旋片式真空泵的結構原理和設計計算（下篇）

1、旋片式真空泵的結構原理和設計計算 ( 下篇)上海真空泵廠( 上海 2 0 1 7 0 9 )何 璧 生 ( 上接 2 0 0 3年 第 5期 第 3 5頁)旋 片泵 的設 計 ，首 先應 根 據(jù) 用途 及 工 藝 條 件 進行結構設計 。在結構設計 總體方案確定后 ，再 進 行主 要參 數(shù) 和尺 寸 的設 計 計 算 ，并 輔 以必 要 的 輔助計 算 。關 于結 構 設 計 ，前 面 的 介 紹 可 供 參 考 選 擇 ，這里再 介

2、紹 幾 點 。對 于 大泵 應 采 用水 冷 ；為 提 高 氣 鎮(zhèn)性 能 ，應有 附加 油 路 ；對 于 7 0L ／ s以下 規(guī) 格 可設計 成直 聯(lián) 結 構 ；采 用 性 能 良好 的工 程 塑 料 或 其他 非金 屬做 的旋 片 ；采 用 合 適 的泵 內防 止 停 泵 返油 措施 ；設 計 合 適 的可 選供 的 泵外 附件 。極 限 壓 力為 4P a 左 右 的可設 計 成單 級 泵 ；以水 蒸 氣 允 放 量較 高 為 目

3、的 的可 設 計 成單 級 泵 ； ≥7 0L ／ s的 泵可 用帶 傳動 和 較 低 轉 速 ，并 采 用 溫 控 流 量 調 節(jié) 閥使泵在較高泵溫下工作 ，如 7 5 ± 5℃，對于 以真 空吸 引為 主要用 途 ，極 限 壓力 為 5 0～2 0 0P a的 單 級泵 ，頻 繁抽 大氣 ，常 在較 高入 口壓強下 運 轉 ，應選 用較 大 的 h值 ，應 帶 油 氣 分 離 和 消 霧 裝 置 ，泵 口一般 均 帶 止

4、回 閥 ，以 防停 泵 返 油 并 保 持 泵 口為負壓狀 態(tài) ，通 常 為直聯(lián) 強 風冷結 構 。另外 ，應 盡 量 采 用 系列 設 計 ，以 利 于 提 高 通 用性和標準化程度 ，以利組織生產(chǎn)，降低成本。關 于泵 主要 參 數(shù) 和 尺 寸 的設 計 計 算 ，可 以根 據(jù)經(jīng)驗 和公 式選 取 不 同參 數(shù) 、 比較 再選 擇 并 把 尺 寸圓整 ，最后選定方案 ，驗算有關數(shù)值。這里介 紹一種 計算 方法 。1 ． 選擇 參數(shù) 已

5、知 名義抽 速 s、選定 幾 何抽 速 為 s I h 、泵 軸 轉速 n 、旋 片 數(shù) z、初 選 直 徑 比 b 、長 徑 比 口、容積 利用 系數(shù) Kv 。( 1 )幾何 抽 速 S ， hJ B ／ T 6 5 3 3 - 1 9 9 7要 求 泵 的幾 何抽 速 sh 應 為名 義 抽 速 s的 1 ． 0～1 ． 2倍 。由于 國 內行 業(yè)標 準 規(guī) 定 用 幾 何 抽 速 來 考核 抽 氣 效 率 ，因此 ，如果用戶要求

6、泵的最大抽速更接近名義抽 速 ，則 應 選 較 大 的 s值 ，對 于 排 氣 壓 力 較 高 的泵 ，更 應如 此 。( 2 )泵 軸轉 速 n的選 擇 對 于 同一 抽 速 ， n小則尺 寸大 ，體積 大，重量 大 ，材料 消耗較 大，但 溫升較 低 ，旋 片 頭部 最 大線 速 度 較 小 ，對 旋 片 材質和泵油要求較低 ，橡膠件不易老化。國內實 際 采用 的帶 傳 動泵 n在 3 2 0～8 0 0r ／ r ai n之 間

7、。反 之 ， n大 則 尺 寸 小 ，體 積 小 ，重 量 輕 ，用 料 少 ，采 用 電動 機 直 聯(lián)結 構 時 結 構 緊 湊 ，動 平 衡 好 ，振 動 小 。但 應采 用 密度 較 小 的 耐磨 旋 片材 料 ，增 強 冷 卻 ， 改 進 泵 油 性 能 ， 通 常 取 n = 1 4 0 0 ～1 7 0 0r ／ mi n ，對 于 8L ／ s以上 大 泵 ，也 有取 9 6 0～1 1 5 0r ／ mi n的 。( 3

8、 )旋 片數(shù) 目 z的選擇 對于 4P a 以下極限壓 力 的泵 ， 在每一級 中一般多取 z= 2 。采用 z= 3的也 有 ， 但較少 ， 而且原 先用 3片 的萊寶 D A系列 泵在 D B系列改進 型泵 中又改 用 z=2 。片 數(shù)多 ， 加 工要 難一 些 ， 成本要 高一些 ， 抽 速則 可增 加一 些。對 于極 限壓 力為 5 0～ 5 0 0P a 的泵 ， h值較 大 ， 容積利 用系數(shù)較 小 ，增加 片 數(shù) 一 可增

9、 加 抽 速 ， 二可 使 性 能 穩(wěn) 定。常 用 3片 ， 對于 干式旋 片泵則多用 4片 。( 4 )選擇 直徑 比 bb=d ／ D，抽 速 一定 ， b小則 泵 的定 子尺 寸 小 ，偏 心 距 大 ，泵 運 轉 時旋 片最 大伸 出長度 與 留在 槽 內 的長 度 之 比大 ，旋 片 受力 大 ，容 易磨 損 或發(fā) 生 故 障。在 使用 中 b=0 ． 7 5 ～ 0 ． 9 0 。連續(xù)工作入 口壓力較低的可取小值 ，反之 可

10、取 大 值 。( 5 )選 擇長 徑 比 口口=L1 ／ D， L 1 是 泵腔 長 度 ，對 于雙 級泵 指 高真 空 級 的長度 ， D 是 泵 腔 直 徑 ，口值 的選取 影 響旋 片頭 部 的最 大 線 速度 ，與 泵溫 、磨 損 有 關 ，影 響 加 工 工 藝 性 、外 形 尺 寸 以 及外 形 的美 觀 。 口值 還 受 進 氣 口結 構 的 限 制 。通 用化規(guī)格選擇不當 ，會使泵溫較高 ，外形尺寸大，重量大 ，一般取

11、口= 0 ． 4 ～1 ． 5 ，對于大泵取大值 ，小 泵取 小值 。~ ． r ose 維普資訊 http://www.cqvip.com 計的考慮 ，在實際應用 中也有不 同于標 準的入 口連 接和 進氣 口徑 。表 3 旋片泵進氣 口直徑標準值 抽速／ ( L ／ s )0 ． 512481 53 07 01 5 0 ~ D進氣 口徑 l 2 5l 61 62 52 54 050638 0—

12、／mm 1 0 0 wq )1 5 0規(guī) 格 在 2 X Z 、2 X 型 J B ／ T 6 5 3 3 - 1 9 9 7中未 列 入 。② 上泵廠 x 一 1 5 0泵為 1 0 0 。( 6 )排氣 口尺 寸 的確 定 泵 的 最 大排 氣速 度 過大 ，對防止噴油不利 ，還會 降低 高入 口壓力 時的抽氣 速 率 ，過 小 則 排氣 口總 面積 大 ，結 構 尺 寸較 大 ，推薦 取 = 2 03 0m ／ s 。如果 是

13、雙 級 泵 ，且 高 、低 二 級 都 設 排 氣 閥 ，則 大氣起 動 時二級 同時排 氣 。故 排氣 總面 積 F包 括二 級 的排氣 面 積 。按 照 流量連 續(xù)性 原理 ，應 有 Sl P1$2 p2S2 h p2 h+ S2 L P2 L式 中 S 1 —— 泵 的抽 速 ，可取 S l =0 ． 8 6 Sh ；p 1 —— 泵 的入 口大氣 壓力 ，單 位為 P a ；S 2 h —— 高級 排氣 容積 流量 ，單 位為

14、m ／ s ；p 2 h —— 高級 排氣壓 力 ，單 位為 P a ；S 2 L ——低級排氣容積流量 ，單位為 m ／ s ；p 2 L —— 低 級 排氣 壓力 ，單位 為 P a 。因 為 s=，故 F=。s可由設計者決定 ，例如 ：二級設置相 同排 氣 面 積 和P 2 ， 則s = 妄 盟?！?p2如果 排氣 口為 相 同直徑 d的 ／ ' t 個小 孔 ，則 d=2。軸徑與鍵 的設計計算可參 照 《 機械零件》等

15、書籍進 行 ，這 里從 略 。設 P為 吸入 的蒸氣 分 壓強 ， S ， 為 泵 的抽 速 ，p為 摻 氣 壓 力 ( 大 氣 壓 力 ) ，PT 2為 排 氣 壓 力 ，為 摻氣 速率 ，p 。為 泵溫下 的飽 和蒸 氣 壓 ，p D為摻入氣體 中可凝性蒸氣的分壓力 。關于氣鎮(zhèn)量，有 如下 關系 。( 1 )最小 氣 鎮(zhèn)速 率 B ：f 韭 一 11Pa t 、P8 t／推薦 B ／ S 1 =1 0 ％ 一1 5 ％ ，實際 B值

16、與泵 的抽速 s 1 ，低級腔幾何抽速 s 2h ，氣鎮(zhèn)孔徑及孔 的位置 ，制造 間隙及潤滑密封狀況等有關 ，泵制成 后 ，B可用流量計實測得到。B的實際計算還有 待 探討研 究 。( 2 )氣 鎮(zhèn)量 G，有 二 種表 示法 用 P a · L ／ s 表示 時 ， G=pB用 k g ／ s 表示 時 ， G=9 B=1 ． 2×1 0 I 3式 中 P是摻 氣 溫 度 下 的空 氣 密 度 ，這里 取 的 是 大

17、氣 壓 2 0c I ： 時 的值 。G可 實測 和 p得 到 。( 3 )最 大許 可 吸入水 蒸 氣壓 為 P+ ) ( 1 _) 】( 4 )水 蒸氣 允許 量 G D。GD ==( 5 )氣 鎮(zhèn)孔 徑 d Bd=0． 0 7 3式 中 G —— 氣 鎮(zhèn)量 ，單 位 為 k g ／ s 。注 意 ：排氣 溫度 2 ，定 子排 氣 口與泵 排氣 口處數(shù) 值不 同。泵 的最 大壓 縮功 W = P2St h 后× 1 0

18、一式 中 P 2 —— 排氣 壓 力 ，單位 為 P a ；后 —— 多變指數(shù) ，取 k = 1 ． 3 。由于考慮摩擦 ，擾 油起動時 的阻力較大及傳 動損 失 ，設計 選用 電動機 的 功率 為 eW f = 一7 ] mp式 中 e —— 泵 的過 載 系數(shù) ，e =1 ． 21 ． 4 ；— — 泵 的機 械效 率 ，=0 ． 7 5—0 ． 8 0 ；— — 泵的傳動效率。對于 帶傳動 ：= 0 ． 9 0 — 0 ． 9 5