罗茨真空泵的最大允许压差和溢流阀压差(1)

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

  分析了影响提高罗茨真空泵最大允许压差因素, 提出了解决方法。介绍了带溢流阀罗茨泵的特点和溢流阀压差的试验方法, 明确提出应对带溢流阀罗茨泵考核溢流阀压差。

  罗茨真空泵是一种旋转式容积泵。根据工作压力范围的不同, 分为低真空(直排大气) 罗茨泵和中真空罗茨泵。直排大气罗茨泵根据冷却介质的不同,又可分为气冷式罗茨泵和(水冷) 湿式罗茨泵。中真空罗茨泵不能承受高压差, 因此必须配备前级泵才能工作。本文论述的就是中真空罗茨泵(以下简称罗茨泵) 的最大允许压差和溢流阀压差。

1、罗茨泵的最大允许压差

  最大允许压差是罗茨泵最重要的性能指标之一, 它是指罗茨泵入口压力等于或低于1 kPa时, 连续运转1 h, 不发生故障所允许的出口压力和入口压力差值的最大值。最大允许压差是衡量罗茨泵能否在最大消耗功率和高温下无故障运转的重要指标, 也就是在最大消耗功率下考验罗茨泵的轴、转子、轴承和齿轮强度, 转子、齿轮与轴之间联接的可靠性, 在高温下考验罗茨泵的各部分间隙是否能保证正常运转。

  罗茨泵的消耗功率N c

  式中S th ——罗茨泵的理论抽速,L/s
    ÀP ——罗茨泵出口与入口的压力差, Pa
    Gm ——机械效率, 一般在0. 85 左右

  罗茨泵的功率消耗中主要是压缩功, 随着压差的升高, 它的压缩功也随着增大, 而且有很大一部分压缩功转化为热能, 因此压差愈大泵温也愈高。故罗茨泵允许的压差越大, 允许的泵温越高, 泵的工作就越可靠, 德国“HEDRICH ”公司样本中就指出, 该公司罗茨泵的允许工作温度可达130℃。

  目前国内罗茨泵整体水平在最大允许压差这个指标上差距较大, 指标偏低, 因此运转的可靠性相对要差一些。西安一个厂原使用某厂生产的ZJ-1200型罗茨泵, 启动压力偏低, 承受不了工作压力下的压差, 经常发生故障。经多次修理也无济于事, 因而转向我们公司要求提供性能优异、能连续工作的罗茨泵。我们实地观察后认为除ZJ-1200 泵性能较差之外, 与前级泵的配比不合理, 管道也过长, 决定用高性能的ZJ-600 型罗茨泵机组取代。该机组验收时在模拟工况下经受了300 h 连续运转的考验。其中1. 3×102 Pa下运转14 h, 4×102 Pa 下运转8 h。用户安装使用后, 无论在真空度、抽速及运转可靠性方面完全满足了生产工艺的要求。遂将其余9 套机组全部更新。从上述例子可看出, ZJ -1200 型罗茨泵如在4×102 Pa 压力下运转8 h, 则压差达2.8×103Pa, 而该泵最高允许工作温度为60℃, 最大允许压差在(1.3~ 2) ×103 Pa 之间, 因此长时间运行必然会出问题。我们公司的ZJ-1200 A 型罗茨泵最高允许工作温度为130℃, 最大允许压差达5×103 Pa, 而我们采用的高性能ZJ-600 型罗茨泵, 它的最大允许压差达5. 5×103 Pa, 因此运转更可靠。

  为了将最大允许压差这一关键指标赶上国外水平, 我们公司始终坚持“以质量求发展, 在发展中上水平”的方针, 在发展罗茨泵产品时, 就突破原标准的框框, 坚决贯彻执行欧洲“PNEUROP ”的罗茨泵验收规则, 以LEYBOLD,BALZERS, HEDRICH 和ALCATEL 等公司罗茨泵的性能数据为目标, 不断改进, 不断提高。就以最大允许压差这一性能指标来说, 我们已达到国外同类产品的先进水平。而且对这一关键指标, 我们每台泵出厂均经严格考核, 录入档案, 不合格决不出厂。

  最大允许压差试验时, 按我公司内控标准(相当于国外同类产品先进指标) 检测, 泵出口表面温度可达130~150℃, 内部转子温度高达150~ 170℃。考虑到泵体和转子的热膨胀, 泵各部分之间间隙必须大到足以抵消热膨胀。但间隙过大, 必然导致零流量压缩比的下降, 因此罗茨泵各部分间隙要适中, 既能承受高压差考验, 又要保证有较高的零流量压缩比。影响罗茨泵最大允许压差的间隙主要有三方面, 一是转子与泵体之间的间隙, 高压差运转时, 罗茨泵出口处表面温度可达130~150℃。但入口处表面温度仅为50℃左右, 因此险情易出在泵体入口处与转子之间的间隙处。二是转子与侧盖处间隙, 高温转子热膨胀时, 转子的死端间隙基本不变, 转子活端的间隙则急剧缩小, 最易发生咬死现象。三是转子与转子之间的间隙, 它首先要求设计出优良的转子型线以保证两转子在啮合过程中间隙均匀, 其次是工艺和加工设备, 要保证加工出的转子线型符合设计要求, 这样才能避免运转中高温时转子与转子之间的摩擦与碰撞。罗茨泵这三方面间隙都很重要, 要根据最大允许压差的要求来适当选择, 并严格控制。另一个问题值得注意, 我们的罗茨泵各部分间隙均严格控制, 照理在作最大允许压差试验时不会发生异常, 但却数次发生转子端面与侧盖咬死现象, 经拆检和分析, 认定系滚动轴承的轴向游隙过大所造成。我们抽检了一批轴承, 发现轴向游隙小的只有0.05 mm , 大的可达0.20 mm 以上, 这就给罗茨泵装配时对转子与侧盖之间的间隙调整带来很大困难,因此必须选择轴向游隙小的优质轴承。

  罗茨泵的配套电机功率是根据用户的使用条件来决定的, 当它使用在真空度较高的压力范围内时,电机的功率可以取得较小。但在泵设计时, 必须按最大允许压差时的功率来校核罗茨泵转子、轴、齿轮的强度, 当然选择轴承时也必须这样考虑。

  现行罗茨泵标准在最大允许压差的试验中, 对前级泵作了严格的限制, 是没有必要的。我们认为只须规定罗茨泵与前级泵的配比在一定范围内(例如4~ 10) 即可。从公式(1) 可以看出, 对某一抽速的罗茨泵来说, 它的消耗功率取决于出口与入口的压差,也就是说泵的发热、转子的热膨胀程度完全取决于出口与入口的压差的大小。因此只要按该罗茨泵的最大允许压差指标, 按规定的测量步骤进行试验即可, 至于取什么样的前级泵, 完全可以由制造厂适当自行选择。欧洲的“PNEUROP”机械增压真空泵(罗茨真空泵) 验收规则对前级泵也没有作任何规定。

  上述的罗茨泵最大允许压差只是衡量和考核罗茨泵制造和运行质量的一个指标, 并不是说罗茨泵可以在这个压差下长期运转, 也不是说必须在这个压差下才能起动。国外一些厂商的样本上, 在最大允许压差一栏里就有连续工作与短时工作之分, 连续工作时最大允许压差即是罗茨泵应在此压差下保证能无故障运转1 h, 而短时工作时最大允许压差则是罗茨泵可以在此压差下工作3~ 5 min, 我们可以根据这个短时工作最大允许压差和被抽容器的大小来决定罗茨泵的起动压力。

  某些特殊情况下, 罗茨泵的工作真空使泵的压差接近最大允许压差, 势必造成泵长期在高温下工作, 这是不可取的。必要时可在罗茨泵的出口安装水冷却器, 能收到明显的效果。

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