罗茨泵-水环泵真空机组工作原理 | |||||||||||||||||||||
罗茨真空机组在一般情况下,选用水环泵作为前级泵比其它真空泵更为有利,这主要是由于它能够抽除大量的可凝性蒸汽,特别是当气镇油封机械真空泵排除可凝性蒸汽能力不够,或使用的溶剂能使泵油恶化而影响性能,或者是真空系统不允许油污染的时候更为明显。 罗茨泵-水环泵机组广泛地用于化工、食品升华干燥、高空模拟试验等的抽真空系统中。这类联合机组,大致有如下几种类型。 (1)罗茨泵-水环泵:机组中水环泵的作用是造成罗茨泵所需的预备真空,因此要求该水环泵的******允许排气压力,即是说,一方面要尽量提高水环泵的极限真空,另一方面,也要设法提高罗茨泵的******允许排气压力。 一般情况,单级水环泵极限真空度不高,而目前我国生产的罗茨泵要求的预真空又较高,故实际上不用单级水环泵作为罗茨泵的前级泵,而用能提高极限真空度的双级水环泵作为前级泵使用,采用双级水环泵,还可以提高机组的极限真空度。 一台罗茨泵的极限真空度是较低的,特别是当它与水环泵组合运行时,使用范围受到限制,整个机组的极限真空度可能更低,但若用两台罗茨泵串联再与水环泵组合,就能大大提高机组的极限真空度。 故在这种类型里通常见到的是两台罗茨泵串联后再用双级水环泵作前级泵 (图1)组成机组。 (2)罗茨泵-水环泵-大气泵机组:即使采用双级水环泵,极限真空度的提高也只是在一定的范围之内,这是因为受到水的饱和蒸汽压的限制。水环泵的理论极限压力就是水的饱和蒸汽压。如果考虑气体返流等因素的影响,实际上水环泵的极限压力显著比该水温上的饱和蒸汽压力为高。为了提高前级泵的极限真空度,还可以使水环泵与大气泵组合使用。 见图2。这样,串联一级大气泵后的极限真空度可达20~30Torr,如果水环泵与二级大气泵组合,则极限真空可达2~10Torr。
(1)机组前装冷凝器 机组的性能与罗茨泵的性能密切相关,而罗茨泵的性能又随前级泵的不同而有所不同。 1)由于罗茨泵的转子与转子之间、转子与壳体之间存在着间隙,因此有返流存在,而这种返流受进口压力和出口压力的影响,即使是同一台罗茨泵,使用不同的前级泵时,其抽气速率也会有所不同。 罗茨泵的抽气速率可由下式确定: δ=δ0(P2/P1/K) 式中:δ0-设计的抽气速率; P1-进口压力; P2-出口压力; K-固有常数,由该泵转子的形状、间隙量、转子圆周速度和出口压力来确定。 由上式可知,抽气量受到出口压力与进口压力之比的影响,亦即若增加前级泵的抽气速率,那么罗茨泵的抽气速率也会增大。 (2)极限压力由泵的抽气速率,各间隙的返流量,泵体泄漏量及高真空侧的放气量所决定。即: P0=(Q1+Q2+Q3)/δ 式中:P0-极限压力; δ-抽气速率; Q1-返流量; Q2-泄漏量; Q3-放气量。 在这些参数中,Q1受排气压力即前级泵的极限压力的影响很大,在用水环泵作前级泵时,罗茨泵的极限压力随水环的饱和蒸汽压的不同而不同。 图6是用同一台罗茨泵配不同的前级泵时的性能比较。 从图可见,前级泵的极限真空度愈高时,机组的极限真空度也随之增高;两级罗茨泵串联使用,则能提高机组的极限真空度(实质上就是前一个罗茨泵为后一个罗茨泵的前级泵),且性能曲线平缓扩大,也即使用的范围扩大(由曲线1与2,曲线3与5的比较而得)。机组1、2的曲线大致相同。同样,机组3、4、5的曲线也有相同之处。然而1、2机组曲线和3、4、5机组曲线却是完全不同的两组曲线。这说明对于同一罗茨泵而言,选用不同的前级泵时,其机组的性能曲线有本质的差异。由此可见,前级泵对机组性能有相当大的影响。 (4)水环泵的选择 所谓水环泵就是用水作为液环的液环泵,用水作液环有很多优点,如价廉、易得、不会污染环境等。但也有一个很大缺点,由于水的饱和蒸汽压高,使得水环泵的吸入压力也高。这时如改用饱和蒸汽压低的液体作为液环,则可提高泵的极限真空度。如果某机组中罗茨泵******允许的排气压力为10Torr,则用水作液环时还须加大气泵才能作为该罗茨泵的前级泵,若改用矿物油作液环则不加大气泵即可作为前级泵,这样可以简化装置。 (5)机组性能与罗茨泵允许排出压力 机组的性能在很大程度上取决于罗茨泵的允许排出压力。这种允许值越低,水环泵作为前级泵的可能性就越小。如果罗茨泵这种允许值为1~10Torr,而不论单、多级的水环泵极限压力大大高于这个数值,因此就不可能单独与这种罗茨泵组合使用,而需要加二级大气泵。如果罗茨泵排出压力允许值在100Torr以上,则前级的水环泵也可以作为罗茨泵的前级泵的前级泵,这就大大地扩充了前级泵的应用范围。 (6)应用实例 某化纤产品的生产过程为:低分子-高分子-制成带状-切片-干燥(运用罗茨泵-水环泵机组进行真空干燥)-抽丝-牵伸、加热-纺织-成品。 其中一个重要的工序是将5×5×5(mm)大小的切片进行干燥,以便进行抽丝,抽丝过程中理想的状况是使水份含量为零,实际上由于不能达到这一目的,故要求水份含量不大于0.02%,如果水份超过这一要求,要高温高压下抽丝,会使高分子分解,影响产品的强度。 在干燥这一工序中所应用的罗茨泵-水环泵机组的抽真空系统装置如图7所示。机组中各泵的技术参数如下表。
主要设备的功用简介如下: |
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