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和溢流閥壓差的試驗方法,明確提出應(yīng)對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,因此必須配備前級泵才能工作。本文論述的就是中真空羅茨泵(以下簡稱羅茨泵)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,連續(xù)運轉(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轉(zhuǎn)的重要指標(biāo),也就是在最大消耗功率下考驗羅茨泵的軸、轉(zhuǎn)子、軸承和齒輪強度,轉(zhuǎn)子、齒輪與軸之間聯(lián)接的可靠性,在高溫下考驗羅茨泵的各部分間隙是否能保證正常運轉(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“hedrich”公司樣本中就指出,該公司羅茨泵的允許工作溫度可達130℃。

目前國內(nèi)羅茨泵整體水平在最大允許壓差這個指標(biāo)上差距較大,指標(biāo)偏低,因此運轉(zhuǎn)的可靠性相對要差一些。西安一個廠原使用某廠生產(chǎn)的zj-1200型羅茨泵,啟動壓力偏低,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。

我們實地觀察后認(rèn)為除zj-1200泵性能較差之外,與前級泵的配比不合理,管道也過長,決定用高性能的zj-600型羅茨泵機組取代。該機組驗收時在模擬工況下經(jīng)受了300h連續(xù)運轉(zhuǎn)的考驗。其中1.3×102pa下運轉(zhuǎn)14h,4×102pa下運轉(zhuǎn)8h。用戶安裝使用后,無論在真空度、抽速及運轉(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壓力下運轉(zhuǎn)8h,則壓差達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,因此長時間運行必然會出問題。

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5.5×103pa,因此運轉(zhuǎn)更可靠。為了將最大允許壓差這一關(guān)鍵指標(biāo)趕上國外水平,我們公司始終堅持“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,就突破原標(biāo)準(zhǔn)的框框,堅決貫徹執(zhí)行歐洲“pneurop”的羅茨泵驗收規(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,不斷提高。

就以最大允許壓差這一性能指標(biāo)來說,我們已達到國外同類產(chǎn)品的先進水平。而且對這一關(guān)鍵指標(biāo),我們每臺泵出廠均經(jīng)嚴(yán)格考核,錄入檔案,不合格決不出廠。最大允許壓差試驗時,按我公司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)(相當(dāng)于國外同類產(chǎn)品先進指標(biāo))檢測,泵出口表面溫度可達130~150℃,內(nèi)部轉(zhuǎn)子溫度高達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,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,高壓差運轉(zhuǎn)時,羅茨泵出口處表面溫度可達130~150℃。但入口處表面溫度僅為50℃左右,因此險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,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)計要求,這樣才能避免運轉(zhuǎn)中高溫時轉(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時不會發(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0.20mm以上,這就給羅茨泵裝配時對轉(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,電機的功率可以取得較小。但在泵設(shè)計時,必須按最大允許壓差時的功率來校核羅茨泵轉(zhuǎn)子、軸、齒輪的強度,當(dāng)然選擇軸承時也必須這樣考慮。現(xiàn)行羅茨泵標(biāo)準(zhǔn)在最大允許壓差的試驗中,對前級泵作了嚴(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)定的測量步驟進行試驗即可,至于取什么樣的前級泵,完全可以由制造廠適當(dāng)自行選擇。

歐洲的“pneurop”機械增壓真空泵(羅茨真空泵)驗收規(guī)則對前級泵也沒有作任何規(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行質(zhì)量的一個指標(biāo),并不是說羅茨泵可以在這個壓差下長期運轉(zhuǎn),也不是說必須在這個壓差下才能起動。國外一些廠商的樣本上,在最大允許壓差一欄里就有連續(xù)工作與短時工作之分,連續(xù)工作時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轉(zhuǎn)1h,而短時工作時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)這個短時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,勢必造成泵長期在高溫下工作,這是不可取的。必要時可在羅茨泵的出口安裝水冷卻器,能收到明顯的效果。