可凝性蒸汽对油封机械泵性能的影响

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可凝性蒸汽对油封机械泵性能的影响时间:2011-09-15　　来源:东北大学机械工程与自动化学院　　编辑:杨乃恒 　　在真空干燥、真空浸渍、真空蒸馏及其它一些工艺过程中，由于需要抽除可凝性气体，使用普通油封机械泵是很难胜任的。如图2 所示：在对不同的被抽气体或蒸汽的压缩过程中，泵腔内的压力变化情况。假设泵的排气压力，即打开排气阀的压力为大气压Pa=760（×133 Pa)，在图上折线1- 2- 3 表示非凝结性气体（如空气在等温压缩时压力的变化规律由1（×133 Pa)压缩到760（×133 Pa)的状况），折线1- 4- 5 为汽油和四氯化碳蒸汽的压力变化情况；折线1- 6- 7 为酒精蒸汽的压力变化状况；折线1- 8- 9 则为水蒸汽在泵腔内的压力变化状况。图2 几种被抽物质在压缩过程中泵腔内压力的增加与压缩比的关系（1）可凝性蒸汽的凝结　　在泵的工作温度（如60℃）下，当压缩过程使泵腔内的压力达到被抽蒸汽的饱和蒸汽压力时，因而可凝性蒸汽就产生凝结，这时泵腔内的压力也就不再增高了（如图2 上折线的水平部分，即4- 5；6- 7；8- 9）。泵的压缩比增加促使凝结液的增加而泵腔内的压力仍然处于饱和蒸汽压力。一般这些蒸汽在泵工作温度下其饱和蒸汽压力都低于大气压力760（×133 Pa)。因而在这种情况下，由于凝结液体和聚积在泵腔内的泵油在压缩排气时对排气阀片会产生强烈的冲击，才打开阀门（即把泵油和液体混合物压缩到760（×133 Pa)时才打开排气阀门）。因液体是非压缩性流体，压力突然增加表现出对阀片的激烈的冲击声。某些物质的饱和蒸汽压力同温度的关系如图3 所示。　　在对被抽蒸汽的压缩过程中形成的凝结液沉积在泵腔内，同时又往泵里送进泵油，两者混在一起很快就恶化了油的性质，具有高蒸汽压力的凝结液和泵油一起进入抽气的工作腔内，很快地就蒸发了，从而增加了泵所能达到的极限压力。图中曲线：1.乙醚；2.二硫化碳；3.丙酮；4.三氯甲烷；5.甲醇；6.四氯化碳；7.汽油；8.乙醇；9.水蒸汽；图3 几种物质的饱和蒸汽压力与温度的关系　　实际工作中最常遇到的是要抽除水蒸汽，它是最容易凝结的一种蒸汽（如图3）。水进入泵油中会形成一种乳浊液，溶解并活化在泵油中的酸类物质。水同铁质（钢或铸铁）相互作用又形成一种氧化铁的水合物，这种水合物又同酸类物质发生作用形成非溶解性的碱肥皂，而它恰恰是泵油氧化过程的强力催化剂，这一切必定导致极限压力的增高。泵油胶化并能使泵遭到破坏。同时，由于润滑条件急剧的恶化亦会引起泵温的升高。　　我们知道，对于在实际中所用到的大多数蒸汽来说，其在室温下的饱和压力都是几个毫米汞柱，或稍高一些（如图3），这就是说，这个压力只有在油封机械泵中才能达到。由此可见，在罗茨泵、分子泵和蒸汽流泵中，蒸汽多半不会凝结并能顺利地通过这些泵。不但如此，就是在工作开始之前，进入这些泵的凝结液在达到低压力时已蒸发了并且很容易地就可以被抽走。（2）在抽除气体和蒸汽混合物时，油封机械泵内的压缩过程。　　设Pg ———混合气体中非凝结性气体在泵入口处的分压力；　　Pz———混合气体中蒸汽在泵入口处的分压力；　　Ps———在泵工作时和泵温（60℃）下蒸汽的饱和压力；　　Pa———排气压力（等于大气压力）；　　Kmax———在开始排气时混合气体的压缩比；　　显然，为要排气，必须达到如下的压缩比：　　就开始凝结过程。　　如果Kcon＞Kmax，那么就不产生凝结，如果Kcon＜Kmax，则在泵腔内开始凝结，并且蒸汽被凝结的数量将会不断增加，直至排气时为止。蒸汽被凝结的那一部分可按下式确定；　　式中α 为可凝性蒸汽被凝结的部分。　　例：从空气中抽除水蒸汽，Pg=5（×133 Pa)，Pz = 5（×133 Pa)（从图3 查得在泵温60℃时，Ps = 150（×133 Pa)　　为了排气必须达到如下压缩比：　　排气时，没凝结的蒸汽通过呈气泡状的泵油排除，凝结液则留在泵油中。这种现象在每一回随之而来的压缩过程中都将能察觉得到。在某些情况下，凝结液的积聚是如此之快，以致每隔6~8 h 就必须更换一次泵油，有时还可能更频繁一些，而且为了恢复泵的原有特性，常常不得不一连几次用油来清洗它。由于腐蚀作用和润滑条件的恶化，零件的磨损增加了，这就引起了必须对泵作经常的拆装和检修，才能使它在抽可凝性蒸汽时，稳定地工作。