本发明涉及真空设备技术领域，具体涉及一种直排串联真空泵组。
背景技术：
由于真空泵不同结构导致的能力限制，在现有工业真空应用中，很多真空获得设备配置并不是1台真空泵，而是使用多个不同类型的真空泵进行组和搭配构成系统来使用。最为常见的是多台罗茨真空泵配备一个前级真空泵(这个前级真空泵最为常见的是液环真空泵，油式旋片真空泵，螺杆真空泵，滑阀真空泵等)。
液环真空泵，可以安全可靠的处理粉尘，黏性物质，腐蚀性气体，高分子化合物，易燃易爆等工艺介质，但由于液环真空泵的真空度和抽气能力受到循环液温度、冷却水温度的影响，一般真空度只能达到5000pa，而为了得到更高的真空度，例如达到50pa时，需要在液环真空泵进气口配备一个或者多个罗茨真空泵。
油式旋片真空泵，螺杆真空泵，滑阀真空泵，虽然自身可以达到比较高的真空度(可以达到100pa左右)，但是这类真空泵，由于结构特点，抽气能力都一般在100-800m3/h之间，很多时候无法达到应用上更高的要求，例如抽气能力比较大(>1000m3/h)，真空度更高(1<pa)时，也需要在该真空泵的吸入口配备一个或者多个罗茨真空泵。
罗茨真空泵又被称作增压型真空泵，利用罗茨真空泵对于吸入气体的压缩，其排气口的工艺气体体积要小于进气口体积，排气口的压力高于进气口压力。从而可以使得其作为通过前级真空泵前串联的真空泵，提高抽气能力和提高真空度。
但是罗茨真空泵也有它的缺陷，就是不适合直接排大气，需要配备前级真空泵(像液环真空泵、油式旋片真空泵，螺杆真空泵，滑阀真空泵)才能更加可靠的运行。而且要当其入口真空度低于了罗茨泵真空泵允许启动的运行压力后才能启动运行，若是高于入口启动压力，则容易会造成罗茨真空泵在运行时出现电流过载，发热卡死等现象。
罗茨真空泵与后一级的真空泵的压缩比值一般不超过5-6倍，过高的压缩比，会造成罗茨真空泵负载过大，容易过热故障。压缩比太低，会造成能耗和投资的浪费，所以罗茨真空泵与前级真空泵在抽气能力配比上选择就非常重要，也因此在实际应用中，根据前级真空泵的能力，实际需求的参数，选择级间合理的压缩比，则有了不同级数的真空系统机组，常见的有2级，3级的，4级的，特殊工况下有5级，甚至6级的真空系统等等(例如4级就是吸入口有3个罗茨真空泵串联起来，最后1级配备了1个前级真空泵)
真空机组级数越多，优点是：真空机组的入口极限真空度很高，同时在高真空时的抽气能力很大。但缺点是：首先级数越多，必然第一级的前级真空泵抽气能力则很小，在入口压力比较高时，所有的罗茨真空泵都没有实际投入运行，且还形成了气流阻碍，因此抽气能力变得非常小；其次因为级数较多，每一级的罗茨真空泵启动时的压力必须要低于指定的入口压力才能启动，电机数量多，控制非常复杂，并且当运行过程中，一旦当中某一级的罗茨真空泵出现故障，必然造成整个真空系统崩溃，停止运行；再者，因为级数多，每一台罗茨真空泵需要用管道连接，冷却水管道需要连接必要的阀门和仪表，因此整个真空机组组合后势必是很大的一个设备集成，不仅成本高昂而且占地面积大。多个设备可能出现的故障率导致了系统的稳定性比较差，维护非常困难。
真空机组级数越少，优点是：真空机组在初期抽气能力相对比较大，结构简单，出现故障较低，占地空间也较小。但是缺点是，要满足较大抽气量，则需要前级真空泵满足很大抽气能力，不仅造价很昂贵，而且能耗也大，特别在与高真空运行时，能耗远远超过级数多真空机组。
而应用市场上，螺杆真空泵不适合抽吸粉尘颗粒物、易腐蚀、易凝固、易氧化，结炭粘附等高沸点化合物的工艺介质，油式旋片真空泵和滑阀真空泵不适合抽吸易燃易爆，水蒸气的工艺介质。虽然液环真空泵非常适合抽吸以上的介质，但因为工艺介质会与水混合会产生大量废水，如今在严格的环保要求下，大量废水的处理则是制约液环真空泵被限制使用的一个很重要因素。
另一个重要因素是，碳钢材质的液环真空泵很容易产生腐蚀和锈蚀，而使用全不锈钢材质的液环真空泵则造价非常昂贵，等同于螺杆真空泵的造价。两相比较下，虽然是知道螺杆真空泵在抽吸粉尘颗粒物、易腐蚀、易凝固、易氧化，结炭粘附等高沸点化合物的工艺介质中有这非常多的问题，但是很多制药、化工企业，还是使用螺杆真空泵来替代液环真空泵。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种直排串联真空泵组，使用一个极小的液环真空泵或者油式旋片真空泵就可以在0-100kpa时都能够满足最大的抽气能力，不受环境影响，可以达到很高的真空度(0.01-0.1pa)，同时在任何阶段可以满足最经济的能耗需求。
一种直排串联真空泵组，包括三轴模块化干式真空泵、真空泵驱动电机、前级真空泵装置、三通管道和弹簧式单向阀，所述真空泵驱动电机与三轴模块化干式真空泵的中泵轴传动连接，所述三通管道三个端口中的一个端口处设置有弹簧式单向阀，三通管道的另外两个端口分别与三轴模块化干式真空泵的排气口和前级真空泵装置的进气口连通，所述前级真空泵装置的进气口处设有阀门。
优选地，所述前级真空泵装置为油式旋片真空泵。
优选地，所述前级真空泵装置包括液环真空泵和汽水分离器，三通管道的一个端口与液环真空泵的进气口连通，所述液环真空泵与汽水分离器连通，液环真空泵排出的汽水混合物进入汽水分离器中分离，分离后的气体从汽水分离器排气口排出，分离后的循环液流回液环真空泵中。
优选地，所述汽水分离器上设有补水口，所述补水口上连接有补水管，所述补水管与三轴模块化干式真空泵的排水口连通，汽水分离器内设置有浮球式液位开关，所述浮球式液位开关能够根据汽水分离器内的水量自动打开和封闭汽水分离器的补水口。
优选地，所述补水管上设有手动补水开关阀门。
优选地，还包括前级真空泵装置进气口管道，所述前级真空泵装置进气口管道的两端分别与前级真空泵装置的进气口和三通管道的一个端口连接，所述阀门设置于前级真空泵装置进气口管道上。
优选地，所述阀门为电磁阀，所述电磁阀与前级真空泵装置的驱动电机通过同一个开关控制。
优选地，所述前级真空泵装置进气口管道上还设有手动进气开关阀门。
优选地，所述三轴模块化干式真空泵的排气口处安装有消音器。在三轴多级泵的排气口配备了消音器，只要是用于在直排大气时可以降低排气噪音。
优选地，还包括底座，所述三轴模块化干式真空泵、真空泵驱动电机和前级真空泵装置均安装在底座上。
为了解决上述问题，发明人设计了本技术方案，本技术方案中采用选择三轴模块化干式真空泵，它不同于传统的罗茨真空泵，从结构上来说就是用一个真空泵驱动电机驱动，由多级罗茨真空泵组成的多级泵，由于采用三轴结构，相邻转子左右对称分布在三根轴上，在中泵轴的驱动下，每一级的排气口是与下一级的进气口直接相连，从而实现了气流的最短路径，且没有任何死角。由于内腔采用的罗茨真空泵的结构，可以有效的抽吸粉尘颗粒物。同时三轴模块化干式真空泵采用的多级连续压缩，既可以直接排大气，又不需要前级真空泵给予一个负压，此时它就像液环真空泵、螺杆真空泵、旋片真空泵那样。另一方面它可以和前级真空泵串联，其排出的气体直接进入前级真空泵中，此时三轴模块化干式真空泵就像是一个多级的罗茨真空泵。本技术方案中三轴模块化干式真空泵为公开号cn107420306b中专利文件中的技术方案。
由于三轴模块化干式真空泵在直排大气时，就可以达到10pa的极限真空度，因此即使没有前级真空泵(液环真空泵或油式旋片真空泵)介入运行，三轴模块化干式真空泵也可以独立运行，不会出现电流过载现象和过热卡死现象。而传统的罗茨真空泵则必须要有前级真空泵介入运行，且是吸入口达到最低启动入口压力后才能安全启动运行。
当三轴模块化干式真空泵的排气直接进入液环真空泵或者油式旋片真空泵中时，由于三轴模块化干式真空泵相当于多个罗茨真空泵组成的罗茨真空机组，因此在其吸入口会达到非常高的真空度(可以接近0.01pa)。传统的罗茨真空机组，需要达到如此高的真空度，往往需要3-4个罗茨真空泵串联组合才能实现。
由于三轴模块化干式真空泵属于多级连续压缩，入口气体通过多级压缩后压缩比可以达到100-120倍左右(4-5级数之间的连续相乘)，而一般罗茨真空泵的合理压缩比也就是在3-4倍左右。因此通过三轴模块化干式真空泵的压缩后，进入到前级真空泵的气体体积大概只有原有的5％左右。因此只需要匹配很小抽气量的前级真空泵就可以。
三通管道的三个端口中的一个端口处设置有弹簧式单向阀，三通管道的另外两个端口分别与三轴模块化干式真空泵的排气口和前级真空泵装置的进气口连通，弹簧式单向阀为内置弹簧结构。当真空泵组启动运行，初期三轴模块化干式真空泵入口压力比较高，接近大气压时，此时通过三轴模块化干式真空泵排放的气体流量比较大，因此三轴模块化干式真空泵的排气压力也会比较高，而此时前级真空泵装置的抽气能力远远小于三轴模块化干式真空泵的排气流量，则三轴模块化干式真空泵的排气口处的压力会高于1个大气压，即常压，这个时候气体会顶开弹簧式单向阀的弹簧(该弹簧设定打开压力略高于1个大气压)。气体就从弹簧式单向阀处排直接排放至真空泵组外。
三轴模块化干式真空泵在直排时可以达到最低20pa的极限真空，因此使得真空泵组在入口压力比较高时就可以获得比较高的抽气能力(不会降低效率)。并且不会因为憋压、过热出现故障，这个是所有罗茨真空泵不能实现的。当入口压力逐渐降低，达到较高真空度时，此时通过三轴模块化干式真空泵排放的气体流量会越来越小，最终其排气量会低于液环真空泵或者油式旋片真空泵的抽气能力，此时弹簧式单向阀的压力会低于常压，那么弹簧自动回复，保持了关闭状态。此时三轴模块化干式真空泵排放的气体都会被液环真空泵或者油式旋片真空泵抽吸，从而形成了多级罗茨-液环(或是旋片)真空机组。三轴模块化干式真空泵的入口真空度进一步提高，可达到0.01pa。而入口抽气能力继续保持与三轴模块化干式真空泵直排时一样的能力。随着入口压力值继续降低，达到了很高的真空时，经过三轴模块化干式真空泵的气体越来越少，排出口的气体也越来越少，此时在弹簧式单向阀这里的压力越来越低，弹簧的反向力越来越大，进一步密封，确保了气体不会再从这里有泄露。同时随着弹簧式单向阀的压力降低，三轴模块化干式真空泵吸入口的压力和排气口的压力差值越来越小，通过的气流也越来越低，此时三轴模块化干式真空泵的轴功率也就越来越小。加上液环真空泵本身很低的轴功率，从而实现了最经济的能耗。综上我们看出，使用这种发明后，完全改善了原有真空机组的弊病，在实现连续平稳的抽气能力时还可以获得最佳的运行能耗，同时也不需要任何的电气控制，也不会出现罗茨真空泵因为压差大而出现的电流过载、过热卡死现象。
本技术方案中在液环真空泵或者油式旋片真空泵的吸入口管道上配备了一个电磁阀和手动进气开关阀门。电磁阀采用220v50hz，电磁阀与前级真空泵装置的驱动电机通过同一个开关控制，当前级真空泵装置的驱动电机通电运行时，电磁阀也就被打开，此时前级真空泵装置的吸入口管道就被打开了，当前级真空泵装置停机或者故障跳机时，此时前级真空泵装置的驱动电机会断电，相应的电磁阀也立会断电关闭了，这样液环真空泵中的循环液(或者油式旋片真空泵中的真空油)不会倒灌到三轴模块化干式真空泵的排气口处；另外当电磁阀关闭后，气体就无法在通过了，三轴模块化干式真空泵的气体无法再通过前级真空泵装置排出，则气流会在三通管道处聚集，当压力超过弹簧式单向阀时就会顶开弹簧排出，此时三轴模块化干式真空又变成了直排，相应的三轴模块化干式真空泵的轴功率会上升，但不会出现原有传统的罗茨真空机组，因为前级真空泵故障时，所有罗茨真空泵必须停止运行，整个系统崩溃，造成工艺系统真空中断。
手动进气开关阀门起到一个维护作用，例如在恶劣工况下，像液环真空泵里面聚集了大量的淤泥，油式旋片真空泵需要更换真空油时，入口过滤罐粉尘需要清理时，或者电磁阀故障需要更换时，只需要关闭手动进气开关阀门，让三轴模块化干式真空泵处于直排模式下运行即可。
前级真空泵装置采用液环真空泵情况下，则排出的气液混合物进入后方集成的一个汽水分离器中，通过汽水分离器进行气液分离后，气体从顶部的液环真空泵排气口排出，循环液则从管道再次流回到液环真空泵中。
而且由于液环真空泵可以选配的很小(1000m3/h的三轴模块化干式真空泵只需要配备1.5kw的液环真空泵)，因此液环真空泵的压缩热很低，循环液的水温很容易通过风冷保持在一个稳定的温度上。同时又由于三轴模块化干式真空泵本身单独就可以达到20pa的极限真空，因此液环真空泵的水温对于整个真空机组不会产生任何影响，所以就不再需要任何的换热设备。因此更好的处理在低温下容易凝固的工艺介质以及粉尘物。
随着连续运行，汽水分离器中存储的水会降低，通过汽水分离器液位视镜就可以看出，需要定期补水。汽水分离器上设有补水口，补水口上连接有补水管，补水管与三轴模块化干式真空泵的排水口连通，；我们在汽水分离器中采用了一个机械浮球式液位开关，当液位下降时，浮球式阀门就会打开，经过三轴模块化干式真空泵的冷却水会进入到汽水分离器中进行补水，当液位正常时，浮球会随着液位升高，最终关闭阀门，不再进行补水。配备的手动补水开关阀门是用于当需要对汽水分离器进行洗涤，或者浮球式液位阀门出现故障时，可以关闭手动补水开关阀门来进行强制关闭进水。
以上可以看出，不需要额外的电气控制，整个真空机组就像一台完整的真空泵，不仅可以起到原有传统的罗茨-液环，罗茨-螺杆等真空系统的作用。还能完善原有真空系统不足或者有缺陷的地方。
本发明的有益效果体现在：本技术方案中提供了一种全新结构的真空泵组，它的特点是：使用一个极小的液环真空泵或者油式旋片真空泵就可以在0-100kpa时都能够满足最大的抽气能力，不受环境影响，可以达到很高的真空度(0.01-0.1pa)，同时在任何阶段可以满足最经济的能耗需求；不需要任何逻辑控制，也不需要变频器就可以确保真空泵组稳定可靠运行。而且在任何时候，前级真空泵(液环真空泵或油式旋片真空泵)故障时，都不会影响真空系统的使用；配备液环真空泵后，完全适合抽吸粉尘颗粒物、易腐蚀、易凝固、易氧化，结炭粘附等高沸点化合物等恶劣工况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明中实施例1的结构示意图；
图2为本发明中实施例2的结构示意图。
附图中，1-三轴模块化干式真空泵，2-真空泵驱动电机，3-前级真空泵装置，4-三通管道，5-前级真空泵装置进气口管道，6-电磁阀，7-手动进气开关阀门，8-弹簧式单向阀，9-汽水分离器，10-液环真空泵，11-汽水分离器液位视镜，12-汽水分离器排气口，13-底座，14-过滤器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
如图1所示，本实施例中包括三轴模块化干式真空泵1、真空泵驱动电机2、前级真空泵装置3、三通管道4和弹簧式单向阀8，所述真空泵驱动电机2与三轴模块化干式真空泵1的中泵轴传动连接，所述三通管道4三个端口中的一个端口处设置有弹簧式单向阀8，三通管道4的另外两个端口分别与三轴模块化干式真空泵1的排气口和前级真空泵装置3的进气口连通，所述前级真空泵装置3的进气口处设有阀门。本实施例中所述前级真空泵装置3为油式旋片真空泵。本实施例中还包括前级真空泵装置进气口管道5，所述前级真空泵装置进气口管道5的两端分别与前级真空泵装置3的进气口和三通管道4的一个端口连接，所述阀门设置于前级真空泵装置进气口管道5上。本实施例中所述阀门为电磁阀6，所述电磁阀6与前级真空泵装置3的驱动电机通过同一个开关控制。本实施例中所述前级真空泵装置进气口管道5上还设有手动进气开关阀门7。本实施例中所述三轴模块化干式真空泵1的排气口处安装有消音器。本实施例中还包括底座13，所述三轴模块化干式真空泵1、真空泵驱动电机2和前级真空泵装置3均安装在底座13上。本实施例中所述前级真空泵装置3的进气口处安装有过滤器14。
实施例2
如图2所示，本实施例中包括三轴模块化干式真空泵1、真空泵驱动电机2、前级真空泵装置3、三通管道4和弹簧式单向阀8，所述真空泵驱动电机2与三轴模块化干式真空泵1的中泵轴传动连接，所述三通管道4三个端口中的一个端口处设置有弹簧式单向阀8，三通管道4的另外两个端口分别与三轴模块化干式真空泵1的排气口和前级真空泵装置3的进气口连通，所述前级真空泵装置3的进气口处设有阀门。本实施例中所述前级真空泵装置3包括液环真空泵10和汽水分离器9，三通管道4的一个端口与液环真空泵10的进气口连通，所述液环真空泵10与汽水分离器9连通，液环真空泵10排出的汽水混合物进入汽水分离器9中分离，分离后的气体从汽水分离器排气口12排出，分离后的循环液流回液环真空泵10中。所述汽水分离器9上设有补水口，所述补水口上连接有补水管，所述补水管与三轴模块化干式真空泵1的排水口连通，汽水分离器9内设置有浮球式液位开关，所述浮球式液位开关能够根据汽水分离器9内的水量自动打开和封闭汽水分离器9的补水口。所述补水管上设有手动补水开关阀门。汽水分离器9上设有汽水分离器液位视镜11，通过汽水分离器液位视镜11就可以看出汽水分离器9内的液位。
本实施例中还包括前级真空泵装置进气口管道5，所述前级真空泵装置进气口管道5的两端分别与前级真空泵装置3的进气口和三通管道4的一个端口连接，所述阀门设置于前级真空泵装置进气口管道5上。本实施例中所述阀门为电磁阀6，所述电磁阀6与前级真空泵装置3的驱动电机通过同一个开关控制。本实施例中所述前级真空泵装置进气口管道5上还设有手动进气开关阀门7。本实施例中所述三轴模块化干式真空泵1的排气口处安装有消音器。
本实施例中还包括底座13，所述三轴模块化干式真空泵1、真空泵驱动电机2和前级真空泵装置3均安装在底座13上。本实施例中所述前级真空泵装置3的进气口处安装有过滤器14。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
1.一种直排串联真空泵组，其特征在于，包括三轴模块化干式真空泵(1)、真空泵驱动电机(2)、前级真空泵装置(3)、三通管道(4)和弹簧式单向阀(8)，所述真空泵驱动电机(2)与三轴模块化干式真空泵(1)的中泵轴传动连接，所述三通管道(4)三个端口中的一个端口处设置有弹簧式单向阀(8)，三通管道(4)的另外两个端口分别与三轴模块化干式真空泵(1)的排气口和前级真空泵装置(3)的进气口连通，所述前级真空泵装置(3)的进气口处设有阀门。
2.根据权利要求1所述的一种直排串联真空泵组，其特征在于，所述前级真空泵装置(3)为油式旋片真空泵。
3.根据权利要求1所述的一种直排串联真空泵组，其特征在于，所述前级真空泵装置(3)包括液环真空泵(10)和汽水分离器(9)，三通管道(4)的一个端口与液环真空泵(10)的进气口连通，所述液环真空泵(10)与汽水分离器(9)连通，液环真空泵(10)排出的汽水混合物进入汽水分离器(9)中分离，分离后的气体从汽水分离器排气口(12)排出，分离后的循环液流回液环真空泵(10)中。
4.根据权利要求3所述的一种直排串联真空泵组，其特征在于，所述汽水分离器(9)上设有补水口，所述补水口上连接有补水管，所述补水管与三轴模块化干式真空泵(1)的排水口连通，汽水分离器(9)内设置有浮球式液位开关，所述浮球式液位开关能够根据汽水分离器(9)内的水量自动打开和封闭汽水分离器(9)的补水口。
5.根据权利要求4所述的一种直排串联真空泵组，其特征在于，所述补水管上设有手动补水开关阀门。
6.根据权利要求1所述的一种直排串联真空泵组，其特征在于，还包括前级真空泵装置进气口管道(5)，所述前级真空泵装置进气口管道(5)的两端分别与前级真空泵装置(3)的进气口和三通管道(4)的一个端口连接，所述阀门设置于前级真空泵装置进气口管道(5)上。
7.根据权利要求6所述的一种直排串联真空泵组，其特征在于，所述阀门为电磁阀(6)，所述电磁阀(6)与前级真空泵装置(3)的驱动电机通过同一个开关控制。
8.根据权利要求7所述的一种直排串联真空泵组，其特征在于，所述前级真空泵装置进气口管道(5)上还设有手动进气开关阀门(7)。
9.根据权利要求1所述的一种直排串联真空泵组，其特征在于，所述三轴模块化干式真空泵(1)的排气口处安装有消音器。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种直排串联真空泵组，其特征在于，还包括底座(13)，所述三轴模块化干式真空泵(1)、真空泵驱动电机(2)和前级真空泵装置(3)均安装在底座(13)上。
技术总结