液力傳動型滑閥真空泵性能研究

2019-10-04 許濤 浙江真空設備集團有限公司

  本文論述了液力傳動的基本概念,對滑閥真空泵使用V 型帶傳動所存在的問題進行了分析,闡明了將液力傳動應用在滑閥真空泵上以后,既可以充分利用電機的最大扭矩啟動的特點,來改善泵的啟動性能,尤其是低溫狀態下的啟動,整個啟動過程平穩柔和,可隔離扭振,減緩啟動沖擊和振動,有效防止機械磨損,延長設備使用壽命;又可以利用它的限矩功能,將泵的能耗控制在一個適當的范圍內,降低配套電機的功率,具有顯著優異的節能效果。

  工業生產中的機械一般由原動機、傳動機構和工作機械三部分組成。在真空行業中,原動機為各種電動機,工作機械為各種類型真空泵。傳動機構主要是直聯(或通過聯軸器)傳動、V 型帶傳動和齒輪傳動。羅茨真空泵通常都是通過聯軸器直聯傳動,只有英國EDWARDS 公司的EH 系列羅茨真空泵是用液力傳動的。滑閥真空泵通常都是用V 型帶傳動,只有德國LEYBOLD 公司的DK 系列滑閥真空泵是用齒輪傳動的,但從未見液力傳動應用在滑閥真空泵上的報導和文獻,在國內外也從未見有液力傳動型滑閥真空泵的產品。

  1、液力傳動的基本概念

  主要依靠工作液體的動能變化來傳遞或變換能量的傳動系統稱為液力傳動,液力傳動包括液力偶合器和液力變矩器兩種主要的傳動元件類型。適合在真空泵中使用的是液力偶合器,按它的結構和性能又分為普遍型、限矩型和調速型偶合器等不同類別。

  我們在滑閥泵中采用的是限矩型偶合器,液力偶合器基本工作原理:可以簡單看作是葉片泵(泵輪)和水輪機(渦輪)的組合,泵輪由電機帶動旋轉,位于泵輪內的工作液受到泵輪葉片的作用,產生離心力迫使工作液向外緣流動,從而使工作液的速度和壓力增大,這樣就把電機的機械能轉變成泵輪內工作液的動能;泵輪排出的工作液進入渦輪,沖擊渦輪的工作葉片,同時工作液被迫沿渦輪葉片間流道向心流動,流速減小,工作液的能量轉變成渦輪輸出軸上的機械能。工作液對渦輪做功,降低能量后再次回到泵輪,并吸收能量,如此循環往復,真空技術網(http://smsksx.com/)認為就實現了泵輪與渦輪之間的能量傳遞。液力偶合器可以將輸入軸上的轉矩大小不變地傳遞到輸出軸上。

靜壓泄液式液力偶合器

圖1 靜壓泄液式液力偶合器

  2、滑閥真空泵的運行特征

  滑閥泵是一種應用非常廣泛的真空泵,不但可單獨使用,更多的是作為各種機組的前級泵使用,市場需求量中以大、中型泵為主,我們最大泵的抽速已達到1000L/s,配套功率達到100kW。大、中型滑閥泵的慣性大,加上油的粘度又大,泵的啟動電流非常大,啟動大電流持續時間長,特別是冬季,給泵的啟動帶來很大的困難。

  JB/T1246—2007“滑閥真空泵”技術要求規定,泵的使用環境溫度為5~40℃,如中型泵的H-150型泵配套功率為15kW,在環境溫度為20℃時啟動功率為11.25kW,而在6℃時,啟動功率卻達到37.5kW,而且啟動困難。STOKES 公司的412H,原來配套電動機為7.5kW,在5℃時啟動功率達到了33.8kW,后來它將配套電動機改為了11kW。因此,為了保證泵在低溫狀態下的順利啟動,不但要增加配套電動機的功率,輸電線路和電器控制設備的容量也要增大。

  “滑閥真空泵” 技術要求規定,泵長期運轉的最高入口壓力容許值:雙級泵為1.5kPa,單級泵為15kPa。這都說明滑閥泵不容許、也不適合在超過上述規定的入口壓力下長期工作,而應選用活塞泵、液環泵、氣冷式羅茨泵和濕式羅茨泵等。實際上滑閥泵也大都使用在真空度較高的工況下,我們可以從滑閥泵的功率—入口壓力曲線(圖2)上看出,在此壓力范圍內工作泵的消耗功率都不大,即使加上一定的余量,泵的功耗也只有配套功率的70~75%。

靜壓泄液式液力偶合器

圖2 滑閥泵的功率- 入口壓力曲線

  綜上所述,滑閥泵所使用的液力傳動機構應具有:能將泵的消耗功率限制在一個適當的范圍內,泄液速度較快,防瞬時過載能力強;能有效改善泵的啟動性能,降低啟動電流,保證泵在低溫下也能平穩順利啟動。

  能滿足上述要求的偶合器是復合泄液式限矩型偶合器,它結構類似靜壓泄液式偶合器,但卻有類似動壓泄液式偶合器的功能,真空技術網(http://smsksx.com/)認為它既有動壓泄液又有靜壓泄液,故稱復合泄液式偶合器。它結構簡單,軸向尺寸小,可以直接安裝在電動機軸上。

  8、結束語

  液力傳動裝置使用到滑閥真空泵上以后,可以帶來很大的效益。它可有效改善和提高電動機的啟動能力,縮短電動機啟動時間和啟動大電流持續時間,降低電動機啟動電流,使泵在低溫下也能正常平穩啟動;具有良好的過載保護能力,可減少泵的電機配套功率和電器控制設備的容量,具有顯著的節能效果,節能效益可達25~30%。上述工作我們做得還很不夠,還有許多問題需進一步研究和探討。