油扩散泵的工况分析与结构设计_张璠

油扩散泵的工况 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与结构设计 机械工业部沈阳真空技术研究所 张 播 在泵 口 压强为 1。~ ‘~ 1 0 ~ . 托时 , 油扩散泵的抽速明显下降 , 而扩散喷射泵 《油增压泵 ) 尚未有效 地发挥作用 , 形成薄弱 区段 。 因此研 制在高压强端抽气能力较强的油扩散泵 , 将能弥补这段不足 , 从而 为真空应用设备在高压区段大且排除气体 , 提供理想 的抽气 设备。 本文在总结该泵的设计工作时 , 试 图以 工况分析方法 , 探讨多级系各级性能与各级 结构的相互关系, 以及它们对 整机性能的影 响 。 力争通过对多级喻嘴串联工作 的剑析 , 初步揭示其传输及压缩过程的内在联系 , 为 多级油扩散泵的设计 , 提供一种计葬方法和 部分实验数据 。 一 、 前 官 油扩散泵是重要的高真空抽气设备 。 但 国内外大多数产品的共同缺陷是 , 在泵口压 强增至 1 0 一 召~ 10 一 3 托时 , 泵的抽速明显下 降 。 而在此压强范围 , 油扩散喷射泵 (常被 称为油增压泵) 未发挥或尚未有效地发挥抽 气作用 , 从而形成薄弱区段 。 因此研制在高 压强端抽气能力较强的油扩散泵 (或称为大 抽气量扩散泵) , 将能弥补油扩散泵与扩散 喷射泵的不足 , 从而为真空应用设备在高压 强区段大量排除气体 , 提供理想 的 抽 气 设 备 。 机械工业部沈阳真空技术研究所于1 9 8 3 年 9 月研制成功 K Z Y一600 型油扩散泵 。 并且在中国真空学会副理事长龚求初和真空 学会常务理事 、 获得委员会主任、 机械工业 部沈阳真空技术研究所总 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师姜燮昌的主 持下 , 进行了性能鉴定 。 其结论是 : “该泵的技术性能指标 , 均已达到设计 要求 , 有的指标并略有超过 。 在压 强 l义 1 0 一 5 ~ s x lo 一 月托范围内 , 平均抽速 1 3 5 2 0升 / 秒 。 压强高于 5 x 1 0- 4 托后 , 抽速继续上 升 , 压强到 1 . 2 x 1 0 一 3托时 , 抽速达到 1 4 8 0 0 升 /秒 。 该泵与国内油扩散泵相比 , 抽速曲 线向高压强端延伸半个数量级 , 接近国外同 类型扩散泵的先进水平 。 例如 , 美国 V H S 一20 型油扩散泵 , 在 S X 10 一 3 托时的抽速 为名义抽速的 20 呱 左右 , 而本 泵 实 测 值 44 00 升/ 秒 , 为名义抽速的 32 呱。 ” 过去研制油扩散喷射泵时 , 我们曾将超 过技术攻关指标的泵 * , 称为 “ 大 抽 气 量 泵” , 以示与普通泵 的区别 。 笔者在 《关于 油增压泵 的研制和改进》 〔” 一 文 中耸建 议 , 为适应真空应用设备的需要 , 我国制造 的油增压泵 , 可以形成两个系列 , 即 “大抽 气量泵” 系列及 “普通泵 ” 系列 , 因为它们 各有特点和用途 。 而今我们研制的 K ZY一 6 0 0型泵 , 在高压强端所达到的技术指标 , 可 能不够理想 , 仍需继续提高 。 不妨也称为大 抽气量油扩散泵 , 类似习惯所称的 “增压扩 散泵 ” 。 本文在总结 K z Y一600 型泵的诊计与 研制工作时 。 试图以工况分析方法 , 探讨多 . 技术攻关指标规定 . 泵压强 在 l x l。“ ‘ 托时的 抽速 , 达到 l x 10- . 托时部标规定的名 义抽速 的 6 0沁 以上。 一 2 4 一 级泵各级性 能与各级结构的相互依祖关系 , 以及它们对整机性能的影响 , 不断积累设计 ‘ 经验 , 提高泵的性能 。 二 、 国外油扩傲泵性能简介 国外油扩散泵性能各有特点 。 有的泵结 构简单且体积小 , 但抽气能力较 低 。 有 的 泵级数多 , 加热功率大 , 而抽气能力较高 。 但绝大多数产品在 s x lo “ 名托前后 , 抽速开 始下降 。 在 1 0 “ ” 托时 , 抽速下降更多 。 现 将国外大 、 中型设备中 , 具有代表性的几种 产品 , 列为表 l , 说明如下 : 表 l 将泵 口压强在 I X 10 “ 4 托时 , 各泵 的抽速值定为 10 0 呱, 其它各压 强 点 的 抽 速 , 也算出相应的百分数 。 且各泵的抽速曲 线给于图 1 中。 参照图表 , 分析对比 , 较为 醒目 。 由表 l 知 , 多数产品在 5~ 1 0 ~ 3 托 时 , 抽 速只有 I X 10 一 峨托时抽速的 10 肠 左 右 , 少数较好者达到 21 呱 。 而我们研制 的 K Z Y一6 00 型泵达到 32 呱 , 成为沿压强升 高方向 , 抽速衰减最缓者 , 使泵在高压强端 获得相 当大的抽速 。 以单位面积抽速比较 , 在 5 X 1 0- 3 一托时 , E 020 及 V H S一20 泵 的比抽速分别为 1 . 4 8 升/ 秒 ·厘米 2 及 1 . 53 升/ 秒 ·厘米 2 , 而 K ZY一600 型泵为 1 . 56 升 / 秒 ·厘米 2 , 也属最大者 。 通过图 1 所示 各曲线的比较 , 显而易见 , 当压强超过 1 又 1 0 一 3 托时 , 所有各泵中 (不论口径为 价800 或 价9 15 毫米 ) , 。 唯本 K Z Y一600 泵抽速 最高 。 弃弃共认 ’O’...山山抽翻卜‘口. . 卜尺诀砂叭兮峨峨犷犷 一叮酬熬熬 图 1 1一 1 o y 一 D 2 2 0 2一 2 4 AF一 1 2 0 0 0 3一3 D 0 一 3 0 0 o x 减一峨 D O 一 16 0 0 1 5一石 F 3 6 介5 6一 6 E 02 0 7 一7 V H S 一Z p 6一 9 K ZY一 6o Q 三 、 K Z Y一600 型某的设计 方 法 及特点 1 . 按技术指标的要求 , 通 过 一上 况 分 析 , 设计预想抽速特性 为了提高抽气性能 , 对较大规格的泵 , 应尽可能安排稍多的级数 。 本泵选择五级 , 其中包括四级扩散 , 一级 喷射 。 为提高油扩 散 泵在高压强端的抽气能力 , 必须充分加强 泵的喷射级 , 即本泵的第五级 。 通 常油扩散 泵在 5 又 10 “ ‘托时 , 抽速开始下降 , 即所谓 之抽速曲线的拐点 。 而夭抽气量泵拐点应向 高压强端移动 。 根据设计指标 , 按泵在 s x 10 一 3 、托时 , 尚有名义抽速的 25 % 以上来 考虑 , 并争取在 l又 1 0 “ 3 托时, 基本保持满 抽速 。 对 价6 00 毫米的扩散泵 , 按 部 标 规 定 , 名义抽速为 14 0 0 0 升/ 秒 。 假设泵的压 强在 I X 10 一 ‘ 托和 S X 1 0 一 ‘ 托时, 抽速为 1 4 0 0 0 升 / 秒 , 在 1 x 1 0 一 “ 托时 , 为 1 3 0 0 0 升/ 秒 , 在 s x lo- “ 托时 , 为 4 0 0 0 升 /秒 , 以此作为泵的负载 。 按泵口压强 I X 1 0 一 ‘ 、 5 又 1 0 一 弓、 l x 一。一 3 及 s x lo 一 “ 托 , 作为第 I 、 n 、 111 、 JV 、 四种工况 , 以其应有的抽速 值作 为 负 载 , 可以描绘 出相应的预想工况线及各级的 预想负载特性线 , 然后酌情修正为预想抽速 特性线 , , 或以预想负载特性代替预想抽速特 性 , 作为泵的结构设计的依据 。 工况线乃是 各级相对应的压强点的连线 。 某工况线的起 点 , 是五级联合工作的处于泵 口附近的第一 级相应工况钓压强点 , 终点是末级 (本泵第 五级 ) , 即单独喷射级相应工况的压强点。 实 一 2石一 十喊华扩喇 枣军军军 十喊华扩喇 枣枣陌陌陌陌陌 口,, 一 :. ... 三三 ;;; l 的的心心二二 男男十十十十十 ......... 卜 ,,XXXXXXX 翁翁翁翁翁 OOOOOOOOO ...尸尸尸尸尸尸尸尸尸尸尸尸闷闷 五五五 积 瑕 六六{杂杂杂杂 ‘ :... 誉誉 墨墨 蓦蓦 !!! { ;;;}}}}}}}甲甲甲甲甲甲甲甲 ⋯叁叁叁{{{{{{{朴朴朴朴朴朴朴朴朴朴一一一 _ 二 为为为为 吕 次次 币梦蓄蓄 吕 次次 卜。 ,, 一吕 次 --- 目. . 甲. . . . ~ ~ . 目 . 白白...籍籍籍 暇 卜卜卜卜卜卜卜 ‘, . 、、、 已 、户户宋宋宋宋宋宋宋宋宋 卜 亡闷闷闷 侣 , . 、、,,,,,,,,, . 闷 户州州州 , 州 公、、 户户户户户户户户户户户门 , 叫叫 军军军军 丁丁丁 内. . 目卜. 卜, . . . . . . . ... 丁丁丁丁才才刁 , . 叫叫 ⋯哭哭闷闷二,,,,,,,,, e口口口XXXXXXXXXXXXXXXXXXX ,侧 ............................,,,,,,,,,, 叫叫叫五五五 招 翻 六六六 :..... 蓦蓦丁丁飞飞 i下--- 三三 JJJ 口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口匕匕匕匕匕匕匕匕匕匕匕OOO .......................甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲叫叫 00000000000000000000000000000000000000000 次次次 0 次次 0 次次 省省 !!! ... lll欺欺欺 伟减黑犷暇 枣枣枣 ‘翻 口、、、 ‘, 户 翻翻 C , 日 ,, 0 次次 0 次次 0 次次 0 次次OOOOO 史史史 , 甲 ..... 峨 ... .0 ... 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(托 ))) 7 。 2 3 x 1 0一一 2 。 6 x 1 0一一 4 . 6 x l o一一 1 . s x l o一一 四四四 抽 气 最 O ; (托 . 升/秒 ))) 2 。 888 999 1 555 2 1 。 555 级级级 抽 速 5 . (升/ 秒 ))) 3 8 7 000 3 4 6 000 3 2 6 000 1 4 3 000 压压压 缩 比 B ... 333 2 。 555 2 。 444 1 。 999 {{{{{{{{{{{{{{{ 第第第 人 口 压 强 尸 . (托))) 2 。 2 x 1 0 一 aaa 6 。 5 x 10一一 l 。 1 x 1 0 一 111 2 。 8 x 1 0一一 五五五 抽 气 t o 。 (托 . 升/ 秒 ))) 3 。 555 1000 l 666 2 222 级级级 抽 速 5 . (升/ 秒 ))) 15 9 000 15 4000 1 4 6 000 7 8 000 压压压 缩 比 B 。。 6 。 444 6 。 222 5 。 999 含。 222 前前前 前 级 压 强 尸 (托))) 1 . 4 x 1 0 一 ttt 4 x 10 一 盆盆 6 . 5 x 10 一一 9 x 1 0一一 级级级 抽 气 盘 O (托 . 升/ 秒 ))) 444 1 1 。 555 1 8 。 777 2 5 。 888 一 27 一 间各级适当取值 , .便可最终计算 出各 工 况 下犷 各级入 口处的压强及抽速值 。 本 K Z Y一 600 型油扩散泵各级预想负 载特性线及具有代表意义的各工况线 , 列于 表 2 及给于图 2 中。 为简化计算 , 暂以各级 负载特性代替各级预想抽速特性 , 进行泵的 结构设计 。 lg P ~ A一 式中单位 P : 〔托〕, 叭 求得 少 。 ~ SOS O K ( 2 ) B一T 〔。 K 〕。 以 夕。一表示相对应的重量密度 , 以 R , 表 示气体常数 , 二 此时〔。〕 凡 , 8 4 8一 万华华权⋯_ ‘--- 一 1 . 84 〔公斤力 ·米/ 公斤力 . 度〕 ( 3 ) 2 , 按各级预想抽速特性 , 进行泵的结 构设计 所谓扩散泵的设计 , 主要是计算出各级 喷嘴喉部面积、 喷嘴扩张率以及 各级被抽气 体过流面积 。 在 《油蒸汽流泵设计的实践与认识》〔幻 一文中 , 曾给出各级喷嘴喉部面积 F 。 的计 算公式 : 将 p 。‘ l 只 13 . 6 公斤力/ 米 2 = 13 . 6 公斤力 /米气 牙。 ~ 508 O K 及R l = 1 . 84 〔公斤力 ·米 /公斤力 , 度〕代入下式 : P 。 为 ”衷万丁 ( 4 ) 可得 夕。 ~ 0 . 0 1 5 〔公斤力/米 3〕 在 《提高油增压泵性能的途径》 〔4 〕 一 文中 , 笔者曾提到为简化计算, 即以油锅蒸 汽压强 P 。表示各级喷嘴原始蒸汽压强 , 并 尸。 K (1 + a )口一丁廊亏下万了 米 2 ( 1 ) 在其它经验系数中予以修正。 故以 ( 1 ) 式 计算各级喉部面积 时, 式中 尸。 、 夕。 已如上 述 。 各级应具有的抽气量 , 按工况 IV 之最大 流量计算 , 并按 20 ℃ 、 l 托时空气密度为 l. 5 8 4 x l0 一 “ 〔克/ 厘米3 〕〔“〕 换算为 〔公斤 力/ 秒〕。 选取适当的 a 及 K 系数值 , 通过 ( l ) 式算得相应各级喉部面积值, 结果列 于表 3 中。 喷嘴出 口面积与喉部面积之比值 , 即喷 嘴扩张率 (文〔幻 也称为喷嘴膨胀度 ) 对油 扩散泵的性能产生直接的影响 。 所以设计者 表 3 。 ⋯K 尸。10 一 ‘米 盆价 式中: P 。一某级喷嘴原始蒸汽压强 〔公斤力/ 米 2 〕 夕。一蒸汽在该 尸。下的重度 〔公斤力/ 米 3 〕 口一该级抽气量 〔公斤力/ 秒〕 a一与该级压缩比有关的 系数 K一常数 (对油扩散泵 通 常可 在 2 5 ~ 4 0 上下取值 ) 常用扩散泵油 , 取分子量 卫 二 4 60 , 蒸 汽压常数 A ~ 1 0 . 6 4 , B 二 5 . 4 X 1 0 3 。 按通 常扩散泵油锅蒸汽压强的数值范围 , 取 P 。 = 1托 , 以 少。 表示相对应的绝对温度 。 K , 首先将 尸。及 A 、 B 值代入下式亩 尸。 公斤力 / 米盆 1 3 . 6 1 3 。 6 ’ 13 。 6 ⋯黑 。 1 7 x 1 0 一 ‘ . J2 5 x l。一 ‘ 。 3 3 x l勺一 。 4 1 x 10 一 ‘ 。 4 8 X 10 一 了矛一ŽŽ51勺.b妇nJ大一奎,J 、胜1二,人: 户..一0n.山Un,n .公洲一。泊协旧.巨 二三四五 从来都很重视喷嘴扩张率的取值 。 虽然气体 一 28 一 动力学理论能够准确地计算出喷嘴出口蒸汽 的速度 、 压强和温度 。 但在工程实践中 , 如 何根据设计指标直接计算各级喷嘴所需要的 扩张率数值 , 仍待探讨 。 在文〔们 中 , 笔者 还曾介绍过油扩散喷射泵借助气体动力学理 论 , 计算各种喷嘴扩张率时的压强比和速度 比 , 并将计算结果及实测数据与各工况相对 比 , 得到某些经验数值。 通过K Z Y一即 0油 扩散泵的研制 , 也得到 了相似的结果 。 由气体动力学理论得到的扩张率与压强 比的计算公式为 : 式中: 户一喷嘴出口面积 F 。一喷嘴喉部 (临界) 面积 P ‘一喷嘴出口蒸汽压强 尸。一喷嘴入 口前初始蒸汽压强 , 简 化计算中等 同于油锅蒸汽压强 k一油蒸汽的绝热指数 , 资料〔” 推荐为 1 . 02 ~ 1 . 05 蒸汽速度 比及压强比 , 由下述关系式确 定 : V V c 一了,黔11 一(会)’门 ‘6 , F F c l 今一:-)(瞥户丫恕瞬广一(P ‘P 。 式中 : V 一喷嘴出口蒸汽速度 V 。一蒸汽临界速度由 ( 5 ) 式及 ( 6 ) 式 , 将压强比 、 扩 张率及速度比的计算结果 , 列于表 4 并绘于 图 3o ( 5 ) (按 无= 1 . 0 2 计算) 衰 4 0 。 3 3 3 3 。 2 6 6 l价·沐二压强 比 尸 d / 尸。 (% )扩张 率 F / F 。速度比 犷 / 犷 。 扩张率尸/凡 50 盆 邃度比 ·护刀几 3 一 3 3 一 2 3 。 1 3 . 0 2 . 9 2 一 8 2 . 7 2 一 6 2 一 5 2 一 4 乙一 3 石托卫五气誉了 2 一 2 2 。 1 5 10 ‘% ; 压弧比几 / P. 上述结果表明 , 喷嘴扩张率大约在5一50 之 间变化时, 蒸汽压强比大约在 5~ 0 . 3呢之 间变化 , 同时蒸汽速度比大约在2 . 4 ~ 3 . 3之 间变化。 各级喷嘴应在宽广的范围内 , 适应 各 种工况的需要 , 其几何参数及梅应 的蒸汽物 理参数必有一最佳值 。 通过 K Z Y一即0泵的 性能试验 , 初步认为各级喷嘴扩张率大约可 以采用如下数值 : 第一级为 45 ; 第二级为 3 2 ; 第三级为 2 0 ; 第四级为 5 ‘5 多 第五级为 3 ; 如果单纯从提高喷嘴出口蒸汽速度来考 虑 , 便应该尽量采用较大的喷嘴扩张率 , 用 以提高各级的抽气速率 。 但是喷嘴扩张率的 变化 , 同时引起喷嘴出 口蒸汽压强的变化。 而出口蒸汽压强相对于该级被抽气体压强 , 理当选取最佳值 。 由于各级被抽气体压强不 同 , 要求各级喷嘴出口蒸汽压强不同 , 结构 上必须要求各级采用不同的喷嘴扩张率 。 对 一 2 9 一 子所采用的各级喷嘴扩张率 , 按 P 。一 l托计 算 , 自第一级始 , 各级喷嘴出 口蒸汽压强大 约分别为 : p d ; 一 3 . 6 x l0 ~ 3 托 ; 尸‘ : 一 5 . 2 X 1 0 一 “ 托多 P 妞3 ~ 9 X 1 0 一 3 托 ; P“ = 4 X 10 一 2托 。 尸‘。一S X 10 “ ’托 。 与表 2 中预想抽 速特性各工况对比 , 可知各级喷嘴出口 蒸汽 压强 , 接近或大于最大流量时的第 IV 强工况 的被抽气体压强 。 与其它各工况相对比 , 喷 嘴出口 蒸汽压强均大于各工况被 抽 气 体 压 强 。 所以在选择各级喷嘴扩张率时 , 可参照 最大流量工况的被抽气体压强 , 使喷嘴出口 蒸汽压强 , 在第一 、 二级时接近被抽气体压 强 。 在其它 各级大于被抽气体压强 。 变化趋 势是 , 越向高压强端 , 喷嘴出 口蒸汽压强越 大于被抽气体压强 。 各级被抽气体过流面积的计算 , 系指各 级 喷嘴出口外径与同一 平面上泵体内径所构 成之环形面积的计算, 而扩散器收缩部位喉 部面积的计算也很重要。 构成环形面积的泵 体内径 , 对于伞型扩散喷嘴来说 , 通常指直 筒主泵体的内径 。 而对于拉瓦尔型喷射喷嘴 来说 , 通常指扩散器入 口附近相应断面的内 径 。 扩散器与喷射喷嘴所组成的喷射级 , 成 为各级串联工作的多级泵的基础 。 一旦喷射 级的结构尺寸及物理参数确定之后 , 该喷射 级便具有完全确定的抽速特性 。 反之 , 某种 确定的抽速特性也要求某种确定的结构尺寸 与之相对应 。 根据表 2 及图 2 的预想抽速特 性 , 可以进行喷射级的结构设计 。 喷射级即 第五级的预想抽速峰值 约 在 1 6 0 0 升/ 秒以 上 。 如果喷嘴扩张率选 取 为 2 ~ 3 , 经 验 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 , 该级过流面积上的比抽速约为 2 ~ 2 . 5 升 / 秒 ·厘米 “。 此时过流面积可取 6 40 ~ 8 00 厘米 2 。 当第五级过流面积确定之后 , 且第 一级过流面积按常规经验取值 , 则 中间各级 便可根据各级预想抽速特 性 , 及各级喷嘴扩 张率 , 确定各级比抽速及过流面积 。 至此 , 已初步得到各级喷嘴喉部面积 、 喷嘴扩张率及各级被抽气体过流面积的数值 范 围 , 便可开始进行图纸设计 。 与扩散喷射 泵同理 , 由主泵体及扩散器 组成的扩散泵泵体的设计 , 乃是扩散泵全部 设计工作的首要组成部份 。 特别是为了获得 高压强端的大抽气量 , 扩散器的结构尺寸的 合理安排至关重要 。 设计计算可从多级串联 工作的基础—喷射级开始 。 首先计算扩散器的喉部尺寸 。 扩散器喉部直径 D 、 的计算 公式为 , 。, + 与 。 D h 一 C 。 / ~ 夕些 V 尸 米 ( 7 ) 式中 : 口,一喷射喷嘴射出之油蒸汽 重量流 量 〔公斤力/ 秒〕 口一该级被 抽气体重量流量 〔公斤 力/ 秒〕 尸 *一扩散器喉部压强〔公斤力/米 “〕 M , 一泵油的分子量 M一被抽气体的分子量 C 一系数 〔丫秒〕 心, 及 口 可按予想特性中第五级最大流 量工况 IV 计算 。 实际上 , 由表达式 ( l ) 可 直接得到 : 口, 一 K (l十 a )Q (8 ) 而 P 。 可按预想特性中第五级最大流量工况 IV 之前级压强计算。 C 值大约为3. 0~ 3 . 5 。 当 K 一 4 5 , a 一 3 , 口一 3 . 4 8 x 1 0 一 5 公斤力 / 秒时 , 口; 一 6 . gl x lo ’ “ 公斤力/ 秒 。 将M , = 4 6 0 , 万一 2 8 . 8 , P 、~ 9 火 、10 一 “ 托及 口 和 口, 各值代入 ( 7 ) 式 , 并取 C 一 3 . 0 时 , 可得 : Dl. - 3 . 0 ·“l一x ‘。一 3 十带一 X 3 · ‘8 火 ‘0 一 “9 义 10 一 2 X 13 . 6 = 0 . 2 3 4米 在实际结构中 , 考虑到最大反压强取值 。 扩散器入 口直径 D , 的计算公式为 : 一 3 0 一 D , 一了专会 + 扩 米 、 ‘9 , 氛 K Z Y一60 0 型泵的特点 式中 : s 了一喷射喷嘴的抽速峰值 〔升/ 秒〕 S 。一扩散器入 口附近过流面积的比 抽速 〔升 / 秒 ·厘米 2 〕。 比抽速 与喷嘴扩张率有关 , 取值范围 大约为 : 1 . 5 ~ 2 . 5 x 10 ‘ d一喷射喷嘴出 口直径 〔米〕 扩散器作为泵体的组成部份 , 其结构尺 寸在试验过程中 , 一般不再调整 , 而喷射喷 嘴却可调 整 。 所以 , 与通常的机械工程设计 计算相类似 , 在计算 D , 时 , 只能取喷嘴 出 口直径 d 的估计值 。 根据预想抽速特性 , 可 取 价一 1 6 0 0 升/ 秒 。 如果 以 d ~ 0 . 18 米 , S 。一 Z x lo ‘升 /秒 ·厘米 2 及 8 了~ 1 6 0 0升 /秒 代入 ( 9 ) 式 , 扩散器入 口直径 计 算 结 果 为 : 价6 0 0 毫米油扩散泵 , 通常是由三级扩 散一级喷射 组成的四级泵 。 而且在进 口压强 }}}}}. !!!一一一’{{{iii 、 川川 !!!!!!!!!!!!!!! 飞飞飞飞飞器器器器器器器器 ............. !!!‘ lll习习习习习习习习二二月月月月月月月月月月月jjjjjjjjjjjjjjjjjjjjj〔〔髦髦髦髦髦髦髦髦髦 卜卜, 篇胃台浩台台比比1111 ,⋯口. - . 一一 ,,111 。 , 一丫一奈会+ ‘2 一了生 , 汀 16 0 0 2 X 1 0 4 十 0. 1 8 2 ~ 0 . 36 米 由于喷射喷嘴 有时伸入扩散器一部份 , 所以在实际结构中 , 可取稍大的数值 。 工程计算只能给出实验调试 的 数 值 范 围 。 K Z Y一6 00 型油扩散泵实际结构主要 几何参数 , 详见图 4 及表 5 。 为 5 x 10 一 ‘托 , 甚至小于 s x lo “ ‘托时, 抽 速便开始下降。 若以 s x lo 一 右托 、 14 000 升 / 秒计算 , 抽气量只有 7 托 ·升/ 秒 。 按等流 量估算, 泵压强在 l 义 1 0 ’ ”托时 , 抽速大约 降至 7 0 0 0 升/ 秒 , 而在 5 x lo “ 3 托时 , 大约 降至 1 4 0 0 升/ 秒 。 而本K Z Y一 60 0泵测试结 果 , 压强在 S X 10 一 魂 托时 , 抽速并未开始下 降 , 直至 l x lo “ ”托 时 , 尚有 14 8 00 升/秒 的抽速 , 相应的抽气量为 1 4 . 8 托 ·升/ 秒 。 裹 5 ⋯引:叫叫|音丈1 } 喷嘴出 口处泵体内径喷 嘴 出 口 外 径被 抽 气 休 过流面积 小6 0 0小27 52 5 8 7小2 7 5小7 5 19 6 小芍00 今3 3 0 1 9 7 2 今3 3 0 今1 6 4 6 4 6 小‘0 0 今‘5 0 1 2 3 7 小4 5 0 今3 3 7 7 0 0 今6 0 0 中4 9 0 9 4 1 小4 , 0 今今5 0 2 9 5 小3 5 0 小1 8 8 6 9 5 小1 5 6径径内外口出管嘴气喷导 :: :: 圆面积 2 72 小1 0 6 8 8⋯J组”Žn通”几O 喷 嘴 出 口 环形面积 喷 射 喷 嘴 喉部通径 喷 嘴 喉 部 面 积 喷 嘴 扩 张 率 喷 嘴 仰 角 成 张 角 (毫米 ) (毫米 ) ( 厘米 2 ) (毫米 ) (毫米 ) (厘米 : ) (毫米 ) ( 厘米 . ) 一 3 1 一 抽速曲线平直段向高压强端延伸半 个数 量 级 。 此后抽速才开始下降。 当压 强 升 高到 5 x 10 一 3 托时 , 抽速为 4 4 0 0 升/ 秒 , 相应 的 抽气量为 22 托 ·升 /秒 。 几乎是普通 功600 毫 米油扩散泵抽气量的三倍 。 一 当压 强 升 高 到 l x 1 0 一 , 托时 , 本泵仍有 2接QO 升 /秒的抽 速 。 。在 10 一 ’ 托的前半个数量级内 , 本泵抽逮夭士盛0 0 0 升 /秒 , 后半个数量级 内 , 抽速 小于庆卯 0 升 /秒 , 即在 lp一 托数量级内 , 平均抽速超过 4 0 0 0 升/ 秒 。 抽速特性几乎相 当于一台普通 功4 0 0 毫来的油扩散 喷 射 泵 (油增压泵 ) 。 通常 功6 0 0 毫米油扩散泵加 热功率 , 小于 似叩 毫米油扩散喷射泵的加 热功幸。 所以 , 从能量转换的角度考虑 , : 同 样在 1 义 10 “ 2 托压强下 (油扩散喷射泵部标描通厕量点 ) 一 , 娜oq 毫米扩散泵不可能达 到 功妞0 毫米扩散喷射泵的抽速值 。 因此 , 本 K Z Y一 6 00 泵已经在客观能力允许的范 围内 , 在提高泵的高压强端抽气能力方面取 得某些进展 。 为适应真空应用设备的需要 , 近几年来真空获得行业开始注意对具有扩散 喷射 泵特点 (在高压强端抽气量较大) 的扩 散泵的研制 。 本泵在结构上的特点 , 如前所 述 , 其一是扩散级级数的增多 , 其二是喷射 级能力的加强 。 全 泵由四级扩散一级喷射组 成 , 总共五级 。 对于不同设计指标的油扩散泵 , 其预想 抽速特 性也完全不同 。 例如 , 对于高压强端 大抽气量的泵 , 描绘工况线时的高压工况泵 口压强均应大子 5 x 10 一 礴 托 , 本泵高压工况 为 5 x 1 0 一 3 托 。 其预想抽速特性 各 级 压 缩 比 , 第一级很小 , 然后逐级增大 , 喷射级压 缩 比最大 。 相对应的各级抽速 , 自第一级 始 下降缓慢 , 至第五级仍有较高的抽速 。 而对 子普通油扩散泵 , 其高压工况泵 口 压 强 为 5 x 1 0 “ ‘ 托 , 其预想抽速特性各级压缩比的 分配较为均匀 , 喷射级的压缩比及抽速不很 大 。 对比上述两种类型的预想抽速特性 , 联 系到泵的结构设计 , 其各级抽气能力的分配 方式也不相同 。 正是根据表 2 及图 2 所示的 预想抽速特性第五级的高抽速及高压缩比 , 本泵采用相应的较强天的喷射级 。 普通价6 0 0 毫 .米 油扩散泵的喷射级扩散器入 口内 径 为 价1 5 0 ~ 功1 8 0毫米 , 而本泵采用 价3 6 0 毫米 。 当然要装有与扩散器相互配套的拉瓦尔型喷 射 喷嘴 。 喷射级抽气能力增至普通泵三倍 以 上 。 全泵整机在 5 又10 一 “ 托高压区段 , 抽气 量也增至大 约三倍以上 。 我们曾做过单项试 验 , 将喷射喷嘴前移至扩散器内径为功2 7 0毫 米处 , 结果喷射级平均抽速至少降低三分之 一 以上 。 ‘可见喷射级不能轻易缩小 。 在较强 的喷射级的基础上 , 逐级串联四个扩散级 , 每级的负担并不很重 , 结果整机的抽速特性 也比较好 。 在 l x 1 0 一 5 ~ l x 1 0 一 3 托两个数 量级的宽 阔压强范围内 , 平均抽速基本达到 14 0 0 0 升 /秒 。 (部标规定在 1 x 1 0 一 “~ 5 又 1 0 一 堪托一个半数量级内 , 平均抽速为 1 4 0 0 0 升 /秒 ) 。 4 . 由泵的性能调试所得到的启示 因时间仓促 , K ZY一600 泵的调试工 作尚嫌粗糙 。 如果经过改善 , 估计用 15 千 瓦左右便可维持目前的抽气性能 。 但即使按 现有较大的加热功率值 , 从表 l 与国外同类 泵相比 , 各工况每千瓦抽气量的数值也不十 分落后 。 特别是在高压强端与国外先进产品 相 比 , 也相差无几 。 若经改善 , 能将加热功 率降至 15 千瓦左右 , 则该项经济指标将更 优越乙 泵加热功率的大小 , 存在最佳值 。 其最 佳值主要随泵在高压强端抽气量而变化 , 关 于这一点 , 在文 〔4 〕 中已有论述 。 当然泵的 热效率也影响着最佳功率的选择 。 请看表 l 巾 5 义 1 0 一 ”托 、 序号 6 、 7 、 8 三个泵的比抽 速及每千瓦抽气量 , 本泵 比抽速最高 , 每千 瓦抽气量三者 比较接近 。 从表 l 也可看出 , 对于口 径特别大的泵 , 照顾到低压强端抽速 一 3 2 一 较大 , 有时也采用稍大的功率 。 即然由较大的加热功率 , 方能获得较大 的抽气量 , 那么对普通油扩欺泵尽量加大功 率 , 能否获得较大的抽气量呢 ? 实践证明 , 如果泵的结构尺寸设计不合理 , 则单纯增大 功率对提高抽速有害无益 。 例如 , 各扩散级 不变 , 而在入 口为 功3 60 毫米的扩散器内 , 装设喉径为 功98 毫米 、 出口为 价13 8毫米、 扩张率约为 2 的、拉瓦尔型喷射喷嘴 , 泵的加 热功率 (仍为热效率刻氏的方六) 便不允许 超过大线_ 1f2 千莎三否则抽速明显下降。 且 临界剪级压强受结构变化之影晌较大 。 实验 表璐护如果加热功率没有明显的变化云或只稍许增加 , 将喷射喷嘴 喉 径 增 至净,i石侄毫 米 , 且出口增至归8 6毫米 , ’同时扩张率也大约由 2 增大到 3 , , 结果 !嘴界前咏压编天约由 0 ·“托增粤0. “托。 分姆,咏因 , “ 乃晕由子喷嘴喉面扩大 , 喷汽量增多 , 而被抽气体过流 面积稍有缩小 , 使喷射级抵抗外部 (前级)反压强的能力有所塔孩的缘故 。 在喷射喷嘴 如此增大之后 , 泵的加热功率允许增大 , 并 使抽速开始提高 , 此时临界前级压强也随扩 张率的增大而进一步升高 , ’ 却不是降低 。 所 以 , 泵的结构及其加热功率如也必须相互匹 配 , 才能获得较好的性能。 系 , 为多级油扩散泵的设计 , 提供一种计算 方法和部份实际数据 。 并使工况分析方法逐 渐成熟和实用 。 ’ 本 K Z Y一600 泵实测性能数据 , 各工 况整机抽速 , 基本达到直接来源于设计指标 的预想特性的数值 。 特别是高压强端均超过 预想特性数值 。 具体对比如表 6 所示 。 衰 ‘ IIIII III III 泵进 口 压强 (托 ) 1 X 1 0 一 4 5 X 1 0 一 ‘ 1 X 1 0一 5 汉 10一 抽 }设计指标 14 0 0 0 14 0 0 0 速 } 预想特性 几4 0 0 0 14 0 0 0 1 3 0 0 0 40刀9 (升 / 秒)} 实侧 数值 13 9 0 0 1 4 3 0 0 1 4 名心0 四 、 结束语 关于油扩散喷射泵多级 串联 的 工 作 原 理 , 以及 各组合喷嘴联合工作的 工 作 特 性 线 , 在 《油增压泵的工作和近似计 算 》 一 文〔“〕 中已经论及 。 在总结攻关经验 、 分析 泵的工作时 , 笔者在文〔‘ 〕 中 , 提出 “工况 线” 和 “预想抽速特性 ” 的概念 , 以及按预 想抽速特性进行泵的结饱设计的方法, 论述了技术攻关的途径 。 此次将这种设计和分析 方法 , 进一步推广应 用于大抽气量油扩散泵 的研制 , 力争通过对多级喷嘴串联工作的剖 析 , 初步揭示其传输及压缩过程 的 内 在 联 在预想抽速特性的表 2 中 , 一 各工况鲍整 机前级压强值 (即泵的前级压强) , 已在本 泵研制完成后 , 根据实测值进行了修正。 其 它各参数也相应作了修正 。 因此 , 本文中表 2 及图 2 ‘所介绍的数值 , 基本上与泵的实际 工况相符合 。 可以作为实践经验, 供给设计 者参考 。 事实上 , 机械设计的过程 , 广义而 言 , 乃是在实践中反复验证的过程 。 机械设 计公式 中的经验数据 , 依辑于积累 。 经验丰 富 了, 方法和步骤也就成熟丫。 绘制油蒸汽 流泵的预想工况—抽速特性线, 以及根据预想特性进行泵的结构设计 , 乃 是一 种 尝 试 。 这种方法在研制大抽气量油蒸汽流泵的 实践中 , 初步收到效果 。 在文〔“〕.t “〕中, 按动量交换原理所推得之各设计计算公式 , 以及文〔‘〕 和本文所介绍的工况分析方法 , - 乃是相辅相成的 。 由于实践经验不足 , 对多 级泵的工况分析 , 尚待继续通过实验研究 , 加 以深入和完善。 (下转 49 页) · 一 一33 一 V . 提 要 虽然已报导了一些比较低的出气率值 , 但在室温下 1 0 “ ‘, 帕 ·升 /秒 ·厘米 2 的出气率 就是较好的结果 了 。 在一个有 10 魂 厘米 2 表 面积的系统里 , 有 10 “ “ 帕 ·升/ 秒主要是氢 气的气体负荷 。 一个名义抽速为 1 0 0 0 升 / 秒 的泵很容易被选来产生 10 “ ‘,帕的平衡压强 。 涡轮分子泵和扩散泵 由于有返流 , 要达 到这个压强是 困难的 ; , 冷阴极离子泵在该压 强范围抽速要减小 , 蒸发和非蒸发吸气剂泵 抽速不会减小 , 但不能抽惰性气体 , 惰性气 体可用热阴极离子泵或低温泵来抽除 , 用一 个第二级近于 4 . 2 K 的低温泵将能抽所有的 气体 。 如果真空容器本身温度低到 4 . 2 K , 那 么可以得到 1 0 一“ 帕的压强 (没 有 气 相 分 子 ) 。 不带电子倍增器的全压规有近 1 0 一”帕 的较低极限 , 带有倍增器的质谱计的分压强 极限接近 10 一 “ 帕 。 在这些压强水平规校准 系数接近 2 是不错的 。 有一种方法可以用来 获得在 1 0 “ ’. 帕的压强下精确到一个数量级 的氦压强 。 所有这些研究 已和空间探 测 、 表 面科 学 、 储存环 、 热核聚变 、 真空 中 的 机 械运 动 、 真空 系统的微处理机和计算机控制 、 便 携式真空 系统 、 密封和检漏等领域的研究 同 时取得了进展 。 参 考 文 献 (略) 译良 P r o e e e d in g s o f 七h e N in 七h In 七e r n a tio n a l V a e u u m C o n g r e s s a n d F if七h In t e r n a七io n a l C o n fe 一 r e n e e o n S o lid S u r fa e e s P . 3 5 译 : 邹定忠 成致祥 校 : 成致祥 邹定忠 . 卜~ ~ , 闷户曰~ 口闷卜~ ~ ~ 闷今户~ ~ 州片一 一一闷冷~ 一 ~ 叫介 . ~ - 叫冲~ ~ ~ 国心卜~ ~ ~ 心卜~ . ~ 确十~ 一一目卜 ~ ~ 叫目尸~ - . (上接 3 3 页 ) 〔5 〕 〔1 〕 〔2 〕 〔3 〕 〔4 〕 参 考 文 献 张 播 《关于油增压泵的研制和 改进》 1 9 8 2年 , 《真空》, 第一期 。 王铭朴 张 播 可庆英 《油蒸 汽流泵设计的实践 与认识》 1 9 8 0 年 , 《真 空》 , 第五期 。 王补宣主编 《热工学》 。 张 播 《提高油增 压泵性能的途 〔6 〕, 〔7 〕 〔8 〕 径》 1 97 9年 , 《真空》 , 第三期 。 《真空设计手册》 (止册 ) 国防 工业 出版社 1 9 7 9 年 第一版 。 徐成海 ((油 扩散泵工 质循环过程 的动 力学分析》 1 9 8 3 年 , 《真 空》 , 第五期 。 《机械工程手册》 第七十七篇 。 王铭朴 朱福 田 张 播 ((油增 压泵的工作和近 似计算》 1 9 7 8年 , 《真空》 , 第三期 。 一 4 9 一