油封式旋片机械泵的抽气过程与功率变化

        无气镇的油封式旋片机械泵的抽气过程如图2所示。在图2上所示的符号: 1→2为吸气过程; 2为第二个旋片隔断吸气管路; 2→3泵腔容积继续增大; 3泵腔处于最大工作容积; 3→4为泵腔工作容积缩小到位置2 时的容积大小; 4→5为压缩过程; 5排气阀被打开; 5→ 6为排气过程。

图2　无气镇的油封式旋片泵的抽气过程示意图

        气镇式油封旋片的抽气过程如图3 所示。图3 上所示的符号:1→2 为吸气过程; 2 为第二个旋片隔断吸气管道; 2→3 泵腔工作容积继续增大; 3 泵腔处于最大工作容积; 3→4 泵腔工作容积缩小到位置2 时工作容积大小; 3’开始掺气; 4→5 在掺气的条件下进行压缩; 5排气阀打开; 5→6 蒸汽与掺入气体一起排除泵外。

图3　气镇式油封旋片泵的抽气过程示意图

         油封机械泵是将吸入气体压缩到顶开排气阀片时的排气压力为止, 从而将气体排至大气中。这种抽气过程所需的功率, 要克服转子和滑片运动的摩擦阻力和压缩, 输送气体所需的功率。若泵轴转速一定, 则摩擦功也一定, 因此泵所耗的功率是与泵的入口压力变化相关的。油封机械泵的PV 图如图4 所示。

        图4上的符号与图2、3上的符号相对应。泵的吸气、压缩及排气一个工作循环如图4的PV图表示, 吸入压力为p1,泵腔工作容积V由1→2点,容积增加,气体被吸入, 在2点泵腔与吸气口隔离, 而2→3泵腔容积继续增大, 3→4泵腔工作容积缩小到位置2 时的容积大小, 3’ 则开始掺气, 3’→ (5)在掺气条件下进行压缩。而4→5为多变压缩过程; 4→A则为等温压缩过程; 4→B 为断热压缩过程。5 点排气阀开始打开, 5→6 为向大气中排气。到6点排气结束。

图4　油封机械泵的PV 图

          在图4 上1→2→5→6→1 所包围的斜线面积,相当于对吸入气体所做的功, 面积1→3’→ (5) →6→1, 相当于气镇泵压缩功。

          实际上泵内的压缩功, 绝热压缩发热, 由金属泵壳和泵油的传热、空冷或水冷将热量带走, 其压缩过程属于多变压缩(即1. 4≥n> 1)。泵每一个循环的有效功的计算式为

        由(13) 式可以看出,N n 与吸入压力p 有关。如图5 所示。

        吸入压力高时和吸入压力低时所需的功率差别是很大的。因为等温压缩n=1, 而绝热压缩n=1.4。其压缩功率将n 值代入, 即可得到等温压缩功率和绝热压缩功率的表达式。通过对N n 和p 的关系式求导数, 求得N nm ax 时对应的入口压力p※值。

图5　吸气压缩过程的PV 图

             p ※=p a /n^{(n/n- 1)}

         式中p3为Nnmax时的入口压强。pa为排气压力, 这个值与当地大气压力和排气伐片上弹簧压力大小有关。通常p a≥760托。参考工控论坛上的资料介绍pa=760～1100 托,pa值大则会使功率增加。