螺杆真空泵工作原理如图1所示。成对的自啮合转子与壳体形成多个封闭空间，在转子对旋转方向相反运动时，驱动封闭空间运动，形成抽气、压缩等输运气体过程。

 图1 螺杆泵核心结构和工作原理

可以看出，由于转子对、壳体之间存在间隙，螺杆泵的工作压力、体积流率是几何抽速与气体通过间隙回流平衡的结果。所以其入口真空取决于节距数量、间隙控制和转子线速度。

螺杆泵实际为多级串联工作的转子泵，或单头齿轮泵的串联，可以认为是多级直排大气罗茨泵或者爪形泵的串联组合，能够实现入口高真空、排口直接排入大气，特别是变螺距真空泵符合多级真空泵压缩原理，可以实现大抽速、高压缩比。螺杆泵工作时，转子对、壳体、端面没有机械接触，不需要润滑，所以可以“干式”工作。在输运气体过程中不会造成真空泵体内部、抽气管线及系统、排气管线及系统污染，但是需要对运动的齿轮、轴承、密封件等润滑、冷却。油封机械泵包括旋片泵、滑阀泵等，采用油来密封、润滑转子与壳体，采用一级或者二级就可以实现高真空，但是“油”是硬伤。

随着现代工业及科技工程对真空系统清洁度要求越来越高，无油的螺杆泵获得越来越多的关注和应用。我国从21世纪初开始研究螺杆真空泵，从引进、消化吸收国外技术，通过逆向工程到创新发展，已经成为无油螺杆真空泵最大的市场，也是产品供应的重要力量。

目前我国生产的螺杆真空泵大多应用于基础工业的精细化工、石油石化等产业。半导体产业应用的螺杆真空泵，国外产品占有大部分市场份额，我国螺杆真空泵进入该市场的潜力巨大。

2.无油螺杆真空泵应用状况 

传统设计的螺杆真空泵（以国外进口配置为例），以吸入口真空度、体积流率、无油为重要考核指标。

从理念看，更注重半导体应用环境的清洁真空实现；从配置看，强调泵腔无油和管路的清洗保护等，适合半导体等产业需求场景。

一般螺杆真空泵的宏观结构如图2所示，其特点如下：

1、吸气口在整个泵的非驱动端；轴承室采用脂润滑；吸气口位置没有冷却结构，常压排气。

2、排气位置设置在驱动端，传动系统包括齿轮、轴承等，采用油进行润滑、冷却等。

3、在吸入口设置冲洗系统，可以通过冲入清洁气体对泵腔及部件清洁冲洗，特别是对系统产生的粉尘、微量液体具有很好的效果；在排气端的动密封结构中也加入了充气结构，气体形成的气障可以防止被抽气体与润滑系统接触交互。

图2  螺杆泵宏观结构示意图

螺杆泵的这种设计理念基于“无油”、“干式”，工作过程中保证齿轮箱中的油气不会进入被抽系统，同时又完全保障真空泵本身润滑、冷却产生的蒸发物不会进入齿轮箱内，适合半导体、航天模拟、高能物理等产业和场景。

这些场景中气体基本为干燥气体，气体成分恒定，与传统螺杆真空泵的结构特点是和谐的。

但是，螺杆泵在石油化工、食品、海洋工程等基础工业中应用场景更复杂，使用参数、性质更具离散性。主要体现在以下方面：

1、这些应用场景中气体成分复杂，包含烷、烃、苯、醛等低链分子，基本是油、气混合成分，而且从过程看大部分是处于饱和状态的气体，压缩过程中容易，也必然产生凝液化、结焦。这些液体需要收集，饱和气体需要处理才能排放，因此需要一定的压力才能实现尾气的输送、回收。用于化学气体处理的螺杆真空泵排气压力高、温度高，更易发生损毁。

2、在排气端正压条件下，气体会渗入齿轮箱。低链分子油气与润滑油混溶，导致润滑油乳化变质，引起故障。

3、入口压力具有离散性，压力值从数十帕斯卡到数万帕斯卡，压缩腔内物理参量实际数值不断变动，很难用一种固定配置模式实现最优运行。

基于以上应用场景的特殊性，如果直接采用普通设计的螺杆式真空泵，必然会导致转子之间、转子与泵体之间出现高温引起的咬合，泵腔内部运动部件结焦失去安全间隙，润滑油乳化变质造成齿轮与轴承损毁，这是工程中最常出现的问题。

浙江盛源是一家专业从事研究制造无油真空泵系列、新能源电动真空泵、空气压缩机设备、医疗器材、永磁伺服电机、工业投资等多元化经营的大型企业，是国家高新技术企业，浙江省级技术研究开发中心。