滑阀真空泵性能再探——极限真空度

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

  本文对滑阀真空泵的性能作了进一步研究,提出了活动密封的新概念,研究了排气速度、排气流道大小和形状对泵的性能的影响,阐明了滑阀泵噪声机理研究中的又一个新噪声源———导轨对滑阀杆的撞击,分析了泵的噪声传播和屏蔽,讨论了减少摩擦功的途径。

  经多年实践和研究,对滑阀真空泵的极限压力、抽气速率、消耗功率和噪声等主要性能有了进一步认识,提出了一些新的看法和观点,如排气流道形状和排气速度、排气阀弹簧的压紧力和浮动阀片、导轨对滑阀的撞击、滑阀对泵内壁的撞击、高低真空缸的间隙分配、高低真空缸之间的通道、以及进、排气管道等对泵性能的影响。至于泵的振动与平衡因篇幅较长,拟另撰文论述。

1、真空度

  滑阀真空泵的真空度应该首先是满足用户需要和保证稳定运行,通常用户很少在极限压力下使用,所以我们不应该片面追求真空度。泵的真空度主要取决于各密封处的密封程度和泵油的质量。

1.1、泵油的质量

  泵油的质量包括泵油本身质量和使用质量,我国自从SH/T 0528- 1992《矿物油型真空泵油》标准发布后,按该标准生产的优质泵油的质量,经与国外同类泵油在双级泵上做对比试验,用MKS 公司的薄膜真空计测得的真空度基本一致,说明我国优质泵油的质量已达到国外同类泵油的水平。而一级品和合格品则稍差一些,主要表现在全压上有一定差距,而分压则无多大差别。在使用质量上,据用户反映,国产泵油抗乳化能力稍差,油水不易分离,所以在抽除含有水蒸气的气体时,泵一定要开气镇阀。

1.2、动密封

  通常指轴与油封之间的密封,首先是对轴上安装油封处粗糙度的要求,要保证在0.4~0.8 μm,高速时取小值。轴与轴套的表面硬度要求达到HRC(55~58),轴与油封唇口之间必须保持一定厚度
的润滑油膜,它既起到润滑作用,又起到密封作用,所以油的清洁度要求很高,最好不要用泵内的工作油。偏心是造成油封异常磨损,破坏油封密封性的主要原因。偏心又可分为动态偏心与静态偏心两种,动态偏心,也就是轴的跳动,是由于轴的振动和轴承的径向跳动所引起的轴的偏心转动,一般不要大于0.15 mm。静态偏心是由于油封座与轴之间的偏心或油封内、外圆的偏心所致。两种偏心导致一个结果,使油封唇口对轴表面的接触压力分布不均,导致轴和油封产生偏磨损,造成内漏则影响真空度,造成外漏则向外漏油,所以应将偏心导致限制在一定的范围内,一般要求总偏心不要超过0.3 mm。

1.3、活动密封

  活动密封包括排气阀、溢流阀的密封和泵腔内各相关零部件之间的活动间隙密封。

1.3.1、排气阀、溢流阀的密封

  排气阀关闭的密封程度直接影响到油箱内略高于大气压的气体向泵腔内返流的问题,如关闭不严会严重影响到泵的真空度。造成关闭不严的主要原因是阀片变形、碎裂、或者是阀片跳动时导向不良造成阀片搁住。

  排气阀关闭不及时也会影响泵的真空度,例如为了减少高真空时的消耗功率和噪声而采用压紧阀与浮动阀相结合的复合排气阀时,单级泵一般不会出现问题,而使用在双级泵上时,由于低真空腔与油箱内的压差相对较小,尤其是在转速较高时,浮动阀就会出现不能及时关闭的现象,从而影响泵的真空度。双级泵高真空腔的溢流阀如采用浮动阀,则由于两边压差更小,问题会更突出。

  排气阀弹簧力在保证阀密封性的前提下,可取得小一些,如压紧力过大,会增大消耗功率。过去一些仿制泵弹簧压紧力达1.2×105 Pa,经我们反复试验求证,认定取1.02~1.1×105 Pa 较合适,不但减少了消耗功率,噪声也下降了。

1.3.2、泵腔内各零部件之间的间隙密封

  泵腔各零部件之间的间隙尤以导轨与滑阀(杆)、导轨与泵体之间的间隙最为重要,通过这两个间隙返流的气体是以稍高于大气压的状态返流到泵进口的,所以对真空度的影响最大。采用分体导轨时气体返流的影响更大,因为分体导轨在泵排气时,导轨与滑阀(杆)、导轨与泵体之间的两个间隙集中反映到导轨与泵体之间的一个间隙上(如图1 所示)。而整体导轨在泵排气时仍保持两个间隙,(如图2 所示)。所以从提高泵的真空度和抽速的角度来说,以采用整体导轨为好。

  实验证明也是如此,我们曾在150 L/s 的泵上做过整体导轨和分体导轨的对比试验,为了保证二者有同样的间隙,分体导轨用整体导轨拆解而成。实测结果,分体导轨时泵的真空度要低一些,噪声要高2 dB(A)左右(后面另作分析)。必须指出,分体导轨容易咬死,所以间隙要适当放大。

  滑阀两侧面与泵盖、中隔板之间的间隙对真空度的影响也很明显。如间隙过大,特别是泵温升高以后,油的粘度降低,密封性就差了,泵的真空度会下降。间隙小对真空度有利,但间隙过小,对油膜的形成造成困难,反而不利于真空度的提高,所以应该按工作条件,如粉尘大小和多少、被抽气体对泵油的影响以及泵的工作温度等来选取合适的间隙。

  偏心轮与滑阀(环)内圆之间的间隙对泵的真空度并无直接影响,但偏心轮特别是开式偏心轮与滑阀(环)内圆组成的空间在停泵破坏真空后充进了空气,在泵再次启动工作时,上述空间内的空气只能通过偏心轮与滑阀(环)内圆之间的间隙慢慢的被抽出,而泵油也是从这个间隙慢慢的进入上述空间,这个置换过程可长达数小时,影响了泵的真空度上升速度,所以在偏心轮与滑阀(环)内圆之间的间隙处必须开导油槽,以利于油和气的交换。

  滑阀(环)外圆与泵缸内壁之间的间隙,决定了吸气腔与压缩腔之间的密封程度。间隙过大,密封油膜容易被击穿,间隙过小,油膜不易形成,都将影响真空度。但上述间隙不是单独存在的,它还受到偏心轮与滑阀(环)内圆之间的间隙的制约,这两个间隙形成的总间隙必须保证滑阀(环)外圆不会与泵缸内壁产生撞击。

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