气镇的结构与工作原理

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  为了从真空系统或真空容器中抽除可凝性气体,油封式机械泵普遍设有气镇装置,气镇法可以有效地防止可凝性气体凝结。该方法是在被抽气体被压缩过程中将经过控制的永久性气体(通常为室温干燥空气)由气镇孔掺入其中,使可凝性气体分压达到泵温时的饱和蒸汽压之前,压缩气体的压力已达到排气压力,排气阀打开,将可凝性气体同永久性气体一同排出。本文就详细讲解了气镇的结构以及工作原理

  由于大气中都含有一定量的水蒸气,所以泵工作时所抽除的气体多是某些可凝性气体和永久性气体的混合物。这种混合气体在泵内被压缩排气的过程中,如果可凝性气体的分压力超过了泵温下的饱和蒸气压,那么它们就会凝结并与真空泵油混合,随油一起循环。当它们返回到高真空端时又重新蒸发变成蒸汽。随着泵的运转,凝结物不断增加,使泵的极限真空度和抽速降低。当抽除的气体中湿度较大时,泵油的污染更加严重,使泵的密封、润滑和冷却性能变差,以至于经常更换新油。

  气镇阀(掺气阀)是由节流阀和逆止阀两部分成,其结构如图1所示。节流阀控制掺入气体量,逆止阀防止泵腔内气体压力高于掺气压力时出现返流。

气镇阀结构

1-调节阀 2-气镇阀座 3-密封垫 4-挡块 5-钢球 6-弹簧

图1 气镇阀结构

  气镇法是防止蒸汽凝结从而避免油污染的有效方法。这种方法是将室温干燥的空气经气镇孔进入泵的压缩腔中与被抽气体相混合。当把这种混合气体压缩到排气压力时,由于掺气作用使得其中的蒸汽分压能保持在泵温状态的饱和蒸气压以下,因而蒸汽不会凝结而与其它气体一起被排至泵外。被抽气体中蒸汽的含量越多,掺入的干燥气体量就需越多。

  图2描述了上述的气镇过程。ab表示蒸汽吸入过程,蒸气的吸入压力为Pv。对于气镇泵,吸气终了后,稍加压缩至b'点,开始向泵腔内掺气,并压缩至排气压力PT2,由b'c'表示。然后泵等压排出混合气体,由c'f表示,对于非气镇泵,蒸汽吸入后被压缩到泵温时的饱和压力PST,以bc表示。泵继续压缩,蒸汽逐渐液化,其过程由cd表示。泵对液体(液化的蒸气及泵油)继续进行压缩,使压力突然上升到达排气压力PT2,如de所示。最后液体被排至油箱中,与泵油相混,如ef所示。在掺气过程中,可凝性气体的压缩达到c点时,空气与蒸气混合物的全压力就已达到排气压力,而此时,蒸气的分压力只达到PST。但因全压力已达到排气压力,排气阀被推开进行排气,未凝结的蒸气保持气体状态被一起排至泵外。以上的整个过程就是真空泵抽气时气镇的工作原理。

旋片泵抽气时气镇的工作原理图

图2 旋片泵抽气时气镇的工作原理图

  采取气镇方法,虽然达到了排除蒸气的目的,但由于掺气增加了大气漏入到吸气端的可能性,因此对泵的抽速与极限真空度都有影响。泵在掺气过程中,其极限真空要比不掺气时下降1~2个数量级。一般在使用时,先使用气镇阀掺气排除可凝性气体。等到蒸气基本抽除后,即可关闭气镇阀,继续抽气,经过一定时间后,就可达到不掺气时泵的极限真空了。

  由于气镇方法主要是防止泵在压缩过程中蒸气的凝结,所以对那些从气相状态就能溶解在泵油中的蒸气的抽除效果就比较差。

  加装了气镇装置的机械真空泵,还有自净化泵油的作用:当泵油被少量凝结液污染后,只要将泵入口封死,然后打开气镇阀,经一定时间抽气运转,泵油便能恢复原来的性能。

  为了防止泵喷油、返油,改善泵的润滑条件,扩大泵的使用范围,旋片泵还配有多种附件,如油雾捕集器、分子过滤器、尘粒过滤器、化学过滤器、油过滤器等。随着技术进步和工艺要求的提高,旋片泵的结构更趋完善,性能不断提高。

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