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

 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、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)子線速度。

螺桿泵實際為多級串聯(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真空泵壓縮原理，可以實現(xiàn)大抽速、高壓縮比。螺桿泵工作時，轉(zhuǎn)子對、殼體、端面沒有機(jī)械接觸，不需要潤滑，所以可以“干式”工作。在輸運(yùn)氣體過程中不會造成真空泵體內(nèi)部、抽氣管線及系統(tǒng)、排氣管線及系統(tǒng)污染，但是需要對運(yùn)動的齒輪、軸承、密封件等潤滑、冷卻。油封機(jī)械泵包括旋片泵、滑閥泵等，采用油來密封、潤滑轉(zhuǎn)子與殼體，采用一級或者二級就可以實現(xiàn)高真空，但是“油”是硬傷。

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

目前我國生產(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，國外產(chǎn)品占有大部分市場份額，我國螺桿真空泵進(jìn)入該市場的潛力巨大。

2.無油螺桿真空泵應(yīng)用狀況 

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

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

一般螺桿真空泵的宏觀結(jié)構(gòu)如圖2所示，其特點如下：

1、吸氣口在整個泵的非驅(qū)動端；軸承室采用脂潤滑；吸氣口位置沒有冷卻結(jié)構(gòu)，常壓排氣。

2、排氣位置設(shè)置在驅(qū)動端，傳動系統(tǒng)包括齒輪、軸承等，采用油進(jìn)行潤滑、冷卻等。

3、在吸入口設(shè)置沖洗系統(tǒng)，可以通過沖入清潔氣體對泵腔及部件清潔沖洗，特別是對系統(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滑系統(tǒng)接觸交互。

圖2  螺桿泵宏觀結(jié)構(gòu)示意圖

螺桿泵的這種設(shè)計理念基于“無油”、“干式”，工作過程中保證齒輪箱中的油氣不會進(jìn)入被抽系統(tǒng)，同時又完全保障真空泵本身潤滑、冷卻產(chǎn)生的蒸發(fā)物不會進(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)和場景。

這些場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，而且從過程看大部分是處于飽和狀態(tài)的氣體，壓縮過程中容易，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，氣體會滲入齒輪箱。低鏈分子油氣與潤滑油混溶，導(dǎo)致潤滑油乳化變質(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)萬帕斯卡，壓縮腔內(nèi)物理參量實際數(shù)值不斷變動，很難用一種固定配置模式實現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)行。

基于以上應(yīng)用場景的特殊性，如果直接采用普通設(shè)計的螺桿式真空泵，必然會導(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)動部件結(jié)焦失去安全間隙，潤滑油乳化變質(zhì)造成齒輪與軸承損毀，這是工程中最常出現(xiàn)的問題。

浙江盛源是一家專業(yè)從事研究制造無油真空泵系列、新能源電動真空泵、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)營的大型企業(yè)，是國家高新技術(shù)企業(yè)，浙江省級技術(shù)研究開發(fā)中心。