機(jī)械泵工作原理

旋片機(jī)械泵的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由圓柱空腔定子、偏心轉(zhuǎn)子、旋片、彈簧、頂蓋和排氣閥等零件組成。偏心轉(zhuǎn)子的頂端始終保持與泵體定子內(nèi)腔接觸，當(dāng)偏心轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，始終沿定子的內(nèi)壁滑動(dòng)。轉(zhuǎn)子上開(kāi)有兩個(gè)滑槽，分別安裝一個(gè)旋片，中間有一個(gè)彈簧，當(dāng)旋片隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，借助彈簧張力和離心力，使兩旋片緊貼在定子內(nèi)壁滑動(dòng)。整個(gè)空腔放在油箱內(nèi)。

兩個(gè)旋片把轉(zhuǎn)子、定子內(nèi)腔和定蓋所圍成的月牙形空間分隔成A、B、C三個(gè)部分，分別叫做吸氣腔、壓縮腔和排氣腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，與進(jìn)氣口相通的空間A的容積不斷地增大，A空間的壓強(qiáng)不斷地降低，當(dāng)A空間內(nèi)的壓強(qiáng)低于被抽容器內(nèi)的壓強(qiáng)，根據(jù)氣體壓強(qiáng)平衡的原理，被抽的氣體不斷地被抽進(jìn)吸氣腔A，此時(shí)壓縮腔B空間的容積正逐漸減小，氣體壓力不斷地增大，同時(shí)與排氣口相通的排氣腔C的容積進(jìn)一步地減小，排氣腔C的空間壓強(qiáng)進(jìn)一步地升高，當(dāng)氣體的壓強(qiáng)大于排氣壓強(qiáng)時(shí)，被壓縮的氣體推開(kāi)排氣閥，穿過(guò)油箱內(nèi)的油層而排至大氣中。在泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，不斷地進(jìn)行著吸氣、壓縮、排氣過(guò)程，從而達(dá)到連續(xù)抽氣的目的。 顯然轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速愈快，則泵的抽速愈大。機(jī)械泵的轉(zhuǎn)速一般在450~1400r/min之間，因?yàn)檗D(zhuǎn)速太高，密封極為困難。排氣閥浸在油里，以防止大氣流人泵中。為保證吸氣腔和排氣腔之間不漏氣，除保證緊密接觸之外，還采用蒸氣壓力較低且有一定薪度的專(zhuān)用機(jī)械泵油，并使油通過(guò)泵體上的間隙、油孔及排氣閥進(jìn)人泵腔，使泵腔內(nèi)所有運(yùn)動(dòng)的表面被油覆蓋，形成了吸氣腔與排氣腔的密封。此外機(jī)械泵油還起著潤(rùn)滑和幫助在氣體壓強(qiáng)較低時(shí)打開(kāi)排氣閥門(mén)的作用。同時(shí)機(jī)械泵油還可充滿了一切有害空間，以消除它們對(duì)極限真空的影響。

上面討論的機(jī)械泵只有一個(gè)轉(zhuǎn)子，稱(chēng)為單級(jí)旋片式真空泵，它所能達(dá)到的極限壓強(qiáng)為1Pa。為提高極限壓強(qiáng)，通常采用雙級(jí)泵結(jié)構(gòu)，即將兩個(gè)單級(jí)泵串聯(lián)起來(lái)，可使極限壓強(qiáng)達(dá)到

機(jī)械泵由電機(jī)和泵體兩大部分組成。普通型機(jī)械泵由電機(jī)通過(guò)皮帶帶動(dòng)泵軸旋轉(zhuǎn)；直連型機(jī)械泵是電機(jī)直接與泵軸連接，無(wú)中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)。機(jī)械泵是利用氣體膨脹、壓縮、排出的原理，把氣體從容器里抽出的。之所以稱(chēng)之為機(jī)械泵，是因?yàn)樗抢脵C(jī)械的方法，周期性地改變泵內(nèi)吸氣腔的容積，使容器中的氣體不斷地通過(guò)泵的進(jìn)氣口膨脹到吸氣腔中，然后通過(guò)壓縮經(jīng)排氣口排出泵外。改變泵內(nèi)吸氣腔容積的方式有活塞往復(fù)式、定片式和旋片式，分別稱(chēng)為往復(fù)式機(jī)械泵、定片式機(jī)械泵和旋片式機(jī)械泵。由于實(shí)際應(yīng)用中，旋片式機(jī)械泵使用較多，現(xiàn)以旋片式機(jī)械泵為例說(shuō)明其工作原理。

• 成本低廉、經(jīng)濟(jì)耐用

• 工作范圍：大氣~低真空

• 極限真空： 10^-3 torr (0.1Pa)

• 缺點(diǎn)：返油、振動(dòng)

• 更換機(jī)械泵油

• 清潔抽氣入口處濾網(wǎng)

• 維護(hù)油過(guò)濾器濾芯

1、具有長(zhǎng)軸的立式泵

由于一次系統(tǒng)的N a-24或者N a-22帶有放射性, 所以有關(guān)機(jī)械和管道系統(tǒng)通常都安放在混凝上制的厚屏蔽板的下方。傳動(dòng)裝置考慮到維修方便而放在板上, 因此是立軸泵。葉輪和傳動(dòng)裝置之間用長(zhǎng)軸連接, 故存在一長(zhǎng)軸的加工精度、熱膨脹的消除、軸承的支承方式以及振動(dòng)等問(wèn)題。

2、鈉潤(rùn)滑軸承

如果用油作為與鈉接觸的軸承的潤(rùn)滑劑, 則在高溫的鈉液中就要引起反應(yīng)而污染鈉, 它的生成物有可能堵塞鈉的流道。而且生成碳化物對(duì)于構(gòu)件材料為奧氏體系的不銹鋼也有滲碳的危險(xiǎn)。所以軸承的潤(rùn)滑不得不依靠鈉液本身。目前這種泵都采用靜力式鈉潤(rùn)滑軸承。

使用靜力式軸承, 其中關(guān)鍵問(wèn)題是為了形成鈉潤(rùn)滑液膜, 必須選擇好軸和軸承的形狀及其間隙大小, 也要選擇好不至發(fā)生磨損和咬卡現(xiàn)象的軸和軸承零件的配合。

3、無(wú)泄漏軸封裝置

鈉如果漏到系統(tǒng)外與空氣中氧起反應(yīng),就要造成大災(zāi), 同時(shí)發(fā)生飛濺放射性物質(zhì)的危險(xiǎn)。因此, 機(jī)械式泵必須要有軸封裝置,不使鈉從軸伸部分漏出。軸封裝置有: ( 1 ) 在軸封處的鈉液使之冷卻凝固( 和轉(zhuǎn)軸接觸的一部分溶融的鈉液起潤(rùn)滑作用) , 以此保持密封, 屬于冷凝密封裝置。( 2 ) 軸伸部分設(shè)在復(fù)蓋在鈉液面上的惰性氣體保護(hù)層的上部, 采用機(jī)械密封以防止惰性氣體及鈉蒸氣的泄漏, 成為自由液面型密封裝置。在初始階段曾采用過(guò)前一種密封形式, 最近則完全采用后一種形式。自由液面型裝置, 存在著鈉蒸發(fā)及由此而產(chǎn)生的咬卡等問(wèn)題。

采用機(jī)械密封時(shí)潤(rùn)滑油一般沒(méi)有泄漏, 對(duì)氣壓也有軸封作用, 但有必要做成耐熱性結(jié)構(gòu)。即使萬(wàn)一潤(rùn)滑油從機(jī)械密封處泄漏, 也必須予以排除, 決不能讓它與鈉接觸。這樣潤(rùn)滑系統(tǒng)由于容易出事故而成為一個(gè)重要的問(wèn)題。

4、熱膨脹和熱變形

應(yīng)當(dāng)考慮消除轉(zhuǎn)動(dòng)部件和固定部件之間產(chǎn)生的熱變形的結(jié)構(gòu), 以及為了冷卻和隔熱的裝置。因?yàn)檗D(zhuǎn)軸長(zhǎng), 即使微小的變形也會(huì)引起振動(dòng)和咬卡現(xiàn)象。

5、抽出內(nèi)件的結(jié)構(gòu)

為了維修方便, 必須能將鈉液排凈, 并使軸連同葉輪等主要內(nèi)件能夠抽出。這樣一來(lái), 泵殼和軸封部分的泄漏量就要大些, 再加上充分考慮變形, 則必須從結(jié)構(gòu)、零件的加工及配合精度等方面加以解決。

6、泵的材質(zhì)

用于一次系統(tǒng)的泵, 全以?shī)W氏體系不銹鋼為主, 在二次系統(tǒng)用的泵也有應(yīng)用鉻鋁鋼材料的。鈉潤(rùn)滑的軸以及軸承, 考慮到與鈉的共存性, 采用奧氏體不銹鋼、斯太立特鎢鉻鉆合金、科羅莫尼銅鎳合金以及耐蝕耐熱鎳基合金的組合。

7、轉(zhuǎn)數(shù)的控制

由于在反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)鈉回路中的大型鈉閥門(mén)存在不少問(wèn)題, 因此應(yīng)以力求避免使用閥門(mén)為原則, 而靠控制泵的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)流量。

8、預(yù)熱

當(dāng)鈉充滿泵時(shí), 首先必須將泵預(yù)熱到鈉融點(diǎn)(約98 t ) 以上。由于泵殼形狀復(fù)雜,如果加熱不均勻, 勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生變形, 因此要設(shè)計(jì)均勻加熱的方法。