液力傳動型滑閥真空泵性能研究

　　本文論述了液力傳動的基本概念，對滑閥真空泵使用V 型帶傳動所存在的問題進行了分析，闡明了將液力傳動應用在滑閥真空泵上以后，既可以充分利用電機的最大扭矩啟動的特點，來改善泵的啟動性能，尤其是低溫狀態(tài)下的啟動，整個啟動過程平穩(wěn)柔和，可隔離扭振，減緩啟動沖擊和振動，有效防止機械磨損，延長設備使用壽命；又可以利用它的限矩功能，將泵的能耗控制在一個適當?shù)姆秶鷥?nèi)，降低配套電機的功率，具有顯著優(yōu)異的節(jié)能效果。

　　工業(yè)生產(chǎn)中的機械一般由原動機、傳動機構(gòu)和工作機械三部分組成。在真空行業(yè)中，原動機為各種電動機，工作機械為各種類型真空泵。傳動機構(gòu)主要是直聯(lián)(或通過聯(lián)軸器)傳動、V 型帶傳動和齒輪傳動。羅茨真空泵通常都是通過聯(lián)軸器直聯(lián)傳動，只有英國EDWARDS 公司的EH 系列羅茨真空泵是用液力傳動的�；�閥真空泵通常都是用V 型帶傳動，只有德國LEYBOLD 公司的DK 系列滑閥真空泵是用齒輪傳動的，但從未見液力傳動應用在滑閥真空泵上的報導和文獻，在國內(nèi)外也從未見有液力傳動型滑閥真空泵的產(chǎn)品。

　　1、液力傳動的基本概念

　　主要依靠工作液體的動能變化來傳遞或變換能量的傳動系統(tǒng)稱為液力傳動，液力傳動包括液力偶合器和液力變矩器兩種主要的傳動元件類型。適合在真空泵中使用的是液力偶合器，按它的結(jié)構(gòu)和性能又分為普遍型、限矩型和調(diào)速型偶合器等不同類別。

　　我們在滑閥泵中采用的是限矩型偶合器，液力偶合器基本工作原理：可以簡單看作是葉片泵(泵輪)和水輪機(渦輪)的組合，泵輪由電機帶動旋轉(zhuǎn)，位于泵輪內(nèi)的工作液受到泵輪葉片的作用，產(chǎn)生離心力迫使工作液向外緣流動，從而使工作液的速度和壓力增大，這樣就把電機的機械能轉(zhuǎn)變成泵輪內(nèi)工作液的動能；泵輪排出的工作液進入渦輪，沖擊渦輪的工作葉片，同時工作液被迫沿渦輪葉片間流道向心流動，流速減小，工作液的能量轉(zhuǎn)變成渦輪輸出軸上的機械能。工作液對渦輪做功，降低能量后再次回到泵輪，并吸收能量，如此循環(huán)往復，真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認為就實現(xiàn)了泵輪與渦輪之間的能量傳遞。液力偶合器可以將輸入軸上的轉(zhuǎn)矩大小不變地傳遞到輸出軸上。

圖1 靜壓泄液式液力偶合器

　　2、滑閥真空泵的運行特征

　　滑閥泵是一種應用非常廣泛的真空泵，不但可單獨使用，更多的是作為各種機組的前級泵使用，市場需求量中以大、中型泵為主，我們最大泵的抽速已達到1000L/s，配套功率達到100kW。大、中型滑閥泵的慣性大，加上油的粘度又大，泵的啟動電流非常大，啟動大電流持續(xù)時間長，特別是冬季，給泵的啟動帶來很大的困難。

　　JB/T1246—2007“滑閥真空泵”技術(shù)要求規(guī)定，泵的使用環(huán)境溫度為5~40℃，如中型泵的H-150型泵配套功率為15kW，在環(huán)境溫度為20℃時啟動功率為11.25kW，而在6℃時，啟動功率卻達到37.5kW，而且啟動困難。STOKES 公司的412H，原來配套電動機為7.5kW，在5℃時啟動功率達到了33.8kW，后來它將配套電動機改為了11kW。因此，為了保證泵在低溫狀態(tài)下的順利啟動，不但要增加配套電動機的功率，輸電線路和電器控制設備的容量也要增大。

　　“滑閥真空泵” 技術(shù)要求規(guī)定，泵長期運轉(zhuǎn)的最高入口壓力容許值：雙級泵為1.5kPa，單級泵為15kPa。這都說明滑閥泵不容許、也不適合在超過上述規(guī)定的入口壓力下長期工作，而應選用活塞泵、液環(huán)泵、氣冷式羅茨泵和濕式羅茨泵等。實際上滑閥泵也大都使用在真空度較高的工況下，我們可以從滑閥泵的功率—入口壓力曲線(圖2)上看出，在此壓力范圍內(nèi)工作泵的消耗功率都不大，即使加上一定的余量，泵的功耗也只有配套功率的70~75%。

圖2 滑閥泵的功率- 入口壓力曲線

　　綜上所述，滑閥泵所使用的液力傳動機構(gòu)應具有：能將泵的消耗功率限制在一個適當?shù)姆秶鷥?nèi)，泄液速度較快，防瞬時過載能力強；能有效改善泵的啟動性能，降低啟動電流，保證泵在低溫下也能平穩(wěn)順利啟動。

　　能滿足上述要求的偶合器是復合泄液式限矩型偶合器，它結(jié)構(gòu)類似靜壓泄液式偶合器，但卻有類似動壓泄液式偶合器的功能，真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認為它既有動壓泄液又有靜壓泄液，故稱復合泄液式偶合器。它結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸小，可以直接安裝在電動機軸上。

　　8、結(jié)束語

　　液力傳動裝置使用到滑閥真空泵上以后，可以帶來很大的效益。它可有效改善和提高電動機的啟動能力，縮短電動機啟動時間和啟動大電流持續(xù)時間，降低電動機啟動電流，使泵在低溫下也能正常平穩(wěn)啟動；具有良好的過載保護能力，可減少泵的電機配套功率和電器控制設備的容量，具有顯著的節(jié)能效果，節(jié)能效益可達25~30%。上述工作我們做得還很不夠，還有許多問題需進一步研究和探討。