液力传动型滑阀真空泵性能研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)浙江真空设备集团有限公司 作者:许涛

  本文论述了液力传动的基本概念,对滑阀真空泵使用V 型带传动所存在的问题进行了分析,阐明了将液力传动应用在滑阀真空泵上以后,既可以充分利用电机的最大扭矩启动的特点,来改善泵的启动性能,尤其是低温状态下的启动,整个启动过程平稳柔和,可隔离扭振,减缓启动冲击和振动,有效防止机械磨损,延长设备使用寿命;又可以利用它的限矩功能,将泵的能耗控制在一个适当的范围内,降低配套电机的功率,具有显著优异的节能效果。

  工业生产中的机械一般由原动机、传动机构和工作机械三部分组成。在真空行业中,原动机为各种电动机,工作机械为各种类型真空泵。传动机构主要是直联(或通过联轴器)传动、V 型带传动和齿轮传动。罗茨真空泵通常都是通过联轴器直联传动,只有英国EDWARDS 公司的EH 系列罗茨真空泵是用液力传动的。滑阀真空泵通常都是用V 型带传动,只有德国LEYBOLD 公司的DK 系列滑阀真空泵是用齿轮传动的,但从未见液力传动应用在滑阀真空泵上的报导和文献,在国内外也从未见有液力传动型滑阀真空泵的产品。

  1、液力传动的基本概念

  主要依靠工作液体的动能变化来传递或变换能量的传动系统称为液力传动,液力传动包括液力偶合器和液力变矩器两种主要的传动元件类型。适合在真空泵中使用的是液力偶合器,按它的结构和性能又分为普遍型、限矩型和调速型偶合器等不同类别。

  我们在滑阀泵中采用的是限矩型偶合器,液力偶合器基本工作原理:可以简单看作是叶片泵(泵轮)和水轮机(涡轮)的组合,泵轮由电机带动旋转,位于泵轮内的工作液受到泵轮叶片的作用,产生离心力迫使工作液向外缘流动,从而使工作液的速度和压力增大,这样就把电机的机械能转变成泵轮内工作液的动能;泵轮排出的工作液进入涡轮,冲击涡轮的工作叶片,同时工作液被迫沿涡轮叶片间流道向心流动,流速减小,工作液的能量转变成涡轮输出轴上的机械能。工作液对涡轮做功,降低能量后再次回到泵轮,并吸收能量,如此循环往复,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为就实现了泵轮与涡轮之间的能量传递。液力偶合器可以将输入轴上的转矩大小不变地传递到输出轴上。

静压泄液式液力偶合器

图1 静压泄液式液力偶合器

  2、滑阀真空泵的运行特征

  滑阀泵是一种应用非常广泛的真空泵,不但可单独使用,更多的是作为各种机组的前级泵使用,市场需求量中以大、中型泵为主,我们最大泵的抽速已达到1000L/s,配套功率达到100kW。大、中型滑阀泵的惯性大,加上油的粘度又大,泵的启动电流非常大,启动大电流持续时间长,特别是冬季,给泵的启动带来很大的困难。

  JB/T1246—2007“滑阀真空泵”技术要求规定,泵的使用环境温度为5~40℃,如中型泵的H-150型泵配套功率为15kW,在环境温度为20℃时启动功率为11.25kW,而在6℃时,启动功率却达到37.5kW,而且启动困难。STOKES 公司的412H,原来配套电动机为7.5kW,在5℃时启动功率达到了33.8kW,后来它将配套电动机改为了11kW。因此,为了保证泵在低温状态下的顺利启动,不但要增加配套电动机的功率,输电线路和电器控制设备的容量也要增大。

  “滑阀真空泵” 技术要求规定,泵长期运转的最高入口压力容许值:双级泵为1.5kPa,单级泵为15kPa。这都说明滑阀泵不容许、也不适合在超过上述规定的入口压力下长期工作,而应选用活塞泵、液环泵、气冷式罗茨泵和湿式罗茨泵等。实际上滑阀泵也大都使用在真空度较高的工况下,我们可以从滑阀泵的功率—入口压力曲线(图2)上看出,在此压力范围内工作泵的消耗功率都不大,即使加上一定的余量,泵的功耗也只有配套功率的70~75%。

静压泄液式液力偶合器

图2 滑阀泵的功率- 入口压力曲线

  综上所述,滑阀泵所使用的液力传动机构应具有:能将泵的消耗功率限制在一个适当的范围内,泄液速度较快,防瞬时过载能力强;能有效改善泵的启动性能,降低启动电流,保证泵在低温下也能平稳顺利启动。

  能满足上述要求的偶合器是复合泄液式限矩型偶合器,它结构类似静压泄液式偶合器,但却有类似动压泄液式偶合器的功能,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为它既有动压泄液又有静压泄液,故称复合泄液式偶合器。它结构简单,轴向尺寸小,可以直接安装在电动机轴上。

  8、结束语

  液力传动装置使用到滑阀真空泵上以后,可以带来很大的效益。它可有效改善和提高电动机的启动能力,缩短电动机启动时间和启动大电流持续时间,降低电动机启动电流,使泵在低温下也能正常平稳启动;具有良好的过载保护能力,可减少泵的电机配套功率和电器控制设备的容量,具有显著的节能效果,节能效益可达25~30%。上述工作我们做得还很不够,还有许多问题需进一步研究和探讨。

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