滑阀式真空泵的工作原理与改进措施

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  滑阀式真空泵的抽气原理与旋片泵相似,但两者结构不同。滑阀式真空泵是利用滑阀机构来改变吸气腔容积的,故称滑阀泵。

  滑阀泵亦分单级泵和双级泵两种,有立式和卧式两种结构形式。单级泵的极限压力为0.4~1.3Pa;双级泵的极限压力为6×10-2 ~10-1 Pa。一般抽速超过150L/S的大泵都采用单级形式。这种泵可单独使用,也可作其它泵的前级泵用。

1、滑阀式真空泵的工作原理

  滑阀泵的结构主要由泵体及在其内部作偏心转动的滑阀、半圆形的滑阀导轨、排气阀、轴等组成(见图11)。

滑阀式真空泵结构原理图

图11:滑阀式真空泵结构原理图

  泵体中装有滑阀环(4),滑阀环内装有偏心轮(3),偏心轮固定在轴(2)上,轴与泵体中心线相重合。在滑阀环上装有长方形的滑阀杆(5),它能在半圆形滑阀导轨(7)中上下滑动及左右摆动,因此泵腔被滑阀环和滑阀杆分隔成A、B两室。泵在运转过程中,由于A、B两室容积周期性地改变,使被抽气体不断进入逐渐增大容积的吸气腔;同时,在排气腔随着其容积的缩小而使气体受压缩,并通过排气阀排出泵外。

  双级型的滑阀泵,实际上是由两个单级泵串联起来的。它的高、低真空室在同一泵体上,有的是直接铸成一个整体,有的是压入中隔板把泵腔分成高、低两室。

2、滑阀式真空泵的改进措施探讨

  滑阀泵虽然是一种老泵,但与旋片泵等比较,它具有允许工作压力高(104Pa)、抽气量大、能在较恶劣环境下连续工作,经久耐用等突出优点,所以在真空冶炼、真空干燥、真空浸渍、真空蒸馏等行业得到广泛的应用。同时由于结构等方面的问题,又存在着急需解决和改进的问题:

  (1) 泵的振动和噪音问题

  滑阀泵运转时的振动和操音较大,泵的振动影响真空系统的稳定.缩短泵的寿命,并对环境造成污染。所以研制出振动噪音小的滑阀泵对于提高泵的质量、扩大泵的应用有十分重要的意义。

  滑阀泵的主要振动来自泵滑阀运动系统所产生的不平衡惯性力。解决的方法有以下几个方面:

  a.整体结构方面。滑阀泵可设计成立式结构或卧式结构。从发展趋势看,卧式(即倾斜式)结构较合理。因为它具有结构紧凑、重心低的特点,有利于减小振动。

  b.动平衡。通常采用加平衡轮并在皮带轮上加不平衡重量来对偏心轮和滑阀的惯性力进行平衡减振。对泵滑阀运动系统进行动力分析和试验表明滑阀杆的运动是影响泵振动大小的非常重要的因素,如泵已加平衡轮后.立式H-150A型泵因滑阀杆运动所产生的振动值占总振动值的2/3;卧式H-150型泵则占9/10。可以通过分析计算,然后在平衡轮上加配重的方法来平衡滑阀杆的惯性力.实践证明,这种一种有效的减振方法。

  c.采用机械减振装置。对于高速泵和大泵,除采用平衡措施外,还可用机械减振的办法来减小振动。例可用橡胶减振器,将减振器安装在泵的底座上,靠橡胶来吸振。

  d.泵缸数目的合理选择与布置。滑阀泵有单缸、双缸和三缸等结构。对于单缸、双缸和等长三缸等结构的泵,均需在泵上另加平衡配重来平衡泵运转中产生的惯性力与惯性力矩。而一种不等长三缸结构则从结构原理上铰好地解决了滑阀泵的振动问题。

  该结构布置型式如图12所示。

不等长三缸结构惯性力平衡图

图12:不等长三缸结构惯性力平衡图

  中间是一个长缸,两侧各为等长的短缸a三组滑阀用一根公共轴同时驱动,中间一组滑阀长度及重量双倍于左右两组滑阀。泵运转时,两组短滑阀和中间长滑阀之间始终保持着180。的相位差。长滑阀产生的惯性力为F,短滑阀的惯性力为F/2,因此惯性力和惯性力矩大小相等方向相反,三组滑阀可以通过自身的结构设置来保持力的平衡.使泵基本消除振动。

  由于该结构泵运转振动很小,所以泵的转速可以大大提高,从而可减少泵的体积和重量。例如,抽速为150L/S的三缸滑阀泵的重量要比普通型H-150泵减轻30%。这种结构也为大抽速滑阀泵的开发创造了有利条件。美国Kinney公司制造的三缸自平衡结构滑阀泵的最大抽速已达367L/S。

  (2) 提高容积利用率和转速

  若泵腔直径不变,减小转子直径,则可以使泵的容积利用系数增大,使抽速在泵外形尺寸不变时加大。国外已经设计出了行星式滑阀泵(如图13所示)。该结构把偏心转子做成圆板状,滑阀杆(滑片)装在滑阀体的开口槽内,另一端铰接在泵体上使其能摆动。当泵工作时,电动机带动圆板自转,插在偏心孔内的滑阀体跟着公转,同时滑阀体又可沿滑阀杆(滑片)滑动。在旋转过程中,滑阀体和泵腔内壁始终保持一定的密封间隙,以实现抽气、压缩和排气。

行星式滑阀泵结构图

图13:行星式滑阀泵结构图

  行星式滑阀泵与体积和转速相等的其它滑阀泵比较,由于滑阀体尺寸小,抽速可增加一倍。同样也可相应地提高泵的转速。但由于滑阀杆在这种结构中摆动很大,所以目前该结构只宜于小型泵。

  由于滑阀泵的材料、振动、噪音等一系列问题尚待解决和完善,因此影响了泵转数的进一步提高。高转数(可达1000r/min)目前仅限于抽速为40L/S以下的小型泵。

  (3) 抽除可凝性气体的措施

  近年来,随着真空应用范围越来越广泛,在真空干燥、真空浸渍、真空脱水、真空冶炼等行业用滑阀泵抽除气体都含有大量水蒸汽。如果在真空泵中不能及时排除,就会污染真空泵油,造成真空泵抽气性能降低。尽管在泵上设置了气镇阀,认可降低泵的极限真空,用气镇方法抽除可凝性气体,但对于真空干燥、脱水、炼泥等水蒸汽含量高的抽气过程来说,用气镇方法并不理想,一般有以下方法可试用:

  a.滑阀泵与冷凝器配套使用。目前国内多数厂家采用这一方案。原理是将冷凝器串接在泵与被抽容器之间,把真空工艺设备中的大量水蒸汽用冷凝器捕捉成水,从而减少水蒸汽进入真空泵中的数量、降低泵油污染程度。如果适当调节冷凝器出口阀门流量和充分发挥真空泵上的气镇阀作用,可以取得较好的抽气效果。

  b.变滑阀泵为热泵。根据水的物理特性及相图原理,可将滑阀式真空泵改成热泵。这样.可在较高泵腔温度条件下,抽除大量可凝性水蒸汽。其工作原理如下:用一套自动温度调节控制器,通过自动控制泵的冷却水流量来达到控制泵腔温度的目的。使得在抽气过程中,泵腔的温度始终控制在高于水的饱和蒸汽压温度,促使被抽气体中的大量水蒸汽能顺利排出。

  为避免出现由于泵腔内温度较高,泵长期工作可能会出现的泵油变稀、真空度下降、运转零部件卡死等现象,在设计中可采用耐高温的泵油(如N-62或N-68)和耐高温轴承.加大运转零部件的间隙等。

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