正航技術(shù)整理油封式旋轉(zhuǎn)機(jī)械真空泵
(一)油封機(jī)械真空泵工作原理
用油來(lái)保持運(yùn)動(dòng)部件的密封、靠泵腔容積變化而實(shí)現(xiàn)抽氣的機(jī)械真空泵統(tǒng)稱油封機(jī)械真空泵。它們的工作原理都是使泵腔工作室容積機(jī)械地增大和縮小而抽氣。當(dāng)泵腔內(nèi)工作室容積變得最小時(shí)，與泵的入口管道連通，于是氣體進(jìn)入泵吸入腔，一直到吸入腔容積最大并重新與進(jìn)氣口分開時(shí)為止。當(dāng)容積減少時(shí)，氣體被壓縮，直到氣體的壓力大于一個(gè)大氣壓，排氣閥被打開，將氣體排出。
(二)用油作密封泵液的必要性
當(dāng)前大量使用的機(jī)械真空泵，即使設(shè)計(jì)得最好，相向運(yùn)動(dòng)的零件間配合精度即使很高。在泵達(dá)到極限真空時(shí)，也難以阻止氣體由低真空端向入口端“突破”返流。另外，由于泵在設(shè)計(jì)制造及裝配中不可避免地存在有害空間，這也降低泵的極限真空度。油封機(jī)械真空泵就是用油將相向運(yùn)動(dòng)的零部件和排氣閥零件間密封起來(lái)；將有害空間充填，使得高壓氣體反“突破”的機(jī)會(huì)少得多，密封性能也就好得多，從而使泵能達(dá)到較高的真空度。
(三)油封機(jī)械真空泵的應(yīng)用
油封式旋轉(zhuǎn)機(jī)械真空泵按照結(jié)構(gòu)型式可分為定片式、旋片式、滑閥式、余擺線式四種。目前，油封機(jī)械真空泵是國(guó)內(nèi)真空獲得技術(shù)中應(yīng)用最廣的一種泵，它可單獨(dú)用作低真空設(shè)備的排氣用泵，也可用作高真空排氣時(shí)的前級(jí)真空泵。因此，它已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的很多部門，例如電真空、電子、輕化工、鋼鐵、有色冶煉等工業(yè)部門中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。由于這類泵均裝有氣鎮(zhèn)裝置，故也可以抽除潮濕氣體。但現(xiàn)在還不適于抽除含氧過高、有爆炸性、對(duì)黑色金屬有腐蝕性，對(duì)泵密封油起化學(xué)作用、及含有顆�；覊m的氣體。
目前，國(guó)內(nèi)的許多研究單位和生產(chǎn)廠家正在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出抽除水蒸氣和耐腐蝕的油封真空泵系列。隨著新技術(shù)、新材料的發(fā)展和應(yīng)用，性能更好的、能滿足各種工業(yè)需要的、適應(yīng)能力強(qiáng)的各種油封機(jī)械真空泵必將生產(chǎn)出來(lái)。
(四)定片式真空泵
1．工作原理
定片式真空泵的典型結(jié)構(gòu)及工作原理如圖4所示。在圓柱泵腔(1)內(nèi)有旋轉(zhuǎn)的偏心轉(zhuǎn)子(2)，在泵缸體上裝有可以上下滑動(dòng)的定片(3)，借助于彈簧(4)的作用壓向轉(zhuǎn)子，將泵腔分隔成A、B兩個(gè)空間。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度不同，兩個(gè)空間體積交替增大或縮小，從而完成吸氣和排氣作用。
在泵的工作過程中，滑片作垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并在轉(zhuǎn)子表面上滑動(dòng)。彈簧是通過一直角形杠桿(5)與滑片發(fā)生作用。泵內(nèi)的一切運(yùn)動(dòng)表面都覆蓋著油層，形成吸氣腔和排氣腔之間的油封。此外，油還充滿了泵腔內(nèi)的一切有害空間，以消除它們對(duì)極限真空的影響。
2．特點(diǎn)
定片式真空泵抽速較小，有單級(jí)、雙級(jí)之分，雙級(jí)泵的極限真空可達(dá)10-1Pa。泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命較長(zhǎng)和檢修容易，但由于其工作性能不如旋片泵，所以目前已經(jīng)很少生產(chǎn)和應(yīng)用。
(五)旋片式真空泵
旋片式真空泵是目前使用最廣，生產(chǎn)系列最全的泵種之一。
1．單級(jí)旋片泵結(jié)構(gòu)與工作原理
如圖5所示，單級(jí)旋片泵只有一個(gè)工作室。泵主要由定子、旋片、轉(zhuǎn)子組成。在泵腔內(nèi)偏心地裝有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子槽中裝有兩塊旋片，由于彈簧彈力作用而緊貼于缸壁(轉(zhuǎn)動(dòng)后還有旋片離心力)。轉(zhuǎn)子和旋片將定子腔分成吸氣和排氣兩部分。
當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)周期性地將進(jìn)氣口方面容積逐漸擴(kuò)大而吸入氣體，同時(shí)逐漸縮小排氣口一側(cè)的容積將已吸入的氣體壓縮并從排氣閥排出。
排氣閥浸在油里以防止大氣流入泵中。泵油通過油孔及排氣閥進(jìn)入泵腔，使泵腔內(nèi)所有的運(yùn)動(dòng)表面被油覆蓋，形成了吸氣腔與排氣腔之間的密封。
2．雙級(jí)旋片泵的結(jié)構(gòu)與工作原理
單級(jí)旋片泵一般極限壓力只能達(dá)到1.3Pa(個(gè)別可達(dá)0.1Pa)，為什么極限壓力不能再低呢？主要由于：
(1)泵的結(jié)構(gòu)上存在有害空間(見圖6)，該空間中的氣體是無(wú)法排除的。當(dāng)旋片轉(zhuǎn)過排氣口后，這一部分氣體又被壓縮，經(jīng)過轉(zhuǎn)子與泵腔間的縫隙又回到吸氣空間，所以每次總有些氣體排不盡。
(2)由于在泵工作時(shí)，泵腔的吸氣空間與排氣空間存在著一定的壓力差。當(dāng)排氣空間的氣體被壓縮得很小時(shí)，它的壓力很高，會(huì)通過各種可能的途徑突破到吸氣空間去，使泵真空度下降。
(3)泵油在泵體內(nèi)循環(huán)流動(dòng)過程中會(huì)溶解進(jìn)大量氣體和蒸氣。在吸氣側(cè)，因?yàn)閴毫^低，溶解的氣體又會(huì)跑出來(lái)，使泵的真空度不易提高。
為了提高泵的極限真空度，除了提高泵體、轉(zhuǎn)子、旋片的加工精度，盡量減少裝配間隙和有害空間以外，最有效的辦法是將兩只單級(jí)泵串接起來(lái)，組成雙級(jí)泵。
圖7為雙級(jí)泵的工作原理圖。泵由兩個(gè)工作室組成。兩室前后串聯(lián)，同向等速旋轉(zhuǎn)，A室是B室的前級(jí)，A是低真空級(jí)，B是高真空級(jí)。被抽氣體經(jīng)高真空級(jí)(B室)進(jìn)入前級(jí)，由排氣閥排出泵外。前級(jí)(A)和單級(jí)泵一樣，隨時(shí)有油進(jìn)入泵腔，而高真空級(jí)(B)僅在開始工作時(shí)存有少量的油，工作一段時(shí)間后，便沒有油進(jìn)入泵腔了。當(dāng)泵開始工作，且吸入氣體的壓力較高時(shí)(例如從大氣壓力開始抽氣)，氣體經(jīng)B室壓縮，壓力急增，則被壓縮的氣體的一部分直接從輔助排氣閥(1)排出，另一部分則經(jīng)由前級(jí)排出。
當(dāng)泵工作一段時(shí)間后，B室吸入的氣體壓力較低時(shí)，雖經(jīng)B室的壓縮，壓力也達(dá)不到一個(gè)大氣壓以上，排不開輔助排氣閥(1)，則吸入的氣體全部進(jìn)入前級(jí)A室，經(jīng)A室的繼續(xù)壓縮，由排氣閥(3)排出。
泵工作一段時(shí)間后，由于高真空級(jí)進(jìn)氣時(shí)壓力大大降低，其出口壓力也很小，這樣B室進(jìn)出氣口的壓力差也較小，被壓縮氣體返回的數(shù)量也相應(yīng)減少；同時(shí)，后級(jí)泵中易蒸發(fā)的油分子不斷被前級(jí)A室抽走，油蒸氣的分壓減少了，因而雙級(jí)泵的油污染比單級(jí)小，極限真空度將大大提高。國(guó)前的雙級(jí)旋片真空泵的極限壓力可10-2pa，國(guó)外有的泵可達(dá)到10-3Pa。
