羅茨真空泵性能考核指標—抽速和零流量壓縮比的探討

　　羅茨泵以抽速作為主性能考核指標不夠確切, 它不能真實反映羅茨真空泵的質(zhì)量水平,建議以零流量壓縮比作為考核羅茨泵抽氣能力的性能指標。

　　羅茨泵的抽速和零流量壓縮比從表面看, 是二種截然不同的概念, 似乎是絲毫沒有關系的二項性能指標。但實際上它們不但同樣是表示羅茨泵抽氣能力的性能指標, 而且相互之間有非常密切的關系。零流量壓縮比與抽速相比更能真實反映羅茨泵的設計和制造質(zhì)量, 并在測試和應用上更有無可比擬的優(yōu)點, 因此我們認為應該以零流量壓縮比作為羅茨泵抽氣能力的考核指標。

　　一般羅茨泵必須與前級泵匹配才能工作, 因此它的抽速與前級泵密切相關。羅茨泵與液環(huán)泵、旋片泵、滑閥泵、活塞泵⋯⋯等可以組成各式各樣的真空機組, 而且可以根據(jù)不同的需要,采用各種配比, 這樣組成的真空機組也就有了不同的極限壓力和抽速。因此所謂的羅茨泵抽速, 實際是真空機組的抽速。它在很大程度上取決于前級泵的種類和大小, 也就是前級泵的極限壓力和抽速。在“羅茨真空泵產(chǎn)品質(zhì)量分等”標準中雖然規(guī)定了前級泵的型號, 但由于前級泵( 旋片泵、滑閥泵) 標準中規(guī)定, 泵的幾何抽速為( 1. 1～1. 2) 名義抽速, 因而抽速測量誤差僅此一項就達2%。

　　環(huán)境溫度的變化不可避免地也將對抽速測量帶來影響, 尤其是真空度較高時, 它是通過影響前級泵的真空度, 間接影響抽速。這一點在作者前一篇文章“羅茨真空泵性能考核指標——極限壓力的探討”已有詳述 。“羅茨真空泵產(chǎn)品質(zhì)量分等”標準中規(guī)定了考核抽速時必須配用“羅茨真空泵”標準中推薦的前級泵, 這對于ZJ-300 和它以下的羅茨泵問題不大, 而對ZJ-600 和它以上的羅茨泵則就問題大了。其一是標準所推薦的前級泵, 既有羅茨泵, 又有旋片( 滑閥) 泵, 它并不一定是用戶需要的, 僅僅是為了測量抽速, 必須專門為此設計制造一套真空機組, 甚至是一套很復雜的機組。例如測試一臺ZJ-10000 羅茨泵, 它所配用的前級泵就有ZJ-2500、ZJ-600 和H-150 泵, 另一方面這樣配套起來的機組只能測試極限壓力和抽速, 不能測最大允許壓差和零流量壓縮比曲線, 因為作為前級泵的羅茨泵承受不了測試時所產(chǎn)生的壓差。這樣, 為了測試最大允許壓差和零流量壓縮比曲線, 又必須另配前級泵, 制造另一套機組, 這是羅茨泵的生產(chǎn)廠最不希望的。

　　DIN28426 旋轉(zhuǎn)真空泵驗收規(guī)則, 第二部分: 中真空范圍的機械增壓真空泵( 羅茨真空泵)標準中, 有關抽速測量的標題就是“機械增壓真空泵和前級真空泵機組抽速的測定”,并特別指出, 有關單只機械增壓泵抽速的測量不屬于本驗收規(guī)則的范圍。真空技術網(wǎng)(http://genius-power.com/)認為這就充分說明該標準所測的抽速并不是羅茨泵本身的抽速, 而是羅茨泵機組的抽速。

　　綜上所述, 很清楚的說明了“羅茨真空泵”標準規(guī)定所測的抽速, 并不能完整準確反映羅茨泵的設計和制造質(zhì)量, 建議取消抽速這一性能指標的考核。

　　真正反映羅茨泵本身抽氣能力和設計制造質(zhì)量的性能指標是零流量壓縮比, 它是零流量時前級壓力與入口壓力之比。壓縮比的大小反映了羅茨泵由排出口返回到入口氣體的多少, 也就是抽氣效率的高低。零流量壓縮比的最大值Komax 即可用來衡量羅茨泵抽氣能力的大小。零流量壓縮比從羅茨泵本身, 也就是從設計制造角度來說, 它取決于羅茨泵轉(zhuǎn)子型線的設計、加工和泵的裝配, 也就是說取決于轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與泵體、轉(zhuǎn)子與側蓋之間的間隙。良好的轉(zhuǎn)子型線可以使轉(zhuǎn)子在嚙合過程中保持均勻的間隙, 從而使我們有可能在保證連續(xù)運轉(zhuǎn)時最大允許壓差的條件下, 選取較小的間隙, 以使Komax有較大值。轉(zhuǎn)子表面的粗糙度也會使低壓下的壓縮比有所損失, 因為轉(zhuǎn)子表面在高壓側吸附的氣體在轉(zhuǎn)到低壓側時將釋放一部分。零流量壓縮比從測試角度來說, 它取決于前級壓力和氣體種類。標準已規(guī)定了測試氣體為非可凝性氣體, 一般指空氣, 因而零流量壓縮比的測試就完全取決于前級壓力了。零流量壓縮比的測試一般從10Pa( 前級壓力) 開始, 因此對前級泵的極限壓力要求不高, 即使是單級旋片(滑閥) 泵也能滿足要求。至于對前級泵抽速也無嚴格的要求, 一般在羅茨泵與前級泵常用的配比范圍內(nèi)均可。對于大抽速羅茨泵, 這個配比可以取得更大些, 因為前級泵抽速大小僅僅影響測試時向前級管道上的測試罩內(nèi)摻氣的多少, 對零流量壓縮比沒有影響。

　　零流量壓縮比的最大優(yōu)點是, 在得出了羅茨泵的零流量壓縮比—— 前級壓力曲線以后, 可以根據(jù)所選配的前級泵的抽速—— 入口壓力曲線, 近似計算出羅茨泵與前級泵所組成的機組的抽速, 從而使生產(chǎn)廠可以根據(jù)用戶生產(chǎn)工藝流程的需要, 通過計算來選取最佳配比的羅茨真空泵機組。羅茨真空泵機組抽速(近似) 計算公式為

　　式中: S - 羅茨泵機組抽速, L/ s;Sth - 羅茨泵理論抽速, L/ s;Sb - 前級泵在壓力Pb 時的抽速, L/ s;P - 羅茨泵入口壓力, Pa;Pb - 前級壓力( 羅茨泵出口壓力) , Pa;K0 - 羅茨泵在前級壓力Pb 時的零流量壓縮比

　　應用公式時先選定一系列前級壓力Pb, 然后按前級壓力Pb 從羅茨泵零流量壓縮比——前級壓力曲線上查得K 0 , 從前級泵的抽速——入口壓力曲線上查得Sb, 代入公式(1) 和(2) , 就可計算得一系列S 和P , 這樣就能得到羅茨泵機組的抽速——入口壓力曲線。經(jīng)我們驗證, 這個計算與實測結果基本一致。

　　綜上所述, 羅茨泵的抽速和零流量壓縮比都是有關抽氣能力方面的性能指標, 因此只需考核其中一項即可。二者相比較, 零流量壓縮比具有無可比擬的優(yōu)點:

　　1、它能真實反映羅茨泵本身的設計和制造質(zhì)量。

　　2、前級泵對它的影響很小。

　　3、對大抽速羅茨泵, 它不需要復雜的前級泵系統(tǒng)。

　　4、可以計算各種匹配下羅茨泵(機組) 的抽速, 以確定用戶所需的羅茨泵機組最佳設計方案。

　　因此, 可以毫不猶疑地說, 應該選擇零流量壓縮比作為羅茨泵抽氣能力的考核指標。