李鵬，董武，徐天然，王瑞，馬平，褚賀

（山東中煙滕州卷煙廠，山東棗莊277500）

2BE1-253系列真空泵的參數(shù)與原理研究

李鵬，董武，徐天然，王瑞，馬平，褚賀

（山東中煙滕州卷煙廠，山東棗莊277500）

針對(duì)2BE1系列水環(huán)式真空泵在山東中煙滕州煙廠的應(yīng)用問題，首先總結(jié)真空泵的大致分類，然后突出單作用水環(huán)真空泵的基本工作原理、結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)方法和判據(jù)條件，最后對(duì)影響水環(huán)真空泵效率的諸多因素進(jìn)行了闡釋。

真空泵；Solidworks；數(shù)字設(shè)計(jì)制造；有限元分析

引言

2BE1-253系列水環(huán)式真空泵是引進(jìn)德國西門子公司先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的一種單級(jí)雙吸式真空泵，主要用于抽吸不含顆粒的氣體，工作介質(zhì)為常溫清水，特殊要求也可用酸堿等其他介質(zhì)為工作液［1］。

水環(huán)式真空泵是煙廠的重要能源供應(yīng)設(shè)備，不僅為卷包車間提供優(yōu)質(zhì)負(fù)壓能源，而且為輔料制造中的濾棒生產(chǎn)提供了保障。

1　2BE1-253系列真空泵的基本結(jié)構(gòu)

1.1真空泵的原理

葉輪偏心地安裝在泵內(nèi)，啟動(dòng)前向泵內(nèi)注入大約二分之一的水，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水受離心力的作用在泵體壁內(nèi)形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的一個(gè)與泵殼形狀接近的等厚度的封閉圓環(huán)，葉片及兩端的分配器形成密閉的空腔；在前半轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)過吸氣孔吸氣使得密封的空腔容積逐漸擴(kuò)大，氣體由吸氣孔吸入；在后半轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)過排氣孔排氣使得密封的空腔容積逐漸縮小，氣體從排氣端排出［2-3］。

1.22BE1真空泵的獨(dú)特結(jié)構(gòu)

1.2.12BE1的泵體

葉輪與泵體呈單偏心，葉輪旋轉(zhuǎn)一周，進(jìn)行一次吸氣和排氣。雖然部分單作用真空泵的泵體為圓形的，但所用真空泵的泵體也不一定是圓形的，比如2BE1型真空泵的泵體就是橢圓形的。

1.2.22BE1的輔助排氣閥

2BE系列真空泵的排氣系統(tǒng)采用獨(dú)特的聚四氟乙烯結(jié)構(gòu)。閥板覆蓋在平圓盤外側(cè)的排氣孔上，并有其另一側(cè)的不銹鋼擋板定位，此閥板隨入口壓力的變化而改變其彎曲程度，使得泵送介質(zhì)在達(dá)到出口壓力時(shí)即可排出泵外。通過以上結(jié)構(gòu)，使得真空泵達(dá)到了最佳的運(yùn)行效率。

圖1　真空泵的原理圖

2　2BE1-253的基本參數(shù)

2.12BE1-253的運(yùn)行參數(shù)

基本運(yùn)行參數(shù)包括，最低吸入絕壓，最大氣量，泵轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)形式等，具體參數(shù)如下頁表1所示。

2.22BE1-253基本性能參數(shù)

性能曲線（或稱特性曲線），來反映液環(huán)泵主要參數(shù)之間的關(guān)系。性能曲線通常由制造廠提供，是通過試驗(yàn)，并經(jīng)過必要的換算，給出規(guī)定條件下的性能曲線。

在應(yīng)用時(shí)要特別注意的是這個(gè)規(guī)定的條件是否符合，如果不符合需要進(jìn)行必要的換算，這些規(guī)定的條件是：液環(huán)泵以不變的規(guī)定轉(zhuǎn)速工作，規(guī)定轉(zhuǎn)速就是設(shè)計(jì)時(shí)確定的轉(zhuǎn)速；液環(huán)泵以15°C的清潔水作為工作介質(zhì)；液環(huán)泵所抽送的氣體為20°C、相對(duì)濕度70%的空氣且液環(huán)真空泵的排氣壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

表1　2BE1-253的運(yùn)行參數(shù)

表2　2BE1-253性能曲線

2.32BE1-253基本尺寸參數(shù)

圖2是水環(huán)泵的主要尺寸的示意圖。圖中給出葉輪、水環(huán)和泵殼之間的若干徑向尺寸，圖中各符號(hào)的意義如下：以及限定進(jìn)、排氣口位置的幾個(gè)角度。

圖2　2BE1-253基本尺寸參數(shù)

圖中r1為葉輪輪轂的半徑，m；r2為葉輪頂圓半徑，m；w為葉輪的角速度，rad/s；e為葉輪的回轉(zhuǎn)中心O與泵殼中心O′的距離，m；a為葉片插入液環(huán)的深度，m；δx為吸氣口始端角，（°）；φx為吸氣口末端角，（°）；φy為排氣口始端角，（°）；δy為排氣口末端角，（°）；β為葉片出口安放角，（°），即葉輪外圓上葉片切線與圓周速度的夾角；f為葉輪頂圓在AB斷面處與泵體之間的徑向間隙，m；R為泵體半徑，m；z為葉片的數(shù)目；S為葉片在垂面內(nèi)的截面面積，mm2。

2.3.12BE1-253角度的確定

吸氣口終止的位置由角度α0（以AB為起點(diǎn)）來表示。它決定著吸氣終了時(shí)小腔容積的大小。由于2BE1-253的葉輪為18個(gè)向前彎曲的葉片組成，所以其吸氣起始角理論值可按（1）。

吸氣口終止的位置是用來限定由排氣側(cè)至吸入側(cè)的最小泄漏量的。對(duì)于彎曲的葉片，為防止氣體的漏損，常使吸氣口末端角小一些，所以由（2）式知，a0必定小于160°，實(shí)際測量的2BE1-253真空泵的a0為133°。

2.3.22BE1-253輪轂比的確定

葉寬度相同的條件下，水環(huán)泵的抽氣量取決于工作腔月牙形空間的斷面積。近似等于

3　結(jié)論

1）對(duì)2BE1-253的理論數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，得到了部分真空泵的相關(guān)參數(shù)，對(duì)于以后的真空泵設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

2）利用有限元分析模塊定性地分析了吸氣管的受力狀態(tài)，對(duì)吸氣管等的安全設(shè)計(jì)和使用有一定的參考意義。

［1］WangS，J Li H Y，ZhaoY G，et al.The improvement studyof involutes profile type rotor profile in roots vacuum pump［C］//Chinese Society of Agricultural Engineering，Zibo:China Academic Journal Electronic PublishingHouse，2011.

［2］王即武.計(jì)算機(jī)控制空氣濾清器試驗(yàn)系統(tǒng)的研究［D］.濟(jì)南:山東輕工業(yè)學(xué)院，2007.

［3］羅延民.如何提高水環(huán)式真空泵運(yùn)行機(jī)械效率的探討［J］.科技傳播，2011（3）:56-57.

［4］楊乃恒.真空獲得設(shè)備［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1987.

（編輯：劉楠）

Working Principle and Influence Factors of 2BE1-253 Water Ring Vacuum Pump

Li Peng，Dong Wu，Xu Tianran，Ma Ping，Wang Rui，Chu He
（Tengzhou Cigarette Factory of China Tobacco Shandong Industrial Corporation，Zaozhuang Shandong 277500）

According to Tengzhou Cigarette Factory of China Tobacco Shandong Industrial Corporation equipped with 2BE1 water ring vacuum pump，this paper sums up the basic working principle's structure，design methods and criteria conditions of the water ring vacuum pump，and then from the structural design and running processes the point of view，this paper analyzes factors affecting the efficiency of the water ring vacuum pump.

vacuum pump；Solidworks；digital design and manufacture；finite element analysis

TD712

A

2095-0748（2016）13-0080-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.13.30

2016-05-26

李鵬（1991—），男，山東棗莊人，本科，三維CAD工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)備