罗茨真空泵机组设计中的一些关键问题.docx

罗茨真空泵机组设计中的一些关键问题赵洪(上海真空泵厂)TheKeyProblemsinDesignRootsVacuumPumpUnitsZhaoHong(ShanghaiVacuumPumpWorks)AbstractTherootsvacuumpumpunitsisawidelyusedvacuumobtainingequipments.Itispaidattentiontothekeyproblemsformorepracticalandmoreeconomicalindesign.摘要罗茨真空泵机组是应用面极广的真空获得设备。设计中对机组体现好的适用性和经济性,一些关键问题须引起重视。关键词:罗茨真空泵机组设计适用性经济性一、引言罗茨真空泵机组是由罗茨真空泵与前级真空泵组成的抽气机组,主要为满足各种不同的大排气要求而设计。配用不同前级真空泵所组成的罗茨真空机组可广泛应用于宇航、冶金、石油、化工、制革、造纸、制药、食品、建材等行业中的真空模拟试验、真空脱气、真空蒸馏和蒸发、真空干燥等工艺应用,是广泛使用的真空获得设备。笔者在长期实践中感到,在罗茨真空机组设计中要体现好的适用性和经济性,必须注意一些关键问题。二、如何选择好机组的前级真空泵一般罗茨真空泵机组在设计中须具备4要素:①被抽容器大小;②所需的工作压力;③达到工作压力要求时间;④被抽气体的性质特征。前级泵的选择与上述4要素密切相关。根据不同的用途,罗茨真空泵常用的前级泵有:旋片式真空泵、滑阀式真空泵、液环式真空泵(包括水环式真空泵)及气体循环冷却罗茨泵。前级泵的选择首先应考虑被抽气体的性质特征和可达到的工作压力,通常按如下原则选择:11如果被抽气体无特殊性,既无腐蚀性和毒性,又不是低蒸汽压的气体,如洁净空气等,应首先考虑采用旋片式真空泵作为机组的前级泵。因为旋片式真空泵有大的压缩比和宽的工作压力范围,双级旋片真空泵工作压力范围从大气至1×1022Pa,单级旋片真空泵的工作压力范围从大气至1Pa。即便是单级旋片真空泵作为一级罗茨机组的前级泵其极限压力可达1×1021Pa。这类配置由于机组有较宽的工作压力范围,所以经济性好,使用广泛。与此同样,滑阀式真空泵也是这类配置的首选前级泵,滑阀式真空泵因其对被抽气体中含少量杂质的敏感性收稿日期1998207203邮空第5期低于旋片式真空泵,故在许多场合优于旋片式真空泵作为前级泵配置。21如果被抽气体成份带有腐蚀性或气体成份会裂解前级真空泵油,或者抽除较低蒸汽压的气体。一般前级泵就不能使用旋片式真空泵和滑阀式真空泵,因为这类气体会对前级泵产生腐蚀,或会产生大量水蒸汽凝结在前级泵,侵蚀泵油后使前级泵不能正常工作。在这种情况下,选择水环式真空泵为前级泵较为合适。一般水环式真空泵与一级罗茨泵或二级罗茨泵或三级罗茨泵组成的机组其极限压力分别可达650Pa、25Pa、1Pa。但是,这类使用中有一个值得注意问题是:常常遇到被抽的物质对环境有污染,则必须选择相适合的液体组成循环使用的封闭液环式真空泵,同时要配上工作液热交换冷却装置和液环真空泵排出口气体与液体的分离装置。31如果在一个封闭系统中抽除有毒气体,或是抽除并回收一些洁净气体,或者是抽除一个巨大容器中的气体。这类情况,旋片式和滑阀式真空泵及水环式真空泵均不能作罗茨泵的前组泵,比较理想的是选用气体循环冷却罗茨真空泵,其尤为适用于抽除大容器气体的场合,因为该泵具有高压缩比及大压差特性,可直排大气,大大增加了机组的排气量。一个两级罗茨泵加三级气体循环冷却罗茨泵的五级机组,其极限压力可达1021Pa,工作压力可从大气至5×1021Pa。同时,该泵本身也可作机组的主抽泵,与水环真空泵组成机组适合于2所述的一些高压差工况,使真空机组的可靠性更好。正因为气体循环冷却罗茨泵有这些特点,所以在目前罗茨真空泵机组中的使用越来越普遍。前组泵的选择自然还应考虑选择多大的抽速来匹配与主泵罗茨泵的级比,以适应被抽容器大小和达到工作压力所需时间的要求。三、如何经济地选择罗茨真空泵与前级泵之间的级比合理选择罗茨泵与前级泵之间的级比是体现罗茨真空泵机组经济性的关键,目前一般资料均介绍推荐其级比选择为2∶1～10∶1,也有些资料推荐范围为2∶1～5∶1。那么,究竟选定范围中哪一值才算合理?这直接影响到罗茨真空机组最大效率的发挥,同时影响机组匹配功率的最经济选择。不仿用计算方法分析一下罗茨真空机组的效率Γ与哪些因素有关,并用试验数据找出机组效率Γ与级比之间关系及合理级比的选择方法。在以下计算中忽略前级管路的流阻影响和罗茨泵转子在排气侧吸附及携带返回入口侧的返流量。并设:P——罗茨泵(机组)吸入压力Pv——罗茨泵排出压力(即为前级泵吸入压力)Qe——罗茨泵(机组)的有效流量Qth——罗茨泵(机组)的理论几何