1采用气镇式机械真空泵

在机械真空泵泵腔内的吸气终了之后，经气镇阀向泵的封闭腔内掺进一定量的干燥空气，增加泵腔内封闭气体的全压力，使之打开排气阀时的封闭腔内水蒸汽分压力小于泵温所对应的水的饱和蒸汽压，于是水蒸汽没有凝结地被排到泵外，这就是气镇式机械泵的工作原理。

当吸入纯水蒸汽且掺进干燥空气时，最大的水蒸汽吸入压力由下式计算：

式中Pm一 最大允许的水蒸汽吸入压力，Pa；

S一 入口压强为Psz时的泵的抽速，L/s；

Qqz一 气镇量 ，Pa·L/s；

Pa一 机械泵的排气压力，Pa；

Pac一 机械泵工作温度对应的水的饱和蒸汽压，Pa；

TB一 机械泵入口水蒸汽的绝对温度，K；

TH— 机械泵的排气温度，K。

令TB=TH时，引起的误差不超过10～15%，于是上式可简化为：

为了使气镇机械泵有效地工作，应注意以下两点：

1）最好使机械泵的工作温度控制在75～90℃之间，这可减少气镇阀的负担。

2）气镇阀必须有可靠的逆止作用，即只允许向泵腔内掺气而决不允许由泵腔经气镇阀向大气中排气。

如果较好地解决了上述两个问题，即可以用油封式机械泵大量地抽除水蒸汽。

由于机械泵配置了气镇阀，不可避免地会带来下述影响：

1）气镇后会使机械泵的功率及温升增加，而温升增加对抽除水蒸汽是有利的。

2）气镇后使泵的油耗量增加，其增量大小取决于泵的结构、油的粘度及气镇量的大小。通常，对1L/min气镇量泵的油耗量约为0.2～0.3mL/h。

3）气镇量对极限真空的影响。

当充分气镇时，单级泵的极限压力低于100至十几Pa（全压），双级泵的极限压力约为10Pa（全压）。

对于单级泵，在充分气镇且极限压力低于100Pa时的最大水蒸汽耐压为103～2×103Pa。如果水蒸汽耐压减少，则气镇量可相应减少，而极限真空会逐步改善。

应该指出，气镇泵不能避免蒸汽向泵油中溶解，但可显著地减少其溶解程度。这一方面是因为掺进的空气可以帮助可溶性蒸汽快速从泵腔中排出，另外也能减慢蒸汽向泵油中的溶解速度。

为了恢复气镇后机械泵的极限真空度，可先将机械泵的入口堵死，打开气镇阀，经过一段时间的运转，泵油得到提纯，便可恢复其极限真空度。当然泵的装油量愈少，愈容易恢复其极限真空度。  

2 采用热泵

从理论上讲，如果容积式机械泵的泵腔工作温度在100℃以上时，即使不进行气镇掺气水蒸汽也不会在泵腔中凝结，因为100℃所对应水的饱和蒸汽压已是101325Pa，这就是热泵的工作原理。

但热泵要求真空泵油在高温时仍满足其密封和润滑性能的要求，而且轴封的材料最好用耐高温的氟橡胶制成。

为使泵在高温下运行，可使机械泵的水套通热蒸汽加热，如无水套和蒸汽源，可用电加热或其它方式加热。

应该注意，热泵所用油的高温粘度较大，会给泵的启动带来困难，为此在机械泵的启动前应先对泵油进行加热，以减少泵油的粘度。

通常，可将普通机械泵换上耐高温的泵油和氟橡胶密封材料，泵即可在较高的温度下工作。

一般可设泵的最高允许温度为90℃，正常工作温度可调定在80±5℃。这样的热泵运行，可减少可凝性气体在泵腔内的凝结。

泵的工作温度可用冷却水流量调节器进行控制。泵在接入系统抽空以前，要提前启动进行空转预热，待泵温升高到工作温度后，泵才接入到系统中进行抽气。

在泵的预热期间，开始冷却水并不接通，只有当泵温达到调节温度时，冷却水才接通，并继续维持此温度。

3 采用油水分离装置

即使机械泵配置了高效的气镇阀，因泵温很难控制等原因，泵腔中仍有部分水蒸汽凝结，故必须配置油水分离装置，其结构形式有如下几种。

a 油水加热分离

1）油水混合物经导管进入分离器中的已被加热的斜槽内，以薄膜状慢慢向下流动，混合物在流动中，水被加热蒸发而排到大气中去，纯净的油流到分离器的下部被冷却，而后又返回到泵中循环使用。

2）油水混合物在分离器中被热空气加热，水被加热蒸发且和热空气一起排到大气中，而纯净的油被冷却又返回到泵中循环使用。

b 离心分离机

油中分散的水滴由于离心力的作用，水被集中到分离机圆筒的外周排出，而纯净的油由中央回转轴附近的出口排出。一台分离机可供数台油封式机械泵同时使用，中间由齿轮油泵输送。

c 油水过滤分离

从机械泵排出的油水混合物经导管进入到分离器中，再由齿轮泵送到分离器的上部，使其通过多层由特殊合成树脂材料制作的过滤器，混合物经过过滤器时，小水滴逐渐变成大水滴落到分离器的底部而被排出，被滤出的纯净的油又返回到泵中继续使用。

d 热虹吸分离法

如图1所示，油、气、水的混合物从真空泵7排至主油箱1中，其中一部分油便沉降到主油箱内，余下的混合物经排气管2排至辅助油箱6内。

因辅助油箱体积较大，温度较主油箱低，混合物在辅助油箱内进一步得到分离，气体从排气管5排至大气，沉降到辅助油箱下部的水从排水口4间歇地排到外部，较纯净的油从回油管3返回到主油箱中。

形成油循环的主要动力是排出气流与油之间的粘滞力以及两个油箱温度不同所形成的压头，该循环称为热虹吸循环。泵油在主油箱与辅助油箱中不断地循环，从而逐渐得到提纯，达到油水分离的目的。

 图1 热虹吸分离装置：1-主油箱；2－排气管；3－回油管；4－排水口；5－排气口；6辅助油箱；7－机械泵

带有油水分离系统的X150型旋片式真空泵结构如图2所示，主要有泵体、转子、排气阀总成、主油箱和副油箱五部分组成。

该泵的主要工作部分很简单，容易制造和保证精度。泵增加了一个比主油箱位置稍低的副油箱1，主副油箱之间除了排气管相联外，在油面以下还有两根联通细管3和管4。

泵在运行期间，靠虹吸作用，油通过两管不断进行循环，对油进行自动净化处理。

在主油箱内，混有凝结水份的油因比重较大沉在箱底，进入下面的联管，一并流到副油箱中，而一旦进入副油箱中就继续往下沉，再也不会返回到主油箱中，上面的联管会及时地将副油箱上部的无水份的油补充进主油箱。

主油箱中可能进入的垃圾污物也通过同样的路径进入到副油箱中被沉淀分离掉。通过排气管9直接进入到副油箱中的油、水及杂质混合物也会在副油箱中进行分离。水和杂质沉淀在副油箱底部，油处在其上部。

图2 带有油水分离系统旋片泵的结构图：1－副油箱；2－排水口；3－下虹吸管；4－上虹吸管；5－水套；6－气镇阀；7－进气管；8－主油箱；9－排气管；10－排气口；11－冷却水流量调节器

4 采取其它措施

尽管采取了各种油水分离措施，油中仍然会含有一部分水。

如果单级油封机械泵的轴承单独供油润滑，即使泵油有些轻微乳化也不会影响到轴承的使用寿命。

另外，当油封机械泵与罗茨泵组合使用时，对前者的极限真空度要求不高，可用价格较低的20号机油等代替真空泵油，且装油量多些，这样可以增加换油周期，对抽出水蒸汽也是有利的。

采用不同机械真空泵油时，双级油封机械真空泵所获得的极限压力见图3。

图3 采用不同泵油时双级油封机械泵的极限压力曲线：A－1#真空泵油；B－2#真空泵油；C－140号透平油；D－20号机油；A'－1#真空泵油，用麦氏计测量；（其余用热偶计测量）

考虑到节能、投资、占地面积及操作方便等因素，罗茨泵与油封机械泵的组合也是一种较理想的抽除水蒸汽系统。

应重视发展抽水蒸汽的单级油封式机械泵，因为单级油封式机械泵的结构型式对抽水蒸汽十分有利，这种真空泵的极限真空度要求不高，而水蒸汽耐压应是其追求的主要指标。

本文声明 |内容来源于《真空系统的操作与维护第三讲》，作者：张以忱，内容仅限学习交流使用。【本平台摘录或转载于第三方的信息（包括文章、图片等）会标明作品来源和作者，无法查明作者的，将标明获取途径，如权利人认为内容侵犯其著作权，请书面告知，本平台将及时审查并删除被侵权的内容。其他任何媒体、网站或个人如需转载本平台内容，请注明信息来源。】