平板式液環(huán)泵的技術(shù)說明(譚紫華)

液環(huán)泵的汽蝕機(jī)理及預(yù)防措施液環(huán)泵的汽蝕機(jī)理：見液環(huán)泵的汽蝕機(jī)理圖，從圖中我們可以看到，偏心地裝于圓形泵體內(nèi)的葉輪，從A點(diǎn)轉(zhuǎn)到B點(diǎn)時(shí)，兩個(gè)葉片與輪轂、液環(huán)內(nèi)表面包圍成的容腔逐漸增大，氣體從被抽系統(tǒng)中8B錐庫(kù)式淋環(huán)泵液壞泵的汽蝕機(jī)理點(diǎn)轉(zhuǎn)到B點(diǎn)時(shí)，兩個(gè)葉片與輪轂、液環(huán)內(nèi)表面包圍成的容腔逐漸增大，氣體從被抽系統(tǒng)中8B錐庫(kù)式淋環(huán)泵液壞泵的汽蝕機(jī)理mS^Al*tii?中械平櫛式港環(huán)棗吸入，使被抽系統(tǒng)形成真空。A到B轉(zhuǎn)動(dòng)的這個(gè)區(qū)域我們稱之為吸入工作區(qū)。同時(shí)，由于壓力的降低，一部份溶于工作液中的氣體就會(huì)從液環(huán)中析出，并且，壓力越低（或越接近于液環(huán)的飽和蒸汽壓時(shí)），從液環(huán)中析出的氣泡越多，速度越快，當(dāng)吸入壓力達(dá)到液環(huán)的飽和蒸汽壓時(shí)，液環(huán)處于沸騰狀態(tài)，液環(huán)泵的抽氣量將為零。當(dāng)葉輪由D點(diǎn)轉(zhuǎn)到A點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的容積由大變小，使原先吸入的氣體受到壓縮，當(dāng)壓力達(dá)到外界的氣體壓力時(shí)，氣體被排出。D到A的這個(gè)區(qū)域稱之為壓縮排出區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，由于壓力的逐漸增大，從吸入工作區(qū)液環(huán)析出的氣泡急劇縮小，以至破裂。大氣泡破裂的同時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)將高速地填充氣泡破裂時(shí)產(chǎn)生的空穴，發(fā)生相互撞擊而形成水擊。這種水擊的頻率高達(dá)2500Hz,壓力高達(dá)49MPa，至使葉片表面出現(xiàn)麻點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使葉片表面的金屬剝落而形成蜂窩狀。汽蝕破壞除機(jī)械力的作用外還伴有電解、化學(xué)腐蝕等多種復(fù)雜的作用。選用更耐腐蝕的材料有利于預(yù)防汽蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。從液環(huán)泵汽蝕的機(jī)理圖和以上的論述，我們可以看出，不論是平板式液環(huán)泵還是錐體式的液環(huán)泵，它們的汽蝕過程是一樣的。從吸入工作區(qū)的液環(huán)析出的氣泡隨壓力的增大就開始破裂，不可能如其它廠家說的那樣，氣泡會(huì)在葉輪的輪轂處聚積最后會(huì)從排氣口排出。果真如此的話，就不需要控制工作液的溫度。實(shí)踐也證明該說法是站不住腳的。（舉錐體泵由于汽蝕破壞的例子）液環(huán)泵汽蝕的預(yù)防措施：從以上的分析可以看出，影響液環(huán)泵汽蝕的直接因素有如下三個(gè)方面：一個(gè)是吸入氣體的絕對(duì)壓力，一個(gè)就是液環(huán)的飽和蒸汽壓，另一個(gè)就是材料的耐腐蝕性能。為了預(yù)防汽蝕產(chǎn)生的破壞，我們可以針對(duì)影響汽蝕的因素來采取對(duì)應(yīng)的措施：1、控制好吸入氣體的真空度，使真空泵運(yùn)行在安全的區(qū)域。

在選用液環(huán)式真空泵時(shí)，要綜合考慮工作點(diǎn)真空度與液體溫度的關(guān)系，使真空泵在汽蝕安全區(qū)域下運(yùn)行。當(dāng)以水作為工作液時(shí)，右圖是水溫對(duì)液環(huán)真空泵抽氣量的影響曲線。以邊界線分開的兩個(gè)區(qū)域，左邊為汽蝕區(qū)，右邊的區(qū)域?yàn)檫\(yùn)行安全區(qū)。真空泵的工作點(diǎn)(絕對(duì)壓力mbar)為橫坐標(biāo)?？v坐標(biāo)為水溫對(duì)真空泵抽氣能的影響系數(shù)。當(dāng)工作點(diǎn)與水溫修正曲線的交點(diǎn)落在汽蝕區(qū)時(shí)，真空泵會(huì)產(chǎn)生汽蝕。例：當(dāng)工作點(diǎn)在50mbar,與18°C的水系數(shù)曲線相交于安全區(qū)，與26C的水系數(shù)曲線相交于汽蝕區(qū)。上述兩個(gè)交點(diǎn)說明：在水溫18C時(shí)，真空泵工作在50mbar是安全的。如果水溫在26C時(shí)，真空泵會(huì)產(chǎn)生汽蝕損壞。提高選型的準(zhǔn)確性，盡量避免工作點(diǎn)往高真空偏移。如果選用的真空泵在對(duì)應(yīng)工作點(diǎn)的抽氣能力大于系統(tǒng)產(chǎn)生的氣量時(shí),真空泵實(shí)際工作點(diǎn)會(huì)向更高真空偏移。見上圖,即使用戶要求的工作點(diǎn)與水溫修正曲線的交點(diǎn)落在安全區(qū)域,但當(dāng)其交點(diǎn)與邊界曲線較接近時(shí),如果選用的真空泵抽氣裕量較大,真空泵投入運(yùn)行時(shí)，其實(shí)際運(yùn)行的絕對(duì)壓力與水溫修正曲線的交點(diǎn)可能會(huì)偏移到汽蝕區(qū)。所以，準(zhǔn)確選用液環(huán)泵產(chǎn)品，也是防止其發(fā)生汽蝕損壞的必要條件之一。在實(shí)際應(yīng)用中，若真的出現(xiàn)選型余量太大時(shí)，可以采用補(bǔ)氣或加真空破壞閥的方法來降低真空泵入口的真空度。另外，液環(huán)泵前配大氣噴射器，也可以提高吸入氣體的真空度，使液環(huán)真空泵處于lOOmbar絕壓點(diǎn)附近工作。在真空泵提供動(dòng)力氣源的前提下，噴射器可以在低于60mbar下工作。真空泵的實(shí)際工作點(diǎn)的絕對(duì)壓力值與泵內(nèi)液體飽和蒸壓的差值得到提高，從而達(dá)到理想的防汽蝕效果。2、在吸入氣體處于高真空度的前提下，盡可能降低工作液的飽和蒸汽壓。若有條件，可選用較低溫度的工作液。供入泵體內(nèi)的工作液溫度越低，其飽和蒸汽壓則越低。下面，以水在不同溫度下的飽和蒸汽壓數(shù)值為例：溫 度(C)152025303540飽和蒸氣壓(mbar)17.0423.3731.6642.4156.2273.75假設(shè)真空泵的工作點(diǎn)在80mbar絕對(duì)壓力運(yùn)行，水溫越高，工作點(diǎn)絕對(duì)壓力與水的飽和蒸汽壓的差值就越小，水越接近沸騰。真空泵越容易產(chǎn)生汽蝕。所以，在真空泵工作點(diǎn)為固定值的前提下，降低液體溫度可以達(dá)到防汽蝕的效果。創(chuàng)造條件，避免工作液溫升過高。在相同功率和同等效率條件下，若工作液的流量太小，勢(shì)必造成工作液溫度過高。同樣，在相同功率和同等效率條件下，若工作液的流量一樣，工作液的溫升也是一致的。由此可見，有的廠家在同等氣量條件下，配套功率大、效率低，由于采用了雙級(jí)作用的錐體式液環(huán)泵就可以說工作液溫度要比單級(jí)的平板泵的工作液溫度低2~3C，這一說法是不合理的。當(dāng)然，增大工作液的流量，是可以降低工作液的溫升的。例如：平板式的液環(huán)泵可以堵住內(nèi)循環(huán)孔，可以增大約1倍的工作液的流量，從而降低工作液的溫升。還有一種情況，也是造成工作液溫度升高過多的原因。當(dāng)吸入泵的氣體是飽和或過飽和的蒸汽時(shí)，較高溫的蒸汽在冷凝的過程中釋放出大量的熱量，這些熱量將導(dǎo)致工作液溫度的

進(jìn)一步升高。例如：在制糖業(yè)的真空蒸餾和造紙業(yè)的真空脫水和真空干燥過程中，真空泵吸入的氣體中就含有大量的水蒸汽，這些情況經(jīng)常會(huì)造成工作液溫升過高，所以我們觸摸真空泵的泵體時(shí)，會(huì)感覺到泵體溫度很高。若條件許可，也可選用更低飽和蒸汽壓的液體做工作液。在同一溫度的情況下，不同的工作液有不同的飽和蒸汽壓。在某溫度、真空下，用水作工作液可能會(huì)產(chǎn)生汽蝕，用其它較低飽和蒸汽壓液體作工作液時(shí)，則可能不會(huì)產(chǎn)生汽蝕。3、 配用特別的防汽蝕裝置和選用耐汽蝕的材料，可以大大減輕汽蝕對(duì)過流零件的破壞，增長(zhǎng)零件的使用壽命。液環(huán)真空泵發(fā)生汽蝕時(shí)，主要是汽泡在破裂時(shí)對(duì)葉輪及分配器表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕損壞。針對(duì)這一特點(diǎn)?？梢栽趬嚎s過渡區(qū)域內(nèi)引入常壓氣體。具體的方法是：在分配器壓縮過渡區(qū)鉆一小孔，而后用管路將大氣引入這一區(qū)域，在管路的另一端安裝一個(gè)單向閥。單向閥的作用是：防止泵內(nèi)工作液或氣體流出泵外。這套管路稱為防氣蝕管路。當(dāng)氣泡在壓縮過程中破裂時(shí)從外界引入壓力較高的氣體能及時(shí)補(bǔ)充因汽泡破裂而出現(xiàn)的“空間”。這樣可以大大減輕汽蝕對(duì)泵的損害及降低汽蝕引起的噪聲和振動(dòng)。實(shí)踐證明，如果真空泵運(yùn)行在汽蝕區(qū)域，采用鑄鐵制造的葉輪其運(yùn)行壽命遠(yuǎn)低于選用抗汽蝕能力較強(qiáng)的不銹鋼材質(zhì)（如304、316材質(zhì)等）制造的葉輪。平板式液環(huán)泵相對(duì)錐體式液環(huán)泵的技術(shù)比較1、配氣部件結(jié)構(gòu)形式上的比較。CNN、CVP、CL、904、TC等泵采錐體的分配器結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣方式屬于徑向進(jìn)排氣方式，通常情況下，我們稱為錐體泵，見下面左邊視圖。2BE1、CBF等系列真空泵采用平板形的分配板結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣方式屬于軸向進(jìn)排氣，通常情況下，我們也稱這種類型的泵為平板泵，見下面左邊視圖。錐體型的分配器由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難用型材進(jìn)行加工，需要開模進(jìn)行鑄造，對(duì)于2BE1、CBF等系列的平板型的分配板，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以由鋼板直接切割出來，由于采用了先進(jìn)的激光、等離子和水刀切割技術(shù)，進(jìn)排氣口的尺寸得到了最大限度的保證，從而保證了泵性能的一致性。由于我們選用了合適大小的進(jìn)氣口，并且進(jìn)氣的距離較短（而錐體泵的分配器進(jìn)氣的距離是其距離的20倍以上），所有平板泵具有更為優(yōu)秀的節(jié)能效果，這一點(diǎn)，可以參考我們以后的性能比較表。另一方面，由于錐體的分配器只能做成剛性排氣口，所以不能適應(yīng)不同的真空度的要求，當(dāng)系統(tǒng)真空度變化或改變時(shí)，泵的氣量將大量下降，效率也因此變低，所以對(duì)于每一個(gè)規(guī)格的泵，都需要配備3個(gè)不現(xiàn)的分配器來適應(yīng)高、中、低真空度時(shí)的要求，真空度不同時(shí)，選用不同的分配器。平板式真空泵在排氣口上裝有柔性閥板，屬柔性排氣口。排氣口的排氣角可隨進(jìn)氣口的真空度的變化而自動(dòng)進(jìn)行變化，所以該泵在不同的真空度時(shí)，都具有較高的效率。2、葉輪的結(jié)構(gòu)的比較。由于錐體泵采用了錐體型的分配器，占用了葉輪輪轂較大的位置，因而葉輪輪轂只能做得比較短小，這樣非常不利于葉輪的受力，見下面左側(cè)視圖。在葉輪的外沿有加強(qiáng)環(huán)，因而葉輪更為結(jié)實(shí)可靠。另一方面，錐體泵的轉(zhuǎn)子的重量以及葉輪所受到的扭矩全部作用于泵軸的中心，因而泵軸將會(huì)獲得更大的彎曲和扭轉(zhuǎn)變型，導(dǎo)致泵軸更易于疲勞損壞。而平板泵的轉(zhuǎn)子重量及葉輪所受的扭矩作用于泵軸的兩端更靠近軸承的地方，所以泵軸將會(huì)受到一個(gè)較小的彎曲和扭轉(zhuǎn)變型。有時(shí)候，用戶會(huì)提出我們的真空泵的泵軸太小，強(qiáng)度不夠，軸承壽命不夠的問題其實(shí)，并不是由于我們的泵軸大小不夠，軸承壽命不長(zhǎng)，而是用戶受到了錐體泵制造廠家的引導(dǎo)，從而避免暴露出其結(jié)構(gòu)上的固然缺陷。3、泵體材質(zhì)的比較。長(zhǎng)期以來，受制造傳統(tǒng)的影響，一般錐體泵的泵體都采用鑄造材料進(jìn)行制造，而平板泵都采用型材進(jìn)行焊接。常用的鑄造材料有HT200、HT250,這兩種鑄鐵，由于有較好的機(jī)械性能和工藝性能而應(yīng)用廣泛。制作泵體常用的型材有Q235A，由于其有一定的伸長(zhǎng)率和強(qiáng)度，韌性等機(jī)械性能和良好的焊接性能而廣泛用于機(jī)械零件的制造。相比較而言，鑄造材料HT200、HT250的硬度略高于型材Q235A的硬度，但Q235A材質(zhì)的延展性、韌性和組織致密度方面都明顯優(yōu)于鑄鐵材料，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，從耐磨性進(jìn)行對(duì)比，鑄鐵材料并不比碳鋼材料占有優(yōu)勢(shì)，反而由于鑄件材料由于其本身在鑄造過程中產(chǎn)生的組織缺陷，例如：縮松、縮孔等，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的液體沖刷，這些缺陷將大大加快該零件的孔蝕的形成，甚至形成泵體穿孔。我公司就曾幫玖龍紙業(yè)、理文紙業(yè)和廣州造紙廠等公司都有找個(gè)我們維修過他們漏水的錐體泵。而Q235A的鋼板為熱軋型材，基本上無內(nèi)部缺陷，并且我公司生產(chǎn)的平板泵，都是采用較厚的鋼板焊接而成，厚度甚至大于20mm以上，因此在實(shí)際應(yīng)用中，很少見到有泵體因磨損而穿孔或漏水的情況出現(xiàn)。4、曲線特性的比較。由于錐體泵分配器結(jié)構(gòu)的局限性，即每個(gè)規(guī)格的泵都有3個(gè)分配器來適應(yīng)不同的真空

度，因此每個(gè)規(guī)格的真空泵都有低真空、中真空和高真空3條特性曲線，如下圖。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生改變和需要更改真空泵的臺(tái)位時(shí)，原有的分配器可以不再適應(yīng)，從而需要更換新的分配器。從下圖中，我們可以看到，若用戶原來用的是在高真空度下使用，若增加真空度和降低真空度時(shí)，泵的氣量下降較大。網(wǎng)二3"立力知＜_和：SERIESCL3000SERIESCL2000VACUUM,INCHESOFMERCURY網(wǎng)二3"立力知＜_和：SERIESCL3000SERIESCL2000VACUUM,INCHESOFMERCURY而平板式真空泵就不存在上述問題。真度泵能自動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)真空度的變化，不至于氣量急劇下降。5、節(jié)能效果方面的比較表列出了不同氣量,不同真空度條件下，選用錐體泵和平板泵時(shí)軸功率的對(duì)比情況，從表中可以看出軸功率的耗用情況。氣量m3/min200mBar(A)400mBar(A)600mBar(A)800mBar(A)泵型號(hào)/轉(zhuǎn)速軸功率Kw泵型號(hào)/轉(zhuǎn)速軸功率Kw泵型號(hào)/轉(zhuǎn)速軸功率Kw泵型號(hào)/轉(zhuǎn)速軸功率Kw50CBF300/59060CBF300/53054CBF300/53046CBF300/53037CNN2003/55064CNN2002/53057CNN2001/50045CNN2001/50042100CBF380/37283CBF380/37290CBF380/37275CBF380/37260CNN4003/380105CNN4002/360105CNN4001/34085CNN4001/34065150CBF430/350153CBF430/330140CBF430/330116CBF430/33089CNN6003/315195CNN6002/277150CNN6001/277123CNN6001/27790200CBF530/276170CBF530/276187CBF530/276155CBF530/276123CVP-90H/310223CVP-90M/300195CVP-90L/300190CVP-90L/300150250CBF530/330245CBF530/330255CBF530/330220CBF530/330187CVP-110H/257300CVP-110M/257260CVP-110L/257225CVP-110L/257170300CBF630/250268CBF630/250280CBF630/250235CBF630/250180CVP-130H/277360CVP-130M/277360CVP-130L/277320CVP-130L/277280350CBF630/298362CBF630/286350CBF630/286310CBF630/286265CVP-130H/327480CVP-130M/327490CVP-130L/327440CVP-130L/327400400CBF730/205375CBF730/197360CBF730/197300CBF730/197230904-U2/235450904-U1/235428904-U1/235340以上表格建立在盡可能選用比較節(jié)能的產(chǎn)品而做出的比較，能耗多少、性能優(yōu)劣的對(duì)比結(jié)果是顯而易見的。6、關(guān)于噴淋裝置冷凝效果的比較。液環(huán)真空泵輸送較高溫度的飽和蒸汽時(shí)，在泵的進(jìn)口通入低溫的水時(shí)，將會(huì)使飽和蒸汽中的部份水蒸汽冷凝成液態(tài)水，從而減小吸入氣體的量達(dá)到節(jié)能的目的。實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果表明，在lOOmBar的吸入絕壓下，當(dāng)吸入的氣體為34°C，當(dāng)在泵的入口噴入21.4°C的水時(shí)，能將進(jìn)入口1OOOm3/h的氣量冷凝成原來氣來的70%左右，此時(shí)需要通入冷卻水的量為1.26m3/h,凝結(jié)水的量為0.06m3/h，也就是說通過液環(huán)泵入口的水量為1.32m3/h,此時(shí)氣量與水量體積比為758：1，經(jīng)試驗(yàn)表明，對(duì)于平板泵的軸功率將增大1.5%。在此情況下，采用帶噴淋裝置的平板式真空泵的節(jié)能效果是非?？捎^的。某制造錐體泵的公司在其宣傳資料上聲稱的在平面泵上安裝噴淋裝置是“得不償失的”，這有誤導(dǎo)消費(fèi)者的嫌疑，這是一種不正當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)行為。經(jīng)分析，該結(jié)果是在以氣量水量之比為：1feet3：0.06galon=124：1的試驗(yàn)條件下得出的，試驗(yàn)中的水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)