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立式往复真空泵的结构设计

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立式往复真空泵的结构设计

发布日期:2017-02-16 作者: 点击:

    真空立式往复真空泵的结构设计朱翔,顾海明,金永熙(南京工业大学,江苏南京210009)力、密封、平衡通道结构,选择了易磨损部件的材料。实践表明,所设计的真空泵在提高真空度、降低功耗和提高零部件寿命方面取得了令人满意的效果。

    往复真空泵作为真空设备,广泛应用于化工、石油、食品和制药等行业中的蒸馏、结晶、干燥和过滤等过程中的真空操作。

    1990年以前,国内生产老式的卧式往复真空泵。这种泵的主要缺点是消耗功率大、真空度低、结构庞大、占地面积大。运动部件磨损大,使用寿命短。

    南京工业大学(原南京化工学院)从1992年开始对往复真空泵进行设计和结构研究。我们先后与江苏泰兴新型工业泵厂和山东淄博真空设备厂等企业合作。将设计的立式往复真空泵原型号LVP型、现为WL型)投入生产。得到了广泛的运用,取得了很好的效益。

    1提高真空泵性能的主要措施评价真空泵性能的指标有多条。一是真空度。二是功率消耗。真空度和功率消耗这两条指标不是相互独立的,提高了真空泵的真空度,则功率消耗会相应增大,应联系起来进行评价。三是易损件如活塞环、填料、气阀的使用寿命。还有泵的结构紧凑,平稳运行等。

    11泵体结构立式结构往复真空泵具有以下几个特点气缸竖直布置,结构紧凑、占地面积小;尤其是改善了卧式泵因活塞自重下垂摩擦不均匀的缺点。

    本泵设计了自润滑性能好的聚四氟乙烯活塞环和填料密封环,使运动部件磨损减小,并适用于少油润滑或无油润滑。为了提高泵运转的可靠性,在曲轴的非驱动侧设置了齿轮油泵,对连杆大头瓦和小头瓦进行强制润滑。

    本泵活塞环、填料、气阀等关键部件的使用寿命为卧式泵的1.5~2倍。本泵占地面积约为卧式泵的本泵为双作用气缸,设计成即可单级抽气(抽气速率大)、亦可双级抽气真空度高)的结构,利于泵的变型,以满足不同客户的需要。

    1.2提局真空度的措施往复真空泵气缸两侧一般设有平衡通道,结构示意及示功盖侧缸)如,盖侧缸循环过程简述如下:活塞由内止点D向外移动到E点时,由于平衡通道的作用,气体压力均衡至ps’;由E点到F点为压缩过程,气体被压缩至排气压力pd,排气阀开启;由F点到G点为排气过程,在G点处活塞右侧活塞环与盖侧平衡通道右边相对应,如a);当活塞由G点移动到外止点H点时,盖侧余隙容积中的高压气体大部分通过平衡通道流入轴侧,气体压力降至Ph;当活塞由外止点H向内移动到A点与G点位置相同)时,气体压力降至ps‘,此时活塞两侧气体压力相同;活塞由A点移动到B点,盖侧气体继续膨胀,压力降至吸气压力ps;B点至C点为吸气过程,盖侧吸气在C点结束,吸气阀关闭;活塞移动到内止点D,再向外移动到E点,由于平衡通道的作用,气体压力均衡至ps、G点到H点的轴向宽度GH即为平衡通道的宽度b.a)中,S为活塞行程,S.和Se分别为V.和折算的行程。

    考虑到吸气系统的阻力损失,泵的极限绝对压力为:绝对真空度Pd――排气压力Aps――吸气系统的阻力损失Vo――气缸余隙容积Ve――平衡通道容积V――气缸行程容积,V=sXFs――活塞行程F――气缸截面积b――平衡通道宽度m――气体多变指数,一般可取m=1。2。由式1)和式:2)可知减小余隙容积,合理设置平衡通道,减少吸气系统的阻力损失,是减小极限绝对压力的有效措施。为提高极限真空度,主要从下几方面考虑:1。2。1减小余隙容积,为此,在保证强度和刚度的前提下,活塞端部尽可能取小的厚度,为2。5mm,以减少余隙容积,见;并设计了厚度仅为24mm超薄形的气阀。

    122优化气阀弹簧力的设计,尽可能减小气阀的阻力。

    123在气缸上合理设置平衡气道,以保证真空度。

    124减少泄漏,活塞中采用四道活塞环,每槽内放两道切口错开的活塞环,见。填料密封采用五道密封环。

    活1.3降低功耗减少功率消耗,主要从以下方面:1.3.1气缸壁外的周围都有水冷却,气阀轴向布置,因而增加了气缸冷却水的面积,改善了冷却效果,气体压缩过程温度升高不超过10C,接近等温压缩,减小压缩功。

    132活塞环和填料密封环采用自润滑性能好的材料,减少摩擦损失,降低功耗。

    133优化气阀的设计,合理设置平衡气道宽度,节省功率。

    2关于气阀的设计在往复式真空泵中,气阀是最为重要的部件之一,它对真空泵运转的可靠性、经济性有着很大的影响。往复式真空泵目前大多采用环状阀,由于真空泵的吸、排气压力都不大,尤其是吸入气体绝对压力很小,气阀的压力降是影响极限真空度和功率消耗的一个重要原因。降低吸气阀的阻力,对于提高真空度和降低功率消耗也具有重要意义。以下讨论吸气阀的气隙速率和弹簧力的取值。

    2.1气隙速率吸气阀的结构示意见。气隙速率为气流通过阀隙通道时的速率。气体顶开阀片进入气缸时,气体在气阀处的最大压力降与气隙速率关系可近似用下式表示:Cv――气隙速率a――气体的声速中Psp――气阀全闭时的弹簧力Ps――气缸中膨胀终了时的吸气压力P1――吸气腔中的气体压力mg――阀片的重力由式:3)可知,最大压力降与气隙速率心的平方成正比。减小Cv对于减小压力降有重要意义。气隙速率按往复式压缩机的方法取值范围为30~45m/s.某些学者设计真空泵时取Cv=40m/s.而曰本介绍,一般Cv小于30m/s,我们认为对于真空泵来说,减小压力降,对于提高真空度显得十分重要,对减少能量损失、提高阀片寿命也十分有利。应该把气隙速率尽可能取小点,所以取气隙速率为30m/s.气阀结构示意图和阀片受力。2弹簧力要使得气阀能够正常工作,弹簧起着十分重要的作用。

    真空泵的气阀弹簧力不宜过大,适当小的弹簧力有利于减少阀片开启时所需要的压力差、降低功耗和噪音,但弹簧力过小,会造成阀片的延时关闭。弹簧的设计显得尤为重要。

    现在以盖侧吸气阀阀片上弹簧的设计为例。气阀全闭时,为保证气阀开启的条件为:压力;Fa――阀座环状通道通流面积气阀全开时,保证气阀关闭的条件:式:4)和式;5)可作为保证气阀正常工作的各阀片弹簧力计算依据。

    气阀的设计还应考虑减少余隙容积。

    3关于平衡孔的设计往复真空泵与往复压缩机两者结构最根本的不同是往复真空泵为提高真空度,气缸中采用了平衡通道。近些年来,国内外在改进往复式真空泵的总体结构、降低功耗、提高真空度和运行可靠性等方面作了不少工作。改进平衡气道显得十分重要。

    不采用平衡孔时往复真空泵能达到的理论极限绝对压力:考虑吸气系统的阻力,吸气系统的极限绝对压力为由式:6)和式;7)可知,若不采用平衡通道,要取得较高的真空度有很大难度。


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