罗茨真空泵试验方法的研究

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

  罗茨泵的抽气速率和极限压力是泵的主要性能,但它在很大程度上要依赖于前级泵的型式和性能,因此它并不是罗茨泵本身特有的性能。能代表罗茨泵特征性能,而又与前级泵无关的是零流量压缩比最大允许压差与溢流阀压差、漏率和噪声,它们与罗茨泵的真空状态、抽气性能和运行质量有着极其密切的关系。文中对特征性能的试验方法和装置进行了分析和研究,提出了有异于国内外现行标准的,更精粹、独特的见解。

  抽气速率和极限压力是罗茨泵的主要性能参数,但它不是罗茨泵本身特有的性能参数,而是罗茨泵和各种前级泵所组成的机组的性能参数。真正能反映罗茨泵特征性能,而又与前级泵无关的性能参数是零流量压缩比、最大允许压差与溢流阀压差、漏率和噪声。它们能真实反映罗茨泵的真空状态、抽气性能和运转的可靠性、稳定性。

  气冷式罗茨泵可以单台直排大气,这与普通罗茨泵有所区别,但由于消耗功率较大,一般均采用多台串联或以其它泵作前级,组成多级罗茨机组,此时气冷式罗茨泵成了机组的主泵,它的运转状态就与普通罗茨泵相同了。

  目前国内外有关罗茨泵的试验(验收)标准尚有不少不明之处和不足之处,有望通过试验、对比和分析,提出新的见解。

1、零流量压缩比K0 测试和研究

1.1、测试装置对零流量压缩比K0 测试的影响

1.1.1、罗茨泵进口测试罩对K0 测试的影响

  测试罩的作用是稳定压力,所以从理论上说测试罩的容积越大越好,但在现实中是不可能的。即使国内外标准所规定的罩的容积至少应为泵腔有效容积的5 倍,这对中小型泵而言毫无疑议,但对5000 L/s 以上的大型泵则就显得太大了,这么重的罩压在中空的罗茨泵上,一不小心就可能把泵压变形了。测试罩究竟取多大为好,国际真空界对此也有争论。为此我们在ZJ-600 型罗茨泵上做了直径为400 mm 和200mm 的测试罩的对比试验,400 mm 测试罩的容积正好是标准所要求的5 倍,而200 mm 测试罩的容积只有0.56 倍。用这二种测试罩测试零流量压缩比K0 的对比数据见表1,测试仪器为MKS 公司的626A 型电容压力传感器(0.1、10、100、1000) 和PDR2000 型双通道电源和显示仪。

 罗茨泵进口测试罩对K0 测试的影响

表1 罗茨泵进口测试罩对K0 测试的影响

  试验的对比数据表明,容积相差很大的二种测试罩所测得的零流量压缩比K0 值没有明显差别,对泵的极限压力的测量也没有影响。我们的看法是对中小型罗茨泵按罩的容积不小于5 倍泵腔容积的规定执行,对于5000 L/s 以上的大泵的测试罩容积可适当放宽至2~3 倍。

3、漏率的测试

  漏率系指在规定条件下,一种特定气体通过漏孔的流量。

  罗茨泵的漏率与极限压力有直接关系,在极限压力下运转的罗茨泵中,它的气体状态已接近分子流,气体的分子自由程较大,气体分子不易穿透转子与各相关零部件之间的间隙,也就是说此时间隙对极限压力的影响已极其微小,能影响极限压力的因素就只有漏率了。所谓罗茨泵达到了极限压力,就是渗漏进入罗茨泵的气体与罗茨泵抽出的气体达到了动态平衡,进入了相对稳定状态。

  罗茨泵漏率的测试方法有关阀测漏法和氦质谱测漏法二种。

3.1、关闭测漏法

(a) 测试装置

  测试装置由罗茨泵、测试罩、前级泵、真空阀门、管路和真空计组成。

(b) 测试步骤

  关闭微调阀,打开挡板阀,启动前级泵和罗茨泵,达到极限压力后继续运转4 h,以使罗茨泵和测试罩充分除气。关闭罗茨泵与前级泵之间的挡板阀,当测试罩内压力上升到预定的压力P1时,记取时间t1,压力继续上升到P2(≤13 Pa)时,记取相应时间t2,按下式计算罗茨泵的漏率:

3.2、氦质谱测漏法

  使用氦罩法,利用检漏罩将被试罗茨泵罩起来,检漏时将罗茨泵内和检漏罩内空气抽除,然后向罩内充入氦气,并使充入的氦气压力等于大气压,以检漏仪输出信号表征被试泵的漏率。

5、结束语

  通过一系列试验和研究,对零流量压缩比和最大允许压差的试验和装置有了进一步认识,提出了罗茨泵漏率的试验方法,针对罗茨泵悬空安装和使用的特点,提出了测量表面采用双矩形六面体的新观点,据此我们认为罗茨泵试验方法的重新修订势在必行。

参考文献

  [1] 徐成海.真空工程技术[M].北京:化学工业出版社,2006.

  [2] GB/T21271- 2007,真空泵噪声测量[S].北京:中国标准出版社,2008.

  [3] JB/T7674- 2005,罗茨真空泵[S].北京:中国标准出版社,2005.

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