滑阀式真空泵的发展

滑阀式真空泵（简称滑阀泵）是一种油封式机械泵。由于它是利用滑阀结构来改变吸气腔容积的，故称滑阀真空泵。

由于结构上的特点，这种泵的容量大，所以，常应用在大型真空设备上。它有单级和双级两种形式，单级泵的极限真空为0.4~1.33Pa，双级泵的极限真空为0.07~0.10Pa。一般抽速超过150L/s的大泵都是单级的。

滑阀式真空泵能够长期在较高压强和较差的抽气条件下工作，结构可靠耐用，可单独使用，也可作为其他真空泵的前级聚，是真空作业领域中的一种重要装置。

我国生产滑阀真空泵已有40多年的历史，现已具有较好的基础，在泵的主要工作性能指标上已达到国外同类名牌产品的水平，国产滑阀泵的面貌有了较大的改观，主要几种规格的滑阀泵可与国外同类产品相媲美。

而我国双级滑阀真空泵发展缓慢，产品仅停留在2H-15、2H-30和2H-70等少数几种中小型泵。虽然2H-150国家标准已经制定二十年，但其产品最近几年才面向市场。就其质量和性能而言，与美国、德国等发达国家相比，尚有一定的差距。

据《2013-2017年中国真空泵制造行业深度调研与投资预测分析 告》数据显示，在我国真空泵市场上，外国企业的进入与成功已成为不可争辩的事实，日本真空各地布点，德国莱宝在中国扩建，美国泰悉尔集团、韩国优成等国际著名厂家也纷纷寻找伙伴在中国建制造基地。国内虽然有一些企业逐渐崛起，在真空泵场上占据了较为领先的地位，但是多数企业研发能力差，高端产品在技术上仍处于劣势。

国内现有的双级滑阀泵和单级滑阀泵一样仍然面临振动大、噪声高等问题，而且泵的抽速越大其振动和噪声越高，很大程度影响了泵的各项性能的稳定性以及对环境造成严重污染，严重制约了我国双级滑阀泵的发展。

中国发展滑阀泵五十余年来，人们对单级滑阀泵的振动做了大量的工作，但上述工作没有明确的针对双级滑阀泵的振动展幵具体的计算和分析，没有发现定量的方法对双级滑阀泵的振动进行平衡，而关于双级滑阀真空泵振动研究的相关文献也很少。

经过多年的市场磨练，国产滑阀泵的主要技术性能（如极限压力、抽速、抽气效率等）指标已经得到大大改善。尤其在解决滑阀泵的噪声、振动等问题上面，各生产企业与院校联合，从理论到加工工艺，都进行了卓有成效的探索。

目前普遍的共识是：滑阀泵的转子所产生的惯性力是引起泵振动的主要原因。针对滑阀泵惯性力振动问题，国内外都做了大量的研究工作。

五十年代，A.Loernz提出“双缸结构”的滑阀真空泵。将一长一短的两台泵合并在一起并公用一根轴，两个偏心轮在轴上反向配置，另外在驱动轮上施加适当的配重块。这种结构在早期的滑阀泵设计得到广泛应用。但实践证明，这种结构仅可平衡掉奇数项谐波惯性力，而且由于这种这种结构的不对称性，它还产生一个附加力矩作用在泵体上，对泵的平衡产生一定的影响。

六十年代，美国Kinney公司研制了一种结构更为复杂的“三缸结构”滑阀式真空泵。该结构采用该公司的专利技术——“TRIPLEX平衡技术”：中间是一个长虹，两侧各为等长的短紅，三组滑阀用一根公共轴同时驱动，中间一组滑阀长度及重量双倍于左右两组滑阀。泵运转时，两组短滑阀和中间长滑阀之间始终保持着180°的相位差。长滑阀产生的惯性力为F，短滑阀的惯性力为F/2，因此惯性力和惯性力矩大小相等方向相反，三组滑阀可以通过自身的结构设置来保持力的平衡，基本消除泵的振动。

由于该结构的泵运转振动很小，所以泵的转速可以大大提高，从而可减少泵的体积和重量。例如，抽速为150L/s的三缸滑阀泵的重量要比普通型H-150泵减轻30%。这种结构也为高抽速滑阀泵的开发创造了有利条件。美国Kinney公司制造的三缸自平衡结构滑阀泵的最大抽速已达367L/s。尽管它的结构复杂，加工和装配要求较高而且价格昂贵，但仍受到广大用户的欢迎。

目前该项技术已向美国STOCKES公司及英国GENERAL的等著名公司转让，目前它代表着当今世界的先进水平。

在国内，滑阀泵的振动研究也取得了一定的成效。合肥工业大学的胡焕林教授提出了一种简单的单缸基波平衡法。此技术主要特点是把难以平衡的转子惯性力进行谐波分解，并将占有惯性力主要分量的基波惯性力作为依据来计算配重，并平均分配在驱动轮和平衡轮上。以上三种对于典型的滑阀泵结构的改进设计在实际应用中都起到了一定的振动平衡效果。但实际上并没有能把转子的惯性力完全平衡掉。

鉴于此，Harris等技术专家认为：滑阀真空泵必然存在不平衡惯性力。日本机械学会也认为滑阀泵的振动问题是不可避免的。滑阀泵存在的振动过大的缺陷，一定程度上限制了它向高速化、轻型化方向的发展。

国内外对于滑阀泵振动平衡问题已有好几十年的研究,取得了丰富的成果。总结起来，引起泵振动的原因可以归纳为以下两大点：

（一）机械原因

例如转子不平衡；泵、电机、联轴器不对中；齿轮齿面磨损；轴弯曲；滚动轴承轨道、钢球不圆或内外圈脱落；滑动轴承油膜震荡；设计不合理或热膨胀引起过大的管路共振；地脚螺栓松动等。

（二）流体作用

例如真空泵运行的工作点严重偏离最佳效率点；入口压力小于流体输送温度下的饱和蒸汽压等。

从目前研究结果来看，解决这种不平衡惯性力的方法,主要有以下几个方面：

1. 整体合理布局

滑阀泵的整体结构可设计成立式结构或卧式结构。从发展趋势看，卧式（倾斜式）结构较合理。因为它结构紧凑、重心低，有利于减小振动。

2. 结构改进

在不影响滑阀泵正常工作的情况下，改进各个构件的结构，改变整个真空泵系统的结构特征，寻找更合理的新型的滑阀泵的结构。

3. 采用动平衡方式

通过分析计算，添加平衡轮，并在皮带轮上外加配重块，来对偏心轮和滑阀的惯性力进行平衡减振。实践证明，这是一种行之有效的减振方法。

4. 采用机械减振装置

对于高速泵和大泵，除采用平衡措施外，还可用机械减振的办法来减小振动。例如在泵的底座上安装橡胶减振器来吸振。

5. 缸的数目的合理选择与布置。如三缸结构就很好地减小了振动影响。