分析了影響提高羅茨真空泵最大允許壓差因素,提出了解決方法。介紹了帶溢流閥羅茨泵的特點(diǎn)和溢流閥壓差的試驗(yàn)方法,明確提出應(yīng)對(duì)帶溢流閥羅茨泵考核溢流閥壓差。羅茨真空泵是一種旋轉(zhuǎn)式容積泵。根據(jù)工作壓力范圍的不同,分為低真空(直排大氣)羅茨泵和中真空羅茨泵。

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直排大氣羅茨泵根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同,又可分為氣冷式羅茨泵和(水冷)濕式羅茨泵。中真空羅茨泵不能承受高壓差,因此必須配備前級(jí)泵才能工作。本文論述的就是中真空羅茨泵(以下簡(jiǎn)稱羅茨泵)的最大允許壓差和溢流閥壓差。

1、羅茨泵的最大允許壓差最大允許壓差是羅茨泵最重要的性能指標(biāo)之一,它是指羅茨泵入口壓力等于或低于1kpa時(shí),連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1h,不發(fā)生故障所允許的出口壓力和入口壓力差值的最大值。最大允許壓差是衡量羅茨泵能否在最大消耗功率和高溫下無故障運(yùn)轉(zhuǎn)的重要指標(biāo),也就是在最大消耗功率下考驗(yàn)羅茨泵的軸、轉(zhuǎn)子、軸承和齒輪強(qiáng)度,轉(zhuǎn)子、齒輪與軸之間聯(lián)接的可靠性,在高溫下考驗(yàn)羅茨泵的各部分間隙是否能保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

羅茨泵的消耗功率nc為式中sth——羅茨泵的理論抽速,l/s?p——羅茨泵出口與入口的壓力差,pagm——機(jī)械效率,一般在0.85左右羅茨泵的功率消耗中主要是壓縮功,隨著壓差的升高,它的壓縮功也隨著增大,而且有很大一部分壓縮功轉(zhuǎn)化為熱能,因此壓差愈大泵溫也愈高。故羅茨泵允許的壓差越大,允許的泵溫越高,泵的工作就越可靠,德國(guó)“hedrich”公司樣本中就指出,該公司羅茨泵的允許工作溫度可達(dá)130℃。

目前國(guó)內(nèi)羅茨泵整體水平在最大允許壓差這個(gè)指標(biāo)上差距較大,指標(biāo)偏低,因此運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性相對(duì)要差一些。西安一個(gè)廠原使用某廠生產(chǎn)的zj-1200型羅茨泵,啟動(dòng)壓力偏低,承受不了工作壓力下的壓差,經(jīng)常發(fā)生故障。經(jīng)多次修理也無濟(jì)于事,因而轉(zhuǎn)向我們公司要求提供性能優(yōu)異、能連續(xù)工作的羅茨泵。

我們實(shí)地觀察后認(rèn)為除zj-1200泵性能較差之外,與前級(jí)泵的配比不合理,管道也過長(zhǎng),決定用高性能的zj-600型羅茨泵機(jī)組取代。該機(jī)組驗(yàn)收時(shí)在模擬工況下經(jīng)受了300h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的考驗(yàn)。其中1.3×102pa下運(yùn)轉(zhuǎn)14h,4×102pa下運(yùn)轉(zhuǎn)8h。用戶安裝使用后,無論在真空度、抽速及運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性方面完全滿足了生產(chǎn)工藝的要求。遂將其余9套機(jī)組全部更新。從上述例子可看出,zj-1200型羅茨泵如在4×102pa壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)8h,則壓差達(dá)2.8×103pa,而該泵最高允許工作溫度為60℃,最大允許壓差在(1.3~2)×103pa之間,因此長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行必然會(huì)出問題。

我們公司的zj-1200a型羅茨泵最高允許工作溫度為130℃,最大允許壓差達(dá)5×103pa,而我們采用的高性能zj-600型羅茨泵,它的最大允許壓差達(dá)5.5×103pa,因此運(yùn)轉(zhuǎn)更可靠。為了將最大允許壓差這一關(guān)鍵指標(biāo)趕上國(guó)外水平,我們公司始終堅(jiān)持“以質(zhì)量求發(fā)展,在發(fā)展中上水平”的方針,在發(fā)展羅茨泵產(chǎn)品時(shí),就突破原標(biāo)準(zhǔn)的框框,堅(jiān)決貫徹執(zhí)行歐洲“pneurop”的羅茨泵驗(yàn)收規(guī)則,以leybold,balzers,hedrich和alcatel等公司羅茨泵的性能數(shù)據(jù)為目標(biāo),不斷改進(jìn),不斷提高。

就以最大允許壓差這一性能指標(biāo)來說,我們已達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。而且對(duì)這一關(guān)鍵指標(biāo),我們每臺(tái)泵出廠均經(jīng)嚴(yán)格考核,錄入檔案,不合格決不出廠。最大允許壓差試驗(yàn)時(shí),按我公司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)(相當(dāng)于國(guó)外同類產(chǎn)品先進(jìn)指標(biāo))檢測(cè),泵出口表面溫度可達(dá)130~150℃,內(nèi)部轉(zhuǎn)子溫度高達(dá)150~170℃。

考慮到泵體和轉(zhuǎn)子的熱膨脹,泵各部分之間間隙必須大到足以抵消熱膨脹。但間隙過大,必然導(dǎo)致零流量壓縮比的下降,因此羅茨泵各部分間隙要適中,既能承受高壓差考驗(yàn),又要保證有較高的零流量壓縮比。

影響羅茨泵最大允許壓差的間隙主要有三方面,一是轉(zhuǎn)子與泵體之間的間隙,高壓差運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),羅茨泵出口處表面溫度可達(dá)130~150℃。但入口處表面溫度僅為50℃左右,因此險(xiǎn)情易出在泵體入口處與轉(zhuǎn)子之間的間隙處。

二是轉(zhuǎn)子與側(cè)蓋處間隙,高溫轉(zhuǎn)子熱膨脹時(shí),轉(zhuǎn)子的死端間隙基本不變,轉(zhuǎn)子活端的間隙則急劇縮小,最易發(fā)生咬死現(xiàn)象。

三是轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間的間隙,它首先要求設(shè)計(jì)出優(yōu)良的轉(zhuǎn)子型線以保證兩轉(zhuǎn)子在嚙合過程中間隙均勻,其次是工藝和加工設(shè)備,要保證加工出的轉(zhuǎn)子線型符合設(shè)計(jì)要求,這樣才能避免運(yùn)轉(zhuǎn)中高溫時(shí)轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間的摩擦與碰撞。羅茨泵這三方面間隙都很重要,要根據(jù)最大允許壓差的要求來適當(dāng)選擇,并嚴(yán)格控制。

另一個(gè)問題值得注意,我們的羅茨泵各部分間隙均嚴(yán)格控制,照理在作最大允許壓差試驗(yàn)時(shí)不會(huì)發(fā)生異常,但卻數(shù)次發(fā)生轉(zhuǎn)子端面與側(cè)蓋咬死現(xiàn)象,經(jīng)拆檢和分析,認(rèn)定系滾動(dòng)軸承的軸向游隙過大所造成。我們抽檢了一批軸承,發(fā)現(xiàn)軸向游隙小的只有0.05mm,大的可達(dá)0.20mm以上,這就給羅茨泵裝配時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子與側(cè)蓋之間的間隙調(diào)整帶來很大困難,因此必須選擇軸向游隙小的優(yōu)質(zhì)軸承。羅茨泵的配套電機(jī)功率是根據(jù)用戶的使用條件來決定的,當(dāng)它使用在真空度較高的壓力范圍內(nèi)時(shí),電機(jī)的功率可以取得較小。但在泵設(shè)計(jì)時(shí),必須按最大允許壓差時(shí)的功率來校核羅茨泵轉(zhuǎn)子、軸、齒輪的強(qiáng)度,當(dāng)然選擇軸承時(shí)也必須這樣考慮?，F(xiàn)行羅茨泵標(biāo)準(zhǔn)在最大允許壓差的試驗(yàn)中,對(duì)前級(jí)泵作了嚴(yán)格的限制,是沒有必要的。

我們認(rèn)為只須規(guī)定羅茨泵與前級(jí)泵的配比在一定范圍內(nèi)(例如4~10)即可。從公式(1)可以看出,對(duì)某一抽速的羅茨泵來說,它的消耗功率取決于出口與入口的壓差,也就是說泵的發(fā)熱、轉(zhuǎn)子的熱膨脹程度完全取決于出口與入口的壓差的大小。因此只要按該羅茨泵的最大允許壓差指標(biāo),按規(guī)定的測(cè)量步驟進(jìn)行試驗(yàn)即可,至于取什么樣的前級(jí)泵,完全可以由制造廠適當(dāng)自行選擇。

歐洲的“pneurop”機(jī)械增壓真空泵(羅茨真空泵)驗(yàn)收規(guī)則對(duì)前級(jí)泵也沒有作任何規(guī)定。上述的羅茨泵最大允許壓差只是衡量和考核羅茨泵制造和運(yùn)行質(zhì)量的一個(gè)指標(biāo),并不是說羅茨泵可以在這個(gè)壓差下長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn),也不是說必須在這個(gè)壓差下才能起動(dòng)。國(guó)外一些廠商的樣本上,在最大允許壓差一欄里就有連續(xù)工作與短時(shí)工作之分,連續(xù)工作時(shí)最大允許壓差即是羅茨泵應(yīng)在此壓差下保證能無故障運(yùn)轉(zhuǎn)1h,而短時(shí)工作時(shí)最大允許壓差則是羅茨泵可以在此壓差下工作3~5min,我們可以根據(jù)這個(gè)短時(shí)工作最大允許壓差和被抽容器的大小來決定羅茨泵的起動(dòng)壓力。某些特殊情況下,羅茨泵的工作真空使泵的壓差接近最大允許壓差,勢(shì)必造成泵長(zhǎng)期在高溫下工作,這是不可取的。必要時(shí)可在羅茨泵的出口安裝水冷卻器,能收到明顯的效果。