二、原理
1、抽气原理
上海德耐尔旋片泵,它有偏心地装在定子腔内的转子及转子槽内的两个或数个旋片,转子与泵壳内表面或相切或相交,转子带动旋片旋转时,旋片借离心力(有的还有弹簧力)紧贴缸壁,把进排气口分割开来,并使进气腔容器周期性扩大而吸气,排气腔容积则周期性地缩小而压缩气体,借气体和油的压力推开排气阀排气,从而获得真空。见图一。双级泵由二个单级串联而成,进气压力高时,一般大中型泵,二级可同时排气,进气压力低时,气体由排入低级,然后再排出泵外。
由于泵是利用吸气容积的变化来抽吸气体的,其名义抽速可按吸气的几何容积来设计计算。
2、气镇原理
由于徐州真空泵的抽气过程是一压缩过程,故当有水蒸汽之类的可凝性气体时,如果在排出徐州泵腔前达到其饱和蒸汽压力,则会凝结在油中,使泵油乳化变质,润滑密封性能变坏,凝结物在吸气腔中还会重新变成气态,使真空度降低。据介绍,当含水超过50%时,还会破坏润滑性能,造成频繁换油和浪费。国外经过了十八年的研究,发明了气镇泵。其原理是,排气腔的压力是由空气分压力和蒸汽分压力二部分组成的,只有当二者之和足以克服排气阀的大气压力和弹力时,才发生排气。德耐尔真空泵气镇阀的作用,是在排气发生之前向泵的排气腔充入一定量空气,以降低排气压力中的蒸汽分压力,当它低于泵温下的饱和蒸汽压时,即可随充入气体排出泵外,而避免凝结在泵油中。另外,当密闭泵口运转时,已混入油内的可凝性气体的凝结物或气相就会溶于油中,油中的物质又会在泵腔内从油中逸出,这时如果开气镇工作,也可抽除一定量的可凝性物质,从而起到一定净化作用,延长泵油的使用期。真空泵油较贵,货源亦有限,因此合理使用气镇有着很大的经济意义。
在结构上,德耐尔真空泵气镇阀有一逆止阀,防止排气时油、气从气镇孔排出,德耐尔真空泵气镇量设计成可调的,可获取不同气镇极限压力,德耐尔真空泵气镇阀的开启便于移到泵外的合适位置,可实现远距离操作。德耐尔真空泵气镇阀微量渗气时可降低噪声,还可作为停泵时的放气阀用,来避免或延缓停泵返油。
德耐尔真空泵气镇量与泵的几何抽速、掺气级的几何容积、气镇孔大小、间隙大小有关。气镇极限压力与泵的不气镇极限压力和油路设计有关,与气镇量有关。
对同一台泵来说,开气镇运行时,泵的极限压力和抽气效率会下降,泵温会升高,掺气量小变化小,抽除可凝性气体的量亦少。
另外,排气温度高,排气温度下的饱和蒸汽压就大,大许可入口蒸汽压力就大些,水蒸气允许量也大些。因此,当泵被抽系统含有较多水汽时,可让泵先空转20分钟左右,待泵温升高后再抽系统,可避免或减少水汽在泵内凝结。对水冷泵,可用温控装置来控制泵温在安全而又较高的数值范围。例如,150L/s的单级旋片泵,控制泵温在75±5℃,泵的水蒸气允许量可达12~14kg/h。
3、防止停泵返油的原理
如果停泵时,有油孔与泵腔相通或排气阀、轴封、泵盖平面、进气管、气镇阀等密封不严,由于液位差的存在和重力作用以及泵腔处于真空状态时油箱与泵腔的压差作用,油就会返入泵腔,油量足够大时,油还会返到进气管道中,造成下次起动时阻力大,旋片和转子受力大,排气阀受力大,起动困难,影响零部件寿命,降低泵的可靠性。因此,应设法防止停泵返油。其原理是,在停泵时切断油路,消除泵腔负压,降低液位差,减少返入油量。
常用的具体措施有:1.把排气阀附近的油与其余油隔开,油位只略隔墙。2.把油箱和排气阀移在侧面,以降低油位,减少油量。3.阀座平面要平整,阀片加弹力。4.轴封和静密封部位要可靠,适时更换。5.在油孔中加管子,使油位仅略进油口。6.设置止回阀机构,停泵时自动关闭进油孔。7.设置油泵和辅助机构,停泵时切断油路。8.泵口装充气阀。9.装入口容器。
我国上海真空泵厂2XZ—4型泵上采用的种止回阀机构,是利用泵工作时叶轮受到油的反作用力成为一个凸轮机构,推动止回阀杆开启油孔。阀杆调整到一个合理位置,使阀杆对叶轮的力的作用线与传动中心有一个距离,从而停泵时,油对叶轮的反作用力消失。阀杆上的弹力会使叶轮偏转而与阀杆脱开,关闭油孔。调整要点是油孔处阀头平面的大开启高度为0.8~1.2mm,高了会出现死点。
一种改进的结构是用拉簧代替弹簧片,可避免装配、维修时不当心引起变形失效。用离心力来形成凸轮轮廓。偏心块下落的阻力较小,关闭较可靠。
优缺点比较:泵口装电磁截止带放气阀等进气口阀,会增加成本,增加阀门故障,降低抽速。对于油孔直通、排气阀关闭不严的泵,阀只能延缓向泵腔返油和阻止油进入阀外被抽系统。对制造厂来说,泵的结构较简单,制造较容易,防止污染阀外被抽系统较可靠。
采用止回阀和动密封、静密封的结构,即使遇到突然停电而不向泵内充气,也能在较长时间内使泵腔处于真空状态,无显著返油。但其可靠性受制造、装配、油封、排气阀和其他静密封件的质量状况影响。如果加装一入口容器,那么,即使发生返油,也只限到容器中,则比较可靠,用户可自行选择措施。
顺便指出,止回阀有节制进油量的作用。例如,每转只有约四分之一的时间开启油孔。油量过多噪声大些,由于油中含气,极限全压力也可能会有所下降。过小的油孔加工较难,止回阀可克服这一困难。另外,万一止回阀零件损坏,拆除止回阀杆后泵仍可使用。但停泵后要立即向泵内充气,以防返油,故要适时检修,对重要用途,可加装放气阀或截止带放气阀。