開拓發展大抽速雙級滑閥真空泵

2010-01-08 于振華合肥工業大學機械與汽車工程學院

　　長期以來，我國發展雙級滑閥真空泵遇到不少困難和挑戰，標準制定后相隔二十多年才有生產2H-150等產品。實際上由于大抽速的雙級滑閥真空泵設計制造會遇到動平衡、控制雙級供油、降低噪聲等一系列的問題，所以其設計制造給廠方帶來很大麻煩。但是大抽速雙級滑閥真空泵在使用上有很廣泛的應用前景，本文介紹大抽速雙級滑閥真空泵開拓發展的必要性和介紹研制成功的2H-150滑閥真空泵設計特點，并提出發展更大抽速的雙級滑閥真空泵的必要性。

　　滑閥泵由于結構特點，容量比旋片泵大得多，由于滑閥真空泵可以在較差的真空環境下長期工作，因此常常被用于大型真空設備上。滑閥泵有單級和雙級兩種形式，單級泵的極限壓力在0.6~1.3 Pa（關氣鎮），雙級泵的極限壓力在0.06 Pa。

　　抽速≥150L/s 以上的可以看作為大型滑閥泵。長期以來國內只有70L/s的雙級滑閥泵，但是在使用上如果有大抽速的雙級滑閥真空泵，在許多工業應用領域特別有利于簡化真空設備的機組構造，有利于降低功耗，實現節能效果，有利于簡化操作，提高控制的可靠性。本文以設計研制成功的2H-150雙級滑閥真空泵為例，介紹發展開拓大型抽速的雙級滑閥真空泵的必要性，同時通過介紹2H-150雙級滑閥真空泵進行雙缸設計結構的特點，提出實現在大抽速結構的雙級滑閥泵雙缸結構動平衡的可能性，提出實現雙級滑閥泵在低壓強時（2Pa）獲得大抽速的可能性。同時提出簡化結構設計有利于單泵的啟動和控制的可能性。

1、發展大抽速雙級滑閥真空泵的意義

　　長期以來我國對大型真空設備使用在一定真空度的條件下（1~10^-2Pa）廣泛使用滑閥真空泵、羅茨- 滑閥真空機組，據不完全統計,浙江一省以生產滑閥真空泵、羅茨- 滑閥真空機組的產值超過4 個億人民幣。但是由于沒有大抽速的雙級滑閥真空泵，在許多羅茨- 滑閥機組配置上需要設計成羅茨- 羅茨- 滑閥機組，或者用一個雙級滑閥泵可以達到使用目的的需要采用滑閥-羅茨來代替才能滿足真空度的要求。例如需要極限真空為10^-2 Pa、抽速為150L/s 時，必須設計成主泵為ZJ- 150 的羅茨泵，前級泵可以選用2H- 30的滑閥泵。但是在使用上有時希望在較高壓強時也具有大抽速，顯然用2H- 30 泵作為前級泵不能滿足這個要求，因此只好配2H- 70 泵作為前級泵，但是有些用戶還是不能滿足較高壓強下大抽速的要求，于是出現主泵是ZJ- 150，用戶要求前級泵配用H- 150 滑閥泵使用的怪現象。同時，我們分析羅茨泵的結構特點可以明顯看出，所謂羅茨泵的抽速完全受到前級泵的抽速的影響，羅茨泵的極限壓力主要決定于前級泵的極限壓力，前級泵的極限壓力低，羅茨泵才能獲得較低的極限壓力。由于過去沒有大抽速的雙級滑閥真空泵，所以不少時候只能用增加羅茨泵為基礎設計成羅茨- 羅茨- 滑閥機組來滿足和提高真空度的要求，這無疑使結構增加了復雜性。因此在總結羅茨機組的應用時，權威性資料提出對入口壓力非常低（PA<10^-2 hPa）和前級泵氣鎮閥工作時，通常使用雙級前級泵，否則羅茨泵所需的壓力很難達到，而且，在這種壓力下前級泵的抽速變得太低了，將導致壓縮比太高，容積效率降低了。現在羅茨真空泵已經發展有5000 L/s、10000 L/s 和20000 L/s，在很多情況下既需要大的抽速又需要較低的極限壓力，顯然單級滑閥真空泵就無法滿足這一要求，發展大抽速的雙級滑閥真空泵與之相匹配，必然可以簡化結構，達到節能，控制可靠的結果。

　　但是發展雙級滑閥真空泵會遇到很多技術難點，國外以美國KINNY 公司為代表，以三缸結構為主體發展單級和雙級滑閥真空泵，這一結構具有較好的動平衡效果，不需要在皮帶輪上加配重，不需要加平衡輪，雖然對滑閥桿的離心慣性力沒有得到平衡，但由于這一離心慣性力的干擾力較小，不足以產生大的振動，所以從平衡角度來說是一種好的結構形式。但是由于三缸結構需要兩個中壁，中間油缸供油比較困難，同樣轉速下，其結構設計體積偏大。所以據查，KINNY 公司生產最大的雙級滑閥真空泵為KTC- 112 泵，抽速為51 L/s，極限壓力為3×10^{- 2} Pa。根據KINNY公司技術英國GENERAL 公司生產的GKTC- 225泵，最大抽速為104 L/s，極限壓力為3×10^{- 2} Pa。我國為了發展大抽速的雙級滑閥真空泵，上海神工、浙江臺州環球、江蘇海真、浙江臺州力鑫、浙江真空設備公司等單位先后研制成功2H- 120、2H- 150、2H- 230 雙級滑閥真空泵，開拓了我國生產大型雙級滑閥真空泵的發展里程，為今后配置大型真空機組廣泛使用于太陽能利用、航空航天的真空模擬、稀有金屬提煉、真空冶金、電力設備的改造等領域提供了理想的預抽真空設備。