氣鎮(zhèn)的結(jié)構(gòu)與工作原理
為了從真空系統(tǒng)或真空容器中抽除可凝性氣體，油封式機(jī)械泵普遍設(shè)有氣鎮(zhèn)裝置，氣鎮(zhèn)法可以有效地防止可凝性氣體凝結(jié)。該方法是在被抽氣體被壓縮過程中將經(jīng)過控制的永久性氣體(通常為室溫干燥空氣)由氣鎮(zhèn)孔摻入其中，使可凝性氣體分壓達(dá)到泵溫時(shí)的飽和蒸汽壓之前，壓縮氣體的壓力已達(dá)到排氣壓力，排氣閥打開，將可凝性氣體同永久性氣體一同排出。本文就詳細(xì)講解了氣鎮(zhèn)的結(jié)構(gòu)以及工作原理。
由于大氣中都含有一定量的水蒸氣，所以泵工作時(shí)所抽除的氣體多是某些可凝性氣體和永久性氣體的混合物。這種混合氣體在泵內(nèi)被壓縮排氣的過程中，如果可凝性氣體的分壓力超過了泵溫下的飽和蒸氣壓，那么它們就會(huì)凝結(jié)并與真空泵油混合，隨油一起循環(huán)。當(dāng)它們返回到高真空端時(shí)又重新蒸發(fā)變成蒸汽。隨著泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，凝結(jié)物不斷增加，使泵的極限真空度和抽速降低。當(dāng)抽除的氣體中濕度較大時(shí)，泵油的污染更加嚴(yán)重，使泵的密封、潤滑和冷卻性能變差，以至于經(jīng)常更換新油。
氣鎮(zhèn)閥(摻氣閥)是由節(jié)流閥和逆止閥兩部分成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。節(jié)流閥控制摻入氣體量，逆止閥防止泵腔內(nèi)氣體壓力高于摻氣壓力時(shí)出現(xiàn)返流。
1-調(diào)節(jié)閥 2-氣鎮(zhèn)閥座 3-密封墊 4-擋塊 5-鋼球 6-彈簧
圖1 氣鎮(zhèn)閥結(jié)構(gòu)
氣鎮(zhèn)法是防止蒸汽凝結(jié)從而避免油污染的有效方法。這種方法是將室溫干燥的空氣經(jīng)氣鎮(zhèn)孔進(jìn)入泵的壓縮腔中與被抽氣體相混合。當(dāng)把這種混合氣體壓縮到排氣壓力時(shí)，由于摻氣作用使得其中的蒸汽分壓能保持在泵溫狀態(tài)的飽和蒸氣壓以下，因而蒸汽不會(huì)凝結(jié)而與其它氣體一起被排至泵外。被抽氣體中蒸汽的含量越多，摻入的干燥氣體量就需越多。
圖2描述了上述的氣鎮(zhèn)過程。ab表示蒸汽吸入過程，蒸氣的吸入壓力為Pv。對(duì)于氣鎮(zhèn)泵，吸氣終了后，稍加壓縮至b'點(diǎn)，開始向泵腔內(nèi)摻氣，并壓縮至排氣壓力PT2，由b'c'表示。然后泵等壓排出混合氣體，由c'f表示，對(duì)于非氣鎮(zhèn)泵，蒸汽吸入后被壓縮到泵溫時(shí)的飽和壓力PST，以bc表示。泵繼續(xù)壓縮，蒸汽逐漸液化，其過程由cd表示。泵對(duì)液體(液化的蒸氣及泵油)繼續(xù)進(jìn)行壓縮，使壓力突然上升到達(dá)排氣壓力PT2，如de所示。最后液體被排至油箱中，與泵油相混，如ef所示。在摻氣過程中，可凝性氣體的壓縮達(dá)到c點(diǎn)時(shí)，空氣與蒸氣混合物的全壓力就已達(dá)到排氣壓力，而此時(shí)，蒸氣的分壓力只達(dá)到PST。但因全壓力已達(dá)到排氣壓力，排氣閥被推開進(jìn)行排氣，未凝結(jié)的蒸氣保持氣體狀態(tài)被一起排至泵外。以上的整個(gè)過程就是真空泵抽氣時(shí)氣鎮(zhèn)的工作原理。
圖2 旋片泵抽氣時(shí)氣鎮(zhèn)的工作原理圖
采取氣鎮(zhèn)方法，雖然達(dá)到了排除蒸氣的目的，但由于摻氣增加了大氣漏入到吸氣端的可能性，因此對(duì)泵的抽速與極限真空度都有影響。泵在摻氣過程中，其極限真空要比不摻氣時(shí)下降1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。一般在使用時(shí)，先使用氣鎮(zhèn)閥摻氣排除可凝性氣體。等到蒸氣基本抽除后，即可關(guān)閉氣鎮(zhèn)閥，繼續(xù)抽氣，經(jīng)過一定時(shí)間后，就可達(dá)到不摻氣時(shí)泵的極限真空了。
由于氣鎮(zhèn)方法主要是防止泵在壓縮過程中蒸氣的凝結(jié)，所以對(duì)那些從氣相狀態(tài)就能溶解在泵油中的蒸氣的抽除效果就比較差。
加裝了氣鎮(zhèn)裝置的機(jī)械真空泵，還有自凈化泵油的作用：當(dāng)泵油被少量凝結(jié)液污染后，只要將泵入口封死，然后打開氣鎮(zhèn)閥，經(jīng)一定時(shí)間抽氣運(yùn)轉(zhuǎn)，泵油便能恢復(fù)原來的性能。
為了防止泵噴油、返油，改善泵的潤滑條件，擴(kuò)大泵的使用范圍，旋片泵還配有多種附件，如油霧捕集器、分子過濾器、塵粒過濾器、化學(xué)過濾器、油過濾器等。隨著技術(shù)進(jìn)步和工藝要求的提高，旋片泵的結(jié)構(gòu)更趨完善，性能不斷提高。
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