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全面了解真空泵



全面了解真空泵

产品特点 
①由于干式泵不会产生油蒸气体,因此生产车间环境及被处理的物品不受污染,是使用在净化车间等工业中zui理想的真空设备。
②与水循环真空泵比较,水环泵受地理、资源的限制,且造成水资源的严重浪费。同时工作时会使生产车间湿度激增,极易造成物品受湿变质,而干式泵就不存在这些问题。
③干式泵不需加油加水,所以和一般其它真空泵相比,经常性的维护保养工作可大大减少。
④干式泵引用多叶片的高速运转,避免了一般其它真空泵吸排气的脉冲波动,输吸气非常稳定。

2.使用范围
与一般真空泵相比,干式真空泵的使用范围更加广泛。具体可应用于:
制药机械上的胶囊充填、胶囊印字、药品混合、输送、真空干燥及药品包装机;
自动包装线上的真空吸拉、开袋、装料;
印刷机械上低能耗真空吸送;
各种液体注入瓶内的率真空灌装;
各种兼制品的真空吸塑成型;物体表面在真空状态下的气密性试验;
纸箱及瓶类物品的标签真空吸送、粘贴;
玻璃等薄板零件的真空吸运;
真空吸引固定下的照相制版,真空状态下利用压力差引导气体分析;
各种机械自动线上的真空吸夹具;
各种容器在真空状态下的渗漏试验;
食品加工机械上的应用;
各种离心机械在真空状态下高速运转的平衡试验;
医院手术室的真空吸引,牛奶场的真空吸奶;
以及各种真空包装机械的配套使用等等。

 

随着真空应用的发展,真空泵的种类已发展了很多种,其抽速从每秒零点几升到每秒几十万、数百万升。随着真空技术在生产和科学研究领域中对其应用压强范围的要求越来越宽,大多需要由几种真空泵组成真空抽气系统共同抽气后才能满足生产和科学研究过程的要求,由于真空应用部门所涉及的工作压力的范围很宽,因此任何一种类型的真空泵都不可能完全适用于所有的工作压力范围,只能根据不同的工作压力范围和不同的工作要求,使用不同类型的真空泵。为了使用方便和各种真空工艺过程的需要,有时将各种真空泵按其性能要求组合起来,以机组型式应用。
常用真空泵包括干式螺杆真空泵、水环泵、往复泵、滑阀泵、旋片泵、罗茨泵和扩散泵等,这些泵是我国国民经济各行业应用真空工艺过程中必不可少的主力泵种。近年来, 伴随着我国经济持续高速发展,真空泵相关下游应用行业保持快速增长势头,同时在真空泵应用领域不断拓展等因素的共同拉动下,我国真空泵行业实现了持续稳定地快速的发展。
结构特点
(1)泵总体结构型式
真空泵的泵体的布置结构决定了泵的总体结构。
立式结构的进、排气口水平设置,装配和连接管路都比较方便。但泵的重心较高,在高速运转时稳定性差,故这种型式多用于小泵。
卧式泵的进气口在上,排气口在下。有时为了真空系统管道安装连接方便,可将排气口从水平方向接出,即进、排气方向是相互垂直的。此时,排气口可以从左或右两个方向开口,除接排气管道一端外,另一端堵死或接旁通阀。这种泵结构重心低,高速运转时稳定性好。一般大、中型泵多采用此种结构。
泵的两个转子轴与水平面垂直安装。这种结构装配间隙容易控制,转子装配方便,泵占地面积小。但泵重心较高且齿轮拆装不便,润滑机构也相对复杂。
(2)泵的传动方式
真空泵的两个转子是通过一对高精度齿轮来实现其相对同步运转的。主动轴通过联轴器与电机联接。在传动结构布置上主要有以下两种:其一是电动机与齿轮放在转子的同一侧如图。从动转子由电动机端齿轮直接传过去带动,这样主动转子轴的扭转变形小,则两个转子之间的间隙不会因主动轴的扭转变形大而改变,故使转子之间的间隙在运转过程中均匀。这种传动方式的zui大缺点是:a.主动轴上有三个轴承,增加了泵的加工和装配难度,齿轮的拆装及调整也不便;b.整体结构不匀称,泵的重心偏向电动机和齿轮箱一侧。
特点
(1)在较宽的压力范围内有较大的抽速;
(2)转子具有良好的几何对称性,故振动小,运转平稳。转子间及转子和壳体间均有间隙,不用润滑,摩擦损失小,可大大降低驱动功率,从而可实现较高转速;
(3)泵腔内无需用油密封和润滑,可减少油蒸气对真空系统的污染;
(4)泵腔内无压缩,无排气阀。结构简单、紧凑,对被抽气体中的灰尘和水蒸汽不敏感;
(5)压缩比较低,对氢气抽气效果差;
(6)转子表面为形状较为复杂的曲线柱面,加工和检查比较困难。
机械选择
⑴真空泵工作时产生的振动对工艺过程及环境有无影响。若工艺过程不允许,应选择无振动的泵或者采取防振动措施。
⑵了解被抽气体成分,气体中含不含可凝蒸气,有无颗粒灰尘,有无腐蚀性等。选择真空泵时,需要知道气体成分,针对被抽气体选择相应的泵。如果气体中含有蒸气、颗粒、及腐蚀性气体,应该考虑在泵的进气口管路上安装辅助设备,如冷凝器、除尘器等。
⑶真空泵在其工作压强下,应能排走真空设备工艺过程中产生的全部气体量。
⑷正确地组合真空泵。由于真空泵有选择性抽气,因而,有时选用一种泵不能满足抽气要求,需要几种泵组合起来,互相补充才能满足抽气要求。如钛升华泵对氢有很高的抽速,但不能抽氦,而三极型溅射离子泵,(或二极型非对称阴极溅射离子泵)对氩有一定的抽速,两者组合起来,便会使真空装置得到较好的真空度。另外,有的真空泵不能在大气压下工作,需要预真空;有的真空泵出口压强低于大气压,需要前级泵,故都需要把泵组合起来使用。
⑸真空设备对油污染的要求。若设备严格要求无油时,应该选各种无油泵,如:水环泵、分子筛吸附泵、溅射离子泵、低温泵等。如果要求不严格,可以选择有油泵,加上一些防油污染措施,如加冷阱、障板、挡油阱等,也能达到清洁真空要求。
⑹正确地选择真空泵的工作点。每种泵都有一定的工作压强范围,如:2BV系列水环真空泵工作压强范围760mmHg~25mmHg(绝压),在这样宽压强范围内,泵的抽速随压强而变化(详细变化情况参照泵的性能曲线),其稳定的工作压强范围为760~60mmHg。因而,泵的工作点应该选在这个范围之内较为适宜,而不能让它在25~30mmHg下长期工作。
⑺真空泵排出来的油蒸气对环境的影响如何。如果环境不允许有污染,可以选无油真空泵,或者把油蒸气排到室外。
⑻真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求。如:某真空干燥工艺要求10mmHg的工作真空度,选用的真空泵的极限真空度至少要2mmHg,能达到1mmHg。通常选择泵的极限真空度要高于真空设备工作真空度半个到一个数量级。
⑼真空泵的价格、运转及维修费用。
机械安装
⑴真空泵应安装在地面结实坚固的场所,周围应留有充分的余地,便于检查、维护、保养。
安装原理图
安装原理图
⑵真空泵底座下应保持地基水平,底座四角处建议垫减震橡皮或用螺栓浇制安装,确保真空泵运转平稳,振动小。
⑶真空泵与系统的连接管道应密封可靠,对小真空泵可采用金属管路连接密封垫采用耐油橡胶,对小真空泵可采用真空胶管连接,管道管径不得小于真空泵吸气口径,且要求管路短而少弯头。(焊接管路时应清除管道中焊渣,严禁焊渣进入真空泵腔。)
⑷在连接管路中,用户可在真空泵进气口上方安装阀门及真空计,随时可检查真空泵的极限压力。
⑸按电动机标牌规定连接电源,并接地线和安装合适规格的熔断器及热继电器。
⑹真空泵通电试运转时,须取下电机皮带,确认真空泵转向符合规定方向方可投入使用,以防真空泵反转喷油。(转向按防护罩指示方向)
⑺对于有冷却水的真空泵,按规定接通冷却水。
⑻如真空泵口安装电磁阀时,阀与真空泵应同时动作。
⑼当真空泵排出气体影响工作环境时,可在排气口装接管道引离或装接油雾过滤器。

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选型

真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子,降低真空室内的气体压力,使之达到要求的真空度。概括地讲从大气到极高真空有一个很大的范围,至今为止还没有一种真空系统能覆盖这个范围。因此,为达到不同产品的工艺指标、工作效率和设备工作寿命要求、不同的真空区段需要选择不同的真空系统配置。为达到zui佳配置,选择真空系统时,应考虑下述各点:
首先必须检查确定每一种工艺要求的真空度。因为每一种工艺都有其适应的真空度范围,必须认真研究确定之。
在确定了工艺要求的真空度的基础上检查真空泵系统的极限真空度,因为系统的极限真空度决定了系统的zui佳工作真空度。一般来讲,系统的极限真空度比系统的工作真空度低20%,比前级泵的极限真空度低50%。
检查确定工艺要求的抽气种类与抽气量。因为如果被抽气体种类与泵内液体发生反应,泵系统将被污染。同时必须考虑确定合适的排气时间与抽气过程中产生的气体量。
检查确定达到要求的真空度所需要的时间、真空管道的流阻与泄漏。考虑达到要求真空度后在一定工艺要求条件下维持真空需要的抽气速率。
s=2.303(v/t)lg(p1/p2)
其中:
s为真空泵抽气速率(l/s)
v为真空室容积(l)
t为达到要求真空度所需时间(s)
p1为初始容器内气压
p2为抽气后容器内气压
影响因素
它是决议产品的大小,抽气量请求愈高,产品体积相对愈大,所需配用的电机功率亦会愈高。
它是决议产品采用何种构造,真空度是有表压及压力这两种读数。压力表示读数是值,即读数愈靠近‘0\',真空度愈高。但反观表压,愈接近760mmHɡ即表示真空度愈高,假若你所请求的压力(极限真空)是靠近‘0\',那么只要真空泵才能够满足这个需求。
维护保养
真空泵的好坏决定于其机械结构和油的质量,使用真空泵时必须把它保护好。如果蒸馏挥发性较大的有机溶剂时,有机溶剂会被油吸收结果增加了蒸气压,从而降低了抽空效能,如果是酸性气体,那就会腐蚀油泵,如果是水蒸气就会使油成乳浊液而抽坏真空泵。
因此使用真空泵时必须注意下列几点:
在蒸馏系统和真空泵之间,必须装有吸收装置。
蒸馏前必须用水泵彻底抽去系统中有机溶剂的蒸气。
如能用水泵抽气的,则尽量用水泵,如蒸馏物质中含有挥发性物质,可先用水泵减压抽降,然后改用油泵。
减压系统必须保持密不漏气,所有的橡皮塞的大小和孔道要合适,橡皮管要用真空用的橡皮管。磨口玻璃涂上真空油脂。
根据使用的范围和抽气效能可将真空泵分为三类:
(1)一般水泵,压强可达到1.333~100kPa(10~760mmHg)为"粗"真空。
(2)油泵,压强可达0.133~133.3Pa(0.001~1mmHg)为"次高"真空。
(3)扩散泵,压强可达0.133Pa以下,(10-3mmHg)为"高"真空。
若要较低的压力,那就要用到油泵了,好的油泵能抽到133.3Pa(1mmHg)以下。
在有机化学实验室里常用的减压泵有水泵和真空泵两种,若不要求很低的压力时,可用水泵,如果水泵的构造好且水压又高,抽空效率可达1067~3333Pa(8~25mmHg)。水泵所能抽到的zui低压力理论上相当于当时水温下的水蒸气压力。例如,水温25℃、20℃、10℃时,水蒸气的压力分别为3192、2394、1197Pa(8-25mmHg)。用水泵抽气时,应在水泵前装上安全瓶,以防水压下降,水流倒吸;停止抽气前,应先放气,然后关水泵。
润滑油
在真空泵中真空泵油不仅作为获得真空的介质,还对机械摩擦点起润滑、冷却和密封作用。
这是真空泵油的zui重要的性能,由于真空泵要求真空度很高,一般用石蜡基窄馏分润滑油,对于扩散真空泵,还可使用蒸气压很低的硅油或其他合成油。
真空泵腔内容积不断变化而形成排气作用,要求润滑油应具有合适的粘度和粘温特性。
真空泵不断向高速度发展,由于滑片和泵体的高速摩擦使油温升高,油品很容易氧化分解,尤其扩散泵往往处于很高的温度环境下工作,使系统内蒸气压升高,真空度降低,因此要求真空泵油具有良好的热氧化安定性。
真空泵吸入的如果是腐蚀性气体,会与油发生化学反应,腐蚀泵内零件;吸入空气中往往含有水汽冷凝水,引起真空泵油的乳化并使金属腐蚀,所以要求具有良好的抗腐蚀和抗乳化性。
主要要求真空泵中不携带轻质组分,以免影响油品的饱和蒸气压。
极限压力是真空泵油重要的使用性能指标以了解在zui低真空极限压力下真空泵的极限压力。
电机温度高
某公司的300MW机组,每台机组配备2台机械真空泵,其中1台运行,1台备用。真空泵用于机组启动时抽真空,正常运行时用于抽出凝汽器中未凝结的气体。该泵配备电机160kW,转速590r/min,额定电流330A,电压380V,B级绝缘,正常运行时电流220~230A。每年夏季,电机温度都会超限,被迫加装临时冷却风机,但收效不大。电机长期高温运行会造成绝缘老化,缩短其使用寿命。对真空泵电机温度高的原因分析如下。
原因分析
(1)电机功率大,工作电流大,发热量大。
(2)风扇转速低,风压,风量小。
(3)风扇叶片数较少,产生的风量小。
(4)电动机附有灰尘、油污,降低了散热能力。
(5)真空泵电机所在母线电压为380V,由于电缆压降及负荷分配不均,电机实际所加电压只有365V,电压偏低造成运行电流大。
对策
电机功率、转速是和真空泵相匹配的,不能更改。风扇安装于电机主轴上,电机转速决定了风扇转速,也不可更换。增加风扇叶片数量虽能起到一定作用,但叶片数量增加后,动平衡不容易找,如找正不好,会引起电机振动增加。
(1)将原风扇罩加长40cm,在里面加装一个与风扇罩同直径轴流风机,轴流风机电机功率850W,转速1489r/min,电压380V。原风扇继续保留。轴流风机另设一路电源控制,轴流风机与主电机不设连锁。真空泵启动后及时启动轴流风机运行,真空泵停运后30min停运轴流风机,以使主电机得到充分冷却;
(2)定期清除电机上灰尘,保持电机散热片清洁,增加其散热能力;
(3)将真空泵所在母线电压调整为400V。
效果
(1)由于轴流风机转速高,风压风量大,冷却效果大大增强,在相同的环境温度、负荷电流下,主电机温度下降了12℃。夏季主电机温度未再超限。
(2)轴流风机可人为控制,主电机停运后,轴流风机仍可运行,可以使主电机得到充分冷却。
(3)尽量使2段母线负荷分配平衡,以防某段母线因负荷过重造成电压下降过多。
(4)电压调整后,真空泵运行电流降为210A,发热量相对减小。
(5)减缓了主电机的绝缘老化速度,延长了其使用寿命。
泵轴轴承位磨损真空泵传动部位磨损是普遍存在的问题,其中包括轴承位、轴承座、轴承室、键槽及螺纹等部位,传统方法以补焊和刷镀喷涂为主,但两者均存在一定弊端:补焊高温产生的热应力无法完全消除,易造成材质损伤,导致部件出现弯曲或断裂;而电刷镀受涂层厚度限制,容易剥落,且以上两种方法都是用金属修复金属,无法改变“硬对硬”的配合关系,在各力综合作用下,仍会造成再次磨损。当代西方国家针对以上问题多使用高分子复合材料的修复方法,而应用较多的有美国美嘉华技术体系,其具有超强的粘着力,优异的抗压强度等综合性能。应用高分子材料修复,可免拆卸,免机加工。既无补焊热应力影响,修复厚度也不受限制,同时产品所具有的金属材料不具备的退让性,可吸收设备的冲击震动,避免再次磨损的可能,并大大延长设备部件的使用寿命,为企业节省大量的停机时间,创造巨大的经济价值。
腐蚀真空泵腐蚀的形态可分为全面(均匀)腐蚀和局部腐蚀两大类,前者较均匀的发生在真空泵全部表面,后者只是发生在局部,如孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等。采用高分子复合材料对真空泵实施表面有机涂层防腐,其具有良好的耐化学性能及优异的力学性能和粘接性能,与传统的压力容器焊接修补相比,具有施工简便、成本低、安全性能,修复效果好的特点。


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