真空泵问题研究与对策初探

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真空泵问题研究与对策初探
摘  要：滑片式真空泵具有自吸能力较强、效率高等优点，并且能够输送带液体的气体以及腐蚀性或爆炸性气体，但是滑片式真空泵主要是靠活塞和滑片来吸入和排出气体，因此磨损非常严重，也给密封带来了一定的困难。所以本文主要就以旋片真空泵等为例，就其出现的问题及其解决方案作些论述。
关键词：真空泵；噪声；失效； 密封

1  真空泵国内外发展现状


目前，随着石油、化工、电力工业的迅速发展，真空泵将会有很大的市场。在国外，Nash、Seimems和Kinney等公司都在我国投资建厂或建立销售网络，不断扩大在我国的市场。国产真空泵制造业有着悠久的历史和较强的基础，已经在各个不同领域得到应用并经过验证，有些还出口国外，得到国外用户及企业认可，应该说我国真空泵制造业在国内外有很好的发展空间，尤其国产真空泵在价格上有显著优势，关键要改进设计，缩小体积，减轻重量，提高效率，降低能耗。介于此，对于真空泵常存在的问题做些总结探讨，进而提出一些防止对策，将会对以后深入研究该问题起铺垫作用。

2  真空泵存在的常见问题：
2.1  真空泵的噪声问题：
首先就是噪声的测量问题。在声功率级的测量中，声强法比声压法具有更大的优越性，声强技术在旋片真空泵声功率级的测量中具有足够高的精度，能够在任何环境下准确评价泵产品的噪声性能，能够为精确测量机械设备噪声源的声功率级别提供参考方法[1] 。李玉英等人对真空泵的噪声做了降噪分析。他们通过对噪声源（轴承噪声、旋片对缸壁的冲击产生的噪声、排气阀片对阀座和支持件的冲击噪声、机械零件的不平衡等引起的噪声……）的分析，采用声计器等实验装置来进行试验。在实验设备中通过改变泵的参数，来分析噪音的变化，从而寻求理想的泵参数 [2] 。
2.2　真空泵叶片的过早失效：
C．R．Gagg等人研究了真空设备情况下的真空泵的叶片过早失效的原因。他们觉得真空泵作为真空设备的一部分，当其损害时，会导致产品质量迅速下降。据他们分析，真空泵的叶轮损害根本原因是应力腐蚀开裂。他们的解决方案是铜铅红色外套和内部表面叶轮泵体上镀一个防酸的涂层 [3] 。但是这样，只解决了泵的腐蚀的问题，应力问题依然没有得到解决。关于旋片的问题，还有人提出了改进方案：延边利源通用机械有限责任公司于元吉等人通过在滑片上加滚动轴承，来实现滑片和泵体的滚动摩擦 [4] ，但是对于滑片的强度和由此带来的密封问题却没有给出相应的解决办法，并且轴承和泵体虽采用无油润滑，也没有给出相应的数据比较。浙江工业大学的张生昌等人，就滑片也做出了简单的改进，只是在滑片的末端加了一段滚子，使滑片在摩擦的过程中，与泵体相滚动 [5] 。这种结构简单，但是实用的情况却没有得到论述。
2.3　真空泵的密封问题：
关于真空泵的密封问题。他们在泵的吸气腔设计有进水管和进水开关，通过不断向泵体内供水，来保障泵的密封和冷却，使泵达到和水环泵工作时压缩气体基本上是等温的效果。因而可用机械效率高的单级旋片真空泵部分替代机械效率较低的水环泵而节约能源 [6] 。下面是泵的旋片的材料问题，经过和进口材料B-2比较，3336材料在抗弯强度上占优；旋片长度上的线膨胀系数也较好；油润滑摩擦因数相当；密度接近；层向即旋片厚度方向的膨胀系数较大。在设计时要考虑用户的最高温度预留间隙。干摩擦因数较大，不适合无油少油的工作环境。在价格上，3336有显著的优势，不含石墨，影响对泵是否磨损的判断 [7] 。还有就是是关于真空泵的漏油问题，研究解决旋片真空泵的漏油是重要的，各种旋片真空泵, 包括直联的、皮带传动的单级的双级、不同极限压力等等, 所有采用油来润滑和密封的旋片真空泵, 都有防止漏油的问题。它们的总产量很大, 应用面很广。泵油外漏会污染工作场所, 漏油过量会降低泵的性能, 还会障碍人体健康, 影响光学仪器等精密仪器的使用。频繁加油, 维修则会增加维修费用, 又会降低生产或工作效率。漏油问题也是障碍产品出口, 挡住进口, 争取国内市场的重要因。泵的失效形式包括两方面：静密封失效和和动密封失效。解决方案有采用优质轴封，订购优质密封件，提高支座体和油箱的平面结合度，防止疏松等等 [8] 。接着是旋片真空泵的回油和喷油的克服，机械真空泵停车后的回油、喷油现象，给再次启动和环境卫生带来不少麻烦，他们设计了一种偏心泵（旋片式真空泵）经几年实践，该泵的性能良好，能克服回油和喷油的毛病 [9] 。这是关于真空泵的泄露量的预测，他们发现一种只需要把叶轮、定子还有操作条件下的压力等参数输入进去，就能通过一个固定的泵来预测出真空泵的泄露损失。这种计算方法的理论依赖于努森定律 [10] 。
2.4  真空泵的震动问题：
关于真空泵的震动及其处理，(1)真空接力泵的负荷偏大：真空泵出入口两侧的压差，产生了振动和噪声。这是由罗茨式真空泵的脉动特性决定的，在出人口两端压差过大的情况下，加剧了运行中真空泵的振动和噪声。(2)喷淋效果差：罗茨真空泵入口喷入乙苯，在转子与汽缸之间形成液封，这样即减少泄漏、提高容积效率，又可以除去部分真空泵本体的热量。但过量的乙苯会使喷淋液雾化不好，产生气液夹带，冲击风机转子，在直叶转子空腔内积累了喷淋液，影响动不平衡，加剧直叶转子的振动 [11] 。A.P. Berkhoff等人研究了高精度真空泵的噪音的吸收问题。他们设计了一种高精度的和真空泵相配套的装置，具有多端输入多端输出的等特点，采样频率约为12KHz，是针对真空振动水平的装置 [12] 。
2.5　真空泵的一些参数：
下面是真空泵的技术参数问题，主要是保持泵的真空度。泵的真空度降低，真空度降低的原因主要有:真空室密封接触面加工装配处理不当;搅泥螺旋终止处与筛板之间的距离不适宜;挤泥轴用轴承的密封不严等等 [13] 。李孝华等人就泵的真空度的降低提出了一种新材料。Belzona 1111 及Belzona 5811高分子修复材料防腐、耐磨、结合强度高.即可以作为受损设备的防腐层,也可以作为修复层.将之用于真空泵的维修,可大幅度提高极限真空度,降低设备的腐蚀(气蚀)倾向[14] 。淄博特士德真空设备科技有限公司刘中华等人设计了一种提高抽速及真空度的真空泵克服了目前通用的真空泵存在的降低真空度、容易过载、有液体便产生困液缺陷, 提高了排净率,增强了排液能力,抽速及真空度均得到提高 [15] 。

3  研究方法
通过对叶片、泵内部流道在各工况下的流场变化进行仿真模拟，寻找改进内部流道或叶片形状等方式来减少损失，缓解噪声、腐蚀、震动等问题，还需要噪声测试仪器等设备来进行检验理论，通过大量实验及理论上的证实，应该会为本问题寻找一个较为理想的方法。但这些想法，由于目前的理论水平限制，还需进一步斟酌、完善。
4　结论：
真空泵虽然适应性强，应用广泛，但是仍然有自己的缺点和不足。然而纵观上述改变或者减少真空泵缺点的措施中，多以改变泵的参数为主，通过实验进行优化，这种优化后的泵往往在应用上就有一定的限制。所以我认为，只有改变真空泵的结构，才能彻底消除真空泵的缺点，使真空泵得带更好、更广泛地应用。
参考文献
[1]王慧，陆云．旋片真空泵噪声声功率级的测量研究[J]．流体传动与控制，2010-09，42（05）：16-20
[2] 胡焕林，李玉英，刘征宇，等．旋片真空泵的降噪分析[J]．真空科学与技术，1992-2，12（1）：50-57
[3] C.R. Gagg , P.R. Lewis , C. Tsang. Premature failure of a vacuum pump impeller rotor recovered from a pitch impregnation plant[J]．Engineer Failure Analysis，2008, 15: 606-615
[4]于吉元，谷士春．无油润滑滚动滑片式空压机[P]．中国，CN 03110840 U．2003-06-18
[5]张生昌，陈晗峰，鲍雨梅．滚动滑片泵[P]．中国，CN 2663692 U． 2008-01-09
[6]王安大．水密封单级旋片真空泵[P]．中国，CN 201794789 U．2011-04-13
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[8]何璧生．旋片真空泵的漏油和防止[J]．真空，1994，04：30-32
[9] 南光机床厂第七车间．真空泵回油和喷油的防止[J]．China Academic Journal Electronic Publishing House，1974，04：57-60
[10] ] Laurent-Charles Valdès, Benoit Barthodb, Yves Le Perronc, Accurate prediction of internal leaks in stationary dry Roots vacuum pumps[J]. Vacuum, 1998-09-05, 52(04): 451-459
[11]杨永平．PS装置真空泵振动原因分析与处理[J]．维护与修理，2010，04：40-42
[12] A.P. Berkhoff, J.M Wesselink, T.G.H.Basten. Active vibration control applied to a vacuum pump for highprecision equipment[D]. silence to harmony, 2008-10-27
[13] Cai Zu-guang. Causes of Vacuum Reducing in Vacuum Press and Their Elimination[J]. Insulators and surge arreaters, 2008, 221(01): 11-15
[14]饶丹，李孝华，杜学武．贝尔佐纳(Belzona)高分子修复材料在真空泵修复中的应用[J].．安徽化工，2003，124（04）：37
[15]刘中华，王猛，吴杰，等．一种提高抽速及真空度的真空泵[P]．中国．CN 201739175 U．2011-02-09






石油化工学院       化工过程机械         122080706003         丁强伟