真空泵是用各種方法在某一封閉空間中產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。
真空泵是用各種方法在某一封閉空間中產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。真空泵可以定義為:利用機(jī)械、物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方法對(duì)被抽容器進(jìn)行抽氣而獲得真空的器件或設(shè)備。隨著真空應(yīng)用的發(fā)展,真空泵的種類(lèi)已發(fā)展了很多種,其抽速?gòu)拿棵肓泓c(diǎn)幾升到每秒幾十萬(wàn)、數(shù)百萬(wàn)升。極限壓力(極限真空)從粗真空到10-12Pa以上的極高真空范圍。
真空區(qū)域的劃分
粗真空 | 105~103Pa |
低真空 | 103~10-1Pa |
高真空 | 10-1~10-6Pa |
超高真空 | 10-6~10-10Pa |
極高真空 | <10-10Pa |
真空泵的分類(lèi) 按真空泵的工作原理,真空泵基本上可以分為兩種類(lèi)型,即變?nèi)菡婵毡煤蛣?dòng)量傳輸泵。 變?nèi)菡婵毡?/strong>是利用泵腔容積的周期變化來(lái)完成吸氣和排氣以達(dá)到抽氣目的的真空泵。氣體在排出泵腔前被壓縮。 動(dòng)量傳輸泵(分子真空泵)依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流,把動(dòng)量傳輸給氣體或氣體分子,使氣體連續(xù)不斷地從泵的入口傳輸?shù)匠隹凇?變?nèi)菡婵毡糜址譃椋和鶑?fù)式,旋轉(zhuǎn)式(旋片式、滑閥式、液環(huán)式、羅茨式、螺旋式、爪形轉(zhuǎn)子式),其它型式。 各類(lèi)真空泵工作壓力范圍
真空泵種類(lèi) | 工作壓強(qiáng)范圍(Pa) |
往復(fù)式真空泵 | 1×105~1.3×102 |
旋片式真空泵 | 1×105~6.7×10-1 |
液環(huán)式真空泵 | 1×105~2.7×103 |
羅茨式真空泵 | 1.3×103~1.3 |
水蒸氣噴射泵 | 1×105~1.3×10-1 |
油擴(kuò)散泵 | 1.3×10-2~1.3×10-7 |
鈦升華泵 | 1.3×10-2~1.3×10-9 |
真空泵的規(guī)格及型號(hào)表示法 國(guó)產(chǎn)的各種機(jī)械真空泵的型號(hào)通常是用漢語(yǔ)拼音字母來(lái)表示。漢語(yǔ)拼音字母表示泵的類(lèi)型;字母前的數(shù)字表示泵的級(jí)數(shù),單級(jí)時(shí)“1”省略;字母后邊橫線后的數(shù)字表示泵的抽速(L/S) 。 國(guó)產(chǎn)真空泵型號(hào)對(duì)照表
型 號(hào) | 名 稱(chēng) | 型 號(hào) | 名 稱(chēng) |
W | 往復(fù)式真空泵 | H | 滑閥式真空泵 |
WY | 移動(dòng)閥式往復(fù)泵 | YZ | 余擺線真空泵 |
WL | 立式往復(fù)泵 | ZJ | 羅茨真空泵 |
SZ | 水環(huán)泵 | X | 旋片式真空泵 |
SZB | 懸臂式結(jié)構(gòu)水環(huán)泵 | F | 分子真空泵 |
SZZ | 直聯(lián)式水環(huán)泵 | XZ | 直聯(lián)式旋片泵 |
常用真空泵技術(shù) 蒸汽噴射泵 濕式泵(液環(huán)真空泵、旋轉(zhuǎn)葉片泵) 干式泵(羅茨泵、螺桿泵、爪式泵) 1、蒸汽噴射泵 噴射真空泵工作原理:蒸汽噴射真空泵有一定壓強(qiáng)的工作的真空泵設(shè)備,蒸汽通過(guò)拉瓦爾噴咀,減壓增速,蒸汽的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能并以超音速?lài)娙牖旌鲜?,與被抽介質(zhì)混合,進(jìn)行能量交換,混合后的氣體進(jìn)入擴(kuò)壓器,減速增壓,動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓強(qiáng)能,為了減少后級(jí)泵的抽氣負(fù)荷,配置冷凝器,通過(guò)有一定溫差的兩種介質(zhì)對(duì)流,進(jìn)行熱交換,達(dá)到冷凝高溫介質(zhì)目的,排到大氣壓。工作原理如下圖所示: ? 常用真空泵技術(shù)
優(yōu)點(diǎn): | 缺點(diǎn): |
無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件 | 運(yùn)動(dòng)流體供應(yīng) |
可靠耐用 | 廢水處理 |
快速的抽真空 | 工藝過(guò)程污染 |
緊湊、占地面積小 | 故障探尋困難 |
工作安全 | 級(jí)間冷卻 |
低的投資成本 | 常為多級(jí) |
適應(yīng)性強(qiáng) | 在 400PaA以下結(jié)冰 |
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕 |
2、濕式泵:液環(huán)真空泵 ? 在圓形泵體內(nèi),在相對(duì)于泵體中心線為偏心的軸上裝有一個(gè)葉輪。轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪的離心作用迫使工作液通過(guò)通道流向腔體周邊形成環(huán)流。 ? 泵起作用時(shí),被輸送的氣體混合物經(jīng)過(guò)中間板上的吸入口進(jìn)入葉輪,在泵入口處形成真空。氣體混合物充入位于液環(huán)內(nèi)徑和葉輪葉片根部之間的葉輪腔內(nèi)。當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),葉輪葉片浸沒(méi)在液環(huán)中的程度增加,而使液環(huán)和葉輪葉片根部之間的容積減少。結(jié)果是氣體混合物受到壓縮,直至到達(dá)中間板中的排放口。氣體混合物通過(guò)排放口排出。 ? 在壓縮循環(huán)過(guò)程中,熱傳遞到液環(huán)。為了使溫度保持在工作液的蒸發(fā)點(diǎn)以下,必須進(jìn)行冷卻。通過(guò)連續(xù)不斷地向液環(huán)添加冷的工作液來(lái)達(dá)到冷卻的目的。添加的工作液量與經(jīng)過(guò)排放口與壓縮氣體混合物一起排放的工作液排放量相等。氣體混合物和工作液最終經(jīng)過(guò)泵出口進(jìn)行分離。 ?
? 液環(huán)泵按不同結(jié)構(gòu)可分成如下幾種類(lèi)型: ? (1) 單級(jí)單作用液環(huán)泵單級(jí)是指只有一個(gè)葉輪,單作用是指葉輪每旋轉(zhuǎn)一周,吸氣、排氣各進(jìn)行一次。這種泵的極限真空較高,但抽速和效率較低。?
(2) 單級(jí)雙作用液環(huán)泵單級(jí)是指只有一個(gè)葉輪,雙作用是指葉輪每旋轉(zhuǎn)一周,吸氣、排氣各進(jìn)行二次。在相同的抽速條件下,雙作用液環(huán)泵比單作用液環(huán)泵大大減少尺寸和重量。由于工作腔對(duì)稱(chēng)分布于泵輪轂兩側(cè),改善了作用在轉(zhuǎn)子上的載荷。此種泵的抽速較大,效率也較高。 (3)雙級(jí)液環(huán)泵大多是單作用泵串聯(lián)而成。實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)單級(jí)單作用的液環(huán)泵的葉輪共用一根心軸聯(lián)接而成。它的主要特點(diǎn)是在較高真空度下,仍然具有較大的抽速,而且工作狀況穩(wěn)定。 (4)大氣液環(huán)泵實(shí)際是大氣噴射器串聯(lián)液環(huán)泵的機(jī)組。液環(huán)泵前面串聯(lián)大氣泵是為了提高極限真空,擴(kuò)大泵的使用范圍。
優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造精度要求不高,容易加工。 結(jié)構(gòu)緊湊,泵的轉(zhuǎn)數(shù)較高,一般可與電動(dòng)機(jī)直聯(lián),無(wú)須減速裝置。故用小的結(jié)構(gòu)尺寸,可以獲得大的排氣量,占地面積也小。 壓縮氣體基本上是等溫的,即壓縮氣體過(guò)程溫度變化很小。 由于泵腔內(nèi)沒(méi)有金屬磨擦表面,無(wú)須對(duì)泵內(nèi)進(jìn)行潤(rùn)滑,而且磨損很小。轉(zhuǎn)動(dòng)件和固定件之間的密封可直接由水封來(lái)完成。 吸氣均勻,工作平穩(wěn)可靠,維修方便。 | 效率低,一般在30%左右,較好的可達(dá)50%。 真空度低,這不僅是因?yàn)槭艿浇Y(jié)構(gòu)上的限制,更重要的是受工作液飽和蒸氣壓的限制。用水作工作液,極限壓強(qiáng)只能達(dá)到2000~4000Pa。用油作工作液,可達(dá)130Pa。 封液循環(huán)、污染。 |
濕式泵:旋轉(zhuǎn)葉片泵 轉(zhuǎn)子在有柱狀膛孔的定子內(nèi) 。 轉(zhuǎn)子有兩個(gè)葉片在槽中反向滑動(dòng) 。 當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),葉片端與油潤(rùn)滑定子壁接觸。 每轉(zhuǎn)一次為兩個(gè)泵吸循環(huán) —比較小的不平衡力。
優(yōu) 點(diǎn) | 缺 點(diǎn) |
極限壓力好 噪聲小 應(yīng)用范圍廣 | 油封液污染 對(duì)腐蝕很敏感 維修費(fèi)用高 抽速范圍受到限制 不適于抽除含氧過(guò)高、有爆炸性、對(duì)泵密封油起化學(xué)作用、及含有顆粒灰塵的氣體。 |
濕式泵的主要問(wèn)題:密封液體供應(yīng),污染,廢水處理,腐蝕,蒸汽壓力限制(特別是液環(huán)泵),可靠性,運(yùn)行成本。 3、干式泵 干式抽真空:沒(méi)有工業(yè)生產(chǎn)液流的污染; 深度真空,運(yùn)轉(zhuǎn)更靈活; 無(wú)廢水,無(wú)污染,(較少或)無(wú)廢棄物處理費(fèi)用; 維修成本較低; 在泵排放口立即回收溶劑; 消耗水、電、氣等費(fèi)用較低→運(yùn)行成本較低。 技術(shù)對(duì)比: 干式泵的成本 投資成本較高,但較低的運(yùn)行成本。 延長(zhǎng)維修服務(wù)間隔時(shí)間和軸承壽命。 在運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi),電力消耗較低。因此,在容能比(M3/hr/kW)方面節(jié)能效果更好。 無(wú)受污染的油要進(jìn)行處理(除了齒輪箱以外)。 干式泵技術(shù):泵的類(lèi)型:羅茨泵、螺桿泵、爪式泵; 羅茨泵:
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螺桿泵:
螺桿泵是利用齒輪傳動(dòng)同步反向旋轉(zhuǎn)的相互嚙合而不接觸的左螺桿與右螺桿作高速轉(zhuǎn)動(dòng),利用泵殼和相互嚙合的螺旋將螺旋槽分隔成多個(gè)空間、形成多個(gè)級(jí),氣體在相等的各個(gè)槽內(nèi)(柱形等螺距)進(jìn)行傳輸運(yùn)動(dòng),但無(wú)壓縮,只有螺桿最末端的螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)氣體有壓縮作用。螺桿的各級(jí)間可形成壓力梯度,以分散壓差和提高壓縮比。各部間隙和泵轉(zhuǎn)速對(duì)泵的性能有很大影響。在設(shè)計(jì)螺桿各部的間隙時(shí),要考慮膨脹、加工及裝配精度和工作環(huán)境(如抽除含粉塵氣體等)等。 螺桿泵結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
爪式泵 爪式泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 氣體壓縮比高 有效的氣體壓縮 工藝材料可以從泵中通過(guò)(良好的灰塵處理) 良好的蒸汽輸送和回收 能忍受熱負(fù)載 抽空到和擴(kuò)散泵交接 直接支持工業(yè)擴(kuò)散泵 ? 動(dòng)量傳遞式真空泵 利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流,把動(dòng)量傳輸給被抽氣體或氣體分子,使氣體不斷地從入口傳輸?shù)匠隹诘恼婵毡谩? 分子泵:牽引分子泵、渦輪分子泵和復(fù)合分子泵三大類(lèi)。 噴射真空泵:水噴射泵、氣體噴射泵和蒸汽噴射泵三大類(lèi) 擴(kuò)散泵:以油或汞蒸汽作為工作介質(zhì)。汞擴(kuò)散泵不帶分餾裝置,油擴(kuò)散泵有分餾裝置。
噴射真空泵(Jet Vacuum Pump) 噴射真空泵是利用液體或者氣體的高速射流攜帶被抽氣體,使被抽容器內(nèi)獲得一定真空度的一種低真空泵。 按工作介質(zhì)可分為水噴射泵、大氣噴射泵和水蒸汽噴射泵 噴射泵特點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠; 可抽除含有水蒸汽、粉塵的氣體、易燃易爆氣體和腐蝕性氣體; 抽氣量大,應(yīng)用廣泛:冶金、化工、食品制造等領(lǐng)域; 缺點(diǎn):抽氣效率低,能量損失大。
水噴射泵是用水作為工作介質(zhì),通過(guò)高速射流來(lái)引射被抽氣體,使容器達(dá)到一定真空度的粗真空獲得設(shè)備。 單級(jí)泵的極限壓強(qiáng)為3.3kPa,兩級(jí)串聯(lián)可獲得好一些的真空度,主要受水飽和蒸汽壓的限制。 可單獨(dú)使用,也可作為其他真空泵的前級(jí)。 噴嘴的作用是將水的壓強(qiáng)轉(zhuǎn)變成動(dòng)能,其結(jié)構(gòu)對(duì)泵的性能影響較大,常用錐形收縮型、流線型和多孔型。 吸入室一般為圓筒形,截面積為噴嘴出口面積的6-10倍。 擴(kuò)散器由漸縮段、喉管、漸擴(kuò)段組成。漸縮段使氣體順利進(jìn)入喉管(15~30o);喉管使液體與氣體均勻混合,進(jìn)行質(zhì)量遷移和能量傳遞;漸擴(kuò)段是將氣液混合介質(zhì)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽贡怀闅怏w壓縮。(5~8o) ? 鍋爐內(nèi)的擴(kuò)散泵油經(jīng)電加熱沸騰形成蒸汽; 油蒸汽經(jīng)過(guò)導(dǎo)流管進(jìn)入傘形噴嘴,形成超音速蒸汽流; 由于存在密度梯度,油蒸汽射流上方的被抽氣體擴(kuò)散到蒸汽射流內(nèi)部,獲得動(dòng)量,被攜帶到泵壁上; 油蒸汽在水冷泵壁上冷凝,釋放出氣體,被前級(jí)泵抽走; 冷凝油滴沿泵壁流回鍋爐。 ? 真空泵的選擇 真空泵的工作壓強(qiáng)應(yīng)該滿(mǎn)足真空設(shè)備的極限真空及工作壓強(qiáng)要求。 正確地選擇真空泵的工作點(diǎn)。 真空泵在其工作壓強(qiáng)下,應(yīng)能排走真空設(shè)備工藝過(guò)程中產(chǎn)生的全部氣體量。 了解被抽氣體成分,氣體中含不含可凝蒸氣,有無(wú)顆粒灰塵,有無(wú)腐蝕性等。 真空設(shè)備對(duì)油污染的要求。若設(shè)備嚴(yán)格要求無(wú)油時(shí),應(yīng)該選各種無(wú)油泵。
責(zé)任編輯:彭菁
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