羅茨真空泵試驗方法的研究

2011-08-25 王西龍浙江真空設備集團有限公司

　　羅茨泵的抽氣速率和極限壓力是泵的主要性能，但它在很大程度上要依賴于前級泵的型式和性能，因此它并不是羅茨泵本身特有的性能。能代表羅茨泵特征性能，而又與前級泵無關的是零流量壓縮比、最大允許壓差與溢流閥壓差、漏率和噪聲，它們與羅茨泵的真空狀態(tài)、抽氣性能和運行質(zhì)量有著極其密切的關系。文中對特征性能的試驗方法和裝置進行了分析和研究，提出了有異于國內(nèi)外現(xiàn)行標準的，更精粹、獨特的見解。

　　抽氣速率和極限壓力是羅茨泵的主要性能參數(shù)，但它不是羅茨泵本身特有的性能參數(shù)，而是羅茨泵和各種前級泵所組成的機組的性能參數(shù)。真正能反映羅茨泵特征性能，而又與前級泵無關的性能參數(shù)是零流量壓縮比、最大允許壓差與溢流閥壓差、漏率和噪聲。它們能真實反映羅茨泵的真空狀態(tài)、抽氣性能和運轉(zhuǎn)的可靠性、穩(wěn)定性。

　　氣冷式羅茨泵可以單臺直排大氣，這與普通羅茨泵有所區(qū)別，但由于消耗功率較大，一般均采用多臺串聯(lián)或以其它泵作前級，組成多級羅茨機組，此時氣冷式羅茨泵成了機組的主泵，它的運轉(zhuǎn)狀態(tài)就與普通羅茨泵相同了。

　　目前國內(nèi)外有關羅茨泵的試驗（驗收）標準尚有不少不明之處和不足之處，有望通過試驗、對比和分析，提出新的見解。

1、零流量壓縮比K0 測試和研究

1.1、測試裝置對零流量壓縮比K0 測試的影響

1.1.1、羅茨泵進口測試罩對K0 測試的影響

　　測試罩的作用是穩(wěn)定壓力，所以從理論上說測試罩的容積越大越好，但在現(xiàn)實中是不可能的。即使國內(nèi)外標準所規(guī)定的罩的容積至少應為泵腔有效容積的5 倍，這對中小型泵而言毫無疑議，但對5000 L/s 以上的大型泵則就顯得太大了，這么重的罩壓在中空的羅茨泵上，一不小心就可能把泵壓變形了。測試罩究竟取多大為好，國際真空界對此也有爭論。為此我們在ZJ-600 型羅茨泵上做了直徑為400 mm 和200mm 的測試罩的對比試驗，400 mm 測試罩的容積正好是標準所要求的5 倍，而200 mm 測試罩的容積只有0.56 倍。用這二種測試罩測試零流量壓縮比K0 的對比數(shù)據(jù)見表1，測試儀器為MKS 公司的626A 型電容壓力傳感器（0.1、10、100、1000）和PDR2000 型雙通道電源和顯示儀。

羅茨泵進口測試罩對K0 測試的影響

表1 羅茨泵進口測試罩對K0 測試的影響

　　試驗的對比數(shù)據(jù)表明，容積相差很大的二種測試罩所測得的零流量壓縮比K0 值沒有明顯差別，對泵的極限壓力的測量也沒有影響。我們的看法是對中小型羅茨泵按罩的容積不小于5 倍泵腔容積的規(guī)定執(zhí)行，對于5000 L/s 以上的大泵的測試罩容積可適當放寬至2~3 倍。

3、漏率的測試

　　漏率系指在規(guī)定條件下，一種特定氣體通過漏孔的流量。

　　羅茨泵的漏率與極限壓力有直接關系，在極限壓力下運轉(zhuǎn)的羅茨泵中，它的氣體狀態(tài)已接近分子流，氣體的分子自由程較大，氣體分子不易穿透轉(zhuǎn)子與各相關零部件之間的間隙，也就是說此時間隙對極限壓力的影響已極其微小，能影響極限壓力的因素就只有漏率了。所謂羅茨泵達到了極限壓力，就是滲漏進入羅茨泵的氣體與羅茨泵抽出的氣體達到了動態(tài)平衡，進入了相對穩(wěn)定狀態(tài)。

　　羅茨泵漏率的測試方法有關閥測漏法和氦質(zhì)譜測漏法二種。

3.1、關閉測漏法

(a) 測試裝置

　　測試裝置由羅茨泵、測試罩、前級泵、真空閥門、管路和真空計組成。

(b) 測試步驟

　　關閉微調(diào)閥，打開擋板閥，啟動前級泵和羅茨泵，達到極限壓力后繼續(xù)運轉(zhuǎn)4 h，以使羅茨泵和測試罩充分除氣。關閉羅茨泵與前級泵之間的擋板閥，當測試罩內(nèi)壓力上升到預定的壓力P1時，記取時間t1，壓力繼續(xù)上升到P2（≤13 Pa）時，記取相應時間t2，按下式計算羅茨泵的漏率：