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吸污车真空泵实验分析与技改

吸污车是抽排城市粪便、污泥等污物的专用车辆。它是由汽车底盘、真空系统组成。真空系统主要包括真空泵、油气分离器、水气分离器、四通阀、罐体等。其工作原理是真空泵抽吸罐内空气,使罐内形成负压,在大气压力的作用下,粪便或污泥被吸入罐内。真空泵是形成负压、抽吸污物的主要部件。1

真空泵结构与工作原理

真空泵主要由泵体、转子、旋片、铜套、前后端盖等组成,见图1。

排气口

进气道

A泵体

覫230mm排气道

R518mm

转子上加工有6道槽,槽内安装旋片,转子与泵体的轴线有一个偏心距离,转子旋转时,旋片在铜套挤推和离心力的作用下,其顶部与泵体内腔始终保持接触,旋片将泵体和转子之间分成6个空间,由于存在偏心距离,使每个空间的容积不同,容积由小变大为吸气过程,由大到小为排气过程,吸气口与罐体相通,通过真空泵的连续运转,不断抽吸罐内空气,以此使罐内形成负压,在外界大气压的作用下,污物通过吸污管抽进罐内。

为减少真空泵运动部件的磨损,润滑系统为所有运动部件提供润滑。旋片连续旋转其顶部与泵体内腔形成油膜,使旋片与泵体内腔得到无接触润滑。为减少旋片的磨损,旋片的顶部加工成圆弧型,以减少运动阻力,且不发生跳动现象。2真空泵旋片磨损问题

目前所使用的真空泵为单级旋片泵,在使用过程中存在泵片磨损快、功率消耗大、润滑油升温快、工作噪声大、性能不稳定的问题。根据旋片磨损情况分析发现,磨损部位在旋片顶部圆弧顶点附近,占圆弧长度很小部分,说明主要是旋片顶部圆弧半径尺寸设计存在问题。旋片的顶部加工成圆弧型,减少了旋片旋转过程中的运动阻力。圆弧半径尺寸大小不同,使旋片顶部与泵体间形成油楔不同,油楔高度大,润滑油在此空间给转动旋片的反作用力大,增加了旋片的运动阻力,形成泵片磨损快、功率消耗大等问题。图2

10mm

转子铜套

进气口

旋片

A

a正剖面

铜套旋片

bA-A旋转剖面

图1真空泵结构剖面示意

收稿日期:2011-04-29

·18

·

环境卫生工程第19卷

为旋片顶部圆弧半径分别为5、15mm,其油楔最大高度分别为5、0.86mm,油楔油压作用面积前者是后者的1.6倍。

10mm

覫230mm

覫230mm

10mm

根据推导公式r=BR=10×115=25(mm)。

B+2e10+2×18

真空泵转动过程中,旋片顶部圆弧高度h不断变化,当旋片中心线与泵体内腔中心线重合时,旋片顶部圆弧高度h最大;当ε=π时,旋片顶部

2

圆弧高度h最小。在参数e、R、B不变的情况

下,旋片顶部圆弧高度hmax=r-姨=25-

5mm

R5mmR15mm

0.86mm

a圆弧半径5mm的旋片b圆弧半径15mm的旋片

mm)。姨=0.505(

真空泵工作时,旋片顶部圆弧与泵体内腔形成收敛型油楔,油楔高度随旋片顶部圆弧减小而增大,油楔高度增大,使旋片承受反向圆周力,径向力增大,使旋片磨损快,润滑油温升高、噪声大(旋片撞击泵体),造成真空泵功率增大。4试验测试

根据上述情况分析及计算,对不同顶部圆弧

图2不同顶部圆弧半径旋片的油楔

3旋片顶部圆弧结构尺寸计算

旋片顶部圆弧半径公式推导和计算

其中β为旋片与泵体接触点A处公法线与旋

3.1

片中心线的夹角,ε为旋片中心线与转子、泵体

内腔中心连线的夹角,e为泵体中心与转子中心半径的旋片进行试验测试,测试其参数变化情况。

在真空泵内分别安装顶部圆弧5和15mm的的偏心距,O为转子中心,O1为泵体中心,R为

泵体内腔半径,B为旋片厚度,r为旋片顶部圆弧旋片进行试验测试,在真空泵转速为300和600

r/min工况下,将真空泵压力调整到0.090MPa和半径,见图3。

0.094MPa得出4组试验数据,见表1。

A

B

β

表1

ORε

转子

e

A

β转子旋片泵体b一般旋转状态

RεOeO1

转速300600

不同真空压力下的4组试验数据

旋片顶部rn=5mm旋片顶部rn=15mm12.44.7114.25.4

13.14.98155.7

11.94.5213.65.17

12.34.6714.15.36

技术参数工作电流/A消耗功率/kW工作电流/A消耗功率/kW

O1

B

泵体a极限状态

注:消耗功率为工作电流乘以电压。

试验数据显示,旋片顶部圆弧大的真空泵在相同真空度工况下,功率消耗比旋片顶部圆弧小图3旋片技术参数结构

的真空泵功率消耗小,说明其工作阻力小,噪声由正弦定理得:sinβ=esinε。

R-r和磨损相应减少,能延长真空泵的使用寿命。

当β为最大值时,接触点A移到旋片顶端圆5结论弧边缘点;经过计算可知,吸污车真空泵存在的旋片磨

当ε=π、β=βmax,则sinβ=e,sinβmax=损问题是由旋片顶部圆弧设计尺寸过小造成的。

zR-r

对2种不同顶部圆弧半径旋片的真空泵测试结果

B/2,

表明,旋片顶部圆弧小的真空泵其驱动功率大,

r

建议加大旋片圆弧尺寸,接近理论计算值为佳。

eB/2BR则=,得r=。参考文献R-rrB+2e3.2

计算分析

抽气速率5m3/min真空泵的技术参数为:偏心距e=18mm,泵体内腔半径R=115mm,旋片厚度B=10mm,旋片顶部圆弧半径r=5mm,在e、R、B不变的情况下,计算理论值。

 

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