氣鎮(zhèn)的結(jié)構(gòu)與工作原理
為了從真空系統(tǒng)或真空容器中抽除可凝性氣體，油封式機械泵普遍設(shè)有氣鎮(zhèn)裝置，氣鎮(zhèn)法可以有效地防止可凝性氣體凝結(jié)。該方法是在被抽氣體被壓縮過程中將經(jīng)過控制的永久性氣體(通常為室溫干燥空氣)由氣鎮(zhèn)孔摻入其中，使可凝性氣體分壓達(dá)到泵溫時的飽和蒸汽壓之前，壓縮氣體的壓力已達(dá)到排氣壓力，排氣閥打開，將可凝性氣體同永久性氣體一同排出。本文就詳細(xì)講解了氣鎮(zhèn)的結(jié)構(gòu)以及工作原理。
由于大氣中都含有一定量的水蒸氣，所以泵工作時所抽除的氣體多是某些可凝性氣體和永久性氣體的混合物。這種混合氣體在泵內(nèi)被壓縮排氣的過程中，如果可凝性氣體的分壓力超過了泵溫下的飽和蒸氣壓，那么它們就會凝結(jié)并與真空泵油混合，隨油一起循環(huán)。當(dāng)它們返回到高真空端時又重新蒸發(fā)變成蒸汽。隨著泵的運轉(zhuǎn)，凝結(jié)物不斷增加，使泵的極限真空度和抽速降低。當(dāng)抽除的氣體中濕度較大時，泵油的污染更加嚴(yán)重，使泵的密封、潤滑和冷卻性能變差，以至于經(jīng)常更換新油。
氣鎮(zhèn)閥(摻氣閥)是由節(jié)流閥和逆止閥兩部分成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。節(jié)流閥控制摻入氣體量，逆止閥防止泵腔內(nèi)氣體壓力高于摻氣壓力時出現(xiàn)返流。
1-調(diào)節(jié)閥 2-氣鎮(zhèn)閥座 3-密封墊 4-擋塊 5-鋼球 6-彈簧
圖1 氣鎮(zhèn)閥結(jié)構(gòu)
氣鎮(zhèn)法是防止蒸汽凝結(jié)從而避免油污染的有效方法。這種方法是將室溫干燥的空氣經(jīng)氣鎮(zhèn)孔進(jìn)入泵的壓縮腔中與被抽氣體相混合。當(dāng)把這種混合氣體壓縮到排氣壓力時，由于摻氣作用使得其中的蒸汽分壓能保持在泵溫狀態(tài)的飽和蒸氣壓以下，因而蒸汽不會凝結(jié)而與其它氣體一起被排至泵外。被抽氣體中蒸汽的含量越多，摻入的干燥氣體量就需越多。
圖2描述了上述的氣鎮(zhèn)過程。ab表示蒸汽吸入過程，蒸氣的吸入壓力為Pv。對于氣鎮(zhèn)泵，吸氣終了后，稍加壓縮至b'點，開始向泵腔內(nèi)摻氣，并壓縮至排氣壓力PT2，由b'c'表示。然后泵等壓排出混合氣體，由c'f表示，對于非氣鎮(zhèn)泵，蒸汽吸入后被壓縮到泵溫時的飽和壓力PST，以bc表示。泵繼續(xù)壓縮，蒸汽逐漸液化，其過程由cd表示。泵對液體(液化的蒸氣及泵油)繼續(xù)進(jìn)行壓縮，使壓力突然上升到達(dá)排氣壓力PT2，如de所示。最后液體被排至油箱中，與泵油相混，如ef所示。在摻氣過程中，可凝性氣體的壓縮達(dá)到c點時，空氣與蒸氣混合物的全壓力就已達(dá)到排氣壓力，而此時，蒸氣的分壓力只達(dá)到PST。但因全壓力已達(dá)到排氣壓力，排氣閥被推開進(jìn)行排氣，未凝結(jié)的蒸氣保持氣體狀態(tài)被一起排至泵外。以上的整個過程就是真空泵抽氣時氣鎮(zhèn)的工作原理。
圖2 旋片泵抽氣時氣鎮(zhèn)的工作原理圖
采取氣鎮(zhèn)方法，雖然達(dá)到了排除蒸氣的目的，但由于摻氣增加了大氣漏入到吸氣端的可能性，因此對泵的抽速與極限真空度都有影響。泵在摻氣過程中，其極限真空要比不摻氣時下降1～2個數(shù)量級。一般在使用時，先使用氣鎮(zhèn)閥摻氣排除可凝性氣體。等到蒸氣基本抽除后，即可關(guān)閉氣鎮(zhèn)閥，繼續(xù)抽氣，經(jīng)過一定時間后，就可達(dá)到不摻氣時泵的極限真空了。
由于氣鎮(zhèn)方法主要是防止泵在壓縮過程中蒸氣的凝結(jié)，所以對那些從氣相狀態(tài)就能溶解在泵油中的蒸氣的抽除效果就比較差。
加裝了氣鎮(zhèn)裝置的機械真空泵，還有自凈化泵油的作用：當(dāng)泵油被少量凝結(jié)液污染后，只要將泵入口封死，然后打開氣鎮(zhèn)閥，經(jīng)一定時間抽氣運轉(zhuǎn)，泵油便能恢復(fù)原來的性能。
為了防止泵噴油、返油，改善泵的潤滑條件，擴大泵的使用范圍，旋片泵還配有多種附件，如油霧捕集器、分子過濾器、塵粒過濾器、化學(xué)過濾器、油過濾器等。隨著技術(shù)進(jìn)步和工藝要求的提高，旋片泵的結(jié)構(gòu)更趨完善，性能不斷提高。
氣鎮(zhèn)相關(guān)閱讀：
