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2000Pa～4000Pa。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2BEI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。2Ω(O1E-f′-c3)+Τ2吸入段:rx1=r2Λr2(1-Β)2-Τ2+Τ2压缩段:rx2=r2Ρ22OE-f′11c3Ω2-(Ρmax-1)+Τ2排气段:rx3=r2-Λr2Ε图111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Ξ1996203218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Amin,即有dAƒdΡ=0。则可得到:2Ρmax=-3+9+8B(1+ΩΕ)(4)2B与Ρmax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AB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)O1E是指椭圆形泵体内腔型线上任一点E与泵腔中心O1之间的距离。圆形泵体水环泵的O1E是一定值,而椭圆形泵体水环泵的O1E是偏首先讨论椭圆度对真空泵性能的影响。在偏转角度一定时,椭圆度对水环内界线的形状影响很大,图3分别为偏转角度Η一定时,椭圆度td<1、td=1、td>1时的水环内界线形状。由图可见当椭圆度小于1时,内界线已深入到轮毂中,形成不了水环,因此椭圆度下限为1;当椭圆大于1时,随着椭圆度的增大,水环内界线的径向尺寸也增大,理论抽速因此也增大了,但是当椭圆度增大到一定程度时,水环会超出叶轮顶圆,以致于无法隔离各个叶片小腔内的气体;另外水环在轮毂顶部形成的凹坑也越大,防止气体从压力侧向吸入侧溢流的能力被削弱了。故椭圆度存在一上限,理论分析发现此值与泵的大小有关。确定了椭圆度后,考虑偏转角度的变化对真空泵性能的影响。当偏转角度Η=0°时,即泵体不偏转时,由吸气腔终了位置计算得到,椭圆形泵体和圆形泵体一样,Α0max均为180°,吸气腔终了位置不变,且理论抽速也不变,即是...