椭圆形泵体水环真空泵.docx

Ξ椭圆形泵体水环真空泵余宗萍( 浙江大学310027) 姚民生( 东北大学) 燕洪顺( 山东淄博真空设备厂) Ξ 椭圆形泵体水环真空泵 余宗萍( 浙江大学 310027) 姚民生( 东北大学) 燕洪顺( 山东淄博真空设备厂) 排气窗口 4, 分别与外部的吸入管和排气管相通。 在泵体中装有适量的水 (也可用其它液体) 作为工 作液, 当叶轮按图中指示的方向旋转时, 水被叶轮 抛向四周, 由于离心力的作用, 水形成了一个决定 于泵腔形状的近似于等厚的封闭圆环 5。 在液环 内表面与叶轮轮毂表面以及侧盖端面之间则构成 一个月牙形的工作空腔, 此空腔被叶轮分成与叶 片数目相等的若干互不相通、容积不等的小空腔, 称为工作小室 6。 在叶轮的前半转水环逐渐逼近 轮毂, 小室的容积又由大变小, 使小室中的气体受 到压缩, 压力逐渐升高, 当增大到等于外部排出压 力时气体就通过排气窗口被排出。 因此水环泵的 工作过程可以分为吸气、压缩和排气三个连续阶 段。 在整个工作过程中叶片间的工作小室相当于 活塞泵的气缸, 水环好象是活塞, 它相对于叶轮轮 毂所作的径向往复移动使小室容积发生周期性的 变化。 因此使水环泵正常工作的必要条件是叶轮 与泵体之间保持一定的偏心以及连续供给一定量 的工作液体。 212 水环内界线公式推导 水环内界线在水环泵的研究中是最基本的前 提, 它直接关系到吸气腔、排气腔的形状与位置确 定, 关系到泵的抽气速率、功率确定, 所以首先推 导椭圆形泵体水环泵的内界线公式。 图 2 给出了 叶轮、水环和泵体之间的结构尺寸。经推导可得吸 气、压缩和排气各段的水环内界线公式为: 1 前言 水 环 真 空 泵 属 于 低 真 空 泵, 极 限 真 空 为 2000P a～ 4000P a。由于具有等温压缩、无摩擦、无 油等优点, 极适宜于输送易燃易爆或遇温度升高 即会分解的气体及含尘气体, 被广泛应用于食品、 化工、机械、轻工等部门。 该泵的主要缺点是效率 很低, 一般在 25? ～ 30? 左右, 故耗电量大, 而德 国西门子公司的 2B E I 系列水环泵由于采用椭圆 形 泵 体, 泵 的 性 能 显 著 提 高, 效 率 可 达 37? ～ 68? 。 他们的这项研究成果完全是基于实验得到 的, 而不是理论研究的结果1, 2 。 本文首次从理论 上推导了椭圆形泵体水环泵的设计公式, 并用所 推的理论公式和有关实验, 分析和验证椭圆形泵 体水环泵性能提高的原因。 2 理论推导 211 结构和工作原理 椭圆形泵体水环泵的结构与普通水环泵的结 构类似, 主要区别在于后者的泵体为圆形, 而前者 的泵体为椭圆形, 其断面结构如图 1 所示。 2?( O 1E - f ′ - c3 ) + Τ2 吸入段: rx 1= r2 Λ r2 ( 1- Β) 2- Τ2 + Τ2 压缩段: rx 2= r2 Ρ2 2 O E - f ′ 1 1 c3 ?2- ( Ρm ax - 1) + Τ2 排气段: rx 3= r2 - Λ r2 Ε 图 1 11 泵体 21 叶轮 61 叶片间小室 椭圆形泵体水环泵的断面结构 31 吸气窗口 41 排气窗口 51 液环 (1) 式中未给出的字母含义与文献 3 中的定义是 一致的。(1) 式与圆形泵体水环泵的水环内界线形 式一样, 主要不同之处在于: 该泵工作原理为: 叶轮 2 偏心地安装于泵体 1 中, 两端由侧盖封住, 侧盖上开有吸气窗口 3 和 Ξ 1996203218 收到稿件。 实例分析与经验交流32《机械设计》1997№11知 A 有最小值 A m in , 即有 dA ?dΡ= 0。则可得到:2Ρm ax = - 3+ 9+ 8B ( 1+ ? Ε)(4)2B与 Ρm ax 实例分析与经验交流 32 《机械设计》1997№11 知 A 有最小值 A m in , 即有 dA ?dΡ= 0。 则可得到: 2 Ρm ax = - 3+ 9+ 8B ( 1+ ? Ε) (4) 2B 与 Ρm ax 对应 的 转 角 Α 即 为 排 气 腔 的 起 始 位 置。 3 讨论 图 2 椭圆形泵体水环泵结构尺寸示意图 (1) f ′≠f , f ′、f 均指叶轮顶圆在 A B 断面处 与泵体之间的径向间隙。 对于圆形泵体水环泵 f 为一定值, 而由于椭圆形泵偏转角度 Η可变, 由该 泵的 f ′为一变值。 (2)O 1 E 是指椭圆形泵体内腔型线上任一点 E 与泵腔中心O 1 之间的距离。圆形泵体水环泵的 O 1 E 是一定值, 而椭圆形泵体水环泵的 O 1 E 是偏 首