螺桿真空泵工作原理如圖1所示。成對(duì)的自嚙合轉(zhuǎn)子與殼體形成多個(gè)封閉空間，在轉(zhuǎn)子對(duì)旋轉(zhuǎn)方向相反運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)封閉空間運(yùn)動(dòng)，形成抽氣、壓縮等輸運(yùn)氣體過(guò)程。

 圖1 螺桿泵核心結(jié)構(gòu)和工作原理

可以看出，由于轉(zhuǎn)子對(duì)、殼體之間存在間隙，螺桿泵的工作壓力、體積流率是幾何抽速與氣體通過(guò)間隙回流平衡的結(jié)果。所以其入口真空取決于節(jié)距數(shù)量、間隙控制和轉(zhuǎn)子線(xiàn)速度。

螺桿泵實(shí)際為多級(jí)串聯(lián)工作的轉(zhuǎn)子泵，或單頭齒輪泵的串聯(lián)，可以認(rèn)為是多級(jí)直排大氣羅茨泵或者爪形泵的串聯(lián)組合，能夠?qū)崿F(xiàn)入口高真空、排口直接排入大氣，特別是變螺距真空泵符合多級(jí)真空泵壓縮原理，可以實(shí)現(xiàn)大抽速、高壓縮比。螺桿泵工作時(shí)，轉(zhuǎn)子對(duì)、殼體、端面沒(méi)有機(jī)械接觸，不需要潤(rùn)滑，所以可以“干式”工作。在輸運(yùn)氣體過(guò)程中不會(huì)造成真空泵體內(nèi)部、抽氣管線(xiàn)及系統(tǒng)、排氣管線(xiàn)及系統(tǒng)污染，但是需要對(duì)運(yùn)動(dòng)的齒輪、軸承、密封件等潤(rùn)滑、冷卻。油封機(jī)械泵包括旋片泵、滑閥泵等，采用油來(lái)密封、潤(rùn)滑轉(zhuǎn)子與殼體，采用一級(jí)或者二級(jí)就可以實(shí)現(xiàn)高真空，但是“油”是硬傷。

隨著現(xiàn)代工業(yè)及科技工程對(duì)真空系統(tǒng)清潔度要求越來(lái)越高，無(wú)油的螺桿泵獲得越來(lái)越多的關(guān)注和應(yīng)用。我國(guó)從21世紀(jì)初開(kāi)始研究螺桿真空泵，從引進(jìn)、消化吸收國(guó)外技術(shù)，通過(guò)逆向工程到創(chuàng)新發(fā)展，已經(jīng)成為無(wú)油螺桿真空泵最大的市場(chǎng)，也是產(chǎn)品供應(yīng)的重要力量。

目前我國(guó)生產(chǎn)的螺桿真空泵大多應(yīng)用于基礎(chǔ)工業(yè)的精細(xì)化工、石油石化等產(chǎn)業(yè)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的螺桿真空泵，國(guó)外產(chǎn)品占有大部分市場(chǎng)份額，我國(guó)螺桿真空泵進(jìn)入該市場(chǎng)的潛力巨大。

2.無(wú)油螺桿真空泵應(yīng)用狀況 

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的螺桿真空泵（以國(guó)外進(jìn)口配置為例），以吸入口真空度、體積流率、無(wú)油為重要考核指標(biāo)。

從理念看，更注重半導(dǎo)體應(yīng)用環(huán)境的清潔真空實(shí)現(xiàn)；從配置看，強(qiáng)調(diào)泵腔無(wú)油和管路的清洗保護(hù)等，適合半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)需求場(chǎng)景。

一般螺桿真空泵的宏觀(guān)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其特點(diǎn)如下：

1、吸氣口在整個(gè)泵的非驅(qū)動(dòng)端；軸承室采用脂潤(rùn)滑；吸氣口位置沒(méi)有冷卻結(jié)構(gòu)，常壓排氣。

2、排氣位置設(shè)置在驅(qū)動(dòng)端，傳動(dòng)系統(tǒng)包括齒輪、軸承等，采用油進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻等。

3、在吸入口設(shè)置沖洗系統(tǒng)，可以通過(guò)沖入清潔氣體對(duì)泵腔及部件清潔沖洗，特別是對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵、微量液體具有很好的效果；在排氣端的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)中也加入了充氣結(jié)構(gòu)，氣體形成的氣障可以防止被抽氣體與潤(rùn)滑系統(tǒng)接觸交互。

圖2  螺桿泵宏觀(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

螺桿泵的這種設(shè)計(jì)理念基于“無(wú)油”、“干式”，工作過(guò)程中保證齒輪箱中的油氣不會(huì)進(jìn)入被抽系統(tǒng)，同時(shí)又完全保障真空泵本身潤(rùn)滑、冷卻產(chǎn)生的蒸發(fā)物不會(huì)進(jìn)入齒輪箱內(nèi)，適合半導(dǎo)體、航天模擬、高能物理等產(chǎn)業(yè)和場(chǎng)景。

這些場(chǎng)景中氣體基本為干燥氣體，氣體成分恒定，與傳統(tǒng)螺桿真空泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是和諧的。

但是，螺桿泵在石油化工、食品、海洋工程等基礎(chǔ)工業(yè)中應(yīng)用場(chǎng)景更復(fù)雜，使用參數(shù)、性質(zhì)更具離散性。主要體現(xiàn)在以下方面：

1、這些應(yīng)用場(chǎng)景中氣體成分復(fù)雜，包含烷、烴、苯、醛等低鏈分子，基本是油、氣混合成分，而且從過(guò)程看大部分是處于飽和狀態(tài)的氣體，壓縮過(guò)程中容易，也必然產(chǎn)生凝液化、結(jié)焦。這些液體需要收集，飽和氣體需要處理才能排放，因此需要一定的壓力才能實(shí)現(xiàn)尾氣的輸送、回收。用于化學(xué)氣體處理的螺桿真空泵排氣壓力高、溫度高，更易發(fā)生損毀。

2、在排氣端正壓條件下，氣體會(huì)滲入齒輪箱。低鏈分子油氣與潤(rùn)滑油混溶，導(dǎo)致潤(rùn)滑油乳化變質(zhì)，引起故障。

3、入口壓力具有離散性，壓力值從數(shù)十帕斯卡到數(shù)萬(wàn)帕斯卡，壓縮腔內(nèi)物理參量實(shí)際數(shù)值不斷變動(dòng)，很難用一種固定配置模式實(shí)現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)行。

基于以上應(yīng)用場(chǎng)景的特殊性，如果直接采用普通設(shè)計(jì)的螺桿式真空泵，必然會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵體之間出現(xiàn)高溫引起的咬合，泵腔內(nèi)部運(yùn)動(dòng)部件結(jié)焦失去安全間隙，潤(rùn)滑油乳化變質(zhì)造成齒輪與軸承損毀，這是工程中最常出現(xiàn)的問(wèn)題。

浙江盛源是一家專(zhuān)業(yè)從事研究制造無(wú)油真空泵系列、新能源電動(dòng)真空泵、空氣壓縮機(jī)設(shè)備、醫(yī)療器材、永磁伺服電機(jī)、工業(yè)投資等多元化經(jīng)營(yíng)的大型企業(yè)，是國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，浙江省級(jí)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心。