述冷卻套管4的內(nèi)圓柱面上設(shè)有內(nèi)螺紋12,所述內(nèi)螺紋12和軸1之間形成螺旋 密封；所述內(nèi)螺紋12的旋向和轉(zhuǎn)子2的旋向相同。
[0014] 所述微孔15為方孔，且呈放射狀均布，放射狀均布的微孔15在摩擦副表面14表 面上的密度為20%~25%。所述微孔15的孔深與邊長(zhǎng)之比為0. 2~0. 25。
[0015] 前端蓋3內(nèi)的空腔為冷卻腔10,與累體21對(duì)應(yīng)的前端蓋3的端面上設(shè)有連通著冷 卻腔10的二個(gè)W上的通孔11和二個(gè)W上的回流孔22,且二個(gè)W上的通孔11和二個(gè)W上的 回流孔22分別連通著冷卻通道9。
[0016] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在W下方面：
[0017] 1.本發(fā)明改善了螺桿真空累排氣端的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，通過(guò)增設(shè)冷卻套管，隔絕了溫 度從轉(zhuǎn)子沿軸向軸封部位的傳遞，降低了機(jī)械密封組件的工作溫度；冷卻套管表面的螺紋， 可W實(shí)現(xiàn)螺旋密封的作用，其中內(nèi)螺紋旋向與轉(zhuǎn)子旋向相同，從而阻止機(jī)械密封側(cè)密封介 質(zhì)漏入累腔內(nèi)，外螺紋旋向與轉(zhuǎn)子旋向，從而阻止累腔內(nèi)氣體中的雜質(zhì)及灰塵漏入機(jī)械密 封。
[0018] 2.通過(guò)在密封靜環(huán)的端面上開(kāi)設(shè)微孔，改善了高溫高速工況下機(jī)械密封的潤(rùn)滑和 磨損情況，微孔的存在可W增加動(dòng)靜環(huán)間流體動(dòng)壓力，進(jìn)而減小機(jī)械密封的動(dòng)靜環(huán)端面磨 損和溫升。在貧油潤(rùn)滑條件或甚至是干摩擦情況下，微孔可作為微儲(chǔ)油池向摩擦副表面提 供潤(rùn)滑油。同時(shí)，微坑或微溝槽也可W容納磨粒，W降低由于磨粒產(chǎn)生的高磨損。
[0019] 本發(fā)明的方型端面微孔機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，通過(guò)選定微孔密度、微孔孔深與邊長(zhǎng)之比 等表面織構(gòu)的參數(shù)，運(yùn)用激光等加工方法在機(jī)械密封靜環(huán)的摩擦副表面14加工出微米級(jí) 的方型微孔15,呈放射狀的均布在靜環(huán)表面，密封動(dòng)環(huán)6在軸1的帶動(dòng)下相對(duì)密封靜環(huán)7做 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于流體動(dòng)壓力的存在，密封動(dòng)環(huán)6和密封靜環(huán)7相對(duì)應(yīng)的軸向端面不接觸。在 保證泄漏量滿足要求的前提下，為了獲得較小的摩擦力矩，微孔密度與微孔孔深與邊長(zhǎng)之 比由下述方法求得：
[0020] 當(dāng)微孔密度和孔深與邊長(zhǎng)之比一定時(shí)，摩擦副端面流體動(dòng)壓力可W根據(jù)公式（1) 求出：
[0022] 密封開(kāi)啟力可由公式似求出：
[0024] 密封閉合力可由公式（3)求得：
[0026] 當(dāng)F。與F湘平衡時(shí)，可W求出此時(shí)的膜厚h。。摩擦力矩可由公式（4)求得：
[002引泄漏量可由公式（5)求得：
[0030] 式中：y為密封介質(zhì)的動(dòng)力黏度；U為動(dòng)環(huán)的平均切線速度；r。、rb分別為密封靜 環(huán)6的內(nèi)外徑，rm為二者平均值；h。為動(dòng)、靜環(huán)間非孔區(qū)液膜厚度；hP為微孔深度；rP為微孔 半徑；P。、Pi分別為摩擦副端面外徑與內(nèi)徑處的壓力，AP為二者差值；Ps為彈黃比壓；B為 密封平衡比；Sp為微孔密度。由W上公式易可求出不同微孔孔深與邊長(zhǎng)之比和微孔密度下 密封面的摩擦力矩和泄漏量的大小。在保證泄漏量滿足密封要求的前提下，選擇合適的微 孔孔深與邊長(zhǎng)之比和微孔密度來(lái)獲得最小的摩擦力矩，獲得最優(yōu)的密封性能。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 陽(yáng)03引圖2為圖1的局部放大圖；
[0033] 圖3為冷卻套管示意圖；
[0034] 圖4為密封靜環(huán)的端面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖5為密封靜環(huán)和密封動(dòng)環(huán)軸向之間的示意圖；
[0036] 上圖中序號(hào)：軸1、轉(zhuǎn)子2、前端蓋3、冷卻套管4、彈黃5、密封靜環(huán)6、密封動(dòng)環(huán)7、緊 定螺釘8、冷卻通道9、冷卻腔10、通孔11、內(nèi)螺紋12、外螺紋13、摩擦副表面14、微孔15、第 一密封圈16、軸承17、第二密封圈18、迷宮密封槽19、第=密封圈20、累體21，回流孔22。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
[0038] 參見(jiàn)圖1，一種具有動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的螺桿真空累包括累體21、前端蓋3、后端蓋、軸1 和轉(zhuǎn)子2。累體21的一側(cè)徑向上設(shè)有進(jìn)氣端口，前端蓋3和后端蓋分別固定安裝于累體21 的軸向兩端。前端蓋3的一側(cè)徑向上分別設(shè)有排氣端口和冷卻介質(zhì)入口。后端蓋的一側(cè)徑 向上設(shè)有冷卻介質(zhì)出口。轉(zhuǎn)子2套裝固定在軸1上，轉(zhuǎn)子2位于累體21內(nèi)；軸1的一端固 定設(shè)于后端蓋內(nèi)，另一端伸至前端蓋3外部，軸1和前端蓋3之間設(shè)有密封機(jī)構(gòu)；密封機(jī)構(gòu) 包括密封靜環(huán)6和密封動(dòng)環(huán)7,密封動(dòng)環(huán)7上套裝有彈黃，密封動(dòng)環(huán)7通過(guò)緊定螺釘固定在 軸1上；與密封機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的軸1表面加工有迷宮密封槽19。
[0039] 參見(jiàn)圖2,密封機(jī)構(gòu)還包括冷卻套管4 ;與密封機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子2的軸向一端為套 管臺(tái)階孔，使轉(zhuǎn)子2與軸1之間有環(huán)形空腔。
[0040] 冷卻套管4為一端敞口另一端封閉的夾套管，夾套管的內(nèi)管壁和外管壁之間的空 腔為環(huán)狀的冷卻通道9 ;冷卻套管4的敞口端固定連接著前端蓋3的軸向內(nèi)端面，冷卻套管 4的敞口端和前端蓋3的軸向內(nèi)端面之間分別安裝有第二密封圈18和第=密封圈20,防止 冷卻介質(zhì)進(jìn)入累體21內(nèi)。冷卻套管4的封閉口端位于轉(zhuǎn)子2的套管臺(tái)階孔內(nèi)，冷卻套管4 不隨轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動(dòng)。<