双级旋片式真空泵的结构与工作原理

单级旋片式真空泵的极限压力通常只能达到1.3Pa，尽管有些可以达到0.1Pa。那么，为什么极限压力不能更低呢？本文将详细解析通过串接两个单级泵，形成双级旋片式真空泵的结构和工作原理。

单级旋片式真空泵的极限压力受限主要有以下几个原因：

1. 单级旋片式真空泵的结构中存在有害空间（如图1所示），该空间中的气体无法被排除。当旋片转过排气口后，这部分气体再次被压缩，并通过转子与泵腔间的缝隙回到吸气空间，导致每次总有部分气体无法完全排出。

   
   

2. 在单级旋片式真空泵工作时，泵腔的吸气空间与排气空间存在一定的压力差。当排气空间的气体被压缩到很小的体积时，其压力会很高，可能会通过各种途径突破到吸气空间，导致泵的真空度下降。

3. 泵油在泵体内循环流动过程中会溶解大量的气体和蒸气。在吸气侧，由于压力较低，溶解的气体会再次逸出，使得泵的真空度难以提高。

为了提高泵的极限真空度，除了提高泵体、转子、旋片的加工精度，尽量减少装配间隙和有害空间外，最有效的方法就是将两个单级泵串接起来，形成双级旋片式真空泵（如图2所示）。

双级旋片式真空泵由两个工作室组成。前级泵是低真空级（也称为第一级或低级），后级泵是高真空级（也称为第二级或高级）。被抽气体先进入后级，然后进入前级，最后通过排气阀排出泵外。前后两级的结构稍有不同：后级的泵腔（缸）比前级大，前级和单级泵一样，随时有油进入泵腔，而后级仅在开始工作时存有少量的油，工作一段时间后，就没有油进入泵腔了。后级工作时，一部分气体从后排气阀直接排到大气中去，一部分气体经由前级泵排到大气中去；工作一段时间后，后级泵里的气体经过压缩后，压强达不到一个大气压以上，推不开后排气阀，这些气体就完全从前级排出。

随着抽气时间的增长，后级泵进气口的压强大大下降，泵的出口压强也很小，进出口的压强差也就小，被压缩气体返回的数量相应减少。同时，后级泵中易蒸发的油分子不断被前级泵抽走，油蒸气的分压强因而就减小了。这样可以提高泵的极限真空度，而油污染也比单级泵小。

第一室和第二室旋片的安装位置是互相垂直的。因此，可以保证第一级排气时第二级正好是抽气，使它们能同步地工作。

当泵工作一段时间后，第二室吸入的气体压力较低时，即使经过第二室的压缩，压力也达不到一个大气压以上，排不开辅助排气阀(1)，则吸入的气体全部进入前级A室，经第一室的继续压缩，由排气阀(1)排出。

泵工作一段时间后，由于高真空级进气时压力大大降低，其出口压力也很小，这样第二室进出气口的压力差也较小，被压缩气体返回的数量也相应减少；同时，后级泵中易蒸发的油分子不断被前级第一室抽走，油蒸气的分压减少了，因而双级泵的油污染比单级小，极限真空度将大大提高。目前，双级旋片真空泵的极限真空度可达10-2 Pa，国外有的泵可达到10-3 Pa。