立式往复真空泵的设计与研究(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)南京工业大学 作者:朱翔

式中: ξ为气阀阻力损失系数;
  p为流经气阀的气体压力;
  Cv 为气隙速率;
  a为气体的声速。


  由式( 3) 可知, 最大压力降与气隙速率Cv 的平方成正比。减小Cv 对于减小压力降有重要意义。气隙速率按往复式压缩机的方法取值范围为30 ~45m/s。某些学者设计真空泵时取Cv=40m/s。而文献介绍, 一般Cv小于30m/s, 笔者认为对于真空泵来说, 减小压力降, 对于提高真空度显得十分重要, 对减少能量损失、提高阀片寿命也十分有利。应该把气隙速率尽可能取小点, 所以取气隙速率为30m/s。

3、关于平衡孔宽度b的确定

  往复真空泵与往复压缩机两者结构最根本的不同是往复真空泵为提高真空度, 气缸中采用了平衡通道。近年来, 国内外在改进往复式真空泵的总体结构、降低功耗、提高真空度和运行可靠性等方面做了不少工作。改进平衡气道显得十分重要。

  不采用平衡孔时往复真空泵能达到的极限真空度为:

  式中: a为相对余隙容积, a=Vo/V; 其余符号同式(1) 。考虑吸气系统的阻力, 吸气系统的极限真空绝对压力为:

  若不采用平衡通道, 要取得较高的真空度有很大难度。

  例如, 已知某往复真空泵气缸直径D=300mm,活塞行程s=140mm, 相对余隙容积a=0.03, 平衡通道的宽度b=4mm, 其截面积f=4.0×10-4m2 , 活塞轴向高度H=56mm, 排气压力pd=1.3 ×105Pa,取m=1.2。采用平衡通道, 由式(1) 算得psmin =138Pa。若不采用平衡通道, 由式(4) 算得psmin=1623Pa。

  可见, 若不开平衡通道, 难以得到很高的单级抽气真空度。而且余隙容积过小, 会加大制造和安装的难度。采用平衡通道, 对提高单级抽气真空度起着十分重要的作用。但平衡通道增加了真空泵的功耗。因为开设平衡通道, 循环中多了个均衡压力过程, 从而增大了功耗。而且平衡通道减小了吸气量, 也影响功耗。此外, 平衡通道增加了余隙容积。因此, 平衡通道长度b和截面积f不宜过大。不过活塞两侧的气体经平衡通道连接, 必须有足够的时间才能达到均压。一般平衡通道的最佳通气时间略小于0102 s。本泵在设计平衡通道的宽度b时,参考了这一数值。

  如图4所示, 通气时间为角度α→0 的过程所需要时间t的2倍。由于b = ssin2α/2, 可得通气时间为:

b和曲轴转速的关系

图4 b和曲轴转速的关系

  式中: s为行程; n为曲轴转速。

4、对比与总结

  现将本泵的性能检测数据和国内生产的W型泵以及国外一些厂家生产的往复真空泵的主要性能对比, 见表1。

表1 国内外往复真空泵的主要性能对比

国内外往复真空泵的主要性能对比

  由表1可见, 本泵综合真空度和功耗这两项指标与国外厂家相比不分上下。立式往复真空泵具有结构紧凑、减小运动零部件磨损的优点。采用气阀轴向布置, 改善气缸的冷却,减小了压缩功。合理设计平衡通道和减小余隙容积是提高往复式真空泵真空度的有效措施; 减小气阀的阻力损失对提高真空度和降低功率消耗十分重要; 强化有磨损部件处的润滑, 并采用自润滑性能好的材料以减少摩擦损失, 对延长零件寿命和减少功耗都是有利的。

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