开拓发展大抽速双级滑阀真空泵

2010-01-08 于振华合肥工业大学机械与汽车工程学院

　　长期以来，我国发展双级滑阀真空泵遇到不少困难和挑战，标准制定后相隔二十多年才有生产2H-150等产品。实际上由于大抽速的双级滑阀真空泵设计制造会遇到动平衡、控制双级供油、降低噪声等一系列的问题，所以其设计制造给厂方带来很大麻烦。但是大抽速双级滑阀真空泵在使用上有很广泛的应用前景，本文介绍大抽速双级滑阀真空泵开拓发展的必要性和介绍研制成功的2H-150滑阀真空泵设计特点，并提出发展更大抽速的双级滑阀真空泵的必要性。

　　滑阀泵由于结构特点，容量比旋片泵大得多，由于滑阀真空泵可以在较差的真空环境下长期工作，因此常常被用于大型真空设备上。滑阀泵有单级和双级两种形式，单级泵的极限压力在0.6~1.3 Pa（关气镇），双级泵的极限压力在0.06 Pa。

　　抽速≥150L/s 以上的可以看作为大型滑阀泵。长期以来国内只有70L/s的双级滑阀泵，但是在使用上如果有大抽速的双级滑阀真空泵，在许多工业应用领域特别有利于简化真空设备的机组构造，有利于降低功耗，实现节能效果，有利于简化操作，提高控制的可靠性。本文以设计研制成功的2H-150双级滑阀真空泵为例，介绍发展开拓大型抽速的双级滑阀真空泵的必要性，同时通过介绍2H-150双级滑阀真空泵进行双缸设计结构的特点，提出实现在大抽速结构的双级滑阀泵双缸结构动平衡的可能性，提出实现双级滑阀泵在低压强时（2Pa）获得大抽速的可能性。同时提出简化结构设计有利于单泵的启动和控制的可能性。

1、发展大抽速双级滑阀真空泵的意义

　　长期以来我国对大型真空设备使用在一定真空度的条件下（1~10^-2Pa）广泛使用滑阀真空泵、罗茨- 滑阀真空机组，据不完全统计,浙江一省以生产滑阀真空泵、罗茨- 滑阀真空机组的产值超过4 个亿人民币。但是由于没有大抽速的双级滑阀真空泵，在许多罗茨- 滑阀机组配置上需要设计成罗茨- 罗茨- 滑阀机组，或者用一个双级滑阀泵可以达到使用目的的需要采用滑阀-罗茨来代替才能满足真空度的要求。例如需要极限真空为10^-2 Pa、抽速为150L/s 时，必须设计成主泵为ZJ- 150 的罗茨泵，前级泵可以选用2H- 30的滑阀泵。但是在使用上有时希望在较高压强时也具有大抽速，显然用2H- 30 泵作为前级泵不能满足这个要求，因此只好配2H- 70 泵作为前级泵，但是有些用户还是不能满足较高压强下大抽速的要求，于是出现主泵是ZJ- 150，用户要求前级泵配用H- 150 滑阀泵使用的怪现象。同时，我们分析罗茨泵的结构特点可以明显看出，所谓罗茨泵的抽速完全受到前级泵的抽速的影响，罗茨泵的极限压力主要决定于前级泵的极限压力，前级泵的极限压力低，罗茨泵才能获得较低的极限压力。由于过去没有大抽速的双级滑阀真空泵，所以不少时候只能用增加罗茨泵为基础设计成罗茨- 罗茨- 滑阀机组来满足和提高真空度的要求，这无疑使结构增加了复杂性。因此在总结罗茨机组的应用时，权威性资料提出对入口压力非常低（PA<10^-2 hPa）和前级泵气镇阀工作时，通常使用双级前级泵，否则罗茨泵所需的压力很难达到，而且，在这种压力下前级泵的抽速变得太低了，将导致压缩比太高，容积效率降低了。现在罗茨真空泵已经发展有5000 L/s、10000 L/s 和20000 L/s，在很多情况下既需要大的抽速又需要较低的极限压力，显然单级滑阀真空泵就无法满足这一要求，发展大抽速的双级滑阀真空泵与之相匹配，必然可以简化结构，达到节能，控制可靠的结果。

　　但是发展双级滑阀真空泵会遇到很多技术难点，国外以美国KINNY 公司为代表，以三缸结构为主体发展单级和双级滑阀真空泵，这一结构具有较好的动平衡效果，不需要在皮带轮上加配重，不需要加平衡轮，虽然对滑阀杆的离心惯性力没有得到平衡，但由于这一离心惯性力的干扰力较小，不足以产生大的振动，所以从平衡角度来说是一种好的结构形式。但是由于三缸结构需要两个中壁，中间油缸供油比较困难，同样转速下，其结构设计体积偏大。所以据查，KINNY 公司生产最大的双级滑阀真空泵为KTC- 112 泵，抽速为51 L/s，极限压力为3×10^{- 2} Pa。根据KINNY公司技术英国GENERAL 公司生产的GKTC- 225泵，最大抽速为104 L/s，极限压力为3×10^{- 2} Pa。我国为了发展大抽速的双级滑阀真空泵，上海神工、浙江台州环球、江苏海真、浙江台州力鑫、浙江真空设备公司等单位先后研制成功2H- 120、2H- 150、2H- 230 双级滑阀真空泵，开拓了我国生产大型双级滑阀真空泵的发展里程，为今后配置大型真空机组广泛使用于太阳能利用、航空航天的真空模拟、稀有金属提炼、真空冶金、电力设备的改造等领域提供了理想的预抽真空设备。