液環真空泵及其機組模塊的結構優化

文/任攀玉 金雪紅

優化改進了液環真空泵的軸承部件及其機組模塊的結構——對軸承部件優化改進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；實現了在不拆泵的基礎上可雙向調節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，更容易控制泵轉子的軸向串動，解決了因軸向串動導致的葉輪和吸排氣圓盤磨損，泵抱死停車的問題；對機組模塊的優化改進解決了由于添加工作液導致的液環瞬間加厚、工作液溫度升高，引起氣量波動下降的問題，使泵及其機組的工作更加穩定。

鈦材液環真空泵在化工行業應用廣泛，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。由于輸送介質和工藝工序的特殊性，介質在輸送過程中若是被迫長時間停止，會使介質凝固在輸送管道中，這會給用戶生產及管道清理帶來巨大的麻煩，甚至可能引起爆炸。因此要求泵結構應具有更穩定、更易于操作以及更易檢修的特點。對于泵的生產商來說，泵結構在保證功能的前提下，應易于加工生產，以縮短生產周期。為此，對液環真空泵及模塊結構進行了優化改進。

端軸承部件結構的優化改進

軸承部件在液環真空泵中具有支撐轉子部件，承受由軸傳遞給側座的載荷；減小彼此相對運動部件間的載荷摩擦系數；引導軸的旋轉運動；保證軸的中心位置相對其他轉動部件固定等作用。為了實現結構更穩定，更易檢修的特點。我們對液環真空泵的軸承部件進行了優化，現就非驅動端軸承部件作如下對比。

優化改進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行定位。在此結構中存在軸承的潤滑脂容易堆積，軸的對中不易操作的問題。

優化后的軸承部件如圖2，圓柱滾子通過定位環、軸承內壓蓋、甩油環以及軸承體進行定位；角接觸球軸承通過定位套、軸承殼、軸承悶蓋以及圓螺母進行定位。特殊之處是增加了幾個零部件，使的軸承潤滑效果更好、更易實現軸的對中、以及在不拆泵的情況下雙向調節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 優化后的軸承部件

（1）增加甩油環：真空泵轉速一般較高，運轉一段時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。增加甩油環可以起到強制循環潤滑的作用，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，錐面配合具有調中作用，采用雙重錐面配合使的對中效果更好。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子的軸向串動，解決了因轉子軸向串動導致葉輪和吸排氣圓盤磨損，泵抱死停車的問題。

（3）實現在不用拆泵的基礎上雙向調節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，電機動端調節葉輪做出說明。向泵端調節葉輪時：拆下調整螺栓，增加調整墊厚度到合適值（3個調整墊的厚度需保持一致），換上新的調整墊，裝上調整螺栓并預緊。向電機端調節葉輪時：拆下調整螺栓，減小調整墊厚度到合適值，換上厚度較薄的調整墊，裝上調整螺栓并預緊。此結構為裝配調節間隙減少了大工作量。

機組模塊結構優化改進

機組模塊是指液環真空泵機組系統，其中包括液環真空泵、汽水分離器、電機、換熱器、壓力儀表、溫度儀表、液位計以及閥門等儀器。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；電機是整個機組機械能的動力源；換熱器用于降低工作液的溫度；壓力儀表、溫度儀表、液位計用于監測壓力，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。機組模塊的圖樣通常也包含兩部分，PID圖和模塊圖。PID圖相當于機組工作原理圖，用于說明機組的組成部分，工作流程；模塊圖主要用于生產加工較為直觀。

除上訴常規配置外，機組系統中還存在一些輔助管線，包括機封系統冷卻液進出口管路、板式換熱器冷卻液進出口管路、排空口以及補液口。本次系統改進主要是針對補液口，分別就優化改進前后進行說明：

原機組模塊如圖3在機組模塊系統優化前工作液通過水管部件直接進入液環真空泵，參與其工作（水管部件為PID圖中從換熱器到真空泵的管路）。這樣首先會導致泵體與葉輪之間工作液瞬間增加，致使液環加厚，泵的吸氣空間變小，氣量瞬間下降，引起氣量的波動。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時的氣體流量；

Q（t=15℃）——水溫度為t=15℃時的抽氣流量；

Pχ——水環泵抽氣口壓力；

PV(t)工作水溫度為t時的飽和壓力；

PV(15) 工作水溫度為15℃時的飽和壓力；

優化改進的機組模塊如圖四：工作液的補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，混合后的工作液進入板式換熱器進行冷卻隨后進入液環真空泵，參與其工作。這樣的改動解決了以下問題：

圖3 原機組模塊（左側PID圖、右側模塊圖）

圖4 優化改進的機組模塊（左側PID圖、右側模塊圖）

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

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

結語

本次優化改進，達到了預期的效果。對軸承部件的結構優化改進，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導致葉輪和圓盤的磨損，泵抱死停車的問題；實現了在不用拆泵的基礎上雙向調節葉輪與吸排氣圓盤的間隙。補液口由水管部件改到汽水分離器罐上，解決了由于補液引起的氣量波動的問題，使泵的運轉性能更穩定。通過本次優化改進達到了更易生產加工、更穩定、更易操作以及更易檢修的目的。