真空泵及其工作原理介绍

日期:2020-08-23 08:59

  真空泵及其工作原理介绍_物理_自然科学_专业资料。真空泵及其工作原理介绍 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。 由

  真空泵及其工作原理介绍 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。 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。 1、真空泵的种类 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。 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。 2、真空泵的总体结构式与传动方式 真空泵的泵体的布置结构决定了泵的总体结构:1)、立式结构: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;2)、卧式结构: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。 真空泵的传动方式: 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。 所具有的特点: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,可减少油蒸气对线)、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。 3、线)、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 油成乳浊液而抽坏线、真空泵的使用选择 真空泵的抽气效能可以将泵分为三类:1)、一般水泵,压强可达到 1.333 ~ 100 kPa (10~760mmHg)为粗线 ~ 1mmHg)为次高线mmHg)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 ~ 3333 Pa(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。 5、真空泵的使用注意事项 使用真空泵时必须注意下列几点: 线)、在蒸馏系统和真空泵之间,必须装有吸收装置; 2)、 蒸馏前必须用水泵彻底抽去系统中有机溶剂的蒸气; 3)、 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;4)、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。 影响因素包括: 1)、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。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。由于真空泵要求真空度很高,一般使用石蜡 基窄馏分伴随真空泵不断向高转速度发展,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稳定性。与此同 时, 真空泵使用过程中可能吸入腐蚀性气体或者水汽,这就要求真空泵油具有良 好的抗腐蚀和抗乳化性。 真空泵油要求纯度高不携带轻质组分,以免影响油品饱 和蒸汽压。 2)、电机温度高:某公司的 300MW 机组,每台机组配备 2 台机械线 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。 真空泵电机温度高的原因: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V,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。 真空泵电机温度高解决方法: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。方法如下: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,线min 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V。 真空泵电机温度高解决效果: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,线A, 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。