前级泵的选择

上海永安水泵厂

前级泵简介与选择
一、前级泵简介：
前级泵是用于维持某一真空泵前级压强低于其临界前级压强的真空泵。如罗茨泵前配置的旋片泵或滑阀泵就是前级泵。
二、前级泵的用途：
前级泵这个名词在真空机组中见的比较多，主要是帮助主泵罗茨真空泵启动。罗茨真空泵一般情况下不能在常压下启动，如果要启动电机功率相当大，而且对泵的运行有伤害。通过配用不同的前级泵可以运用到不同的环境。如配用水环式真空泵，就可以抽除含有大量可凝性蒸气和带有一定腐蚀性的气体（通过水稀释腐蚀性气体浓度）。目前常见的前级泵有：水环式真空泵、旋片式真空泵，立式无油真空泵、往复式真空泵、H、2H滑阀式真空泵等。通过选用不同的前级泵可以得到不同的真空度和抽气速率。
三、前级泵的选择：
前级泵的选择：真空系统的主泵选定之后，重要的问题是如何选配合适的前级泵和预抽泵。通常前级泵直接影响主泵的抽气性能，影响真空系统的抽气时间和经济效益。配前级泵时应遵循如下几点规定：
(1)前级泵应保证能及时排出主泵所排出的气体流量。
(2)前级泵在主泵(如扩散泵、油增压泵，分子泵和罗茨泵)出口处造成的压强应低于主泵的最大排气压强。
(3)兼作预抽泵的前级泵应满足预抽时间的要求。
当选用油蒸气流泵作为主泵时，配前级泵的方法可以按经验标准所推荐的前级泵的大小来确定，见表4。
所配前级泵确定之后，即可按前级泵的入口尺寸选择前级管道阀和预抽管道阀，确定备部分连接管道的尺寸。根据以上的确定，可绘制出真空系统设计图。
分子泵作为主泵时，其抽气能力与前级泵的抽气能力有密切关系。分子泵的前级侧需要保持分子流状态，它才能稳定工作。为了保证分子泵前级侧处于分子流状态，通常按式 (4)选取前级泵的抽速。
罗茨泵作为主泵时，由于罗茨泵的转子与转子、转子与定子之间的间隙较大，所以它对气体的压缩比较小，一般其前缀泵要大些。通常可用油封机械泵或水环泵作为罗茨泵的前级泵，前级泵的抽速可根据经验公式(48)选取。
四、罗茨泵与前级泵的关系
真空机组的性能与罗茨泵的性能密切相关，而罗茨泵的性能又随前级泵的不同而有所不同。
（1）由于罗茨泵的转子与转子之间、转子与壳体之间存在着间隙，因此有返流存在，而这种返流受进口压力和出口压力的影响，即使是同一台罗茨泵，使用不同的前级泵时，其抽气速率也会有所不同。
罗茨泵的抽气速率可由下式确定：
δ＝δ0(P2/P1/K)
式中：δ0－设计的抽气速率；
　　　　　P1－进口压力；
　　　　　P2－出口压力；
　　　　　K－固有常数，由该泵转子的形状、间隙量、转子圆周速度和出口压力来确定。
由上式可知，抽气量受到出口压力与进口压力之比的影响，亦即若增加前级泵的抽气速率，那么罗茨泵的抽气速率也会增大。
（2）极限压力由泵的抽气速率，各间隙的返流量，泵体泄漏量及高真空侧的放气量所决定。即：
P0＝(Q1+Q2+Q3)/δ
式中：P0－极限压力；
　　　　 δ－抽气速率；
　　　　　 Q1－返流量；
　　　　　 Q2－泄漏量；
　　　　　 Q3－放气量。
在这些参数中，Q1受排气压力即前级泵的极限压力的影响很大，在用水环泵作前级泵时，罗茨泵的极限压力随水环的饱和蒸汽压的不同而不同。
图6是用同一台罗茨泵配不同的前级泵时的性能比较。
从图可见，前级泵的极限真空度愈高时，机组的极限真空度也随之增高；两级罗茨泵串联使用，则能提高机组的极限真空度（实质上就是前一个罗茨泵为后一个罗茨泵的前级泵），且性能曲线平缓扩大，也即使用的范围扩大（由曲线1与2，曲线3与5的比较而得）。机组1、2的曲线大致相同。同样，机组3、4、5的曲线也有相同之处。然而1、2机组曲线和3、4、5机组曲线却是完全不同的两组曲线。这说明对于同一罗茨泵而言，选用不同的前级泵时，其机组的性能曲线有本质的差异。由此可见，前级泵对机组性能有相当大的影响。