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真空泵是什么?真空泵的工作原理

时间:2017-01-07 点击数:1279

      【仪器交易网 编辑推荐】真空泵是指利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。通俗来讲,真空泵是用各种方法在某一封闭空间中改善、产生和维持真空的装置。


      随着真空应用的发展,真空泵的种类已发展了很多种,其抽速从每秒零点几升到每秒几十万、数百万升。随着真空技术在生产和科学研究领域中对其应用压强范围的要求越来越宽,大多需要由几种真空泵组成真空抽气系统共同抽气后才能满足生产和科学研究过程的要求,由于真空应用部门所涉及的工作压力的范围很宽,因此任何一种类型的真空泵都不可能完全适用于所有的工作压力范围,只能根据不同的工作压力范围和不同的工作要求,使用不同类型的真空泵。为了使用方便和各种真空工艺过程的需要,有时将各种真空泵按其性能要求组合起来,以机组型式应用。
 
      常用真空泵包括干式螺杆真空泵、水环泵、往复泵、滑阀泵、旋片泵、罗茨泵和扩散泵等,这些泵是我国国民经济各行业应用真空工艺过程中必不可少的主力泵种。近年来, 伴随着我国经济持续高速发展,真空泵相关下游应用行业保持快速增长势头,同时在真空泵应用领域不断拓展等因素的共同拉动下,我国真空泵行业实现了持续稳定地快速的发展。

      (1)泵总体结构型式

      真空泵的泵体的布置结构决定了泵的总体结构。
 
      立式结构的进、排气口水平设置,装配和连接管路都比较方便。但泵的重心较高,在高速运转时稳定性差,故这种型式多用于小泵。
 
      卧式泵的进气口在上,排气口在下。有时为了真空系统管道安装连接方便,可将排气口从水平方向接出,即进、排气方向是相互垂直的。此时,排气口可以从左或右两个方向开口,除接排气管道一端外,另一端堵死或接旁通阀。这种泵结构重心低,高速运转时稳定性好。一般大、中型泵多采用此种结构。
 
      泵的两个转子轴与水平面垂直安装。这种结构装配间隙容易控制,转子装配方便,泵占地面积小。但泵重心较高且齿轮拆装不便,润滑机构也相对复杂。
 
      (2)泵的传动方式
 
      真空泵的两个转子是通过一对高精度齿轮来实现其相对同步运转的。主动轴通过联轴器与电机联接。在传动结构布置上主要有以下两种:其一是电动机与齿轮放在转子的同一侧如图。从动转子由电动机端齿轮直接传过去带动,这样主动转子轴的扭转变形小,则两个转子之间的间隙不会因主动轴的扭转变形大而改变,故使转子之间的间隙在运转过程中均匀。这种传动方式的最大缺点是:a.主动轴上有三个轴承,增加了泵的加工和装配难度,齿轮的拆装及调整也不便;b.整体结构不匀称,泵的重心偏向电动机和齿轮箱一侧。
 
      特点
      (1)在较宽的压力范围内有较大的抽速;
 
      (2)转子具有良好的几何对称性,故振动小,运转平稳。转子间及转子和壳体间均有间隙,不用润滑,摩擦损失小,可大大降低驱动功率,从而可实现较高转速;
 
      (3)泵腔内无需用油密封和润滑,可减少油蒸气对真空系统的污染;
 
      (4)泵腔内无压缩,无排气阀。结构简单、紧凑,对被抽气体中的灰尘和水蒸汽不敏感;
 
      (5)压缩比较低,对氢气抽气效果差;
 
      (6)转子表面为形状较为复杂的曲线柱面,加工和检查比较困难。

       1、水环式真空泵工作原理

       水环式真空泵叶片的叶轮偏心地装在圆柱形泵壳内。泵内注入一定量的水。叶轮旋转时,将水甩至泵壳形成一个水环,环的内表面与叶轮轮毂相切。由于泵壳与叶轮不同心,右半轮毂与水环间的进气空间4逐渐扩大,从而形成真空,使气体经进气管进入泵内进气空间。随后气体进入左半部,由于毂环之间容积被逐渐压缩而增高了压强,于是气体经排气空间及排气管被排至泵外。


 
       2、旋片式真空泵工作原理

       旋片式真空泵(简称旋片泵)是一种油封式机械真空泵。其工作压强范围为101325~1.33×10-2(pa)属于低真空泵。它可以单独使用,也可以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。它已广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。


 
       3、罗茨真空泵工作原理

       罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转,被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v0内,再经排气口排出。由于吸气后v0空间是全封闭状态,所以,在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘,v0空间与排气侧相通时,由于排气侧气体压强较高,则有一部分气体返冲到空间v0中去,使气体压强突然增高。当转子继续转动时,气体排出泵外。



       真空泵的好坏决定于其机械结构和油的质量,使用真空泵时必须把它保护好。如果蒸馏挥发性较大的有机溶剂时,有机溶剂会被油吸收结果增加了蒸气压,从而降低了抽空效能,如果是酸性气体,那就会腐蚀油泵,如果是水蒸气就会使油成乳浊液而抽坏真空泵。
 
       因此使用真空泵时必须注意下列几点:
 
       在蒸馏系统和真空泵之间,必须装有吸收装置。
 
       蒸馏前必须用水泵彻底抽去系统中有机溶剂的蒸气。
 
       如能用水泵抽气的,则尽量用水泵,如蒸馏物质中含有挥发性物质,可先用水泵减压抽降,然后改用油泵。
 
       减压系统必须保持密不漏气,所有的橡皮塞的大小和孔道要合适,橡皮管要用真空用的橡皮管。磨口玻璃涂上真空油脂。
 
       根据使用的范围和抽气效能可将真空泵分为三类:
 
       (1)一般水泵,压强可达到1.333~100kPa(10~760mmHg)为"粗"真空。
 
       (2)油泵,压强可达0.133~133.3Pa(0.001~1mmHg)为"次高"真空。
 
       (3)扩散泵,压强可达0.133Pa以下,(10-3mmHg)为"高"真空。
 
       若要较低的压力,那就要用到油泵了,好的油泵能抽到133.3Pa(1mmHg)以下。
 
       在有机化学实验室里常用的减压泵有水泵和真空泵两种,若不要求很低的压力时,可用水泵,如果水泵的构造好且水压又高,抽空效率可达1067~3333Pa(8~25mmHg)。水泵所能抽到的最低压力理论上相当于当时水温下的水蒸气压力。例如,水温25℃、20℃、10℃时,水蒸气的压力分别为3192、2394、1197Pa(8-25mmHg)。用水泵抽气时,应在水泵前装上安全瓶,以防水压下降,水流倒吸;停止抽气前,应先放气,然后关水泵。
 
       润滑油
 
       在真空泵中真空泵油不仅作为获得真空的介质,还对机械摩擦点起润滑、冷却和密封作用。

       这是真空泵油的最重要的性能,由于真空泵要求真空度很高,一般用石蜡基窄馏分润滑油,对于扩散真空泵,还可使用蒸气压很低的硅油或其他合成油。
       
       真空泵腔内容积不断变化而形成排气作用,要求润滑油应具有合适的粘度和粘温特性。
 
       真空泵不断向高速度发展,由于滑片和泵体的高速摩擦使油温升高,油品很容易氧化分解,尤其扩散泵往往处于很高的温度环境下工作,使系统内蒸气压升高,真空度降低,因此要求真空泵油具有良好的热氧化安定性。
 
       真空泵吸入的如果是腐蚀性气体,会与油发生化学反应,腐蚀泵内零件;吸入空气中往往含有水汽冷凝水,引起真空泵油的乳化并使金属腐蚀,所以要求具有良好的抗腐蚀和抗乳化性。
 
       主要要求真空泵中不携带轻质组分,以免影响油品的饱和蒸气压。
 
       极限压力是真空泵油重要的使用性能指标以了解在最低真空极限压力下真空泵的极限压力。
 
       电机温度高

       某公司的300MW机组,每台机组配备2台机械真空泵,其中1台运行,1台备用。真空泵用于机组启动时抽真空,正常运行时用于抽出凝汽器中未凝结的气体。该泵配备电机160kW,转速590r/min,额定电流330A,电压380V,B级绝缘,正常运行时电流220~230A。每年夏季,电机温度都会超限,被迫加装临时冷却风机,但收效不大。电机长期高温运行会造成绝缘老化,缩短其使用寿命。对真空泵电机温度高的原因分析如下。
 
       原因分析
 
       (1)电机功率大,工作电流大,发热量大。
 
       (2)风扇转速低,风压,风量小。
 
       (3)风扇叶片数较少,产生的风量小。
 
       (4)电动机附有灰尘、油污,降低了散热能力。
 
       (5)真空泵电机所在母线电压为380V,由于电缆压降及负荷分配不均,电机实际所加电压只有365V,电压偏低造成运行电流大。
 
       对策
 
       电机功率、转速是和真空泵相匹配的,不能更改。风扇安装于电机主轴上,电机转速决定了风扇转速,也不可更换。增加风扇叶片数量虽能起到一定作用,但叶片数量增加后,动平衡不容易找,如找正不好,会引起电机振动增加。
 
       (1)将原风扇罩加长40cm,在里面加装一个与风扇罩同直径轴流风机,轴流风机电机功率850W,转速1489r/min,电压380V。原风扇继续保留。轴流风机另设一路电源控制,轴流风机与主电机不设连锁。真空泵启动后及时启动轴流风机运行,真空泵停运后30min停运轴流风机,以使主电机得到充分冷却;
 
       (2)定期清除电机上灰尘,保持电机散热片清洁,增加其散热能力;
 
       (3)将真空泵所在母线电压调整为400V。
 
       效果

       (1)由于轴流风机转速高,风压风量大,冷却效果大大增强,在相同的环境温度、负荷电流下,主电机温度下降了12℃。夏季主电机温度未再超限。
 
       (2)轴流风机可人为控制,主电机停运后,轴流风机仍可运行,可以使主电机得到充分冷却。
 
       (3)尽量使2段母线负荷分配平衡,以防某段母线因负荷过重造成电压下降过多。
 
       (4)电压调整后,真空泵运行电流降为210A,发热量相对减小。
 
       (5)减缓了主电机的绝缘老化速度,延长了其使用寿命。

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