培訓(xùn)系列之張以忱真空獲得設(shè)備原理與技術(shù)基礎(chǔ)

培訓(xùn)系列之張以忱真空獲得設(shè)備原理與技術(shù)基礎(chǔ)第1頁/共343頁1.1液環(huán)泵的工作原理及特點(diǎn)液環(huán)泵是一種粗真空泵，極限壓力：?jiǎn)渭?jí)泵：2.66～9.31kPa；雙級(jí)泵：0.133～0.665kPa；串連大氣噴射器：0.27～0.67kPa液環(huán)式壓縮機(jī)，工作壓力范圍：（1～2）×105Pa（表壓力）用濃硫酸做工作介質(zhì)：壓力可達(dá)6×105Pa第2頁/共343頁1.1.1

工作原理

如果以葉輪的上部0°為起點(diǎn)，那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前180°時(shí)小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時(shí)氣體被吸入，當(dāng)吸氣終了時(shí)小腔則與吸氣口隔絕；當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，小腔由大變小，使氣體被壓縮；當(dāng)小腔與排氣口相通時(shí)，氣體便被排出泵外。第3頁/共343頁圖1-1液環(huán)泵工作原理圖

A──吸氣口B──排氣口1──葉輪；2──液環(huán)；3──橡膠球4──泵體第4頁/共343頁1.1.2

液環(huán)泵的特點(diǎn)

液環(huán)泵與其他類型的機(jī)械真空泵相比有如下優(yōu)點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造精度要求不高，容易加工；2）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；第5頁/共343頁3）壓縮氣體基本是等溫的（通常多變壓縮指數(shù)n=1.1~1.15），即壓縮氣體過程，溫度變化很??；4）腔內(nèi)無金屬摩擦表面，無須對(duì)泵內(nèi)進(jìn)行潤(rùn)滑，且磨損很小，轉(zhuǎn)動(dòng)件與固定件間的間隙可由液體來密封；5）吸氣均勻，工作平穩(wěn)可靠，操作簡(jiǎn)單，維修方便。第6頁/共343頁液環(huán)泵也有其缺點(diǎn)：1）功率消耗大，效率低，一般在30%左右，較好的可達(dá)50%。；2）極限壓力高，它取決于液體種類；3）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。

第7頁/共343頁1.2液環(huán)泵的基本類型與結(jié)構(gòu)1.2.1基本類型1）單級(jí)單作用液環(huán)泵:單級(jí)葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，吸氣排氣各進(jìn)行一次。抽氣效率較低。2）單級(jí)雙作用液環(huán)泵：?jiǎn)渭?jí)葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，吸氣、排氣各進(jìn)行兩次。抽氣效率較高。3）雙級(jí)液環(huán)泵：由單級(jí)單作用泵串聯(lián)而成。4）氣體噴射泵＋液環(huán)泵機(jī)組：可以提高低壓下的抽速，擴(kuò)大了液環(huán)泵的使用范圍。第8頁/共343頁1.2.2

液環(huán)泵的基本結(jié)構(gòu)

圖1-2水環(huán)泵的結(jié)構(gòu)圖第9頁/共343頁水環(huán)泵主要由泵體、葉輪、端蓋組成。

泵體：內(nèi)腔加工精度要求不高，但對(duì)鑄件毛坯有要求（不能有砂眼、疏松等鑄造缺陷）；葉輪：為整體鑄造形式，材料有球墨鑄鐵、不銹鋼（耐腐蝕）等。可以做成直葉片（限于小泵）；一般做成向前彎曲的葉片，前彎曲葉片有利于水環(huán)的穩(wěn)定和提高水環(huán)的圓周速度，提高泵的極限真空度；第10頁/共343頁端面圓盤：開設(shè)有吸排氣口，溝通泵腔（葉輪艙）與泵側(cè)端蓋的吸排氣通道（口）；泵體端蓋：小泵的單側(cè)端蓋上開有吸、排氣口，大泵為了滿足抽、排氣量的要求，增加吸氣面積，兩側(cè)都開有吸、排氣通道，在泵體的外部用管路將兩側(cè)的吸、排氣口并聯(lián)起來，以增加吸排氣通道面積；第11頁/共343頁1.2.3注意的2個(gè)問題1）過壓縮現(xiàn)象：封閉小腔沒有到達(dá)排氣口，其內(nèi)氣體已經(jīng)達(dá)到排氣壓力（一般常發(fā)生在大泵中，且吸氣壓力較高時(shí)容易發(fā)生）；2）壓縮不足現(xiàn)象：封閉小腔與排氣口接通，但其內(nèi)氣體尚未達(dá)到排氣壓力（常發(fā)生在吸氣壓力較低時(shí)）。**以上現(xiàn)象均與吸入氣體壓力變化，而泵的兩口位置（壓縮比）固定不變有關(guān)。帶來問題：消耗功率多（浪費(fèi)能源），降低泵的抽氣效率。第12頁/共343頁解決問題的辦法：1）在排氣口前設(shè)置橡皮球閥：當(dāng)小腔內(nèi)氣體過早達(dá)到排氣壓力時(shí)，球閥打開；

圖1-3橡皮球閥結(jié)構(gòu)示意圖1-進(jìn)氣管2-排氣管3-排氣口4-吸氣口5-橡皮球閥第13頁/共343頁

2）采用柔性排氣閥設(shè)計(jì)（專利），避免過壓縮現(xiàn)象。柔性排氣閥通過自動(dòng)調(diào)節(jié)排氣面積而降低泵的能量消耗。從而達(dá)到最佳運(yùn)行效率。

3）設(shè)計(jì)時(shí)，以最低吸入壓力（極限壓力）來確定泵的壓縮比（排氣口位置）壓縮比＝P出/P入＝V入/V出設(shè)計(jì)時(shí)：P入取極限壓力第14頁/共343頁1.3水環(huán)泵結(jié)構(gòu)的改進(jìn)－Nash泵泵內(nèi)部進(jìn)氣口和排氣口的改進(jìn)(*最重要的改進(jìn))平面式泵：進(jìn)氣口和排氣口設(shè)計(jì)在平面端面（圓盤）上；錐體式泵：進(jìn)氣口和排氣口設(shè)計(jì)在錐體上。第15頁/共343頁

圖1-4內(nèi)部進(jìn)氣口和排氣口的改進(jìn)第16頁/共343頁圖1-5錐體泵上部進(jìn)氣和下部排氣的結(jié)構(gòu)第17頁/共343頁1.4液環(huán)泵的使用1.4.1工作液

在多數(shù)的水環(huán)泵中，其工作溫度約為15～20℃，它取決于所補(bǔ)充水的溫度。在排氣時(shí)和密封處都會(huì)有水的損失，所以也要補(bǔ)充新水。由于油的蒸氣壓較低，雙級(jí)液環(huán)泵使用油作為泵的工作液體可獲得較低的極限壓力。第18頁/共343頁1.4.2氣蝕現(xiàn)象

當(dāng)泵接近極限壓力時(shí)，泵入口處的水開始出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象（接近飽和壓力）。當(dāng)轉(zhuǎn)至泵的出口時(shí)，水中所形成的氣泡開始破裂。這樣就會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，同時(shí)泵的驅(qū)動(dòng)輪和泵腔等部件被逐漸破壞。這種現(xiàn)象通常稱作氣蝕現(xiàn)象。第19頁/共343頁預(yù)防措施：降低工作液溫度在入口管道上開小孔使用氣體噴射器工作液采用更低飽和蒸汽壓的液體葉輪采用防汽蝕能力較強(qiáng)的材料第20頁/共343頁1.4.3水環(huán)泵機(jī)組

因工作液的關(guān)系，很少使用三級(jí)或多級(jí)液環(huán)泵。液環(huán)泵常和氣體噴射泵、水噴射泵和羅茨泵串聯(lián)使用。在液環(huán)泵的入口串接一個(gè)氣體噴射泵。目的：提高機(jī)組低壓下的抽速和極限真空度。圖1-6空氣噴射－雙級(jí)水環(huán)泵機(jī)組（西門子中國(guó)）第21頁/共343頁2．往復(fù)式真空泵

往復(fù)式真空泵又名活塞式真空泵，屬于低真空獲得設(shè)備之一。第22頁/共343頁2.1往復(fù)泵的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：它與水環(huán)泵相比較，具有真空度高、消耗功率低等優(yōu)點(diǎn)；與旋片泵相比較，它能被制成大抽速的泵。缺點(diǎn)：這種泵的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，老式泵帶有牽引移動(dòng)配氣裝置。第23頁/共343頁2.2往復(fù)泵的分類

往復(fù)泵從結(jié)構(gòu)形式上可分立式和臥式兩種；從級(jí)數(shù)上可分單級(jí)、雙級(jí)和四級(jí)泵；從抽氣方式上可分為單作用和雙作用；從潤(rùn)滑方式上可分有油的和無油的。一般單級(jí)泵可獲得極限壓力為1330-2660Pa，雙級(jí)泵極限壓力可達(dá)4-7Pa，三級(jí)泵極限壓力可達(dá)0.1-2.6Pa。第24頁/共343頁2.3往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)和工作原理

2.3.1結(jié)構(gòu)主要部件有氣缸1及在其中做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的活塞2，活塞的驅(qū)動(dòng)是用曲柄連桿機(jī)構(gòu)3(包括十字頭)來完成的。除上述主要部件外還有排氣閥4和吸氣閥5等重要部件，以及機(jī)座、曲軸箱、動(dòng)密封和靜密封等輔助件。1、汽缸2、活塞3、曲柄連桿機(jī)構(gòu)；4、排氣閥；5、吸氣閥圖2-1往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)和工作原理

第25頁/共343頁

近年來，在改進(jìn)往復(fù)泵結(jié)構(gòu)方面做了不少工作，采用固定氣閥代替移動(dòng)氣閥，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，改善了性能。除此之外，國(guó)內(nèi)外對(duì)降低往復(fù)泵的功率消耗，減少泵的振動(dòng)噪聲，提高轉(zhuǎn)速，縮小體積等方面都做了不少工作。

第26頁/共343頁2.3.2工作原理

當(dāng)活塞在氣缸內(nèi)從左端向右端運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于氣缸的左腔體積不斷增大，氣缸內(nèi)氣體的密度減小，而形成抽氣過程，此時(shí)被抽容器中的氣體經(jīng)過吸氣閥5進(jìn)入泵體左腔。當(dāng)活塞達(dá)到最右位置時(shí)，氣缸左腔內(nèi)就完全充滿了氣體。接著活塞從右端向左端運(yùn)動(dòng)，此時(shí)吸氣閥5關(guān)閉。氣缸內(nèi)的氣體隨著活塞從右向左運(yùn)動(dòng)而逐漸被壓縮，當(dāng)氣缸內(nèi)氣體的壓力達(dá)到或稍大于一個(gè)大氣壓時(shí)，排氣閥4被打開，將氣體排到大氣中，完成一個(gè)工作循環(huán)。第27頁/共343頁2.4極限壓力

當(dāng)泵的吸氣量為零時(shí)，此時(shí)，泵入口的壓力值稱為極限壓力。通?；y式往復(fù)泵真空度較高，固定閥的往復(fù)泵真空度較低。這里以固定環(huán)狀閥立式往復(fù)泵為例，討論影響真空度的因素和解決辦法。第28頁/共343頁2.4.1吸、排氣閥的阻力損失

1)設(shè)計(jì)超薄型氣閥，閥蓋、閥座減薄之后減小了氣道長(zhǎng)度，縮小了流動(dòng)阻力，減少了閥孔造成的余隙容積。2)盡可能設(shè)計(jì)大直徑的氣閥，以增大氣閥中氣流通道面積，減小閥隙氣速，日本規(guī)定設(shè)計(jì)真空泵氣閥的氣速<30m/s，我們可以借鑒。

吸、排氣閥的阻力損失愈小，則泵的耗能小、溫升小，可提高相對(duì)容積系數(shù)，降低泵的極限壓力。具體措施是：

第29頁/共343頁3)彈簧力太大，氣閥的阻力大；彈簧力太小，閥片又不能及時(shí)關(guān)閉。所以，彈簧力大小要設(shè)計(jì)得恰到好處。4)采用超薄型環(huán)狀閥片，以減輕其重量，有利于在壓差較小時(shí)能夠開啟，達(dá)到降低極限壓力的目的。第30頁/共343頁2.4.2余隙容積V0

余隙容積對(duì)真空度的影響很大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能減小余隙容積。減小余隙容積的措施有：1)軸向布置氣閥。適于氣缸直徑較大，軸向能布置氣閥的情況。2)氣閥盡可能布置得靠近氣缸中心，不產(chǎn)生偏置，否則會(huì)增加余隙容積。3)采用超薄型氣閥、閥蓋、閥座，使氣閥通道造成的余隙較小。4)氣閥裝到閥腔以后，氣閥內(nèi)凸表面與缸蓋平齊，以減小余隙容積。第31頁/共343頁5)活塞到外止點(diǎn)時(shí)，活塞螺母與螺母腔之間的空隙取得小一些，以減小余隙。6)活塞到內(nèi)、外止點(diǎn)時(shí)，活塞端面與缸蓋或填料箱之間的止點(diǎn)間隙取小一些(如0.8mm)。7)活塞上、下活塞環(huán)溝槽外緣厚度取得較小。8)平衡通道的橫斷面積在保證平衡氣流暢通的情況下不宜取得太大，否則會(huì)影響余隙容積。第32頁/共343頁2.4.3曲軸的轉(zhuǎn)速及活塞行程

往復(fù)泵轉(zhuǎn)速不宜太高，因?yàn)檗D(zhuǎn)速高，在一定的抽氣速率下，行程就短，為裝氣閥缸徑又不能太小，則會(huì)引起余隙容積增大，膨脹線和壓縮線變短，對(duì)提高真空度不利。特別是轉(zhuǎn)速快了后，平衡通道的作用就不明顯，來不及平衡氣體。轉(zhuǎn)速太高以后，氣閥的動(dòng)作也跟不上，易產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，不利于真空度的提高。第33頁/共343頁

日本對(duì)移動(dòng)閥的往復(fù)泵，曲軸轉(zhuǎn)速規(guī)定不能超過250r／min，對(duì)不開平衡氣道的固定閥真空泵，曲軸轉(zhuǎn)速也不能超過500r／min。活塞的平均線速度=不應(yīng)大于1.85m／s。行程與缸徑之間關(guān)系，日本規(guī)定D／S=1.5-3.5，為保證往復(fù)泵的真空度，行程S不能太小，否則真空度不會(huì)高。為提高往復(fù)泵的真空度，應(yīng)該采用低轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)行程。第34頁/共343頁2.4.4填料密封的性能

填料密封性能的好壞對(duì)泵的真空度影響較大，密封不好，空氣會(huì)漏入氣缸，降低泵的真空度。日本設(shè)計(jì)的無油潤(rùn)滑往復(fù)式真空泵的填料采用了5道密封環(huán)，如圖2-2所示，隔環(huán)采用L形，密封性能較好。圖2-2日本真空泵用填料密封第35頁/共343頁圖2-3國(guó)產(chǎn)真空泵用填料密封

國(guó)內(nèi)采用5道填充聚四氟乙烯密封環(huán)，在填料的外側(cè)還設(shè)置了兩道刮油環(huán)，以阻止機(jī)身中的油進(jìn)入氣缸，如圖2-3所示。第36頁/共343頁2.4.5活塞環(huán)的密封

活塞環(huán)的密封好壞對(duì)真空度的影響也很大。對(duì)無油潤(rùn)滑的往復(fù)式真空泵，日本采用2道填充聚四氟乙烯環(huán)或石墨作為活塞環(huán)，如圖2-4所示?；钊h(huán)為開式，環(huán)內(nèi)孔處加了張力環(huán)，以保證活塞環(huán)的彈力，提高密封效果。另外還設(shè)置了2道導(dǎo)向環(huán)(或稱支承環(huán))，導(dǎo)向環(huán)為整圈式。圖2-5采用了4道活塞環(huán)和1道導(dǎo)向環(huán)，密封性能較好，二級(jí)抽氣真空度可達(dá)104.5Pa。第37頁/共343頁圖2-4

國(guó)內(nèi)LVP型真空泵采用的活塞環(huán)如圖2-6所示，活塞環(huán)槽為兩個(gè)，每槽中放兩個(gè)活塞環(huán)。活塞環(huán)采用填充聚四氟乙烯材料，活塞環(huán)內(nèi)側(cè)加了張力環(huán)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是既保證了密封效果，又減小了活塞的軸向高度。圖2-5圖2-6第38頁/共343頁2.5設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題

2.5.1開平衡通道

平衡氣道可以幫助活塞順利通過死點(diǎn)位置。圖2-7帶平衡通道泵的示功圖第39頁/共343頁2.5.2往復(fù)泵活塞環(huán)的設(shè)計(jì)

活塞環(huán)的作用是減少壓縮側(cè)的氣體泄漏到吸氣側(cè)，以提高泄漏系數(shù)，增大排氣量。在接近極限壓力時(shí)，若活塞環(huán)密封不好，必然會(huì)影響真空度。一般往復(fù)泵常取4道活塞環(huán)?；钊h(huán)典型結(jié)構(gòu)如圖2-4、圖2-5、圖2-6所示。第40頁/共343頁2.5.3無油往復(fù)泵的設(shè)計(jì)問題

設(shè)計(jì)無油往復(fù)泵的關(guān)鍵是活塞環(huán)和密封環(huán)或填料函的自潤(rùn)滑材料。目前使用最多的是填充聚四氟乙烯材料。另一種新興的密封材料是碳纖維增強(qiáng)聚四氟乙烯(CFRP)，其耐磨性、耐熱性、強(qiáng)度及彈性模量均高于其他填充聚四氟乙烯，自潤(rùn)滑性能優(yōu)異，最近幾年發(fā)展很快。第41頁/共343頁

圖2-8無十字頭往復(fù)泵示意圖

為減少活塞桿處的填料密封，無油往復(fù)泵常采用無十字頭的結(jié)構(gòu)，如圖2-8所示。這種結(jié)構(gòu)使泵的尺寸和重量都減小了，成本降低了，但在曲軸箱內(nèi)需抽真空，曲軸伸出端必須采用無油機(jī)械密封。第42頁/共343頁

圖2-9三級(jí)無油往復(fù)泵示意圖

為降低往復(fù)泵的極限壓力，美國(guó)瓦里安(Varian)公司開發(fā)出一種四級(jí)往復(fù)泵，如圖2-9所示。

第43頁/共343頁3.

油封機(jī)械泵

3.1旋片式油封真空泵

圖3-12X型旋片泵圖3-12XZ型旋片泵第44頁/共343頁3.1.1概述

旋片泵為一種變?nèi)菔綒怏w傳輸真空泵，是真空技術(shù)中最基本的真空獲得設(shè)備之一。工作壓力范圍101325～1.33×10-2Pa，屬低真空泵?？蓡为?dú)使用，也可作其他高真空泵的前級(jí)泵，用以抽除密封容器中的干燥氣體。若附有氣鎮(zhèn)裝置，還可抽除一定量的可凝氣體。旋片泵不適于抽除含氧過高、有爆炸性的、對(duì)金屬有腐蝕性的、與泵油會(huì)發(fā)生化學(xué)發(fā)應(yīng)的、含有顆粒塵埃的氣體。第45頁/共343頁3.1.2

旋片泵的工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

旋片把轉(zhuǎn)子、泵體、端蓋形成的月牙形空間分隔成A、B、C三部分。3.1.2.1工作原理圖3-3旋片泵工作原理圖1-旋片2-旋片彈簧3-泵體4-端蓋5-轉(zhuǎn)子第46頁/共343頁

若轉(zhuǎn)子按圖中箭頭方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，A空間容積增加，壓力降低，氣體經(jīng)泵入口被吸入，此時(shí)處于吸氣過程；B空間的容積減小，壓力增加，處于壓縮過程；C空間的容積進(jìn)一步縮小，壓力進(jìn)一步增加，當(dāng)壓力超過排氣壓力時(shí)，壓縮氣體推開泵油密封的排氣閥，處于向大氣的排氣過程。在泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，不斷進(jìn)行吸氣、壓縮和排氣過程，從而達(dá)到連續(xù)抽氣的目的。第47頁/共343頁3.1.2.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

旋片泵在結(jié)構(gòu)上可分為油封式（圖3-4a）和油浸式（圖3-4b）兩大類。

1）油封式——油箱設(shè)在泵體上，油起密封排氣閥的作用，泵為水或風(fēng)冷卻。一般大泵多采用這種結(jié)構(gòu)形式；

2）油浸式——整個(gè)泵體浸在油內(nèi)，油起密封、冷卻作用。小泵和直聯(lián)泵多采用。第48頁/共343頁圖3-4a油封式2X型旋片泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1－進(jìn)氣管；2－濾網(wǎng)；3－注油活塞；4－油窗；5－放油螺塞；6－旋片；7－旋片彈簧；8－轉(zhuǎn)子；9－氣鎮(zhèn)閥；10－泵體；11－排氣閥；12－排氣管第49頁/共343頁圖3-4b油浸式2X型旋片泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1－電機(jī)；2－手把；3－支架；4－油箱；5－排氣管；6－擋油板；7－氣鎮(zhèn)閥；8－油窗；9－油泵；10－放油螺塞；11－低級(jí)泵蓋；12－排氣閥；13－低級(jí)旋片彈簧；14－低級(jí)旋片；15－低級(jí)轉(zhuǎn)子；16－中隔板；17－中間氣道壓板；18－擋油板支柱；19－高級(jí)轉(zhuǎn)子；20－高級(jí)旋片及彈簧；21－輔助排氣閥；22－高級(jí)泵蓋；23－泵連軸器；24－電機(jī)連軸器。第50頁/共343頁1.泵體（定子）：主要有3種：

圖3-5泵體結(jié)構(gòu)

(a)－整體式；(b)－中壁壓入式；(c)－組合式第51頁/共343頁①整體式：結(jié)構(gòu)緊湊，連接及密封加工面少，密封性能好。加工工藝較難。關(guān)鍵：保證兩腔同心度和泵腔內(nèi)表面的精度及粗糙度（光潔度）。②中壁壓入式：高低腔為一整體，中隔板由壓力機(jī)壓入，泵腔加工工藝性好。結(jié)構(gòu)緊湊。中壁壓入公差較嚴(yán)，采用過盈配合定位，泵腔與中隔板鄰近處易產(chǎn)生變形。一般采用小過盈量，加一定位銷，或小過盈微量浮動(dòng)減少因大過盈量引起的變形；或在泵腔相應(yīng)處設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋減少變形（大泵）。第52頁/共343頁③組合式：各零件易于加工，容易保證高精度，廢品率低，互換性好，適于大批量生產(chǎn)，但其加工面多，裝配麻煩。

泵體材料：大多數(shù)廠家均采用高強(qiáng)度灰鑄鐵，如H－200，250等。也可采用鋁合金或球墨鑄鐵等耐磨、自潤(rùn)滑好的材料。泵體毛坯鑄件應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，防止變形，提高耐磨性。第53頁/共343頁2.轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有三種形式：整體式、壓套式和轉(zhuǎn)子盤式。①整體式：加工基準(zhǔn)是兩端中心孔，與轉(zhuǎn)子盤式結(jié)構(gòu)相比，其加工件和裝配量少，加工簡(jiǎn)單，節(jié)省工序，幾何精度和尺寸精度也得到了保證。但缺點(diǎn)是對(duì)材質(zhì)要求較高，而且其旋片槽加工較困難，難以達(dá)到高精度，較適于大泵；

第54頁/共343頁②壓套式：如圖3-6(a)所示，兩半轉(zhuǎn)子中間用襯塊保證旋片槽寬，該結(jié)構(gòu)加工量稍小些，但要求加工精度較高，裝配較復(fù)雜；

③轉(zhuǎn)子盤式：是當(dāng)前采用最多的形式，其結(jié)構(gòu)如圖3-6(b)所示，兩半轉(zhuǎn)子盤用螺釘和錐銷緊固后，兩轉(zhuǎn)子體之間形成旋片槽，這種結(jié)構(gòu)零件多，加工裝配量大，有較高的加工精度。第55頁/共343頁圖3-6轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)第56頁/共343頁3.旋片

①結(jié)構(gòu)形式旋片的結(jié)構(gòu)形式多為矩形和T形旋片的厚度與型號(hào)有關(guān)（一般從6～14mm）第57頁/共343頁②旋片材料

國(guó)內(nèi)一般用45＃鋼、H250、QT或20＃鋼淬火（硬度：HRC40～45）對(duì)旋片材料的一般要求：1）要有足夠的抗彎強(qiáng)度；在正常泵溫下膨脹系數(shù)盡可能小，最好能接近鑄鐵，達(dá)到0.8×10－5～1.1×10－5l/℃；2）比重小，摩擦系數(shù)小，耐磨損；良好的自潤(rùn)滑性；3）低成本；良好的機(jī)械加工性能；4）化學(xué)穩(wěn)定性，沒有污染和毒害。第58頁/共343頁4.排氣閥

排氣閥對(duì)泵的真空度和噪音影響較大。排氣閥有兩種形式：一種是用橡膠墊做閥片，如圖3-7(a)所示；另一種是用布質(zhì)酚醛層壓板或彈簧鋼片做閥片，如圖3-7(b)所示。排氣閥必須浸在泵油中。在排氣過程中，壓縮氣體推開排氣閥片，穿過泵油排出。泵油起到密封的作用。第59頁/共343頁圖3-7排氣閥結(jié)構(gòu)第60頁/共343頁輔助排氣閥

在雙級(jí)泵中，當(dāng)高真空級(jí)與低真空級(jí)為泵腔寬度不等時(shí)，需在兩級(jí)之間設(shè)置中間輔助排氣閥，如圖3-8所示。輔助排氣閥的作用是在入口壓力較高、經(jīng)高真空級(jí)壓縮的氣體已達(dá)到排氣壓力時(shí)，輔助排氣閥打開，部分氣體由輔助排氣閥排出，部分氣體由低真空級(jí)抽走。

第61頁/共343頁圖3-8雙級(jí)泵結(jié)構(gòu)示意圖Ⅰ－高真空級(jí)；Ⅱ－低真空級(jí)；1－中間輔助排氣閥；2－通道；3－低真空級(jí)排氣閥第62頁/共343頁5.氣鎮(zhèn)閥

為了抽除可凝性氣體，油封式機(jī)械真空泵常裝有氣鎮(zhèn)裝置。氣鎮(zhèn)法可以有效地防止可凝性氣體凝結(jié)。該方法是在被抽氣體被壓縮過程中將經(jīng)過控制的永久性氣體（通常為室溫干燥空氣）由氣鎮(zhèn)孔摻入其中，使可凝性氣體分壓達(dá)到泵溫時(shí)的飽和蒸汽壓之前，壓縮氣體的壓力已達(dá)到排氣壓力，排氣閥打開，將可凝性氣體同永久性氣體一同排出。第63頁/共343頁圖3-9氣鎮(zhèn)閥結(jié)構(gòu)

1－調(diào)節(jié)閥；

2－氣鎮(zhèn)閥座；

3－密封墊；4－擋塊；

5－鋼球；6－彈簧

氣鎮(zhèn)閥（摻氣閥）是由節(jié)流閥和逆止閥兩部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。節(jié)流閥控制摻入氣體量，逆止閥防止泵腔內(nèi)氣體壓力高于摻氣壓力時(shí)出現(xiàn)返流。

第64頁/共343頁3.1.3旋片泵的運(yùn)行與維護(hù)

3.1.3.1油蒸汽返流圖3-10油蒸汽返流量與氣流量的關(guān)系第65頁/共343頁防止油返流的措施主要有：1）在泵入口管道上設(shè)置放氣閥，使入口壓力維持在10Pa或更高。這樣可減小返流98%

；2）對(duì)于單級(jí)泵，在泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)打開氣鎮(zhèn)閥就能很好地防止油的返流。3）在泵入口設(shè)置吸附擋油阱，可以降低機(jī)械泵的返油率。常用的擋油阱有：離子阱、吸附阱、液氮冷阱等。4）使用返流量小的特殊泵油，但價(jià)格較貴。第66頁/共343頁3.1.3.2

泵的起動(dòng)與停止1）在泵安裝時(shí)要注意電源線的連接，以保證旋轉(zhuǎn)方向正確，避免泵油被排到真空室。2）泵設(shè)置反向制動(dòng)，當(dāng)電源線接錯(cuò)時(shí)，泵不能啟動(dòng)，以防止泵的反轉(zhuǎn)。為防止電機(jī)燒壞，設(shè)置溫控過載開關(guān)。3）在泵入口處設(shè)置停泵壓差閥(圖3-11)，以防止氣體和泵油返流進(jìn)入真空室。第67頁/共343頁圖3-11保護(hù)閥1－閥體；2－真空室人口連接法蘭；3－旋片泵入口連接法蘭；4－電磁放氣閥；5－閥板第68頁/共343頁3.1.3.3泵油的過濾和更換

為防止泵油中的粉塵、顆粒物質(zhì)隨泵油一起進(jìn)入泵腔，在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中應(yīng)設(shè)有連續(xù)過濾裝置。圖3-12是油過濾器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

第69頁/共343頁3.1.3.4油霧的產(chǎn)生及分離

在旋片泵排氣過程中，懸浮在被抽氣體中的油滴隨氣體一起被排出。因此，常在泵出口看到“油霧”。同時(shí)也有少量的油蒸氣被排出。隨著環(huán)保要求的提高，新型旋片泵一般在出口設(shè)置油氣分離裝置。

第70頁/共343頁圖3-13油氣分離器1－排氣連接法蘭；2－分離器出口；3－過濾元件；4－集油觀察窗；5－放油塞；6－泄壓閥第71頁/共343頁3.1.3.5除塵裝置

在有些真空工藝中會(huì)產(chǎn)生大量的灰塵，這些灰塵將隨被抽氣體一起進(jìn)入旋片泵。灰塵混在泵油中，像研磨劑一樣會(huì)對(duì)泵轉(zhuǎn)子和泵腔造成磨損和破壞。在灰塵量較少時(shí)，可由油過濾系統(tǒng)濾除，但灰塵量較大時(shí)，為防止泵損壞，保證泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)必須使用除塵器(圖3-14)。

第72頁/共343頁圖3-14除塵器的工作原理圖1－入口法蘭；2－外筒室；3－油浸過濾器；4、5－出口法蘭

第73頁/共343頁3.2滑閥式油封機(jī)械泵

圖3-15H-150型滑閥式油封機(jī)械泵

第74頁/共343頁3.2.1概述

滑閥泵應(yīng)用范圍和使用條件與旋片泵基本相同。滑閥泵因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，容量比旋片泵大得多，常用在大型真空設(shè)備上。滑閥泵有單級(jí)和雙級(jí)兩種形式。單級(jí)泵的極限壓力對(duì)小泵≤0.6Pa，對(duì)大泵≤1.3Pa，雙級(jí)泵的極限壓力≤0.06Pa（均關(guān)氣鎮(zhèn)）。

第75頁/共343頁

滑閥泵的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量有較大偏心

，如沒有很好的質(zhì)量平衡，會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)。但泵旋轉(zhuǎn)質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)軌跡是形狀復(fù)雜的封閉曲線，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)滑閥泵慣性力的完全平衡?；y泵的振動(dòng)限制了泵轉(zhuǎn)速的提高，泵轉(zhuǎn)速一般在350～600r/min，個(gè)別也有達(dá)1000r/min以上的。新型三腔滑閥泵的出現(xiàn)，較好地解決了滑閥泵的質(zhì)量平衡，使泵的振動(dòng)得到了有效的控制，泵轉(zhuǎn)速也可相得到提高。第76頁/共343頁3.2.2工作原理圖3-16滑閥泵工作原理圖第77頁/共343頁

泵主要由泵體、偏心輪、滑閥組件和導(dǎo)軌等組成。

與泵腔同心的驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)偏心輪旋轉(zhuǎn)，偏心輪帶動(dòng)滑閥環(huán)運(yùn)動(dòng)，使滑閥桿在導(dǎo)軌中上下滑動(dòng)和左右擺動(dòng)?；y將泵腔分成A、B兩個(gè)部分。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸按圖中所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A腔容積增加，壓力降低，氣體經(jīng)滑閥桿A腔一側(cè)的開口進(jìn)入A腔，此時(shí)處于吸氣過程。當(dāng)滑閥處于左上方位置時(shí)（圖3-16c中），A腔容積達(dá)最大，此時(shí)進(jìn)氣口與A腔隔絕，完成吸氣過程；B腔容積減小，壓縮氣體。當(dāng)B腔內(nèi)氣體壓力達(dá)到排氣壓力時(shí)，推開油封的排氣閥，開始排氣。當(dāng)滑閥處于左上方位置時(shí)，排氣終了。第78頁/共343頁3.2.3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖3-17滑閥泵結(jié)構(gòu)圖

1－泵蓋；2－氣鎮(zhèn)量調(diào)節(jié)閥；3－導(dǎo)管；

4－逆止閥；5－油氣分離器第79頁/共343頁

與旋片泵相似，滑閥泵也設(shè)有氣鎮(zhèn)閥，氣鎮(zhèn)孔開在排氣口附近或端蓋上，以排出含有可凝性蒸氣的被抽氣體。在泵出口設(shè)置油氣分離器，以減少泵油的損耗和對(duì)環(huán)境的污染。

第80頁/共343頁振動(dòng)的控制

為減少滑閥不平衡慣性力引起的振動(dòng)，對(duì)于單缸單級(jí)泵，要在驅(qū)動(dòng)輪對(duì)面一側(cè)加平衡輪，并在驅(qū)動(dòng)輪上加不平衡質(zhì)量進(jìn)行平衡減振；對(duì)于雙缸滑閥泵，如圖3-18所示，（a）為單級(jí)并聯(lián)，常用于大、中型泵，以提高抽速；（b）為雙級(jí)串聯(lián)，常用于中、小型泵，以降低極限壓力，該結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)滑閥長(zhǎng)度比一般為2：1，相差180°設(shè)置，再在驅(qū)動(dòng)輪上加上不平衡質(zhì)量（見圖3-19）。第81頁/共343頁圖3-18雙缸滑閥泵結(jié)構(gòu)第82頁/共343頁圖3-19雙缸滑閥泵的平衡第83頁/共343頁

對(duì)三缸滑閥泵，有等長(zhǎng)缸和不等長(zhǎng)缸兩種型式，以不等長(zhǎng)缸為常見，其三缸布置如圖3-20。中間是一長(zhǎng)缸，兩端各為等長(zhǎng)短缸，長(zhǎng)缸與短缸長(zhǎng)度比為2:1，相差180°布置。中間滑閥產(chǎn)生的慣性力由兩側(cè)滑閥產(chǎn)生的相反方向慣性力平衡，因此三缸滑閥泵振動(dòng)很小，無需將泵固定在地基上就可正常工作。

第84頁/共343頁圖3-20三缸滑閥泵滑閥組件第85頁/共343頁排氣閥

排氣閥是滑閥泵中的易損件，也是泵主要噪音源之一。圖3-21是一種特殊結(jié)構(gòu)的排氣閥。在入口壓力較高時(shí)，排氣量較大，排氣閥硬閥板打開；在極限壓力時(shí)，只有少量的氣泡和泵油被排出，此時(shí)，硬閥板不動(dòng)，由柔性閥板打開排氣。為防止油的返流，增加噪聲，柔性唇必須在0.01s時(shí)間內(nèi)完成打開、關(guān)閉動(dòng)作。第86頁/共343頁圖3-21排氣閥的一種特殊結(jié)構(gòu)第87頁/共343頁油霧捕集器

在滑閥泵出口處應(yīng)設(shè)置油霧捕集器，用以捕集和回收由排氣閥排出的混在被抽氣體中的油滴，既可節(jié)省泵油，又可減少對(duì)環(huán)境的污染。油霧捕集器一般有三級(jí)：第一級(jí)是碰撞罩，除去較大的油滴；第二級(jí)是不銹鋼填料，收集小油滴；第三級(jí)是燒結(jié)的玻璃纖維，捕集可見油霧，其結(jié)構(gòu)見圖3-22。

第88頁/共343頁圖3-22油霧捕集器1-碰撞罩2-不銹鋼填料3-玻璃纖維4-返油閥5-回油管第89頁/共343頁3.2.4

機(jī)械泵油

泵油的作用:1、密封作用1）防止大氣通過排氣閥進(jìn)入泵腔，使排氣閥閉合后密封良好。2）密封所有相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間的間隙。

2、潤(rùn)滑作用各相對(duì)運(yùn)動(dòng)部位間的潤(rùn)滑第90頁/共343頁真空泵油的基本性能和有關(guān)要求

1）為使真空泵能獲得規(guī)定的抽氣性能，要求真空泵油要有適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)黏度和黏度指數(shù)，室溫飽和蒸氣壓低，抗乳化性能好，化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱抗氧化性好，閃點(diǎn)高，成本低等特點(diǎn)。

2）真空泵油在使用過程中，由于氧化等原因，一部分變質(zhì)，同時(shí)又從外界混入各類雜質(zhì)。當(dāng)變質(zhì)成分和雜質(zhì)多到一定程度時(shí)，顏色變了，黏度和酸值升高了，析出不溶性的樹脂狀物質(zhì)，且蒸氣壓增高，這時(shí)油的性能惡化，不能繼續(xù)使用，必須更換新油。這種不能使用的廢油可再生利用。第91頁/共343頁4.噴射真空泵

4.1概述噴射泵是利用液體或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。噴射泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠、可抽出含有水蒸氣、粉塵、易燃易爆及有腐蝕性氣體等特點(diǎn)，抽氣量很大，已廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是能量損失較大，抽氣效率較低。第92頁/共343頁

噴射泵可按工作介質(zhì)的不同分為水噴射泵、大氣噴射泵和水蒸氣噴射泵。第93頁/共343頁4.2水噴射泵

水噴射泵是用水為工作介質(zhì)，通過高速射流來引射被抽氣體，使被抽容器達(dá)到一定的真空度的低真空獲得設(shè)備。單級(jí)泵的極限壓力為3.3Kpa，兩級(jí)泵串聯(lián)可獲得更低一些的極限壓力，但受到水飽和蒸汽壓得限制。

第94頁/共343頁4.2.1水噴射泵的工作原理

如圖4-1，具有一定壓力的水經(jīng)過噴嘴1形成高速射流進(jìn)入吸入室2，將水的壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；吸入室內(nèi)的被抽氣體被高速射流強(qiáng)制攜帶進(jìn)入擴(kuò)壓器3，在擴(kuò)壓器中兩股流體進(jìn)行擴(kuò)散混合，進(jìn)行動(dòng)量和能量交換，兩者的壓力和速度逐漸趨于一致，并且在泵出口處混合流體的壓力高于大氣壓力而排到大氣中。第95頁/共343頁圖4-1水噴射泵的工作原理圖第96頁/共343頁泵內(nèi)流體流動(dòng)過程Ⅰ段是水射流與被抽氣體相對(duì)運(yùn)動(dòng)段。液體射流從噴嘴噴出，其邊界層對(duì)氣體的粘滯作用將被抽氣體攜帶至擴(kuò)壓器漸縮段，此段內(nèi)氣液兩相存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且兩者均為連續(xù)介質(zhì)。Ⅱ段是氣液混合段。在擴(kuò)壓器喉部處水射流表面波動(dòng)幅度增大，水射流被剪切分散形成液滴并擴(kuò)散到氣體中，在高速流動(dòng)中與氣體分子碰撞進(jìn)行能量交換，將氣體加速和壓縮。此段內(nèi)液體變?yōu)榉沁B續(xù)介質(zhì)，而氣體仍為連續(xù)介質(zhì)。第97頁/共343頁Ⅲ段是擴(kuò)壓運(yùn)動(dòng)段。氣液混合介質(zhì)進(jìn)入擴(kuò)壓器漸擴(kuò)段，氣體被液滴粉碎成微小氣泡分散在重新聚合成的液體之中，形成泡沫流。此段內(nèi)，混合介質(zhì)的壓力升高，氣體被進(jìn)一步壓縮，液體為連續(xù)介質(zhì)，氣體為離散介質(zhì)。由于液體的熱容量較大，因此氣體可認(rèn)為被等溫壓縮。第98頁/共343頁4.2.2水噴射泵的結(jié)構(gòu)

水噴射泵由噴嘴、吸入室和擴(kuò)壓器組成。噴嘴的作用是將水的壓力能變?yōu)閯?dòng)能，其結(jié)構(gòu)對(duì)泵的性能影響較大，常用形式有錐形收縮型、圓形薄壁孔口型、流線型及多孔型等。吸入室與進(jìn)氣管相連，一般為圓筒形，其截面積為噴嘴出口面積的6-10倍。擴(kuò)壓器由漸縮段、喉管和漸擴(kuò)段組成。漸縮段的收縮半角為15o-30o，其作用是使被抽氣體順利進(jìn)入喉管；喉管使液體與氣體均勻混合，并進(jìn)行質(zhì)量遷移和能力傳遞；漸縮段是將氣液混合介質(zhì)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成壓力能，使被抽氣體得到壓縮，其漸擴(kuò)角5o-8o。第99頁/共343頁分類:按噴射方式可分為:連續(xù)噴射式、旋流噴射式以及脈沖噴射式。按結(jié)構(gòu)形式可分為:單級(jí)泵和多級(jí)泵。單級(jí)泵按噴嘴結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為單噴嘴短喉管、短噴嘴長(zhǎng)喉管以及多噴嘴水噴射泵。

第100頁/共343頁

短喉管水噴射泵體積小，工作效率低，喉管長(zhǎng)度為喉管直徑的5-8倍；長(zhǎng)喉管水噴射泵效率較高，喉管長(zhǎng)度為喉管直徑的10-60倍。

圖4-2單噴嘴水噴射泵結(jié)構(gòu)圖

1-噴嘴2-吸入室3-擴(kuò)壓器第101頁/共343頁圖4-3多噴嘴水噴射泵結(jié)構(gòu)圖

1-進(jìn)水室

2-多孔噴嘴

3-吸入室

4-擴(kuò)壓器第102頁/共343頁4.3水蒸氣噴射泵

水蒸氣噴射泵是以水蒸氣為工作介質(zhì)，從拉瓦爾噴嘴中噴射出高速蒸汽射流來攜帶被抽氣體，從而達(dá)到抽出氣體的目的。單級(jí)泵的壓縮比一般為8-10，為了獲得更低的工作壓力，需多個(gè)噴射泵串聯(lián)起來工作。

第103頁/共343頁

4.3.1工作原理

單級(jí)泵主要由拉瓦爾噴嘴、混合室、擴(kuò)壓器等組成，如圖4-4所示。第104頁/共343頁

泵的抽氣過程可分為三個(gè)階段，氣流的壓力和速度的變化如圖4-5所示。第105頁/共343頁4.3.2抽氣特性

1）單級(jí)泵抽氣性能參數(shù)及影響因素水蒸氣噴射泵的抽氣性能可由引射系數(shù)和壓縮比來描述。引射系數(shù)為被抽氣體質(zhì)量流率與工作蒸汽質(zhì)量流率之比：

引射系數(shù)反映泵的抽氣能力和效率。

第106頁/共343頁

壓縮比為泵出口壓力與入口壓力之比：

壓縮比反映泵的排氣能力以及可以獲得的工作真空度。

泵的抽氣性能與工作介質(zhì)的壓力、溫度、流量有關(guān)，與被抽氣體的種類、壓力、溫度、流量等因素有關(guān)。第107頁/共343頁2）變工況時(shí)壓力沿?cái)U(kuò)壓器軸線的分布

若保持被抽容器的壓力不變，調(diào)節(jié)泵入口氣流量和出口壓力，則擴(kuò)壓器內(nèi)氣流壓力與出口壓力和引射系數(shù)的關(guān)系如圖4-6所示。從圖中可見，泵的引射系數(shù)隨出口壓力的減小而增加，即對(duì)于不變的入口壓力，壓縮比減小，引射系數(shù)增加。第108頁/共343頁3)單級(jí)泵的抽氣特性曲線

泵入口壓力與泵抽氣量的關(guān)系曲線稱為泵的抽氣特性曲線，圖4-7為一定工作蒸汽壓力下泵抽氣量與吸入壓力、極限反壓力的關(guān)系曲線。第109頁/共343頁4.3.3多級(jí)噴射泵系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)

1.組成為獲得更高的真空度，可將兩個(gè)或兩個(gè)以上泵串聯(lián)起來工作，中間設(shè)置冷凝器將失去工作能力的蒸汽冷凝以減少下級(jí)泵的氣體負(fù)荷。多個(gè)噴射泵、冷凝器以及管路、閥門、供水、供氣系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)等構(gòu)成多級(jí)噴射泵系統(tǒng)。圖4-8為4級(jí)水蒸氣噴射泵系統(tǒng)。第110頁/共343頁第111頁/共343頁2.冷凝器

冷凝器按其安裝位置可分為：前冷凝器、中間冷凝器和后冷凝器。前冷凝器安裝在第一級(jí)泵入口之前，當(dāng)被抽氣體中含有大量可凝性蒸汽，并且蒸汽分壓大于冷卻水溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓時(shí)，可以采用前冷凝器。中間冷凝器安裝在兩級(jí)泵中間，其具體安裝位置和大小視混合氣體中可凝性蒸汽的多少和分壓大小以及冷卻水溫度而定。在多級(jí)泵系統(tǒng)中，中間冷凝器普遍使用，一般需設(shè)置多個(gè)中間冷凝器。后冷凝器安裝在末級(jí)泵之后，用于消除末級(jí)泵的廢氣或余熱回收，只在特殊情況下設(shè)置。第112頁/共343頁結(jié)構(gòu)形式:混合式冷凝器冷卻介質(zhì)與被冷卻氣體直接混合進(jìn)行熱量交換，冷卻效果好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在水蒸氣噴射泵系統(tǒng)中廣泛使用。第113頁/共343頁表面式冷凝器冷卻介質(zhì)與被冷凝氣體通過固體表面進(jìn)行熱量交換，便于冷凝物的處理和回收，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，冷卻效率較低，只在特殊場(chǎng)合下使用。第114頁/共343頁噴射式冷凝器以壓力水為工作介質(zhì)，經(jīng)噴嘴形成高速射流，具有抽吸和冷凝雙重作用，適用于含有大量可凝性氣體的場(chǎng)合。第115頁/共343頁3.蒸汽加熱套

當(dāng)泵入口壓力低于533Pa時(shí)，工作蒸汽急劇膨脹使其溫度大幅度下降，會(huì)在噴嘴出口處以及擴(kuò)壓器入口處結(jié)冰，使泵抽氣性能惡化。為防止上述現(xiàn)象發(fā)生，可在噴嘴和擴(kuò)壓器漸縮段處設(shè)置蒸汽夾套，通入工作蒸汽進(jìn)行加熱。第116頁/共343頁4.啟動(dòng)泵

在某些工藝過程中，如鋼液真空處理等，要求在很短的時(shí)間內(nèi)將被抽容器抽空至需要的真空度。為滿足這種工藝要求和有效利用蒸汽，可在真空系統(tǒng)中設(shè)置啟動(dòng)泵。啟動(dòng)泵與泵系統(tǒng)并聯(lián)，在噴射泵系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)使用。第117頁/共343頁5.工作蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)

為保證蒸汽系統(tǒng)的供熱質(zhì)量，使抽氣體統(tǒng)正常有效地工作，供氣系統(tǒng)根據(jù)需要設(shè)置以下裝置：蒸汽減溫或過熱裝置汽水分離器節(jié)流降壓裝置蒸汽排放裝置被抽氣體冷卻與除塵裝置消音裝置第118頁/共343頁6.1羅茨真空泵第119頁/共343頁6.1.1概述

羅茨泵是一種無內(nèi)壓縮的旋轉(zhuǎn)變?nèi)菔秸婵毡玫?20頁/共343頁6.1.1.1羅茨泵的種類低真空羅茨泵：直排大氣的干式單級(jí)羅茨泵（10000Pa）和濕式羅茨泵(2000Pa)；中真空羅茨泵：機(jī)械增壓泵（1×10-1Pa）；高真空羅茨泵：多級(jí)干式羅茨泵（高真空多級(jí)羅茨泵）第121頁/共343頁6.1.1.2羅茨泵在真空工程領(lǐng)域中應(yīng)用：在中真空范圍作為機(jī)械增壓泵應(yīng)用，一般與前級(jí)泵（旋片泵，滑閥泵和水環(huán)泵等）串聯(lián)構(gòu)成真空機(jī)組；雙級(jí)或多級(jí)羅茨泵機(jī)組可獲得高真空；對(duì)于干式清潔無油的抽氣系統(tǒng)多用氣冷式羅茨泵機(jī)組；對(duì)于含水蒸氣的被抽系統(tǒng)，多用濕式羅茨泵。第122頁/共343頁水環(huán)－羅茨泵機(jī)組2第123頁/共343頁旋片－羅茨泵機(jī)組第124頁/共343頁滑閥－羅茨泵機(jī)組2第125頁/共343頁6.1.2羅茨泵的工作原理及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

6.1.2.1羅茨泵的工作原理

羅茨泵抽氣時(shí)兩個(gè)轉(zhuǎn)子由傳動(dòng)比為1的一對(duì)齒輪帶動(dòng)，作彼此反向的同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子彼此無接觸，其間存在間隙。第126頁/共343頁6.1.2.2羅茨泵具有以下特點(diǎn)：

在較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速；轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵腔壁之間有間隙，泵腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)件無摩擦，不必潤(rùn)滑，泵腔內(nèi)無油；轉(zhuǎn)子形狀對(duì)稱，動(dòng)平衡性能良好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，選擇高精度的齒輪傳動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音低；可獲得較高轉(zhuǎn)速（抽速）；對(duì)被抽氣體中含有的灰塵和水蒸氣不敏感；第127頁/共343頁抽氣特點(diǎn)：

羅茨泵在抽氣過程中其工作空間容積是不變的，即“無內(nèi)壓縮”，這與大多數(shù)的變?nèi)菔秸婵毡貌煌?。氣體的排出：當(dāng)轉(zhuǎn)子頂部轉(zhuǎn)過排氣口邊緣，封閉空間與排氣側(cè)相通時(shí)，由于排氣側(cè)氣體壓力較高，則有一部分高壓氣體返沖到封閉空間中，使空間內(nèi)氣體壓強(qiáng)突然升高到排氣壓力，即所謂的“外壓縮過程”。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣體排出泵外。

第128頁/共343頁6.1.3羅茨泵的結(jié)構(gòu)1－前端端蓋；2－油標(biāo)；3－壓力傳感器；4－注油塞；5－放油塞；6－齒輪側(cè)軸承端蓋；7－泵體；8－入口法蘭9－出口法蘭；10－轉(zhuǎn)子；11－馬達(dá)側(cè)軸承蓋；12－中間法蘭；13－油封處注油塞；14－油封處放油塞；15－籠形支架；16－電動(dòng)機(jī)；17－泵底座第129頁/共343頁

羅茨泵是雙轉(zhuǎn)子容積式真空泵。其在泵腔內(nèi)有兩個(gè)形狀對(duì)稱的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子形狀有兩葉、三葉和四葉。

兩個(gè)轉(zhuǎn)子按一定相位安裝在一對(duì)平行軸上，由軸端齒輪（i=1）驅(qū)動(dòng)做同步反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子彼此無接觸，轉(zhuǎn)子與泵腔壁也無接觸，其間通常有0.15～1.0mm的間隙。泵腔靠間隙及高轉(zhuǎn)速來密封（相對(duì)密封）。由于泵腔內(nèi)無摩擦，轉(zhuǎn)子可高速運(yùn)轉(zhuǎn)，一般：500～3000r／min。泵的潤(rùn)滑部位僅限于軸承、齒輪及動(dòng)密封處（齒輪箱有油，且與泵腔之間有壓差，預(yù)抽管通前級(jí)側(cè)）。第130頁/共343頁6.1.3.1泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

轉(zhuǎn)子在泵體中如何安裝決定了泵的總體結(jié)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)外的羅茨泵大致有兩種型式：1）立式：這種結(jié)構(gòu)的進(jìn)、排氣口成水平位置，裝配和連接都比較方便。但泵的重心較高，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性差，故多用于小泵。

2）臥式：泵的進(jìn)氣口在上，排氣口在下。有時(shí)排氣口水平方向接出，因而，進(jìn)、排氣方向是相互垂直的。排氣口可以從兩個(gè)方向接出，一端接排氣管道，另一端堵死或接旁通閥。這種結(jié)構(gòu)重心低，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性好，一般用于大、中型泵。第131頁/共343頁結(jié)構(gòu)型式示意圖1立式結(jié)構(gòu)臥式結(jié)構(gòu)第132頁/共343頁6.1.3.2泵的傳動(dòng)方式傳動(dòng)方式有如下兩種：

1）電動(dòng)機(jī)與齒輪放在轉(zhuǎn)子的同一側(cè)，從動(dòng)轉(zhuǎn)子的扭矩由電動(dòng)機(jī)端齒輪直接傳過去，所以主動(dòng)轉(zhuǎn)子軸的扭轉(zhuǎn)變形小，因而轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間的間隙就不會(huì)因主動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)變形較大而改變，故使間隙在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中均勻。缺點(diǎn)：主動(dòng)軸上有三個(gè)軸承，給加工和裝配帶來一定困難，對(duì)齒輪的拆裝和檢查都不方便，整個(gè)結(jié)構(gòu)也顯得不勻稱，使泵的重心移向電動(dòng)機(jī)和齒輪箱一端。所以，采用這種結(jié)構(gòu)的較少。第133頁/共343頁傳動(dòng)方式示意圖第134頁/共343頁2）電動(dòng)機(jī)與齒輪傳動(dòng)設(shè)在轉(zhuǎn)子的兩側(cè)

這種結(jié)構(gòu)克服了上述的缺點(diǎn)，但主動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)變形較大。為了保證轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的間隙，要求軸應(yīng)有足夠的剛度。軸與轉(zhuǎn)子要固結(jié)（鑄造的轉(zhuǎn)子采用軸轉(zhuǎn)子整體結(jié)構(gòu)或熱壓過盈配合，焊接的轉(zhuǎn)子采用轉(zhuǎn)子和軸直接焊在一起的整體結(jié)構(gòu)）。這種結(jié)構(gòu)拆卸和裝配都很方便。第135頁/共343頁結(jié)構(gòu)圖第136頁/共343頁6.1.3.3泵的密封結(jié)構(gòu)主要有3個(gè)部位：主動(dòng)軸外伸部分的動(dòng)密封（密封外部大氣與齒輪箱之間）；端蓋或齒輪箱與泵體間的靜密封；齒輪箱和泵體間的轉(zhuǎn)子軸的動(dòng)密封（避免油進(jìn)入泵腔，同時(shí)預(yù)真空與高真空之間得到密封）。第137頁/共343頁1、主動(dòng)軸外伸部分的動(dòng)密封目前采用較多的是：

雙端面摩擦環(huán)式機(jī)械密封；帶加強(qiáng)環(huán)的JO圈密封。機(jī)械密封運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，耗功率?。试S線速度大；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。

JO圈密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗功率大，膠圈容易磨損，但更換方便，成本低。磁流體密封是一種密封效果及使用壽命長(zhǎng)的動(dòng)密封型式，功耗小，但成本高。

第138頁/共343頁2、齒輪箱與泵體之間的軸封由于齒輪箱或端蓋殼體內(nèi)均有預(yù)抽管道與泵的出口相通，即這兩部分的真空度與前級(jí)泵入口基本相同。所以齒輪箱與泵腔之間的壓差較小，通常采用迷宮式密封、反螺旋式密封或活塞脹圈密封。第139頁/共343頁3、泵體端面的靜密封真空耐油橡膠圈密封，不僅可靠而且拆卸方便。采用聚氨酯膠墊進(jìn)行平面密封，不用加工密封槽，拆卸方便。有機(jī)硅室溫硫化橡膠膜密封，密封可靠并且不用加工密封槽。但用戶須備有這種材料，否則不能自行拆裝修理。第140頁/共343頁6.1.3.4羅茨泵的潤(rùn)滑部位主要有三處：軸封齒輪軸承。第141頁/共343頁羅茨泵達(dá)到的極限壓力與前級(jí)泵的極限壓力有關(guān)：用油封機(jī)械泵作前級(jí)泵時(shí)：?jiǎn)渭?jí)羅茨泵極限全壓力：5×10-1~1×10-2Pa極限分壓力：5×10-2~5×10-3Pa雙級(jí)羅茨泵極限全壓力：1×10-2~5×10-3Pa極限分壓力：1×10-3~5×10-4Pa用水環(huán)泵作前級(jí)泵時(shí)：?jiǎn)渭?jí)羅茨泵極限分壓力：200Pa，雙級(jí)羅茨泵極限分壓力：4Pa。第142頁/共343頁6.1.4羅茨泵的轉(zhuǎn)子型線概述第143頁/共343頁6.1.4.1轉(zhuǎn)子型線要求和條件：轉(zhuǎn)子橫斷面的外廓線稱為轉(zhuǎn)子的型線。理論型線：保證轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中，兩個(gè)轉(zhuǎn)子始終相互嚙合。實(shí)際型線：由理論型線去掉間隙的部分得來的。它要保證兩個(gè)轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)中間隙永遠(yuǎn)保持定值。轉(zhuǎn)子的型線必須做成共軛曲線。共軛轉(zhuǎn)子型線可做成各種各樣的曲線（只要給出一條曲線，就可以做出一條與之相應(yīng)的共軛曲線）。第144頁/共343頁6.1.4.2型線的選擇要考慮以下幾個(gè)條件：1）泵有最好的工作性能（增加抽速和提高壓縮比）

a）容積利用系數(shù)要盡可能大，即轉(zhuǎn)子在泵腔內(nèi)占的體積要?。?/p>

b）為減少返流，轉(zhuǎn)子之間及轉(zhuǎn)子與泵體間的密封面積應(yīng)大2）要有良好的幾何對(duì)稱性，保證運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，互換性好；3）保證轉(zhuǎn)子齒形有足夠的強(qiáng)度，加工工藝性要好，容易獲得較高的表面精度。第145頁/共343頁6.1.4.3常用的型線線形有：

圓弧線、漸開線和擺線。實(shí)用上，整個(gè)轉(zhuǎn)子的外輪廓型線由：圓弧線、漸開線和擺線組合而成。

“圓?。瓭u開線－擺線”型轉(zhuǎn)子型線氣阻大，改善了泵在低壓下的性能，提高了泵的抽氣效率，得到較廣泛的應(yīng)用。第146頁/共343頁幾種型線的比較容積利用系數(shù)：是表征泵腔面積或是體積有效利用程度的系數(shù)。對(duì)于羅茨泵來說，大的容積利用系數(shù)對(duì)于提高泵的性能，減小泵的體積是比較有利的。在以上幾種型線中，圓弧型轉(zhuǎn)子型線和漸開線轉(zhuǎn)子型線的容積利用系數(shù)比較好；而氣冷式羅茨泵漸開線轉(zhuǎn)子型線的容積利用系數(shù)則比較小。而在強(qiáng)度方面，氣冷式羅茨泵漸開線轉(zhuǎn)子比較好，而圓弧型轉(zhuǎn)子則是比較差的，因此在使用此型線時(shí)應(yīng)該校核一下其薄弱腰部的強(qiáng)度。第147頁/共343頁6.1.4.4實(shí)際型線

6.1.4.4.1工作間隙與裝配間隙為了減少氣體的返流，要求轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與泵殼間的工作間隙要盡量小?？紤]轉(zhuǎn)子工作時(shí)產(chǎn)生熱膨脹和受力變形等影響，要求各處的裝配間隙不等而且要比工作間隙大。第148頁/共343頁泵在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，下列因素會(huì)使間隙減?。篿）

轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)中因升溫而產(chǎn)生熱膨脹；ii）轉(zhuǎn)子在離心力和排氣壓力作用下產(chǎn)生變形；iii）隨著齒輪傳動(dòng)磨損程度的增加，齒側(cè)間隙增大，由于磨損是不均勻的，所以必然引起轉(zhuǎn)子相對(duì)位置發(fā)生變化，造成間隙減??；iv）

泵軸的彎曲變形或扭轉(zhuǎn)變形；v）

軸與轉(zhuǎn)子因制造和裝配誤差而產(chǎn)生不同軸等。第149頁/共343頁裝配間隙是確定轉(zhuǎn)子實(shí)際型線的根據(jù)：δ1——轉(zhuǎn)子與泵殼的徑向間隙；δ2——轉(zhuǎn)子相互之間的間隙；δ3——軸活端（如齒輪端）的轉(zhuǎn)子側(cè)面與側(cè)蓋間的軸向間隙；δ4——軸死端的轉(zhuǎn)子側(cè)面與端蓋之間的軸向間隙。第150頁/共343頁6.1.4.4.2裝配間隙的選取

裝配間隙的選取很重要，它將直接影響到泵腔的泄漏量，進(jìn)而影響泵的極限真空、實(shí)際抽速等指標(biāo)。裝配間隙δ的大小與泵的工作壓力和泵的冷卻方式有關(guān)，轉(zhuǎn)子的材料性質(zhì)（如線性膨脹率、彈性模量、密度）、泵工作時(shí)的轉(zhuǎn)子的工作溫度都是影響轉(zhuǎn)子表面發(fā)生位移的因素，因此在確定轉(zhuǎn)子的裝配溫度時(shí)應(yīng)該把它們考慮進(jìn)去。裝配間隙在一定程度上衡量了泵的設(shè)計(jì)和制造水平。第151頁/共343頁6.1.5羅茨泵設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題1．羅茨泵的關(guān)鍵零件是轉(zhuǎn)子，而轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵是型線。泵工作時(shí)，轉(zhuǎn)子之間的間隙要保持一定，這樣轉(zhuǎn)子的型線必須做成共軛曲線。理論型線的選擇和實(shí)際型線的計(jì)算和加工工藝是關(guān)鍵。

2．為了控制泵轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與泵殼間的間隙，要求軸承的軸向、徑向位移量控制在一定范圍內(nèi)。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)正確選擇軸承精度，并選擇適合泵工作條件的軸承型號(hào)?？紤]轉(zhuǎn)子軸向熱膨脹影響，轉(zhuǎn)子軸應(yīng)留有活端，以允許軸因熱膨脹等因素而產(chǎn)生軸向移動(dòng)。軸活端的轉(zhuǎn)子與側(cè)端面的軸向間隙可以選大一些；而軸固定端的轉(zhuǎn)子與端蓋之間的軸向間隙則應(yīng)選得小一些。第152頁/共343頁

3．要求齒輪耐磨性強(qiáng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，齒間的間隙不得過大。齒輪的精度常選用5～6級(jí)。為使傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音小，常用斜齒輪。為使齒輪裝配和調(diào)整轉(zhuǎn)子間的間隙方便，可選用調(diào)隙結(jié)構(gòu)齒輪并在齒輪與軸之間采用漲套聯(lián)接方式。第153頁/共343頁6.1.6羅茨泵轉(zhuǎn)子的冷卻

羅茨泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，與氣體產(chǎn)生摩擦攪拌作用及在排氣口處對(duì)氣體的外壓縮，使氣體及轉(zhuǎn)子的溫度升高。而轉(zhuǎn)子的熱量較難散發(fā)出去。當(dāng)泵的抽氣量較大時(shí)（大泵），或入口氣體溫度較高時(shí)，需要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻，以免轉(zhuǎn)子出現(xiàn)過大的熱變形現(xiàn)象，使裝配間隙過小或消失，致使轉(zhuǎn)子卡死。第154頁/共343頁6.1.6.1轉(zhuǎn)子的空氣冷卻在泵的排氣口處安裝冷卻器，對(duì)出口處的氣體進(jìn)行冷卻，當(dāng)被冷卻的氣體反沖到泵腔內(nèi)時(shí)，使轉(zhuǎn)子得到冷卻。這種方法一般可散出轉(zhuǎn)子80％左右的熱量。當(dāng)排氣壓力較高時(shí)，氣體分子密度大，傳熱效果好，可以保證泵在較高壓差下正常工作。第155頁/共343頁6.1.6.2氣冷式羅茨泵將冷卻后的出口氣體回流到泵腔內(nèi)去直接冷卻熱態(tài)的轉(zhuǎn)子，提高了泵的抗熱能力，使泵仍可保持較小的轉(zhuǎn)子裝配間隙。氣冷式羅茨泵適用于長(zhǎng)期在高壓差下工作或被抽氣體的溫度比較高的情況下工作。第156頁/共343頁6.1.7羅茨泵的運(yùn)行過載

6.1.7.1過載分析

由功率計(jì)算公式(6-22)可知，泵壓縮氣體所需的功率與壓差成正比：第157頁/共343頁6.1.7.2防止過載的措施解決泵過載的方法：機(jī)械式自動(dòng)調(diào)壓旁通閥采用液力聯(lián)軸器真空電氣元件控制泵入口壓力第158頁/共343頁6.2油擴(kuò)散噴射真空泵第159頁/共343頁油擴(kuò)散噴射泵第160頁/共343頁

油擴(kuò)散噴射泵是油蒸汽流泵的一種，主要油擴(kuò)散噴嘴、噴射噴嘴等組成，使之在高真空方面有較大的抽速，在低真空方面有足夠的臨界前級(jí)壓力。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無機(jī)械傳動(dòng)部分、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、維護(hù)方便、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。主要配置在高真空系統(tǒng)作為主泵與前級(jí)泵的中間級(jí)，也可單獨(dú)作為高真空泵應(yīng)用于冶金或抽出含有少量水氣的工作場(chǎng)合。第161頁/共343頁6.2.1概述

油擴(kuò)散噴射泵是從油擴(kuò)散泵發(fā)展而來的，兼有擴(kuò)散泵和噴射泵的特點(diǎn)，工作壓力范圍在（10-10-2）Pa。在此壓力區(qū)間內(nèi)，油擴(kuò)散噴射泵有較大的抽速和較高的最大出口壓力，其抽氣量是擴(kuò)散泵的4-20倍，加熱功率是擴(kuò)散泵的2-5倍。由于油擴(kuò)散噴射泵的工作壓力范圍正處于油擴(kuò)散泵和油封機(jī)械泵抽氣能力下降區(qū)域，因此，該泵除可以做主泵外，還常常用于大型油擴(kuò)散泵和前級(jí)機(jī)械泵之間，保證真空系統(tǒng)的有效工作，與羅茨泵的作用相似，所以油擴(kuò)散噴射泵也被稱為油增壓泵。第162頁/共343頁6.2.2工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

6.2.2.1工作原理油擴(kuò)散噴射泵工作壓力范圍內(nèi)的被抽氣體流動(dòng)狀態(tài)處于粘滯流和分子流之間。在壓力較高時(shí)，油蒸汽射流對(duì)被抽氣體的抽出以粘性攜帶為主。這時(shí)要求蒸汽射流具有足夠的密度。在壓力較低時(shí)，油蒸汽射流對(duì)被抽氣體的抽出以擴(kuò)散攜帶為主.這時(shí)要求蒸汽射流有一定的稀薄程度。多級(jí)噴嘴串聯(lián)抽氣原理第163頁/共343頁為了使泵在更寬的壓力范圍內(nèi)具有大的抽速，同時(shí)又有高的出口壓力，在實(shí)際應(yīng)用中都是多級(jí)噴嘴串聯(lián)起來工作的。在多級(jí)噴嘴結(jié)構(gòu)中，下一級(jí)噴嘴要保證上一級(jí)噴嘴的正常工作，因此，每個(gè)單級(jí)噴嘴的抽氣特性應(yīng)滿足：式中：G—泵的抽氣量；

S1，S2，….Sn—各級(jí)噴嘴的抽速；

P1，P2，…Pn—各級(jí)噴嘴的入口壓力。

第164頁/共343頁6.2.2.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)右圖為雙級(jí)噴嘴油擴(kuò)散噴射泵的結(jié)構(gòu)。圖8-45第165頁/共343頁

1.加熱器

因?yàn)閿U(kuò)散噴射泵工作壓力較高，所以無需對(duì)泵油進(jìn)行分餾。由于擴(kuò)散噴射泵的加熱供率較高，因此其鍋爐蒸發(fā)面積和加熱面積比油擴(kuò)散泵的大。泵的加熱器有裸露式和封閉式兩種。鍋爐內(nèi)的蒸汽壓力為1-2KPa，個(gè)別情況可達(dá)4KPa。

2.噴嘴

在油擴(kuò)散噴射泵中采用傘形噴嘴，傘形噴嘴由下唇a和上帽b組成。蒸汽由與下唇相連的導(dǎo)流管進(jìn)入噴嘴，改變方向后經(jīng)噴嘴最小斷面處時(shí)，蒸汽流達(dá)到音速。在之后逐漸擴(kuò)大的通道內(nèi)連續(xù)膨脹，達(dá)到超音速。噴嘴的張角為40o-60o擴(kuò)張度（出口斷面積與最小斷面積之比），入口級(jí)為20-50，出口級(jí)為2-3。第166頁/共343頁

為了提高泵的最大出口壓力，在大型油擴(kuò)散噴射泵中，出口級(jí)往往采用噴射噴嘴。噴射級(jí)噴嘴需要的高壓力蒸汽由鍋爐直接提供。經(jīng)過對(duì)高壓力蒸汽進(jìn)行孔板節(jié)流降壓后的蒸汽供給其余各級(jí)噴嘴，使各級(jí)噴嘴的工作蒸汽壓力分布更為合理。3.泵體油擴(kuò)散噴射泵的泵體用碳鋼制成，有圓筒形，也有圓錐形。小型泵采用焊在泵殼外壁上的螺旋銅管通冷卻，大型泵的冷卻采用水套結(jié)構(gòu)。

第167頁/共343頁6.2.3抽氣特性油擴(kuò)散噴射泵的抽氣特性可用泵入口壓力與泵抽速之間關(guān)系曲線來表示，如下圖。從圖中可見，在泵工作壓力范圍內(nèi)泵的抽速有一個(gè)最大值，對(duì)應(yīng)的入口壓力與蒸汽射流的狀態(tài)有關(guān)。圖8-48第168頁/共343頁

泵的加熱功率對(duì)抽氣量和最大出口壓力也有影響。當(dāng)泵加熱功率變化時(shí)，泵抽氣量與泵入口壓力之間的關(guān)系如下圖所示。當(dāng)加熱功率變小時(shí)，鍋爐溫度降低，蒸汽射流密度降低，增加了被抽氣體向蒸汽射流內(nèi)的擴(kuò)散作用，在低壓時(shí)抽氣量有所增加，而在高壓時(shí)抽氣量有所降低。第169頁/共343頁泵最大出口壓力與加熱功率的關(guān)系如下圖所示。加大泵的加熱功率可以提高泵的最大出口壓力。第170頁/共343頁

噴嘴擴(kuò)張角也影響泵的抽氣量和最大出口壓力。加大噴嘴的擴(kuò)張角會(huì)使蒸汽射流密度下降，可提高泵在低壓范圍內(nèi)的抽氣量，而泵在高壓范圍內(nèi)的抽氣量會(huì)有所下降，如下圖1所示。噴嘴的擴(kuò)張角對(duì)泵最大出口壓力的影響見圖2

圖1圖2第171頁/共343頁

單級(jí)噴嘴的抽速與噴嘴出口壓力的關(guān)系如下圖所示。從圖中可見，當(dāng)泵出口壓力低于最大出口壓力時(shí)，抽速不隨出口壓力的增加而變化。當(dāng)出口壓力超過最大出口壓力后，泵抽速急劇下降，不能正常工作

第172頁/共343頁

噴嘴喉部斷面積影響泵的蒸汽消耗量，蒸汽消耗量對(duì)抽氣量的影響如下圖1所示。當(dāng)入口壓力較高時(shí)，增加工作蒸汽量可以提高泵的抽氣量，在低壓時(shí)，增加工作蒸汽量則對(duì)抽氣量影響不大。泵的抽氣特性與被抽氣體的種類有關(guān)，對(duì)于小分子氣體的抽速較大，如圖2。圖1圖2第173頁/共343頁6.2.4泵油及減少返油的措施

由于油擴(kuò)散噴射泵在（10-10-2）Pa區(qū)域內(nèi)有較大的抽氣量，因此要求泵油有好的熱穩(wěn)定性、抗氧化性，在鍋爐工作溫度下有較高的飽和蒸汽壓，以提高蒸汽射流強(qiáng)度及泵的最大出口壓力。泵油的汽化潛熱要小，餾分要窄。泵油在室溫下的飽和蒸汽壓在10-3Pa數(shù)量級(jí)。

第174頁/共343頁同擴(kuò)散泵返油一樣，從噴嘴出來的超音速蒸汽流會(huì)有一部分向泵入口側(cè)遷移。為減少油蒸汽向泵入口的訪返油，可在噴嘴上方裝置擋油帽。當(dāng)油帽可以切斷向泵入口遷移油蒸汽的流線，使蒸汽流線最終落到泵殼水冷壁上，把油蒸汽冷凝掉。泵裝置擋油帽可減少返油量95%，抽速會(huì)下降（5-10）%。第175頁/共343頁為減少油蒸汽向泵出口前級(jí)真空側(cè)遷移，可在噴射級(jí)之后裝置水冷冷凝器。冷凝器由一組有孔和無孔銅質(zhì)圓盤組成，相間安裝在水冷支架上。在泵啟動(dòng)和關(guān)閉階段，各級(jí)噴嘴的蒸汽射流不穩(wěn)定，此時(shí)要關(guān)閉泵與真空室間的真空閥門，防止油蒸汽向被抽容器中返流。

tu第176頁/共343頁高真空與超高真空獲得設(shè)備第177頁/共343頁１）概述真空系統(tǒng)的工作壓強(qiáng)是由氣體的流入量和氣體的抽除量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡所決定的。即由公式：Q=SP所決定的。系統(tǒng)內(nèi)氣體流入量Q恒定時(shí)，系統(tǒng)的工作壓強(qiáng)P決定于系統(tǒng)出口處的抽速S。壓強(qiáng)降低一個(gè)量級(jí)，要求抽速相應(yīng)增加一個(gè)量級(jí)。第178頁/共343頁泵的實(shí)際抽速小于理論抽速，并與入口壓強(qiáng)有關(guān)。泵口在一個(gè)有限的工作壓強(qiáng)范圍內(nèi)工作，超過此范圍抽速減少到零。目前還沒有一種泵能從大氣壓到超高真空的整個(gè)壓強(qiáng)范圍內(nèi)工作。如工作在高真空區(qū)域內(nèi)就稱作高真空獲得設(shè)備，或工作在超高真空區(qū)域的就稱超高真空獲得設(shè)備。由于工作壓強(qiáng)范圍不同就出現(xiàn)了各種不同的真空獲得設(shè)備。

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據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道：英國(guó)BOCEdwards公司的EPX干泵，德國(guó)pfeiffer公司的OnTool干泵，利用牽引分子泵及旋渦泵的工作原理組成多級(jí)的單體泵，可實(shí)現(xiàn)高真空到直排大氣。抽速140l/s，極限真空10-4Pa。因此，通常選用適當(dāng)?shù)亩啾么?lián)的機(jī)組來對(duì)系統(tǒng)抽氣。第180頁/共343頁

普通型擴(kuò)散泵與機(jī)械泵組成的機(jī)組可使系統(tǒng)壓強(qiáng)降到10-5Pa，即達(dá)到高真空狀態(tài)。改進(jìn)型擴(kuò)散泵與機(jī)械泵組成的機(jī)組，可使系統(tǒng)壓強(qiáng)降低到10-8Pa，即超高真空狀態(tài)。這說明一種泵有可能既是高真空獲得設(shè)備，又是超高真空獲得設(shè)備。現(xiàn)代的離子泵、升華泵、吸附泵和低溫泵等，能使很大的被抽系統(tǒng)抽到超高真空狀態(tài)，且可以滿足不同氣體種類的要求。渦輪分子泵與機(jī)械泵的組合，既能獲得高真空也能非常迅速地抽到10-8Pa的超高真空。本節(jié)課介紹各種高真空泵和超高真空泵的性能和使用規(guī)則第181頁/共343頁2）高真空獲得設(shè)備（1）金屬油擴(kuò)散泵高真空抽氣系統(tǒng)通常至少包括一臺(tái)擴(kuò)散泵和一臺(tái)機(jī)械泵。機(jī)械真空泵從被抽容器中抽走99.99%空氣（粗抽)。剩余的空氣（壓強(qiáng)降至10-1—10-7Pa）由擴(kuò)散泵抽走排入機(jī)械泵中。當(dāng)要求泵對(duì)所有氣體都有恒定的高抽速，并且長(zhǎng)時(shí)間使用無需維護(hù)時(shí)，一般使用擴(kuò)散泵。

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擴(kuò)散泵不能直接將氣體排入大氣中，要求機(jī)械泵先將真空系統(tǒng)中的壓強(qiáng)降低到符合要求的壓力區(qū)域，這一工作稱為粗抽。在達(dá)到適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏簭?qiáng)條件后，擴(kuò)散泵方可接著工作。此時(shí)，在前級(jí)管道上連接的機(jī)械泵為擴(kuò)散泵維持適當(dāng)?shù)呐艢鈮簭?qiáng)條件。這一工作被稱為前級(jí)抽空。擴(kuò)散泵在本質(zhì)上是專門用于高真空的蒸汽噴射泵。以前過分強(qiáng)調(diào)了氣體向蒸汽流中擴(kuò)散和蒸汽被冷凝。因此定名它為擴(kuò)散泵（或冷凝泵）。第183頁/共343頁最初的擴(kuò)散泵設(shè)計(jì)是在1915年。約在10年后確定了其基本結(jié)構(gòu)形式?，F(xiàn)代擴(kuò)散泵的特點(diǎn)是蒸汽流是按抽氣方向高速運(yùn)動(dòng)，被抽氣體被蒸汽流帶走。其原理與蒸汽噴射泵沒有太大的差別。最初用的工作流體是汞。第一次用油類作為工作流體是在1928年。下面主要討論油擴(kuò)散泵及其附件。第184頁/共343頁（１）泵的抽氣機(jī)理典型的擴(kuò)散泵有一個(gè)垂直的、通常是圓筒形的泵體，泵體上固定著一個(gè)入口法蘭，以便了連接到系統(tǒng)上進(jìn)行抽氣。圓筒的底部是封閉的，形成一個(gè)鍋爐，鍋爐與加熱器固定在一起。泵體上部的三分之二纏繞著冷卻水管或水套。出口管道設(shè)置在泵體下部的一側(cè)，以便將被抽氣體或蒸汽排到前級(jí)機(jī)械泵。圖1中的剖視圖給出了單級(jí)擴(kuò)散泵的示意結(jié)構(gòu)。第185頁/共343頁噴射系統(tǒng)（導(dǎo)管系統(tǒng)）安置在泵體中。它由頂部蓋帽的同軸圓管組成，并與張開的末端配合形成噴嘴，泵工作液蒸汽經(jīng)過