罗茨真空泵的最大允许压差和溢流阀压差(2)
2、罗茨泵的溢流阀压差
罗茨泵如果带溢流阀, 就能与前级泵同时起动,并可以在任何入口压力下连续工作。这种罗茨泵的溢流阀在压差超过某一规定值时会自动开启, 将入口和出口接通, 可以有效防止泵的过载而不影响泵的正常运转。因此, 溢流阀压差的定义是罗茨泵的溢流阀开启时阀上、下二侧的压力的差值, 并在此压差下无故障运转1 h。有必要指出, 过去有一种误解,认为溢流阀的作用只是防止泵过载, 同时还增加了额外的功率消耗。实际上这种观点是片面的, 带溢流阀罗茨泵的最大优点是扩展了泵的工作区间, 它覆盖了从大气压到1022 Pa 之间的宽广的压力范围, 并可以有效缩短真空系统在低真空下的抽气时间(30%～ 50% )。图1 表示了带溢流阀罗茨泵在低真空范围内所增加的抽速。
A. 前级泵抽速曲线 B. 罗茨泵抽速曲级(1300 Pa 启动) C+ B. 带溢流阀罗茨泵抽速曲线 D. 由于溢流阀而增加的抽速
图1 罗茨泵抽速曲线
溢流阀如在规定压差下不能正常开启, 则将严重影响罗茨泵在低真空范围的工作, 而开启后不能顺利关闭, 又会导致罗茨泵在中真空区域内的性能异常, 这种情况时有发生。因此必须对带溢流阀罗茨泵的溢流阀压差进行检测。鉴于国内外目前尚无溢流阀压差试验方法的标准, 我们提出如下测试装置和试验方法。
测试装置: (见图2)
测量程序:
溢流阀压差是对空气而言, 罗茨泵和前级泵应处于室温中, 在试验时罗茨泵和前级泵应同时起动,并在极限压力下至少运转0.5 h。通过微调阀向罗茨泵的试验罩内缓慢放入空气, 在罗茨泵的入口侧与前级真空侧产生一个压力差。当压差到达某一值时, 罗茨泵的入口压力突然升高, 表示溢流阀已开启, 这时的压差即为溢流阀压差, 在此压差下泵必须保证无故障运转1 h。
溢流阀(罗茨泵出口与入口) 的压差达到某规定值时, 溢流阀开启, 这时入口压力再继续增加, 溢流阀压差则不再升高。当然溢流阀的流导应足够大, 以保证溢流阀压差在一定的入口压力范围内保持不变。
1. 罗茨泵试验罩 2、3 真空计 4.前级试验罩 5. 微调阀 6. 罗茨泵 7. 前级泵(滑阀泵或旋片泵)
图2 溢流阀压差测试装置示意图
前面提到带溢流阀罗茨泵可以在任何入口压力下连续工作, 但实际上罗茨泵不可能在溢流阀打开的情况下长期工作, 所以只要能保证罗茨泵与前级泵能同时起动, 并在溢流阀压差下运转1h, 不发生故障即可。
值得注意的是, 不能以为罗茨泵有了溢流阀就万无一失, 由于意外的原因可能导致溢流阀失灵。如不能正常开启, 则罗茨泵可能超载, 导致泵发热卡死和损坏电机; 如不能完全关闭, 则将影响罗茨泵的入口压力和抽速。属于设计、加工和安装的问题是阻尼块过长, 弹簧过硬, 卡住阀芯, 不能正常开启和关闭;属于使用的问题是粉尘和脏物粘住阀芯或是锈(腐)蚀, 使阀不能开启和关闭。
还有一个问题必须注意, 万一阻尼块失去阻尼作用, 则在溢流阀开启后会产生连续不断的跳动, 发出清脆的撞击噪声, 并导致压力和抽速的波动, 使罗茨泵不能正常工作。
由于带溢流阀的罗茨泵能显著缩短真空系统真空范围的抽气时间, 给用户带来明显的经济效益,而且运转安全可靠, 因此目前带溢流阀罗茨泵在整个罗茨泵的需求中已占有极其重要的地位。现行罗茨泵标准还没有将溢流阀的有关指标和试验方法列入其中, 因此应尽快规定不带溢流阀的罗茨泵考核最大允许压差, 带溢流阀的罗茨泵考核溢流阀压差。溢流阀压差参照国外有关资料和国内实际情况, 建议按表1 选取。
现时流行的带溢流阀的罗茨泵, 不管抽速多大,都只有一个溢流阀, 因此造成外形不美观, 高度和宽度都偏大, 尤其是大抽速泵, 更是如此。经笔者建议,我们公司生产的ZJY-2200 的溢流阀设计成二个,这一改进, 泵的高度减少了140 mm , 宽度减少了70mm , 使泵的外形也更美观。经试验这种带二个溢流阀的的罗茨泵完全达到了设计和使用要求。
3、罗茨泵的型号
JB/T 7674-95 的型号表示方法中罗茨泵类型规定带旁通阀的代号为P, 我们认为很不确切。旁通阀是旁通管路中的一种真空截止阀, 而旁通管路在真空技术术语中的定义, 是与真空系统管路并联装配的一种真空管路系统, 它可同时和系统管路一起工作或者可以单独工作, 而罗茨泵的所谓旁通管路根本不能单独工作。从气体流动方向上来说, 旁通管路实际上是起预抽作用的, 它的气流是从罗茨泵入口绕过罗茨泵向前级泵方向流动, 是一种正向气流; 而(带溢流阀) 罗茨泵上的管路的气流是, 当罗茨泵的压差达到一定值(溢流阀压差) 时, 阀自动打开, 气流从罗茨泵出口通过管路向罗茨泵入口返流, 是一种溢流状态, 是一种反向气流。因此说这种管路应称作溢流管路, 它的逆止阀应称作溢流阀, 这才能名符其实。
BALZERS 公司样本中W KP 型罗茨泵英文名为Roots Pump with Overflow Valve, 中文即为带溢流阀罗茨泵, 溢流阀的压差英文名为Differential Pressureat verflow Valve。综上所述“带旁通阀”罗茨泵应正名为带溢流阀罗茨泵, 它的型号也应改为ZJY 型罗茨泵。
4、结束语
罗茨泵是否带溢流阀可以按其真空工艺流程的要求来决定。不带溢流阀的罗茨泵由于最大允许压差较大, 而且在短时工作时可以承受更大的压差, 因此适用于中真空范围工作, 在粗低真空时, 可以用前级泵由旁通(预抽) 管路抽气。例如某些工艺流程要求在低真空工作数小时, 甚至十多小时, 然后在较大压差下启动罗茨泵, 再在中真空下工作十几小时或者几十小时, 这时就可采用上述方案。至于频繁工作在从低真空到中真空之间的场合, 则比较适合采用带溢流阀的罗茨泵。
