罗茨真空泵性能考核指标—抽速和零流量压缩比的探讨

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

  罗茨泵以抽速作为主性能考核指标不够确切, 它不能真实反映罗茨真空泵的质量水平,建议以零流量压缩比作为考核罗茨泵抽气能力的性能指标。

  罗茨泵的抽速和零流量压缩比从表面看, 是二种截然不同的概念, 似乎是丝毫没有关系的二项性能指标。但实际上它们不但同样是表示罗茨泵抽气能力的性能指标, 而且相互之间有非常密切的关系。零流量压缩比与抽速相比更能真实反映罗茨泵的设计和制造质量, 并在测试和应用上更有无可比拟的优点, 因此我们认为应该以零流量压缩比作为罗茨泵抽气能力的考核指标。

  一般罗茨泵必须与前级泵匹配才能工作, 因此它的抽速与前级泵密切相关。罗茨泵与液环泵旋片泵、滑阀泵、活塞泵⋯⋯等可以组成各式各样的真空机组, 而且可以根据不同的需要,采用各种配比, 这样组成的真空机组也就有了不同的极限压力和抽速。因此所谓的罗茨泵抽速, 实际是真空机组的抽速。它在很大程度上取决于前级泵的种类和大小, 也就是前级泵的极限压力和抽速。在“罗茨真空泵产品质量分等”标准中虽然规定了前级泵的型号, 但由于前级泵( 旋片泵、滑阀泵) 标准中规定, 泵的几何抽速为( 1. 1~1. 2) 名义抽速, 因而抽速测量误差仅此一项就达2%。

  环境温度的变化不可避免地也将对抽速测量带来影响, 尤其是真空度较高时, 它是通过影响前级泵的真空度, 间接影响抽速。这一点在作者前一篇文章“罗茨真空泵性能考核指标——极限压力的探讨”已有详述 。“罗茨真空泵产品质量分等”标准中规定了考核抽速时必须配用“罗茨真空泵”标准中推荐的前级泵, 这对于ZJ-300 和它以下的罗茨泵问题不大, 而对ZJ-600 和它以上的罗茨泵则就问题大了。其一是标准所推荐的前级泵, 既有罗茨泵, 又有旋片( 滑阀) 泵, 它并不一定是用户需要的, 仅仅是为了测量抽速, 必须专门为此设计制造一套真空机组, 甚至是一套很复杂的机组。例如测试一台ZJ-10000 罗茨泵, 它所配用的前级泵就有ZJ-2500、ZJ-600 和H-150 泵, 另一方面这样配套起来的机组只能测试极限压力和抽速, 不能测最大允许压差和零流量压缩比曲线, 因为作为前级泵的罗茨泵承受不了测试时所产生的压差。这样, 为了测试最大允许压差和零流量压缩比曲线, 又必须另配前级泵, 制造另一套机组, 这是罗茨泵的生产厂最不希望的。

  DIN28426 旋转真空泵验收规则, 第二部分: 中真空范围的机械增压真空泵( 罗茨真空泵)标准中, 有关抽速测量的标题就是“机械增压真空泵和前级真空泵机组抽速的测定”,并特别指出, 有关单只机械增压泵抽速的测量不属于本验收规则的范围。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为这就充分说明该标准所测的抽速并不是罗茨泵本身的抽速, 而是罗茨泵机组的抽速。

  综上所述, 很清楚的说明了“罗茨真空泵”标准规定所测的抽速, 并不能完整准确反映罗茨泵的设计和制造质量, 建议取消抽速这一性能指标的考核。

  真正反映罗茨泵本身抽气能力和设计制造质量的性能指标是零流量压缩比, 它是零流量时前级压力与入口压力之比。压缩比的大小反映了罗茨泵由排出口返回到入口气体的多少, 也就是抽气效率的高低。零流量压缩比的最大值Komax 即可用来衡量罗茨泵抽气能力的大小。零流量压缩比从罗茨泵本身, 也就是从设计制造角度来说, 它取决于罗茨泵转子型线的设计、加工和泵的装配, 也就是说取决于转子与转子、转子与泵体、转子与侧盖之间的间隙。良好的转子型线可以使转子在啮合过程中保持均匀的间隙, 从而使我们有可能在保证连续运转时最大允许压差的条件下, 选取较小的间隙, 以使Komax有较大值。转子表面的粗糙度也会使低压下的压缩比有所损失, 因为转子表面在高压侧吸附的气体在转到低压侧时将释放一部分。零流量压缩比从测试角度来说, 它取决于前级压力和气体种类。标准已规定了测试气体为非可凝性气体, 一般指空气, 因而零流量压缩比的测试就完全取决于前级压力了。零流量压缩比的测试一般从10Pa( 前级压力) 开始, 因此对前级泵的极限压力要求不高, 即使是单级旋片(滑阀) 泵也能满足要求。至于对前级泵抽速也无严格的要求, 一般在罗茨泵与前级泵常用的配比范围内均可。对于大抽速罗茨泵, 这个配比可以取得更大些, 因为前级泵抽速大小仅仅影响测试时向前级管道上的测试罩内掺气的多少, 对零流量压缩比没有影响。

  零流量压缩比的最大优点是, 在得出了罗茨泵的零流量压缩比—— 前级压力曲线以后, 可以根据所选配的前级泵的抽速—— 入口压力曲线, 近似计算出罗茨泵与前级泵所组成的机组的抽速, 从而使生产厂可以根据用户生产工艺流程的需要, 通过计算来选取最佳配比的罗茨真空泵机组。罗茨真空泵机组抽速(近似) 计算公式为

罗茨真空泵机组抽速计算公式

  式中: S - 罗茨泵机组抽速, L/ s;Sth - 罗茨泵理论抽速, L/ s;Sb - 前级泵在压力Pb 时的抽速, L/ s;P - 罗茨泵入口压力, Pa;Pb - 前级压力( 罗茨泵出口压力) , Pa;K0 - 罗茨泵在前级压力Pb 时的零流量压缩比

  应用公式时先选定一系列前级压力Pb, 然后按前级压力Pb 从罗茨泵零流量压缩比——前级压力曲线上查得K 0 , 从前级泵的抽速——入口压力曲线上查得Sb, 代入公式(1) 和(2) , 就可计算得一系列S 和P , 这样就能得到罗茨泵机组的抽速——入口压力曲线。经我们验证, 这个计算与实测结果基本一致。

  综上所述, 罗茨泵的抽速和零流量压缩比都是有关抽气能力方面的性能指标, 因此只需考核其中一项即可。二者相比较, 零流量压缩比具有无可比拟的优点:

  1、它能真实反映罗茨泵本身的设计和制造质量。

  2、前级泵对它的影响很小。

  3、对大抽速罗茨泵, 它不需要复杂的前级泵系统。

  4、可以计算各种匹配下罗茨泵(机组) 的抽速, 以确定用户所需的罗茨泵机组最佳设计方案。

  因此, 可以毫不犹疑地说, 应该选择零流量压缩比作为罗茨泵抽气能力的考核指标。

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