液環(huán)真空泵及其機(jī)組模塊的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

文/任攀玉 金雪紅

優(yōu)化改進(jìn)了液環(huán)真空泵的軸承部件及其機(jī)組模塊的結(jié)構(gòu)——對(duì)軸承部件優(yōu)化改進(jìn)使得軸承潤滑效果提高，有效防止其干摩擦，延長了軸承壽命；實(shí)現(xiàn)了在不拆泵的基礎(chǔ)上可雙向調(diào)節(jié)葉輪與吸排氣圓盤的間隙；錐面配合和雙列角接觸球軸承配合使用，更容易控制泵轉(zhuǎn)子的軸向串動(dòng)，解決了因軸向串動(dòng)導(dǎo)致的葉輪和吸排氣圓盤磨損，泵抱死停車的問題；對(duì)機(jī)組模塊的優(yōu)化改進(jìn)解決了由于添加工作液導(dǎo)致的液環(huán)瞬間加厚、工作液溫度升高，引起氣量波動(dòng)下降的問題，使泵及其機(jī)組的工作更加穩(wěn)定。

鈦材液環(huán)真空泵在化工行業(yè)應(yīng)用廣泛，用來抽吸并壓縮有腐蝕性不含固體顆粒的氣體，以便在密閉容器中形成真空。由于輸送介質(zhì)和工藝工序的特殊性，介質(zhì)在輸送過程中若是被迫長時(shí)間停止，會(huì)使介質(zhì)凝固在輸送管道中，這會(huì)給用戶生產(chǎn)及管道清理帶來巨大的麻煩，甚至可能引起爆炸。因此要求泵結(jié)構(gòu)應(yīng)具有更穩(wěn)定、更易于操作以及更易檢修的特點(diǎn)。對(duì)于泵的生產(chǎn)商來說，泵結(jié)構(gòu)在保證功能的前提下，應(yīng)易于加工生產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)周期。為此，對(duì)液環(huán)真空泵及模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

端軸承部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)

軸承部件在液環(huán)真空泵中具有支撐轉(zhuǎn)子部件，承受由軸傳遞給側(cè)座的載荷；減小彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件間的載荷摩擦系數(shù)；引導(dǎo)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；保證軸的中心位置相對(duì)其他轉(zhuǎn)動(dòng)部件固定等作用。為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，更易檢修的特點(diǎn)。我們對(duì)液環(huán)真空泵的軸承部件進(jìn)行了優(yōu)化，現(xiàn)就非驅(qū)動(dòng)端軸承部件作如下對(duì)比。

優(yōu)化改進(jìn)前后的軸承部件都采用圓柱滾子軸承承受徑向力，角接觸軸承進(jìn)行軸向定位和承受軸向力。但不同之處如下：

原軸承部件如圖1，圓柱滾子通過軸承體、定位軸承套、軸肩進(jìn)行定位；角接觸球軸承通過定位軸承套、軸承端蓋、定位軸承蓋以及軸肩進(jìn)行定位。在此結(jié)構(gòu)中存在軸承的潤滑脂容易堆積，軸的對(duì)中不易操作的問題。

優(yōu)化后的軸承部件如圖2，圓柱滾子通過定位環(huán)、軸承內(nèi)壓蓋、甩油環(huán)以及軸承體進(jìn)行定位；角接觸球軸承通過定位套、軸承殼、軸承悶蓋以及圓螺母進(jìn)行定位。特殊之處是增加了幾個(gè)零部件，使的軸承潤滑效果更好、更易實(shí)現(xiàn)軸的對(duì)中、以及在不拆泵的情況下雙向調(diào)節(jié)葉輪與吸排氣圓盤的間隙，分別作如下解釋說明：

圖1 原軸承部件

圖2 優(yōu)化后的軸承部件

（1）增加甩油環(huán)：真空泵轉(zhuǎn)速一般較高，運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后軸承溫度有所升高，使油脂粘度降低，在重力作用下易堆積在軸承部件的下部，引起潤滑不佳。增加甩油環(huán)可以起到強(qiáng)制循環(huán)潤滑的作用，使軸承潤滑效果得到提高，有效防止軸承的干摩擦，延長了軸承壽命。

（2）定位盤與軸承殼采用錐面配合、軸承殼與鎖緊螺母采用錐面配合，錐面配合具有調(diào)中作用，采用雙重錐面配合使的對(duì)中效果更好。錐面配合和雙列角接觸球軸承配合使用更容易控制整泵轉(zhuǎn)子的軸向串動(dòng)，解決了因轉(zhuǎn)子軸向串動(dòng)導(dǎo)致葉輪和吸排氣圓盤磨損，泵抱死停車的問題。

（3）實(shí)現(xiàn)在不用拆泵的基礎(chǔ)上雙向調(diào)節(jié)葉輪與吸排氣圓盤的間隙(單邊間隙小于0.25 mm)，分別就向泵端，電機(jī)動(dòng)端調(diào)節(jié)葉輪做出說明。向泵端調(diào)節(jié)葉輪時(shí)：拆下調(diào)整螺栓，增加調(diào)整墊厚度到合適值（3個(gè)調(diào)整墊的厚度需保持一致），換上新的調(diào)整墊，裝上調(diào)整螺栓并預(yù)緊。向電機(jī)端調(diào)節(jié)葉輪時(shí)：拆下調(diào)整螺栓，減小調(diào)整墊厚度到合適值，換上厚度較薄的調(diào)整墊，裝上調(diào)整螺栓并預(yù)緊。此結(jié)構(gòu)為裝配調(diào)節(jié)間隙減少了大工作量。

機(jī)組模塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)

機(jī)組模塊是指液環(huán)真空泵機(jī)組系統(tǒng)，其中包括液環(huán)真空泵、汽水分離器、電機(jī)、換熱器、壓力儀表、溫度儀表、液位計(jì)以及閥門等儀器。真空泵用來抽吸并壓縮氣體，以便在密閉容器中形成真空；汽水分離器顧名思義就是將氣體中的混合液體分離出來，得到含水分較少的氣體；電機(jī)是整個(gè)機(jī)組機(jī)械能的動(dòng)力源；換熱器用于降低工作液的溫度；壓力儀表、溫度儀表、液位計(jì)用于監(jiān)測(cè)壓力，溫度，液位的變化，以保證壓力，溫度，液位在合理的位置；閥門用于控制工作液和氣體通斷。機(jī)組模塊的圖樣通常也包含兩部分，PID圖和模塊圖。PID圖相當(dāng)于機(jī)組工作原理圖，用于說明機(jī)組的組成部分，工作流程；模塊圖主要用于生產(chǎn)加工較為直觀。

除上訴常規(guī)配置外，機(jī)組系統(tǒng)中還存在一些輔助管線，包括機(jī)封系統(tǒng)冷卻液進(jìn)出口管路、板式換熱器冷卻液進(jìn)出口管路、排空口以及補(bǔ)液口。本次系統(tǒng)改進(jìn)主要是針對(duì)補(bǔ)液口，分別就優(yōu)化改進(jìn)前后進(jìn)行說明：

原機(jī)組模塊如圖3在機(jī)組模塊系統(tǒng)優(yōu)化前工作液通過水管部件直接進(jìn)入液環(huán)真空泵，參與其工作（水管部件為PID圖中從換熱器到真空泵的管路）。這樣首先會(huì)導(dǎo)致泵體與葉輪之間工作液瞬間增加，致使液環(huán)加厚，泵的吸氣空間變小，氣量瞬間下降，引起氣量的波動(dòng)。其次所加工作液溫如果過高，真空泵氣量下降。定量變化可以按下式求得：

式中QT——工作水溫度為t時(shí)的氣體流量；

Q（t=15℃）——水溫度為t=15℃時(shí)的抽氣流量；

Pχ——水環(huán)泵抽氣口壓力；

PV(t)工作水溫度為t時(shí)的飽和壓力；

PV(15) 工作水溫度為15℃時(shí)的飽和壓力；

優(yōu)化改進(jìn)的機(jī)組模塊如圖四：工作液的補(bǔ)充是從汽水分離器罐的某一合理位置（工作液液面以上）加入，加入的工作液與汽水分離器罐里原有的工作液混合，混合后的工作液進(jìn)入板式換熱器進(jìn)行冷卻隨后進(jìn)入液環(huán)真空泵，參與其工作。這樣的改動(dòng)解決了以下問題：

圖3 原機(jī)組模塊（左側(cè)PID圖、右側(cè)模塊圖）

圖4 優(yōu)化改進(jìn)的機(jī)組模塊（左側(cè)PID圖、右側(cè)模塊圖）

（1）加入的工作液由于汽水分離器罐里液體的緩沖作用，液環(huán)瞬間加厚現(xiàn)象消失，避免了氣量的瞬間波動(dòng)。

（2）加入的工作液通過換熱器冷卻，溫度降低，氣量下降現(xiàn)象消失，使得真空泵的工作更加穩(wěn)定。

結(jié)語

本次優(yōu)化改進(jìn)，達(dá)到了預(yù)期的效果。對(duì)軸承部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)，使軸承潤滑效果得到提高，有效防止軸承的干摩擦，延長了軸承壽命；采用錐面配合解決了因軸向串動(dòng)導(dǎo)致葉輪和圓盤的磨損，泵抱死停車的問題；實(shí)現(xiàn)了在不用拆泵的基礎(chǔ)上雙向調(diào)節(jié)葉輪與吸排氣圓盤的間隙。補(bǔ)液口由水管部件改到汽水分離器罐上，解決了由于補(bǔ)液引起的氣量波動(dòng)的問題，使泵的運(yùn)轉(zhuǎn)性能更穩(wěn)定。通過本次優(yōu)化改進(jìn)達(dá)到了更易生產(chǎn)加工、更穩(wěn)定、更易操作以及更易檢修的目的。