真空系统+真空泵

1、 真 空 系 统 研研1519 1519 尹秉政尹秉政 21508200272150820027 用一句话来概括，真空系统就是用来获得有特定要求的真空度用一句话来概括，真空系统就是用来获得有特定要求的真空度的抽气系统。的抽气系统。1.1.真空系统真空系统一个较完善的真空系统由下列元件组成：一个较完善的真空系统由下列元件组成： 1 1抽气设备：例如各种真空泵；抽气设备：例如各种真空泵； 2 2真空阀门；真空阀门； 3 3连接管道；连接管道； 4. 4. 真空测量装置：例如真空压力表、各种规管；真空测量装置：例如真空压力表、各种规管； 5 5其它元件：例如捕集器、除尘器、真空继电器规头、储气罐其它

2、元件：例如捕集器、除尘器、真空继电器规头、储气罐等。等。 一个要进行真空处理的容器一个要进行真空处理的容器, ,用管道和阀门将它与真空泵连接起来用管道和阀门将它与真空泵连接起来, ,同时在容器上设置真空测量装置同时在容器上设置真空测量装置, ,这就构成了一个最简单的真空抽气这就构成了一个最简单的真空抽气系统系统( (如图如图1)1)。 静态真空系统静态真空系统: :系统中没有气体流动系统中没有气体流动, ,系统内各部分的压强相等系统内各部分的压强相等, ,而且长时间不变化。凡是真空室或管道内没有放气或漏气的系统均属而且长时间不变化。凡是真空室或管道内没有放气或漏气的系统均属静态真空系统。实际上

3、静态真空系统。实际上, ,绝对的没有放气和漏气的情况是不存在的。绝对的没有放气和漏气的情况是不存在的。但是在漏气和放气流量都非常小的情况下但是在漏气和放气流量都非常小的情况下, ,系统中几乎没有气流就可系统中几乎没有气流就可以认为是静态真空系统。以认为是静态真空系统。 动态真空系统动态真空系统: :系统中有气体流动系统中有气体流动, ,系统中各处压强不等系统中各处压强不等, ,系统的各系统的各 截面有压强降落。凡是真空室或系统某处有放气或漏气的真空系统截面有压强降落。凡是真空室或系统某处有放气或漏气的真空系统 均属此类。均属此类。 (1)(1)按真空系统工作真空度的高低可分为低真空系统、中真空

4、系统、按真空系统工作真空度的高低可分为低真空系统、中真空系统、 高真空系统和超高真空系统。高真空系统和超高真空系统。(2)(2)按真空系统工作的清洁程度可分为有油真空系统按真空系统工作的清洁程度可分为有油真空系统( (真空室有油蒸气真空室有油蒸气 污染的污染的) )和无油真空系统和无油真空系统( (真空室无油蒸气污染的真空室无油蒸气污染的) )。(3)(3)按真空系统的结构材料可分为玻璃真空系统按真空系统的结构材料可分为玻璃真空系统( (除了机械真空泵以外除了机械真空泵以外 全由玻璃制成全由玻璃制成) )和金属真空系统。和金属真空系统。 2. 2. 真空泵真空泵2.12.1.1 .1 按真空度

5、分：按真空度分： 高真空高真空 -4 -4帕以下帕以下 中真空中真空 1 1-4-4帕帕 低真空低真空 大气压到大气压到1 1帕帕 2.1.2 2.1.2 按工作原理分按工作原理分： 按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分 为两种类型，即气体传输泵和气体捕集泵。为两种类型，即气体传输泵和气体捕集泵。2.1.32.1.3 气体传输泵气体传输泵 气体传输泵是一种能使气体不断的吸入和排出，借以达到抽气目气体传输泵是一种能使气体不断的吸入和排出，借以达到抽气目的的真空泵，这种泵基本上有两种类型：的的真空泵，这种泵基本上有两种类型： 1) 1) 变容真空泵变容真空泵

6、 变容真空泵是利用泵腔容积的周期性变化来完成吸气和排气过程变容真空泵是利用泵腔容积的周期性变化来完成吸气和排气过程的一种真空泵。气体在排出前被压缩。这种泵分为往复式及旋转式两的一种真空泵。气体在排出前被压缩。这种泵分为往复式及旋转式两种种 。其中旋转式真空泵又分为油封式真空泵、干式真空泵、液环式。其中旋转式真空泵又分为油封式真空泵、干式真空泵、液环式真空泵、罗茨真空泵。真空泵、罗茨真空泵。 2 2）动量传输泵）动量传输泵 这种泵是依靠高速旋转的叶片或高速射流，把动量传输给气体或这种泵是依靠高速旋转的叶片或高速射流，把动量传输给气体或气体分子，使气体连续不断地从泵的入口传输到出口。气体分子，使气

7、体连续不断地从泵的入口传输到出口。 2.2.1 1. .4 4 气体捕集泵气体捕集泵 这种泵是一种使气体分子被吸附或凝结在泵的内表面上，从而减这种泵是一种使气体分子被吸附或凝结在泵的内表面上，从而减小了容器内的气体分子数目而达到抽气目的的真空泵，有以下几种型小了容器内的气体分子数目而达到抽气目的的真空泵，有以下几种型式。式。 1 1）吸附泵）吸附泵 它主要依靠具有大表面的吸附剂（如多孔物质）的物理吸附作用它主要依靠具有大表面的吸附剂（如多孔物质）的物理吸附作用来抽气的一种捕集式真空泵。来抽气的一种捕集式真空泵。2 2）吸气剂泵）吸气剂泵 它是一种利用吸气剂以化学结合方式捕获气体的真空泵。吸气剂

8、它是一种利用吸气剂以化学结合方式捕获气体的真空泵。吸气剂通常是以块状或沉积新鲜薄膜形式存在的金属或合金。升华泵即属于通常是以块状或沉积新鲜薄膜形式存在的金属或合金。升华泵即属于这种型式。这种型式。3 3）吸气剂离子泵）吸气剂离子泵 它是使被电离的气体通过电磁场或电场的作用吸附在有吸气材料它是使被电离的气体通过电磁场或电场的作用吸附在有吸气材料的表面上，以达到抽气的目的。的表面上，以达到抽气的目的。4 4）低温泵）低温泵 利用低温表面捕集气体的真空泵利用低温表面捕集气体的真空泵 3.3.水环真空泵水环真空泵3 3.1 .1 水环真空泵简介水环真空泵简介 简称水环泵，是一种粗真空泵，它所能获得的极

9、限真空为简称水环泵，是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为200020004000Pa4000Pa，串联大气喷射器可达，串联大气喷射器可达270270670Pa670Pa。水环泵也可用作压缩。水环泵也可用作压缩机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围为机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围为1 12 2105Pa105Pa表压力。由于真空应用技术的飞跃发展，水环泵在粗真空表压力。由于真空应用技术的飞跃发展，水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环泵中气体压缩是等温的，故可获得方面一直被人们所重视。由于水环泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可

10、抽除含尘、含水的气体，因此，水抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，因此，水环泵应用日益增多。环泵应用日益增多。3.2 3.2 水环泵的工作原理水环泵的工作原理 在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中顺时针方向旋在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中顺时针方向旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内毂

11、相切，水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。 如果以叶轮的下部如果以叶轮的下部0 0为起点，那么叶轮在旋转前为起点，那么叶轮在旋转前180180时小腔的容时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被时小腔则与

12、吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。 综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。因此它属于变容式真空泵。 3.3 3.3 水环泵的优缺点水环泵的优缺点水环泵与其他机械泵相比有如下优点：水环泵与其他机械泵相比有如下优点： 1 1）结构简单，制造精度要求不高，容易加工。）结构简单，制造精度要求不高，容易加工。 2 2）结构紧凑，泵的转数较高，一般可与电动机直联，无须减）结构紧凑，泵的转数较高

13、，一般可与电动机直联，无须减速装置。故用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，占地面积也速装置。故用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，占地面积也小。小。 3 3）压缩气体基本上是等温的，即压缩气体过程温度变化很小。）压缩气体基本上是等温的，即压缩气体过程温度变化很小。 4 4）由于泵腔内没有金属磨擦表面，无须对泵内进行润滑，而）由于泵腔内没有金属磨擦表面，无须对泵内进行润滑，而且磨损很小。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。且磨损很小。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。 5 5）吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。）吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。水环泵也有其

14、缺点：水环泵也有其缺点：1 1）效率低，一般在）效率低，一般在30%30%左右，较好的可达左右，较好的可达50%50%。 2 2）真空度低，这不仅是因为受到结构上的限制，更重要的是受工作）真空度低，这不仅是因为受到结构上的限制，更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制。用水作工作液极限压强只能达到液饱和蒸气压的限制。用水作工作液极限压强只能达到200020004000Pa4000Pa。用油作工作液，可达用油作工作液，可达130Pa130Pa。 4. 4. 水环泵的应用水环泵的应用4.1 4.1 在工业中的具体应用举例在工业中的具体应用举例4.1.14.1.1水环泵在空冷机组真空系统中的应用水环泵在空

15、冷机组真空系统中的应用 水环泵是电厂凝汽器最主要的抽真空设备水环泵是电厂凝汽器最主要的抽真空设备, ,由于现有的火电由于现有的火电厂大多采用湿冷机组厂大多采用湿冷机组, ,水环泵在湿冷机组中的配置和应用相对比水环泵在湿冷机组中的配置和应用相对比较成熟。较成熟。 空冷机组水环泵抽真空系统的特点：空冷机组水环泵抽真空系统的特点： 1 1）空冷机组的漏气量及严密性）空冷机组的漏气量及严密性 对于空冷机组对于空冷机组, ,该要求是很容易实现的该要求是很容易实现的, ,实测的真空下降速度实测的真空下降速度为为0.05kPa/min0.05kPa/min。对于。对于600MW600MW机组应以真空下降速度

16、不大于机组应以真空下降速度不大于0.03kPa/min0.03kPa/min为宜为宜, ,并指出空冷机组应有独立的严密性判定标准。并指出空冷机组应有独立的严密性判定标准。2 2）空冷机组凝汽器的背压特点）空冷机组凝汽器的背压特点 我国一些我国一些地区地区（比如在内蒙古地区）（比如在内蒙古地区）空冷机组背压在空冷机组背压在1 1天天内的变化也是比较大的。空冷机组凝汽器背压变化大且频繁的内的变化也是比较大的。空冷机组凝汽器背压变化大且频繁的特点在进行水环泵配置时应引起重视。特点在进行水环泵配置时应引起重视。3 3）水环泵的抽干空气特性）水环泵的抽干空气特性 水环泵属于容积式泵的一种水环泵属于容积式

17、泵的一种, ,不考虑内部泄漏和工作液的影响不考虑内部泄漏和工作液的影响, ,在不同真空度下水环泵的理论体积流量是相同的在不同真空度下水环泵的理论体积流量是相同的, ,并且水环泵实际并且水环泵实际抽气的体积流量抽气的体积流量q qV V常随吸入的绝压常随吸入的绝压p p的升高而增大的升高而增大。4.1.2 4.1.2 水环泵组在钢液真空精炼设备上的应用水环泵组在钢液真空精炼设备上的应用 钢液真空精炼设备常用的炉型有钢液真空精炼设备常用的炉型有VDVD、VODVOD和和RHRH等等, ,其核心配套设备其核心配套设备就是真空泵系统。尽管真空泵的种类很多就是真空泵系统。尽管真空泵的种类很多, ,但最适

18、合钢液脱气特性工艺但最适合钢液脱气特性工艺要求的还是水蒸汽喷射真空泵。要求的还是水蒸汽喷射真空泵。 由于水蒸汽喷射真空泵由于水蒸汽喷射真空泵( (组组) )的工作范围通常在的工作范围通常在1 11.01xl01.01xl05 5PaPa范围范围内内, ,抽气能力从几抽气能力从几kg/hkg/h到上千到上千kg/h,kg/h,对被抽介质无严格要求对被抽介质无严格要求, ,不怕被抽介不怕被抽介质的污染质的污染, ,无论被抽介质的温度高低无论被抽介质的温度高低, ,有无尘埃杂质和腐蚀性都可使用有无尘埃杂质和腐蚀性都可使用, ,工作安全可靠工作安全可靠, ,维修费用低廉。这些特点是其它种类的真空泵不能同时维修费用低廉。这些特点是其它种类的真空泵不能同时具备的。具备的。在钢液真空精炼设备上选用水环泵应考