滑閥真空泵性能再探——極限真空度
本文對(duì)滑閥真空泵的性能作了進(jìn)一步研究，提出了活動(dòng)密封的新概念，研究了排氣速度、排氣流道大小和形狀對(duì)泵的性能的影響，闡明了滑閥泵噪聲機(jī)理研究中的又一個(gè)新噪聲源———導(dǎo)軌對(duì)滑閥桿的撞擊，分析了泵的噪聲傳播和屏蔽，討論了減少摩擦功的途徑。
經(jīng)多年實(shí)踐和研究，對(duì)滑閥真空泵的極限壓力、抽氣速率、消耗功率和噪聲等主要性能有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，提出了一些新的看法和觀點(diǎn)，如排氣流道形狀和排氣速度、排氣閥彈簧的壓緊力和浮動(dòng)閥片、導(dǎo)軌對(duì)滑閥的撞擊、滑閥對(duì)泵內(nèi)壁的撞擊、高低真空缸的間隙分配、高低真空缸之間的通道、以及進(jìn)、排氣管道等對(duì)泵性能的影響。至于泵的振動(dòng)與平衡因篇幅較長(zhǎng)，擬另撰文論述。
1、真空度
滑閥真空泵的真空度應(yīng)該首先是滿(mǎn)足用戶(hù)需要和保證穩(wěn)定運(yùn)行，通常用戶(hù)很少在極限壓力下使用，所以我們不應(yīng)該片面追求真空度。泵的真空度主要取決于各密封處的密封程度和泵油的質(zhì)量。
1.1、泵油的質(zhì)量
泵油的質(zhì)量包括泵油本身質(zhì)量和使用質(zhì)量，我國(guó)自從SH/T 0528- 1992《礦物油型真空泵油》標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，按該標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)泵油的質(zhì)量，經(jīng)與國(guó)外同類(lèi)泵油在雙級(jí)泵上做對(duì)比試驗(yàn)，用MKS 公司的薄膜真空計(jì)測(cè)得的真空度基本一致，說(shuō)明我國(guó)優(yōu)質(zhì)泵油的質(zhì)量已達(dá)到國(guó)外同類(lèi)泵油的水平。而一級(jí)品和合格品則稍差一些，主要表現(xiàn)在全壓上有一定差距，而分壓則無(wú)多大差別。在使用質(zhì)量上，據(jù)用戶(hù)反映，國(guó)產(chǎn)泵油抗乳化能力稍差，油水不易分離，所以在抽除含有水蒸氣的氣體時(shí)，泵一定要開(kāi)氣鎮(zhèn)閥。
1.2、動(dòng)密封
通常指軸與油封之間的密封，首先是對(duì)軸上安裝油封處粗糙度的要求，要保證在0.4~0.8 μm，高速時(shí)取小值。軸與軸套的表面硬度要求達(dá)到HRC（55~58），軸與油封唇口之間必須保持一定厚度
的潤(rùn)滑油膜，它既起到潤(rùn)滑作用，又起到密封作用，所以油的清潔度要求很高，最好不要用泵內(nèi)的工作油。偏心是造成油封異常磨損，破壞油封密封性的主要原因。偏心又可分為動(dòng)態(tài)偏心與靜態(tài)偏心兩種，動(dòng)態(tài)偏心，也就是軸的跳動(dòng)，是由于軸的振動(dòng)和軸承的徑向跳動(dòng)所引起的軸的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，一般不要大于0.15 mm。靜態(tài)偏心是由于油封座與軸之間的偏心或油封內(nèi)、外圓的偏心所致。兩種偏心導(dǎo)致一個(gè)結(jié)果，使油封唇口對(duì)軸表面的接觸壓力分布不均，導(dǎo)致軸和油封產(chǎn)生偏磨損，造成內(nèi)漏則影響真空度，造成外漏則向外漏油，所以應(yīng)將偏心導(dǎo)致限制在一定的范圍內(nèi)，一般要求總偏心不要超過(guò)0.3 mm。
1.3、活動(dòng)密封
活動(dòng)密封包括排氣閥、溢流閥的密封和泵腔內(nèi)各相關(guān)零部件之間的活動(dòng)間隙密封。
1.3.1、排氣閥、溢流閥的密封
排氣閥關(guān)閉的密封程度直接影響到油箱內(nèi)略高于大氣壓的氣體向泵腔內(nèi)返流的問(wèn)題，如關(guān)閉不嚴(yán)會(huì)嚴(yán)重影響到泵的真空度。造成關(guān)閉不嚴(yán)的主要原因是閥片變形、碎裂、或者是閥片跳動(dòng)時(shí)導(dǎo)向不良造成閥片擱住。
排氣閥關(guān)閉不及時(shí)也會(huì)影響泵的真空度，例如為了減少高真空時(shí)的消耗功率和噪聲而采用壓緊閥與浮動(dòng)閥相結(jié)合的復(fù)合排氣閥時(shí)，單級(jí)泵一般不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，而使用在雙級(jí)泵上時(shí)，由于低真空腔與油箱內(nèi)的壓差相對(duì)較小，尤其是在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，浮動(dòng)閥就會(huì)出現(xiàn)不能及時(shí)關(guān)閉的現(xiàn)象，從而影響泵的真空度。雙級(jí)泵高真空腔的溢流閥如采用浮動(dòng)閥，則由于兩邊壓差更小，問(wèn)題會(huì)更突出。
排氣閥彈簧力在保證閥密封性的前提下，可取得小一些，如壓緊力過(guò)大，會(huì)增大消耗功率。過(guò)去一些仿制泵彈簧壓緊力達(dá)1.2×105 Pa，經(jīng)我們反復(fù)試驗(yàn)求證，認(rèn)定取1.02~1.1×105 Pa 較合適，不但減少了消耗功率，噪聲也下降了。
1.3.2、泵腔內(nèi)各零部件之間的間隙密封
泵腔各零部件之間的間隙尤以導(dǎo)軌與滑閥（桿）、導(dǎo)軌與泵體之間的間隙最為重要，通過(guò)這兩個(gè)間隙返流的氣體是以稍高于大氣壓的狀態(tài)返流到泵進(jìn)口的，所以對(duì)真空度的影響最大。采用分體導(dǎo)軌時(shí)氣體返流的影響更大，因?yàn)榉煮w導(dǎo)軌在泵排氣時(shí)，導(dǎo)軌與滑閥（桿）、導(dǎo)軌與泵體之間的兩個(gè)間隙集中反映到導(dǎo)軌與泵體之間的一個(gè)間隙上（如圖1 所示）。而整體導(dǎo)軌在泵排氣時(shí)仍保持兩個(gè)間隙，（如圖2 所示）。所以從提高泵的真空度和抽速的角度來(lái)說(shuō)，以采用整體導(dǎo)軌為好。
實(shí)驗(yàn)證明也是如此，我們?cè)?50 L/s 的泵上做過(guò)整體導(dǎo)軌和分體導(dǎo)軌的對(duì)比試驗(yàn)，為了保證二者有同樣的間隙，分體導(dǎo)軌用整體導(dǎo)軌拆解而成。實(shí)測(cè)結(jié)果，分體導(dǎo)軌時(shí)泵的真空度要低一些，噪聲要高2 dB（A）左右（后面另作分析）。必須指出，分體導(dǎo)軌容易咬死，所以間隙要適當(dāng)放大。
滑閥兩側(cè)面與泵蓋、中隔板之間的間隙對(duì)真空度的影響也很明顯。如間隙過(guò)大，特別是泵溫升高以后，油的粘度降低，密封性就差了，泵的真空度會(huì)下降。間隙小對(duì)真空度有利，但間隙過(guò)小，對(duì)油膜的形成造成困難，反而不利于真空度的提高，所以應(yīng)該按工作條件，如粉塵大小和多少、被抽氣體對(duì)泵油的影響以及泵的工作溫度等來(lái)選取合適的間隙。
偏心輪與滑閥（環(huán)）內(nèi)圓之間的間隙對(duì)泵的真空度并無(wú)直接影響，但偏心輪特別是開(kāi)式偏心輪與滑閥（環(huán)）內(nèi)圓組成的空間在停泵破壞真空后充進(jìn)了空氣，在泵再次啟動(dòng)工作時(shí)，上述空間內(nèi)的空氣只能通過(guò)偏心輪與滑閥（環(huán)）內(nèi)圓之間的間隙慢慢的被抽出，而泵油也是從這個(gè)間隙慢慢的進(jìn)入上述空間，這個(gè)置換過(guò)程可長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，影響了泵的真空度上升速度，所以在偏心輪與滑閥（環(huán)）內(nèi)圓之間的間隙處必須開(kāi)導(dǎo)油槽，以利于油和氣的交換。
滑閥（環(huán)）外圓與泵缸內(nèi)壁之間的間隙，決定了吸氣腔與壓縮腔之間的密封程度。間隙過(guò)大，密封油膜容易被擊穿，間隙過(guò)小，油膜不易形成，都將影響真空度。但上述間隙不是單獨(dú)存在的，它還受到偏心輪與滑閥（環(huán)）內(nèi)圓之間的間隙的制約，這兩個(gè)間隙形成的總間隙必須保證滑閥（環(huán)）外圓不會(huì)與泵缸內(nèi)壁產(chǎn)生撞擊。
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