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1、偶然 KRS 6 型旋片式真空泵改進 一: 旋片式真空泵的工作原理 旋片式真空泵（簡稱旋片泵）是一種油封式機械真空泵。其工作壓強范圍為101325～1.3310-2（Pa）屬于低真空泵。它可以單獨使用，也可以作為其它高真空泵或超高真空泵的前級泵。它已廣泛地應用于冶金、機械、軍工、電子、化工、輕工、石油等生產和科研部門。 旋片泵可以抽除密封容器中的干燥氣體，若附有氣鎮(zhèn)裝置，還可以抽除一定量的可凝性氣體。但它不適于抽除含氧過高的，對金屬有腐蝕性的、對泵油會起化學反應以及含有顆粒塵埃的氣體。 旋片泵是真空技術中最基本的真空獲得設備之一。旋片泵多為中小型泵。旋片泵有單級和雙級兩種。所謂雙

2、級，就是在結構上將兩個單級泵串聯起來。一般多做成雙級的，以獲得較高的真空度。 旋片泵的抽速與入口壓強的關系規(guī)定如下：在入口壓強為1333Pa、1.33Pa和1.3310-1（Pa）下，其抽速值分別不得低于泵的名義抽速的95％、50％和20％。 如下圖為旋片泵的工作原理示意圖，旋片泵主要由泵體、轉子、旋片、端蓋等組成。在旋片泵的腔內偏心地安裝一個轉子，轉子外圓與泵腔內表面相切（二者有很小的間隙），轉子槽內裝有帶彈簧的二個旋片。旋轉時，靠離心力和彈簧的張力使旋片頂端與泵腔的內壁保持接觸，轉子旋轉帶動旋片沿泵腔內壁滑動。 兩個旋片把轉子、定子內腔和定蓋所圍成的月牙

3、型空間分隔成A、B、C三個部分，當轉子按圖示方向旋轉時，與吸氣口相通的空間A的容積不斷地增大，A空間的壓強不斷的降低，當A空間內的壓強低于被抽容器內的壓強，根據氣體壓強平衡的原理，被抽的氣體不斷地被抽進吸氣腔A，此時正處于吸氣過程。B腔的空間的容積正逐漸減小，壓力不斷地增大，此時正處于壓縮過程。而與排氣口相通的空間C的容積進一步地減小，C空間的壓強進一步的升高，當氣體的壓強大于排氣壓強時，被壓縮的氣體推開排氣閥，被抽的氣體不斷地穿過油箱內的油層而排至大氣中，在泵的連續(xù)運轉過程中，不斷地進行著吸氣、壓縮、排氣過程，從而達到連續(xù)抽氣的目的。如果排出的氣體通過氣道而轉入另一級（低真空級），由低真空級

4、抽走，再經低真空級壓縮后排至大氣中，即組成了雙級泵。這時總的壓縮比由兩級來負擔，因而提高了極限真空度 排氣閥浸在油里以防止大氣流入泵中，油通過泵體上的間隙、油孔及排氣閥進入泵腔，使泵腔內所有運動的表面被油覆蓋，形成了吸氣腔與排氣腔的密封，同時油還充滿了一切有害空間，以消除它們對極限真空的影響。 旋片泵工作原理圖 1-泵體;2-旋片;3-轉子; 4-彈簧;5-排氣閥 雙級旋片式真空泵由兩個工作室組成，兩室前后串聯，同向等速旋轉，Ⅰ室是低真空級，Ⅱ室是高真空級，被抽氣體由進氣口進入Ⅱ室，當進入的氣體壓力較高時，氣體經Ⅱ室壓縮，壓強

5、急速增大，被壓縮的氣體不僅從高級排氣閥排出，而且經過中壁通道，進入Ⅰ室，在Ⅰ室被壓縮，從低級排氣閥排出；當進入Ⅱ室的氣體壓力較低時，雖經Ⅱ室的壓縮，也推不開高級排氣閥排出，氣體全部經中壁通道進入Ⅰ室，經Ⅰ室的繼續(xù)壓縮，由低級排氣閥排出，因此雙級旋片式真空泵比單級旋片式真空泵的極限真空高。 雙級旋片式真空泵工作原理圖 1- 高級排氣閥;2-通道;3-低級排氣閥 一、結構簡圖 二、結構說明 2X系列旋片式真空泵，其結構是利用偏心地裝在定子腔內的轉子和在轉子槽內滑動的借彈簧張力和離心力緊貼定子內壁的兩塊旋片，將定子分隔成二個工作腔，旋片一邊容積不斷擴

6、大將氣體吸入，另一邊容積不斷縮小，氣體壓縮達到大氣壓力時通過排氣閥排出，上述操作每轉重復二次。2X型旋片式真空泵為雙級結構，當吸入壓強較高時，高低級腔可同時排氣，吸入壓強較低時，氣體由吸氣口進入高級腔，經壓縮后通過中壁內氣道進入低級腔，再次壓縮后，從低級排氣閥排出。當泵帶有氣鎮(zhèn)閥時，允許抽除含有少量水蒸氣等可凝性蒸氣的氣體。2X-2A、4A、8A、8、15泵為上下偏心結構，高低級轉子采用凸凹槽聯結的轉動形式。2X-30A、70A泵為側偏心結構，低級轉子套在高級轉子軸上的轉動形式，并采用泵殼內通冷卻心，冷卻具有泵溫低，極限總壓力低的特點。 三、用途和使用范圍 1、2X型泵是用來對密封

7、容器抽除氣體獲得真空的基本設備之一。可單獨使用，也可作為增壓泵、擴散泵、分子泵等的前級泵?？捎糜谡婵找睙?、真空焊接、真空浸漬、鍍膜、真空澆鑄、真空干燥以及化工制藥，電真空器件等工業(yè)的真空作業(yè)。 2、泵可在環(huán)境溫度5~40℃范圍內和進口壓強小于1330pa的條件下，允許長期連續(xù)工作。 3、泵不適用于抽除含氧過高、有毒的、有爆炸性的、對金屬有腐蝕作用的、對泵油起化學反應的，以及含有顆粒塵埃的氣體，也不適用于把氣體從一個容器輸送到另一個容器，作輸送泵用。 4、泵在6000Pa的大氣壓的進口壓強下的連續(xù)工作時間不得超過3分鐘，以免噴油或潤滑不良引起泵損壞。 四、型號及主

8、要技術指標 型號: KRS 6型 五、安裝說明 1、泵應安裝在地面結實堅固的場所，周圍應留有充分的余地，便于檢查、維護、保養(yǎng)。 2、泵底座下應保持地基水平，底座四角處建議墊減震橡皮或用螺栓澆制安裝，確保泵運轉平穩(wěn)，振動小。 3、泵與系統(tǒng)的連接管道應密封可靠，對小泵可采用金屬管路連接密封墊采用耐油橡膠，對小泵可采用真空膠管連接，管道管徑不得小于泵吸氣口徑，且要求管路短而少彎頭。（焊接管路時應清除管道中焊渣，嚴禁焊渣進入泵腔。） 4、在連接管路中，用戶可在泵進氣口上方安裝閥門及真空計，隨時可檢查泵的極限壓力。 5、按電動機標牌規(guī)定連

9、接電源，并接地線和安裝合適規(guī)格的熔斷器及熱繼電器。 6、泵通電試運轉時，須取下電機皮帶，確認泵轉向符合規(guī)定方向方可投入使用，以防泵反轉噴油。（轉向按防護罩指示方向） 7、對于有冷卻水的泵，按規(guī)定接通冷卻水。 8、如泵口安裝電磁閥時，閥與泵應同時動作。 9、當泵排出氣體影響工作環(huán)境時，可在排氣口裝接管道引離或裝接油霧過濾器。 六、使用說明 1、關閉泵上方的閥門 2、有冷卻水的泵接通冷卻水。 3、近規(guī)定轉向手盤皮帶輪數圈，把泵腔內的油排入油箱內，確保啟動不易噴油。（特別在冬季，油粘大，啟動負荷大，故請注意）。 4、啟動電動

10、機，泵開動運轉，觀察油窗，檢查油位。油位應在油標中心，油位偏高，會造成噴油；油位偏低，會造成潤滑不良，泵極限壓力達不到出廠指標。 加油、放油位置詳見泵指示牌。緩慢打開泵上方的閥門，系統(tǒng)開始工作。 泵不工作時，油窗內幾乎看不到油，都進入泵體內，油位以泵運轉時為準。 5、冷卻水的進水溫度以不超過30℃為宜，進出水溫差以不超過3℃為宜。 6、當環(huán)境溫度低于5℃時，應將泵油放出加熱到15-30℃后加入泵內啟動工作。 7、泵溫以油溫減去環(huán)境溫度不超過40℃為宜，否則應加強通風散熱或增加冷卻水流量。 8、進氣溫度高于40℃而使泵溫過高時，須采取措施冷卻氣體。 9

11、、當吸入氣體對泵油或泵有影響時，在泵口前應裝一個合適的過濾裝置。 10、當泵抽除含有少量可凝性氣體時，啟動泵時應打開氣鎮(zhèn)閥工作半小時，可延長泵油使用時間。 11、當泵抽除含有顆粒、塵埃的氣體時，在泵口前應裝一個合適的過濾器。 12、關泵前，應先關閉泵上方的閥門與系統(tǒng)隔絕，然后停泵，再擰緊氣鎮(zhèn)閥，以防漏油，最后關閉冷卻水。冬季有凍結的場合應放凈泵內冷卻水，以防泵腔凍裂。 注：本泵的極限壓力是指泵不接任何容器，泵溫達到穩(wěn)定，用壓縮式真空計在泵口測得的穩(wěn)定的最低分壓力。極限總壓力僅供參考。一般情況，單泵運轉半小時將達到極限壓力。 七、維護和保養(yǎng) 1、經常檢查油

12、位位置，不符合規(guī)定時須調整使之符合要求。以泵運轉時，油位到油標中心為準。 2、經常檢查油質情況，發(fā)現油變質應及時更換新油，確保泵工作正常。 3、換油期限按實際使用條件和能否滿足性能要求等情況考慮，由用戶酌情決定。一般新泵，抽除清潔干燥的氣體時，建議在工作100小時左右換油一次。待油中看不到黑色金屬粉末后，以后可適當延長換油期限。 4、一般情況下，泵工作2000小時后應進行檢修，檢查桷膠密封件老化程度，檢查排氣閥片是否開裂，清理沉淀在閥片及排氣閥座上的污物。清洗整個泵腔內的零件，如轉子、旋片、彈簧等。一般用汽油清洗，并烘干。對橡膠件類清洗后用干布擦干即可。 清洗裝

13、配時應輕拿輕放小心碰傷。 5、有條件的對管中同樣進行清理，確保管路暢通。 6、重新裝配后應進行試運行，一般須空運轉2小時并換油二次，因清洗時在泵中會留有一定量易揮發(fā)物，待運轉正常后，再投入正常工作。 7、本系列泵油采用SY1634-70 1#真空泵油。 八、常見故障及消除方法 1、泵不轉。情況不明不能先開泵，以免加重故障。用手能盤動和不能盤動。 A、泵能盤動而不轉。原因可以是聯軸器故障；皮帶打滑；電機接線有誤；電機損壞；電源沒電等。 B、不能盤動或盤起來很重的，原因可以是因為起動泵溫太低，泵油粘度太高；設計制造原因的停泵返油太多。油位太高引起的停泵返油太

14、多（加油太多，或有水汽在泵中凝結，或在排氣管中凝結的水流回泵中）；有異物在泵內（進氣管中的焊渣、氧化物；旋片彈簧等泵零件的碎屑）；旋片變形卡??；發(fā)生了咬合（銅套、轉子、中壁、泵蓋、定子、軸承）。 2、泵溫太高。指低級排氣閥附近測得的最高油溫超過使用說明書規(guī)定值。由于泵溫升高會使泵油粘度大幅下降，并使用權泵油的飽和蒸汽壓升高，使泵的極限壓力升高和抽氣效率下降；使橡膠件容易老化；熱膨脹使運轉的可靠性。泵溫太高的原因可以是泵環(huán)境溫度太高，進氣溫度太高，進氣冷卻裝置失效，泵長期連續(xù)運轉入中壓力太高；水冷泵冷卻水量不足，循環(huán)水設計效果不佳；溫控水量調節(jié)閥失效等。 3、漏油。可以發(fā)生在

15、軸封，油箱與泵零部件的密封面，放油塞、油標、油孔悶頭、定子部件與支座的通孔連接處，氣鎮(zhèn)閥（例如2X-8）等部位?？捎擅芊饧匣?，安裝不當，損壞失效，表面不平整、有雜質、粗糙和鑄件疏松等引起。如果停泵后返油，油會進入氣鎮(zhèn)閥，不關氣鎮(zhèn)閥可能會漏油。 自制橡膠墊時，一定要用耐油橡膠，要按照原設計形狀，密封面太大時壓不緊會漏油。 4、漏水?？梢园l(fā)生在水管頭，水套悶蓋平面，放水孔螺塞，放水閥等處，水套鉆穿，鑄件缺陷，凍裂，也可能導致漏水。 5、最大功率超標?？捎砷L期連續(xù)工作入口壓力太高、排氣壓力太高、雜物進入發(fā)生咬合、泵溫太高、旋片等配合間隙太小、電壓太高、泵液返入泵內太多等引起，

16、會使電機損壞。應盡量避免在最大功率附近長期連續(xù)運轉。如果表面有沉積物，要定期拆開清除。 6、極限壓力不過標。可由外漏、內漏、油孔堵塞、泵油質量不良或污染變質、有水汽等到可凝性物質、儀器儀表失真、泵運轉不正常等引起。 外漏較多時、排氣口可看白色蒸汽。油標處有較多氣泡，手在排氣口上感到排氣壓力。低級排氣閥處油面有較多氣泡。功率會有所增加。這時，首先應檢查氣鎮(zhèn)閥是否已關好。由于新泵出廠每臺都在泵口測極限壓力，所以如有外漏現象，應對泵口及管道、閥門、容器逐一檢查。外軸封失效、油杯無油、油孔悶頭漏氣也可造成外漏。內漏可由泵內的運動間隙、排氣閥等平面、排氣閥的密封面、內軸封、泵蓋平面、進氣管

17、、氣鎮(zhèn)閥密封件等引起磨損、腐蝕、咬合會使運轉間隙加大。油孔阻塞時，打開加油孔聽，泵的噪聲會較輕，在油箱密封良好的情況下，如果手在排氣口上有被吸的感覺，排氣閥可能失效。 如果泵油清潔，長期存放未用，可開氣鎮(zhèn)閥凈化泵內水汽。若無效，要檢查儀表。若泵油發(fā)黃發(fā)白已乳化，可全開氣鎮(zhèn)，調大氣鎮(zhèn)量凈化運轉，必要時可在泵口放入適量氣體運轉，可加快凈化過程。若抽入其他揮發(fā)性氣體或液體，要及時換油，必要時請洗油箱。有些泵，在級間氣道里會沉積泵液，為取得好的換油效果，要設法把沉積泵液排出 九、外形尺寸 十、特性曲線 十一.改進為無油旋片真空泵 1. 排氣量計算 根據文

18、獻[1],泵的排氣量()由下式確定: (1) 其中C由下式確定: (2) 式子中,C為面積利用系數, 為排氣量, ;L 為轉子有效長度,m;n為電機轉速,r/min; Z 為旋片數量.. 把參數表中的參數代入(2)式,計算出C=1.5, =653 L/min. 泵的容積效率 2. 旋片真空泵吸,排氣口的位置和大小 真空泵吸,排氣口的大小和位置,對泵的性能有很大影響.排氣口距上切點越近,排氣口定位角越小,有害空間就越小,極限真空度就越高,并且泵的噪音也相應降低;但是排氣口定位角不能太小,否則將造成吸, 排氣口之間的密封弧縮短,不利于

19、密封;另外排氣口定位角的取值還應考慮旋片數等因素.本設計取排氣口定位角為23. 吸氣口的位置與C,吸氣時間,通道氣阻等有關,它直接影響泵的抽氣性能.吸氣口定位角主要受扇形容積中氣體膨脹的餓一向,但容積增大時,原來留在其中的高壓氣體膨脹,壓力降低;當壓力恰好降到吸氣口壓力時,立即與吸氣口相通,否則會發(fā)生膨脹不足或膨脹過度的問題.據此可計算吸氣開始位置,吸氣口定位角的計算值約為37. 排氣口的大小對泵的噪音影響很大,排氣口小則噪音小,反之則大;但排氣口過小,排氣壓力就會增大,功率消耗就會增加,因此吸排氣口的大小一定要合適.吸排氣口的大小由氣體流速決定,一般允許流速為15~30 m/s

20、.此泵原油的排氣速率V=560 L/min;吸排氣口徑為20 mm,則氣體的流速WEI 29.7 m/s.所以吸排氣口的帶是合適的. 3. 影響旋片真空泵極限真空度的因素 泵入口端經充分抽氣后所達到的最底穩(wěn)定壓強值為該泵的極限真空度為 450 mmHg.影響此旋片真空泵極限真空度的因素很多,但主要有以下幾個因素. 3.1 轉子與泵腔在上切點的間隙 轉子與泵腔在上切點的間隙應選取合適值,若間隙過大,氣體在壓縮時容易從排氣腔進入到吸氣腔,使泵的極限真空度 上不去;間隙大小的選取原則是應大于工作時零件因溫升致使尺寸的增加量.根據這個原則把該泵轉子與泵腔在上切點的間隙值定為0.03m

21、m. 3.2 泵的溫度 工作時旋片與泵腔內壁之間會發(fā)生劇烈的摩擦,產生大量的摩擦熱,引起泵溫升高,致使泵腔內氣體的飽和蒸汽壓增加,密封性能降低,從而大大影響了泵的抽氣性能和極限真空度.為此泵采用風冷和散熱片相結合的冷卻方式,保證了該泵的工作性能. 4. 旋片運動和受力分析 真空泵旋片的運動方式比較復雜.運轉時旋片在轉子槽中相對于轉子作變速直線運動.而轉子相對于泵腔做勻角速轉動,旋片頂部與泵腔壁接觸點的絕對運動為變速圓周運動,整個旋片做平面復合運動.下圖2為旋片真空泵斜置選片的機構示意圖(為建立坐標系方便把轉子與泵腔切點沿逆時針方向旋轉90) 根據機械原理得:

22、 (3) 由理論力學可知,旋片G點的絕對加速度為: (4) 其中 : (5) 式中, 為G點的絕對加速度, 為A點的絕對加速度, 為與的夾角; 為X軸與的夾角; 為X軸與過點的旋片滑動方向所做的垂線的夾角; 為G點相對與A點的加速度/ 4.2 旋片的受力分析 4.2.1 主動力 包括由于運動加速度而產生的慣性力及不同的氣體壓力作用于旋片兩側產生的氣體力,根據牛頓慣性定律得: (6

23、) (7 ) 其中: (8) (12 ) (13) 式中, 為摩擦系數, 為摩擦角; 為旋片滑動方向與夾角; 為與的夾角. 4.2.3 摩擦力 轉子槽對旋片的摩擦力 和.方向沿轉子槽且與旋片運動方向相反,并且規(guī)定旋片做縮回運動時取正值,旋片作伸出運動時取負值. 5.

24、 旋片真空泵旋片斜置距的確定 旋片斜置的主要目的:減少旋片頂部摩擦力對旋片沿轉子槽運動的阻礙;增加轉子槽的深度,保證旋片在轉子槽內有足夠的導向長度;改善旋片的受力情況,提高承載力. 旋片的受力可近似作為一簡支外伸梁.泵在運轉的過程中,旋片僅在壓縮區(qū)域具有壓差,在其他區(qū)域可認為是零. 由理論力學力矩方程可推得: (14) 由式(3)和(12) 可得: (15) 式中,d為斜置距 可以看出,斜置

25、距受多個參數的影響,是一個綜合兼顧的樹枝數值.由于影響旋片受力分的因素很多,摩擦系數也不可能為定值.利用推導的運動和受力的各函數關系式子,即可求得最佳d值.計算得到d=22.05 mm. 6. 旋片真空泵材料的選擇 旋片是旋片真空泵的不可缺少的關鍵零件,選用何種材料很重要,若材料選用合適,能大大提高該泵的使用壽命. 此泵選用的旋片材料是石墨,石墨是碳的同素異形體,是一種優(yōu)良的自潤滑材料.它還具有優(yōu)良的導熱性,耐熱性及較低的線膨脹系數.由于高純度的石墨是多孔性的,密度較小,機械強度低,為提高其機械強度及耐磨性能,在石墨中浸漬金屬如鉛基等. 參考文獻： 1. 鄧定國

26、，束鵬程主編，回轉壓縮機. 北京, 機械工業(yè)出版社. 1988.1.73 Design of KRS 6-TYPE Rotary Vane Vacuum Pump By calculating discharge capacity of the vacuum pump, the position and size of discharge hole of KRS 6 –type rotary vane vacuum pump were determi

27、ned and the eccentricity of the rotary vane on the vacuum pump rotor was given through the stress analysis of the rotary vane. The KRS 6-type vacuum pump designed run well and could satisfy requirement of vacuum equipment in packaging system. Key words: vacuum pump, rotary vane ,stress analyisis