羅茨真空泵基礎(chǔ)知識(shí)講解

作者: 2015年11月20日 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量:
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羅茨真空泵的性能一直以來(lái)都沒(méi)有嚴(yán)格區(qū)分,即使在國(guó)外也大都如此,哪一些是泵本身的特征性能,哪一些是除了本身的因素外還在很大程度上取決于前級(jí)泵的性能,也即是羅茨泵機(jī)組的性能。以至于一些是泵本身的特征性能沒(méi)
  羅茨真空泵的性能一直以來(lái)都沒(méi)有嚴(yán)格區(qū)分,即使在國(guó)外也大都如此,哪一些是泵本身的特征性能,哪一些是除了本身的因素外還在很大程度上取決于前級(jí)泵的性能,也即是羅茨泵機(jī)組的性能。以至于一些是泵本身的特征性能沒(méi)有去充分考核,而一些應(yīng)該屬于羅茨泵機(jī)組的性能卻作為羅茨泵的性能在考核,雖然這種情況不斷在改進(jìn)。此外,羅茨泵性能的測(cè)量方法也有待改進(jìn)、有所創(chuàng)新,使它更接近、更符合實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。

  1、基礎(chǔ)壓力和漏率
 
  1.1、基礎(chǔ)壓力
 
  一直以來(lái)所有真空泵都有一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)———極限壓力,但極限壓力對(duì)真空泵而言其實(shí)并不十分確切,正如ISO21360-1 所指出的那樣:極限壓力是測(cè)試罩內(nèi)漸近的壓力值,它是泵可獲得的最低壓力,但沒(méi)有一個(gè)實(shí)際的測(cè)量方法或規(guī)范。也就是說(shuō),它是一個(gè)無(wú)限的漸近的值,它永遠(yuǎn)也達(dá)不到所謂的極限和最低,是一個(gè)無(wú)法測(cè)量的值。ISO21360-1 提出了一個(gè)新概念—基礎(chǔ)壓力,但它并沒(méi)有給基礎(chǔ)壓力提出一個(gè)確切的定義,我們認(rèn)為可以這樣定義:基礎(chǔ)壓力———泵按規(guī)定條件工作,在不引入氣體的情況下,標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試罩內(nèi)趨向穩(wěn)定的壓力,單位為Pa。與極限壓力的定義相比較,基礎(chǔ)壓力的定義中取消了“最低”,也就沒(méi)有了極限的含義。這是一個(gè)可以測(cè)量的值,我們認(rèn)為所有真空泵都應(yīng)該將性能指標(biāo)中的“極限壓力”修改為“基礎(chǔ)壓力”,尤其是單獨(dú)使用的、直接排大氣的真空泵,如滑閥泵、旋片泵、液環(huán)泵、活塞泵、渦旋泵、爪式泵、濕式羅茨泵和氣冷式羅茨泵等等。基礎(chǔ)壓力對(duì)羅茨泵而言,并不是羅茨泵本身的特征性能指標(biāo),它在很大的程度上取決于前級(jí)泵的類型(基礎(chǔ)壓力)和溫度,因此在標(biāo)注泵的基礎(chǔ)壓力時(shí),必須同時(shí)注明所配置的前級(jí)泵類型。過(guò)去曾一度認(rèn)為,我們羅茨泵的基礎(chǔ)壓力始終不如國(guó)外的好,后來(lái)查明是因?yàn)楫?dāng)時(shí)作為前級(jí)泵的旋片泵質(zhì)量不是最好,更換上質(zhì)量好的前級(jí)泵,羅茨泵的基礎(chǔ)壓力就完全達(dá)到了國(guó)外泵的先進(jìn)水平,這就充分說(shuō)明基礎(chǔ)壓力并不是羅茨泵本身的特征性能??紤]到基礎(chǔ)壓力比較直觀,生產(chǎn)廠商和用戶的習(xí)慣,改變和認(rèn)識(shí)還需要一個(gè)過(guò)程,這次羅茨泵新標(biāo)準(zhǔn)中仍將基礎(chǔ)壓力列入主要性能指標(biāo)。
 
  基礎(chǔ)壓力的測(cè)量中,全壓的測(cè)量示值過(guò)去規(guī)定為經(jīng)校準(zhǔn)的熱偶真空計(jì)的示值,實(shí)際上國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中早已規(guī)定測(cè)量?jī)x表為薄膜計(jì),目前我國(guó)薄膜真空計(jì)的使用已經(jīng)普及,而且它的精度遠(yuǎn)高于熱偶真空計(jì),因此新標(biāo)準(zhǔn)中全壓的測(cè)量示值已規(guī)定為經(jīng)校準(zhǔn)的薄膜真空計(jì)的示值。
 
  薄膜真空計(jì)使用中必須注意一個(gè)問(wèn)題,因?yàn)楸∧び?jì)從結(jié)構(gòu)上可分為二種型式:相對(duì)式和基準(zhǔn)式。基準(zhǔn)式中有一個(gè)高真空基準(zhǔn)膜盒,薄膜計(jì)的示值實(shí)際上是傳感器的測(cè)量值與基準(zhǔn)膜盒相比較的結(jié)果,基準(zhǔn)膜盒由于放氣和漏氣,它的真空度雖然非常緩慢,但都在不斷地下降,因此薄膜計(jì)的零位應(yīng)該經(jīng)常進(jìn)行校準(zhǔn),尤其是對(duì)低量程的1 Torr(100 Pa)和0.1 Torr(10 Pa)的傳感器而言,故基準(zhǔn)膜盒應(yīng)根據(jù)具體情況,限期進(jìn)行高真空處理或更換。相對(duì)式是以一臺(tái)高真空泵(如分子泵)替代基準(zhǔn)膜盒,因此薄膜計(jì)的零位不需進(jìn)行校準(zhǔn),有條件的單位應(yīng)采用這種型式的薄膜真空計(jì)。當(dāng)然薄膜真空計(jì)整計(jì)(包括傳感器、顯示儀和電纜等)必須定期送規(guī)定的計(jì)量部門(mén)檢定。
 
  1.2、漏率
 
  真正代表羅茨泵在這方面的特征性能的是漏率,只要漏率達(dá)到了要求,羅茨泵的基礎(chǔ)壓力就保證能達(dá)到要求。由于它與前級(jí)泵無(wú)關(guān),也基本上不受溫度的影響,所以應(yīng)當(dāng)將漏率作為羅茨泵的主要性能指標(biāo)來(lái)考核。這次修訂羅茨泵標(biāo)準(zhǔn)時(shí),我們已將漏率列入羅茨泵的主要性能指標(biāo)。至于基礎(chǔ)壓力,因?yàn)椴皇潜帽旧淼奶卣餍阅苤笜?biāo),不應(yīng)在質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí)再作為主要性能來(lái)考核。
 
  早在1998 年我們就提出用漏率取代極限壓力作為羅茨泵的主要性能指標(biāo),但一直沒(méi)被接受和引起重視。我們自己在羅茨泵的極限壓力(基礎(chǔ)壓力)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí),就常常用檢測(cè)泵的漏率和泄漏處的方法來(lái)解決的,漏率達(dá)到了要求,極限壓力(基礎(chǔ)壓力)也就達(dá)到了要求。尤其是近些年來(lái),我們陸續(xù)接到不少用戶,特別是那些被抽的工作氣體不容許外泄的用戶,要求對(duì)羅茨泵進(jìn)行漏率檢測(cè)并提供漏率數(shù)據(jù),可見(jiàn)漏率也已受到許多用戶的關(guān)注和重視。國(guó)外兩大羅茨泵生產(chǎn)商PFEIFFER 和LEYBOLD 公司的羅茨泵樣本上都一直標(biāo)注了漏率指標(biāo),他們的駐外檢修部門(mén)在修理羅茨泵后也只檢測(cè)漏率。我公司在送德國(guó)海德里希公司檢測(cè)羅茨泵時(shí),他們并不檢測(cè)基礎(chǔ)壓力,而是檢測(cè)漏率。檢測(cè)數(shù)據(jù)中,泵的漏率<1×10-4 Pa·m3/s,完全達(dá)到了上述兩公司的指標(biāo)要求。至所以國(guó)外許多公司至今還將極限壓力(基礎(chǔ)壓力)作為主要性能指標(biāo),一方面是極限壓力(基礎(chǔ)壓力)比較直觀,習(xí)慣成自然,當(dāng)然觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)也各有不同,我們相信隨著時(shí)間的進(jìn)程,未來(lái)必然會(huì)達(dá)到認(rèn)識(shí)的統(tǒng)一的。
 
  漏率的定義是:在規(guī)定條件下,一種特定氣體通過(guò)漏孔的流量,單位為Pa·m3/s。在我們修訂的羅茨泵標(biāo)準(zhǔn)中,基本參數(shù)中漏率的指標(biāo)與PFEIFFER公司的指標(biāo)完全一致,標(biāo)準(zhǔn)中也規(guī)定了漏率的測(cè)量方法。
 
  漏率測(cè)量的原理是:采用噴吹法,噴槍的示漏氣體通過(guò)漏孔進(jìn)入被檢真空系統(tǒng),并被引入檢漏儀,引起檢漏儀輸出指示的變化,將該變化值與標(biāo)準(zhǔn)漏孔在檢漏儀上引起的輸出指示變化值進(jìn)行比較,確定羅茨泵被檢部位的漏率。
 
  2、最大容許壓差
 
  最大容許壓差原稱最大允許壓差,據(jù)查,允許是答應(yīng)、同意的意思,而容許則是許可的意思,因此改稱為最大容許壓差比較符合原意。最大容許壓差是考核羅茨泵運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性的特征性能指標(biāo)。它與泵相互轉(zhuǎn)動(dòng)零部件之間的間隙有關(guān),也與轉(zhuǎn)速有關(guān)。如果僅從提高最大容許壓差的觀點(diǎn)出發(fā),相互轉(zhuǎn)動(dòng)零部件之間的間隙以大為好,轉(zhuǎn)速也以低為好。
 
  我們新修訂的羅茨泵標(biāo)準(zhǔn)中,最大容許壓差的測(cè)量方法與德國(guó)DIN28426.2 的最大區(qū)別是,將測(cè)量方法中“當(dāng)入口壓力調(diào)整到1×103 Pa 或更低壓力時(shí)”修改為“使泵入口壓力等于1×103 Pa”。通過(guò)我們的試驗(yàn)表明,雖然壓差相同,但入口壓力不同時(shí),引入的(冷卻)氣體量就不同;入口壓力越低,引入的(冷卻)氣體量就越少,泵溫就越高(見(jiàn)圖2),泵的熱膨脹就越大,這將導(dǎo)致泵的最大容許壓差的降低。為了保證測(cè)試條件一致,有利于最大容許壓差運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)考核的準(zhǔn)確性,應(yīng)該使泵入口壓力等于1×103 Pa。
 
  羅茨真空泵特性指標(biāo)及測(cè)試方法研究
 
  型羅茨泵在壓差相同(5.5×103)時(shí),不同入口壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)1 h 的泵溫前級(jí)管路直徑大小對(duì)零流量壓縮比測(cè)量的影響
 
  羅茨真空泵特性指標(biāo)及測(cè)試方法研究
 
  在最大容許壓差測(cè)量時(shí)泵溫很高,因?yàn)闅怏w的壓縮主要在出口處,所以泵出口處溫度高達(dá)130℃~160 ℃,而出口處的氣流溫度更高,可達(dá)240 ℃ ~260 ℃,由于出口處泵體和轉(zhuǎn)子都處于高溫狀態(tài)下,溫差雖達(dá)100 ℃左右,但也一般不會(huì)發(fā)生碰擦,當(dāng)然這是必須保證泵的間隙處在正常情況下;而泵進(jìn)口處溫度一般只有40 ℃~50 ℃,故進(jìn)、出口處溫差高達(dá)200 ℃以上,因此該處與高溫轉(zhuǎn)子容易發(fā)生碰擦,甚至卡住,故而轉(zhuǎn)子中心應(yīng)相對(duì)于泵缸中心適當(dāng)下移,以增大該處間隙,保證高壓差運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性和可靠性。
 
  在最大容許壓差測(cè)量時(shí)應(yīng)同時(shí)記錄室溫,泵進(jìn)、出口處溫度,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和消耗功率。不同泵之間消耗功率受諸多因素影響,并不一致,如見(jiàn)超常必須立即檢查、解決。如常用的梅花形聯(lián)軸器就是其中之一,通常梅花形彈性塊材質(zhì)采用聚胺脂,它的質(zhì)地較硬,所以對(duì)聯(lián)軸器體的梅花形孔的分度要求較高,如加工中偏差較大,彈性塊與聯(lián)軸器體之間將產(chǎn)生過(guò)度擠壓,使消耗功率異常,一般聯(lián)軸器表面溫度不高,如出現(xiàn)聯(lián)軸器發(fā)燙,就可確定是上述原因;再如泵的二個(gè)側(cè)蓋上轉(zhuǎn)子軸孔距離偏差過(guò)大,轉(zhuǎn)子軸強(qiáng)度不足至使工作時(shí)撓度過(guò)大等原因,使軸承轉(zhuǎn)角超過(guò)容許限度,產(chǎn)生超常摩擦,也將使消耗功率異常;此外齒輪中心距偏小,齒形偏胖等也將造成齒輪之間嚴(yán)重?cái)D壓,導(dǎo)致消耗功率增大。
 
  最大容許壓差測(cè)量時(shí)要求運(yùn)轉(zhuǎn)1 h,不發(fā)生異常和故障。如使用中有特殊要求,在較高壓差下運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間需要適當(dāng)延長(zhǎng),可以在泵出口處鄰近轉(zhuǎn)子的部位設(shè)置冷卻器,它由翅片型冷卻盤(pán)管組成,根據(jù)需要可以采取單重、雙重和三重冷卻盤(pán)管,它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、冷卻效果好,對(duì)泵抽速的影響僅為(1~2)%,價(jià)格低廉,實(shí)用價(jià)值高。
 
  3、零流量壓縮比與抽速
 
  3.1、零流量壓縮比與抽速
 
  零流量壓縮比是羅茨泵有關(guān)抽氣性能的非常重要的特征性能指標(biāo),它與泵相互轉(zhuǎn)動(dòng)零部件之間的間隙有關(guān),也與轉(zhuǎn)速和氣體種類有關(guān)。從提高零流量壓縮比的觀點(diǎn)出發(fā),相互轉(zhuǎn)動(dòng)零部件之間的間隙以小為好,轉(zhuǎn)速越高越好。因此它與最大容許壓差之間是一對(duì)相互制約、又相輔相成的矛盾,必須相互兼顧、慎重考慮。不能單純?yōu)榱四承├嫘枰怀霰玫倪\(yùn)轉(zhuǎn)可靠性,而片面增加相關(guān)間隙,置影響泵的抽氣效能和用戶的效益于不顧。為了處理好零流量壓縮比與最大容許壓差這一對(duì)矛盾,我們?cè)x取大、中、小三臺(tái)典型的羅茨泵,對(duì)泵相互轉(zhuǎn)動(dòng)零部件之間的間隙關(guān)系進(jìn)行了類似于破壞性的各項(xiàng)試驗(yàn),取得了很好的效果,為以后的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。零流量壓縮比也與氣體種類有關(guān),我們做了空氣與氮?dú)狻鍤?、二氧化碳等幾種氣體的對(duì)比試驗(yàn),從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看,零流量壓縮比與試驗(yàn)氣體的分子量有關(guān),分子量大的氣體,它的零流量壓縮比要大一些,也就是它的抽速也大一些。
 
  根據(jù)所測(cè)得的羅茨泵的零流量壓縮比和所配置的前級(jí)泵的類型、抽速—入口壓力曲線就可以通過(guò)計(jì)算得到羅茨泵在各種工況下的抽速,當(dāng)然由于存在各種不確定因素,這個(gè)計(jì)算過(guò)程是近似的,不過(guò)對(duì)于羅茨泵的選型和配套方案的選擇已經(jīng)是足夠的了。
  3.2、零流量壓縮比的測(cè)量裝置
 
  3.2.1、前級(jí)管路
 
  零流量壓縮比的測(cè)量裝置中的前級(jí)管路,在德國(guó)DIN28426.2 中只有一個(gè)示意圖,沒(méi)有具體規(guī)定。在GB/T 25753.2 中又規(guī)定得太多,執(zhí)行起來(lái)不是很方便。為此我們作了許多試驗(yàn),如前級(jí)管路直徑大小和前級(jí)管路測(cè)試罩直徑大小對(duì)零流量壓縮比測(cè)量的影響,前級(jí)管路中測(cè)試罩兩側(cè)的管路長(zhǎng)度(a 和b)對(duì)零流量壓縮比測(cè)量的影響。
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