一种具有动密封结构的螺杆真空泵的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于真空技术领域，具体设及一种螺杆真空累。
【背景技术】
[0002] 螺杆真空累属于非接触型干式累，它是20世纪90年代初期出现的一种理想的真空 累，W其抽速范围宽、结构简单紧凑、抽气腔元件无摩擦、寿命长、能耗低、无油污染等优点 而在微电子、半导体、制药、精密加工等行业得到广泛应用。国产的螺杆真空累经过二十年 的快速发展，其主要性能指标(如抽速、极限压力、能耗、零流量压缩比、压差)均达到或接近 国外先进水平;但累运行稳定性、使用可靠性与国外先进累仍差距较大，其动密封技术是主 要影响因素之一，如何提高密封的可靠性及密封件的使用寿命成为目前国内螺杆累市场面 临的关键问题。螺杆真空累工作过程分为吸气、等容输送、压缩、排气四个过程，压缩和排气 的过程中会使气体溫度急剧升高，导致排气端转子与轴的溫度较高，密封组件处于高溫高 速的恶劣工况下，而且传统机械密封动静环直接接触，使密封组件易损，使用寿命大大降 低。 【实用新型内容】
[0003] 为了解决高溫高速运行的螺杆真空累的机械密封组件存在的问题，提高螺杆真空 累的使用寿命，本实用新型提供一种具有动密封结构的螺杆真空累。
[0004] -种具有动密封结构的螺杆真空累包括累体21、前端盖3、后端盖、轴1和转子2;所 述累体21的一侧径向上设有进气端口，所述前端盖3和后端盖分别固定设于累体21的轴向 两端;所述前端盖3的一侧径向上分别设有排气端口和冷却介质入口；所述后端盖的一侧径 向上设有冷却介质出口；所述转子2套设固定在轴1上，转子2位于累体21内；所述轴1的一端 固定设于后端盖内，另一端伸至前端盖3外部，轴1和前端盖3之间设有密封机构;所述密封 机构包括密封静环6和密封动环7,所述密封动环7上套设有弹黃，密封动环7通过紧定螺钉 固定在轴1上；
[0005] 所述密封机构还包括冷却套管4;与密封机构对应的转子2的轴向一端为套管台阶 孔，使转子2与轴1之间有环形空腔；
[0006] 所述冷却套管4为一端敞口另一端封闭的夹套管，所述夹套管的内管壁和外管壁 之间的空腔为环状的冷却通道9;冷却套管4的敞口端固定连接着前端盖3的轴向内端面，冷 却套管4的封闭口端位于转子2的套管台阶孔内；
[0007] 所述冷却通道9与前端盖3内的冷却腔10连通，冷却腔10内设有冷却介质，实现在 轴和转子之间形成绝热层，阻挡溫度沿着轴向密封静环6和密封动环7处传递；
[000引与密封动环7对应的密封静环6的摩擦副表面14上均布开设有微孔15,所述微孔15 为盲孔，微孔15作为微储油池向摩擦副表面提供润滑油。
[0009] 进一步优化的结构如下：
[0010] 与所述密封机构相邻的轴1的表面设有迷宫密封槽19。
[0011] 冷却套管4的敞口端和前端盖3的轴向内端面之间分别设有第二密封圈18和第= 密封圈20。
[0012] 所述冷却套管4的外圆柱面上设有外螺纹13,所述外螺纹13和转子2的套管孔之间 形成螺旋密封。所述外螺纹13的旋向和转子2的旋向相反。
[0013] 所述冷却套管4的内圆柱面上设有内螺纹12,所述内螺纹12和轴1之间形成螺旋密 封;所述内螺纹12的旋向和转子2的旋向相同。
[0014] 所述微孔15为方孔，且呈放射状均布，放射状均布的微孔15在摩擦副表面14表面 上的密度为20%~25%。所述微孔15的孔深与边长之比为0.2~0.25。
[0015] 前端盖3内的空腔为冷却腔10,与累体21对应的前端盖3的端面上设有连通着冷却 腔10的二个W上的通孔11和二个W上的回流孔22,且二个W上的通孔11和二个W上的回流 孔22分别连通着冷却通道9。
[0016] 本实用新型的有益技术效果体现在W下方面：
[0017] 1.本实用新型改善了螺杆真空累排气端的动密封结构，通过增设冷却套管，隔绝 了溫度从转子沿轴向轴封部位的传递，降低了机械密封组件的工作溫度;冷却套管表面的 螺纹，可W实现螺旋密封的作用，其中内螺纹旋向与转子旋向相同，从而阻止机械密封侧密 封介质漏入累腔内，外螺纹旋向与转子旋向，从而阻止累腔内气体中的杂质及灰尘漏入机 械密封。
[0018] 2.通过在密封静环的端面上开设微孔，改善了高溫高速工况下机械密封的润滑和 磨损情况，微孔的存在可W增加动静环间流体动压力，进而减小机械密封的动静环端面磨 损和溫升。在贫油润滑条件或甚至是干摩擦情况下，微孔可作为微储油池向摩擦副表面提 供润滑油。同时，微坑或微沟槽也可W容纳磨粒，W降低由于磨粒产生的高磨损。
[0019] 本实用新型的方型端面微孔机械密封结构，通过选定微孔密度、微孔孔深与边长 之比等表面织构的参数，运用激光等加工方法在机械密封静环的摩擦副表面14加工出微米 级的方型微孔15,呈放射状的均布在静环表面，密封动环6在轴1的带动下相对密封静环7做 旋转运动，由于流体动压力的存在，密封动环6和密封静环7相对应的轴向端面不接触。
[0020] 在保证泄漏量满足要求的前提下，为了获得较小的摩擦力矩，微孔密度与微孔孔 深与边长之比由下述方法求得：
[0021] 当微孔密度和孔深与边长之比一定时，摩擦副端面流体动压力可W根据公式（1) 求出：
[0023]密封开启力可由公式(2)求出：
[0025] 密封闭合力可由公式(3)求得：
[0026] Fc = 3i(rb^-ra^)(Ps+AP . B) (3)
[0027] 当Fo与Fe相平衡时，可W求出此时的膜厚ho。摩擦力矩可由公式(4)求得：
[0029] 泄漏量可由公式(5)求得：
[0031] 式中：y为密封介质的动力黏度;U为动环的平均切线速度;ra、n分别为密封静环6 的内外径，rm为二者平均值;h。为动、静环间非孔区液膜厚度;hp为微孔深度;rp为微孔半径； P〇、P汾别为摩擦副端面外径与内径处的压力，A P为二者差值;Ps为弹黃比压;B为密封平衡 比；Sp为微孔密度。由W上公式易可求出不同微孔孔深与边长之比和微孔密度下密封面的 摩擦力矩和泄漏量的大小。在保证泄漏量满足密封要求的前提下，选择合适的微孔孔深与 边长之比和微孔密度来获得最小的摩擦力矩，获得最优的密封性能。
【附图说明】
[0032] 图1为本实用新型结构示意图；
[0033] 图2为图1的局部放大图；
[0034] 图3为冷却套管示意图；
[0035] 图4为密封静环的端面结构示意图；
[0036] 图5为密封静环和密封动环轴向之间的示意图；
[0037] 上图中序号:轴1、转子2、前端盖3、冷却套管4、弹黃5、密封静环6、密封动环7、紧定 螺钉8、冷却通道9、冷却腔10、通孔11、内螺纹12、外螺纹13、摩擦副表面14、微孔15、第一密 封圈16、轴承17、第二密封圈18、迷宫密封槽19、第=密封圈20、累体21、回流孔22。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地描述。
[0039] 参见图1，一种具有动密封结构的螺杆真空累包括累体21、前端盖3、后端盖、轴1和 转子2。累体21的一侧径向上设有进气端口，前端盖3和后端盖分别固定安装于累体21的轴 向两端。前端盖3的一侧径向上分别设有排气端口和冷却介质入口。后端盖的一侧径向上设 有冷却介质出口。转子2套装固定在轴1上，转子2位于累体21内；轴1的一端固定设于后端盖 内，另一端伸至前端盖3外部，轴1和前端盖3之间设有密封机构;密封机构包括密封静环6和 密封动环7，密封动环7上套装有弹黃，密封动环7通过紧定螺钉固定在轴1上;与密封机构对 应的轴1表面加工有迷宫密封槽19。
[0040] 参见图2,密封机构还包括冷却套管4;与密封机构对应的转子2的轴向一端为套管 台阶孔，使转子2与轴1之间有环形空腔。
[0041] 冷却套管4为一端敞口另一端封闭的夹套管，夹套管的内管壁和外管壁之间的空 腔为环状的冷却通道9;冷却套管4的敞口端固定连接着前端盖3的轴向内端面，冷却套管4 的敞口端和前端盖3的轴向内端面之间分别安装有第二密封圈18和第=密封圈20,防止冷 却介质进入累体21内。冷却套管4的封闭口端位于转子2的套管台阶孔