螺杆式真空泵是容积式真空泵中的新兴成员，出现于20世纪90年代前后，发展较晚。但作为一种理想干泵，螺杆式真空泵在面世后获得了快速发展。接下来，我们一起了解一下它的基本知识吧！

01 螺杆式真空泵特点

螺杆式真空泵脱胎于螺杆式压缩机与螺杆液体输送泵，是容积式真空泵中一种较为理想的干式真空泵。

它能提供清洁无油的真空环境，并且对腐蚀性气体、可凝性蒸气、含粉尘颗粒气体有较强适应性。

因此在电子半导体、制药、石化等一些对清洁真空环境要求严格、气体成分复杂的行业领域，螺杆式真空泵备受青睐，逐渐成为传统油封机械泵、液环泵的换代产品。 

螺杆式真空泵通过一对非对称螺杆转子的相向运动，来周期性改变齿间容积实现输送气体，达到抽气的目的。它具有以下特点： 

1、清洁无油，多相混输，适应性广泛。螺杆式真空泵转子间存在严格间隙，泵腔内无油，可抽除腐蚀性气体、有毒及含粉尘、可凝性蒸气等复杂气体。

2、结构简单，动平衡好，可靠性高。螺杆式真空泵零部件少，核心部件无易损件，也无不平衡惯性力，运转可靠，寿命长。 

3、因结构简单，零部件少，所以操作、维修维护简便。 

4、强制输气，可以在宽压力范围内保证较大抽速，排气量几乎不受排气压力影响。

02 螺杆式真空泵的结构

螺杆式真空泵一般是双螺杆结构。螺杆式真空泵是通过一对非对称螺杆转子，在泵腔中作同步、高速反向运转，周期性改变齿间容积而产生的吸气和排气作用的抽气设备。 

它的主要结构包括螺杆转子、轴承、泵体、密封等。螺杆转子经精细动平衡校正，由轴承支撑，安装在泵腔中，螺杆与螺杆之间维持严格一定的间隙。

泵工作时，相互之间无磨擦，运转平稳，噪音低，腔内无需润滑油。

因此，螺杆式真空泵能抽除含有大量水蒸汽及少量粉尘的气体场合，极限真空高，消耗功率低，具有节能，免维修等优点。 

上图可见，螺杆式真空泵在结构上比较简单。形式上，螺杆式真空泵有卧式和立式之分。

依据螺杆转子型线的不同又可分为单头螺杆式真空泵与多头螺杆式真空泵。

单头螺杆式真空泵根据转子螺距的不同，可分为等螺距螺杆式真空泵与变螺距螺杆式真空泵，变螺距中又可细分为一段式、两段式、三段式等。 

多头型线在一个导程内即能完成吸气、压缩、排气过程，导程少，可有效减少泵的体积与重量，适用于大抽速领域，但其型线复杂，需特制道具与专用机床，加工费用昂贵，且由于泄漏三角的因素，真空度不高，因此市场上并不多见。 

单头型线适用于中小型螺杆式真空泵，市场上也多为单头螺杆式真空泵。其中等螺距螺杆式真空泵腔内无压缩，可以轻松排出固体颗粒与可凝性气体，但其排气温度与能耗度较高。

变螺距螺杆式真空泵腔内有压缩，排气温度低、能耗低，但对粉尘颗粒以及可凝性气体的耐受性不如等螺距。 下图是几种不同型线的转子结构对比：

03 螺杆式真空泵的工作原理 

因为是脱胎于螺杆式压缩机，所以螺杆式真空泵的工作原理也与螺杆式压缩机类似。我们以近似的多头型线的来阐述： 

1、吸气过程 

图中可见，阳转子按逆时针方向旋转，阴螺杆按顺时针方向旋转。图中上方的转子端面是吸气断面，下方的端面为排气端面。 

a、吸气过程即将开始     

b、吸气过程中        

c、吸气过程结束

图1a示出吸气过程即将开始时的转子位置。在这一时刻，这一对齿前端的型线完全啮合，且即将与吸气口连接。

随着转子开始转动，由于齿的一端逐渐脱离啮合而形成了齿间容积，这个齿间容积的扩大，在其内部形成了一定的真空，而此齿间容积又仅与吸气口连通，因此气体便在压差作用下流入其中。

如图1b中阴影部分所示。在随后的转子旋转过程中，阳转子齿不断从阴转子齿的齿槽中脱离出来，齿间容积不断扩大，并与吸气孔口保持连通。

吸气过程结束时的转子位置如图1c所示，其最显著的特点是齿间容积达到最大值。随着转子的旋转，齿间容积不会再增加。

齿间容积在此位置与吸气孔口断开，吸气过程结束。 

2、压缩过程 

图中，阳转子沿顺时针方向旋转，阴转子沿逆时针方向旋转。上方的转子端面是吸气断面，下方的端面为排气端面。 

a、压缩过程开始        

b、压缩过程中        

c、压缩过程结束排气开始 

图2a示出螺杆式真空泵压缩过程即将开始时的转子位置。此时气体被转子齿和机壳包围在一个封闭的空间中，齿间容积由于转子齿的啮合就要开始减小。

随着转子的旋转，齿间容积由于转子齿的啮合而不断减小。被密封在齿间容积中的气体被占据体积也随之减小，导致压力升高，从而实现气体的压缩过程，如图2b所示，压缩过程一直持续到齿间容积即将与排气孔口连通之前。如图2c所示。 

3、排气过程

螺杆式真空泵的排气过程。齿间容积与排气孔口连通后，即开始排气过程。

随着齿间容积的不断缩小，具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被排出。 如图3a所示。

这个过程一直持续到齿末端的型线完全啮合。此时，齿间容积内的气体通过排气孔口被完全排出，封闭的齿间容积的体积变为零。 

04 螺杆真空泵的工业应用

1)螺杆真空泵在制药行业溶媒回收中的应用

采用溶媒结晶工艺的原料药，通常在结晶后进行过滤、洗涤和真空干燥。物料中含湿通常在20%~200%，湿物料所含溶媒通常是易燃、易爆、有毒、有害的介质，它们在干燥过程中被真空机组抽走。

传统的湿式真空系统普遍选用罗茨-液环真空泵机组，液环泵的密封液在运行中会溶解或吸收部分有机溶媒，在汽液分离器中分离废气和高浓度的有机废液，这两部分都需要处理，这不仅不能充分回收这部分溶媒，而且使企业运行成本增加，更对健康安全和环保带来挑战;而应用干式真空冷凝系统，可以使干燥过程中的有机溶媒在排气侧冷凝，实现溶剂的回收，以及废水废液的零排放。

由于螺杆泵泵腔内无任何其他工艺介质，内部表面均采取涂层的防腐措施，既节能又环保，无废液处理问题，溶媒还可以全部回收，所以螺杆真空泵已成为这一应用领域的最佳选择。

2)螺杆真空泵在石化行业汽油蒸汽回收方面的应用

干式螺杆真空泵在汽油蒸汽回收装置中是一个关键性设备，所抽气体为容易挥发的汽油蒸汽，主要成份是C4、C5、C6 等汽油蒸汽。

通常要求泵的运行温度控制在80℃以下，然而仅仅依靠泵体夹套冷却无法使泵的运行降低到如此低的温度。

另外在多数现场都不能提供冷却水，可以提供的冷却液就是汽油。

为了降低泵的运行温度除了往泵体夹套内通入汽油外，最有效的方法就是向泵腔内(在温度最高点)注入适量的汽油，以此蒸发吸热来降低泵腔内温度。

由于螺杆真空泵在油汽回收工艺过程中，被冷凝的汽油会堆集在泵的排气口处，这种积液现象会造成泵的异常振动和噪声，因此必须及时排出，为此可以采取下列三种改进措施。

措施1：泵的排气管向下倾斜，排气管道位置低于泵的排气口位置。

措施2：在泵的排气口或消音器最低位处，安装一台循环泵以消除积液现象。

措施3：在泵的排气口处安装单向阀，以防止泵在停止运行时由于虹吸现象造成冷凝液倒流入泵腔内。

3) 螺杆真空泵在空间模拟方面的应用

由于空间模拟装置其被抽容器的容积从几千立方米到几万立方米，真空度变化从几万Pa 到几个Pa，而且被抽气体中含有大量的水蒸气或部分氮氧化物，所以这种真空系统首先遇到问题就是预抽真空问题，如果选用传统的滑阀泵作前级泵则存在下列问题：

首先是滑阀泵在高入口压力下长时间运行，由于气流携带作用，其喷油现象十分严重，一是浪费大量昂贵的油，二是污染环境;

由于被抽气体中含有大量的水蒸气或氮氧化物，这些气体一旦进入泵内会使真空泵油迅速乳化变质，油的密封性破坏，导致真空性能下降，甚至使泵毁坏;需要配置泵的数量多，而且滑阀泵的振动、噪声也大；

但螺杆真空泵由于具有清洁无油、抽速大、振动小、噪声低等优点，已成为当前大型空间模拟真空系统的首选产品。

另外，为了提高真空机组的抽速和极限真空并相应的减小螺杆泵的尺寸，一般都是采用一台罗茨泵与螺杆真空泵串联构成的二级机组或二台罗茨泵与螺杆真空泵串联构成的三级机组。

为防止颗粒杂质进入泵内，在真空机组入口均配置入口过滤器，其精度为50 μm。

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