旋片式真空泵的材料结构设计改进趋势

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1、材料选用

  要提高旋片式真空泵的转速,减少磨损,降低温度,保证泵的正常性能,关键之一就是如何适当选择定子和旋片这对主磨擦副的材料。直联泵旋片常用的材料为一种新型自润滑材料——碳素浸合金。国内有的研究单位还对其他材料用作旋片做了综合测试,结果表明用碳纤维增强塑料、高分子液晶材料作旋片材料具有开发价值。

2、泵腔形线

  由于高速直联泵的旋片与定子之间摩擦与磨损增大,泵的温升增高,所以改善旋片泵的旋片与泵腔之间的摩擦、磨损与润滑是研制性能良好的直联旋片泵的关键。通过弹性流体动力润滑理论的分析计算发现现有泵旋片与泵腔间的运动不合理,使旋片与转子及泵腔间的磨损较严重,难以找到合适的润滑状况,导致高速旋片泵温升增加。而解决磨损的办法就是使旋片在旋转过程中始终保持长度不变。而目前的正圆形泵腔是无法办到的。由理论上可以提出一种包络线的定子泵腔型线,这种型线是一条与一系列圆心在轴对称的曲线上的包络圆外侧相切的包络线。当然,这种型线的加工工艺比正圆形型线要麻烦些,但它多花的代价可以从改善泵的性能中得到补偿。这样的泵,振动、噪音、温升、磨损均会减少很多。

3、转子结构与旋片

  通过旋片泵几何抽速的计算可知,当泵的转速已达一定高的数值时,再增加旋片可以在不加大转子偏心距,又不增加最大线速度的情况下提高抽速。在结构上增加旋片数也是简单可行的,故它是一种有希望的提高抽速的途径。

  目前,国内厂家生产的直联泵有采用三槽式整体转子结构,其上装有三个旋片。整体转子三旋片结构有较高的强度和刚性;可以减少高速运转时转子的不平衡性,以减少旋片承受的冲击负荷。泵几何抽速计算表明,泵采用三槽转子要比二槽转子的抽速大18~20%。

  实现多旋片结构的关键在于旋片与泵腔材料的改革,如采用耐磨性能好的软旋片材料;增强泵的冷却等。

4、泵体结构及排气口位置

  侧偏心结构是一种较新的泵体结构形式。侧偏心结构的泵转子与泵腔的切点不在上方,而在侧面,油箱也在侧面。它与一般的上切点结构的泵相比有以下一些优点:由于油位与排气口在侧面,而油面刚好把排气阀门和润滑油路的进油孔淹没,这样停泵后,只能回很少一点油在泵腔内,其余的油只能回到油路进油孔处就不能往泵腔内进了。由于回流到泵腔内的油量很少,所以泵的启动容易,因而可减少泵电机功率。同时,当油回到进油孔位置时,进油孔便成了放气孔。使泵内气体压力与外部大气压力相等,阻止油返入真空系统中造成污染。

  由于泵体上的排气孔位置降低,排气阀座平面与水平面接近垂直,使泵的高度降低;排气孔外的油箱可设计较小;需油量也减少,使泵体结构紧凑。同时气体从排气阀排出是水平方向,而从顶部出气口排出来时是垂直方向,气体分子运动的方向改变,路程加长,顶部空间很大,使气体分子速度降低,能量损失,有利于防止喷油。如果在排气口处及排气箱顶部空间设置挡油装置,防止开泵喷油的效果更加理想。

  德国最近又开发研制出大抽速的高速直联下偏心转子单级油封旋片泵。这种泵的结构与传统结构的旋片泵相比具有较大变化:转子与泵体下偏心安装,转子与泵腔的切点在泵腔的下方,油箱位于泵体的侧面。这种结构的泵重心低,运转平稳,振动及噪音相对减少,为制造大型旋片泵创造了有利条件。德国生产的$630F/FL型旋片泵的平均抽速可达170L/s。该结构泵的排气口位于泵体下部,排气阀的排气方向为水平方向,在排气侧装有空气偏转板、阻尼筛和排气过滤元件,既防止了喷油,又降低了噪声。泵上还配有气镇阀及油循环、油冷却装置、泵温调控系统,使泵可用于抽除高温气体及抽除大量的水蒸气。目前,德国雷暴公司已用这种泵来取代余摆线真空泵,广泛应用于真空冶炼和真空热处理设备上。

  旋片泵还有许多方面有待改进。相信,随着真空技术的进步,性能更好的,能适应多种工艺要求的旋片泵一定会出现。

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