原文出处：开拓发展大抽速双级滑阀真空泵 

　　长期以来，我国发展双级滑阀真空泵遇到不少困难和挑战，标准制定后相隔二十多年才有生产2H-150等产品。实际上由于大抽速的双级滑阀真空泵设计制造会遇到动平衡、控制双级供油、降低噪声等一系列的问题，所以其设计制造给厂方带来很大麻烦。但是大抽速双级滑阀真空泵在使用上有很广泛的应用前景，本文介绍大抽速双级滑阀真空泵开拓发展的必要性和介绍研制成功的2H-150滑阀真空泵设计特点，并提出发展更大抽速的双级滑阀真空泵的必要性。

　　滑阀泵由于结构特点，容量比旋片泵大得多，由于滑阀真空泵可以在较差的真空环境下长期工作，因此常常被用于大型真空设备上。滑阀泵有单级和双级两种形式，单级泵的极限压力在0.6~1.3 Pa（关气镇），双级泵的极限压力在0.06 Pa。

　　抽速≥150L/s 以上的可以看作为大型滑阀泵。长期以来国内只有70L/s的双级滑阀泵，但是在使用上如果有大抽速的双级滑阀真空泵，在许多工业应用领域特别有利于简化真空设备的机组构造，有利于降低功耗，实现节能效果，有利于简化操作，提高控制的可靠性。本文以设计研制成功的2H-150双级滑阀真空泵为例，介绍发展开拓大型抽速的双级滑阀真空泵的必要性，同时通过介绍2H-150双级滑阀真空泵进行双缸设计结构的特点，提出实现在大抽速结构的双级滑阀泵双缸结构动平衡的可能性，提出实现双级滑阀泵在低压强时（2Pa）获得大抽速的可能性。同时提出简化结构设计有利于单泵的启动和控制的可能性。

1、发展大抽速双级滑阀真空泵的意义

　　长期以来我国对大型真空设备使用在一定真空度的条件下（1~10^-2Pa） 广泛使用滑阀真空泵、罗茨- 滑阀真空机组，据不完全统计,浙江一省以生产滑阀真空泵、罗茨- 滑阀真空机组的产值超过4 个亿人民币。但是由于没有大抽速的双级滑阀真空泵，在许多罗茨- 滑阀机组配置上需要设计成罗茨- 罗茨- 滑阀机组，或者用一个双级滑阀泵可以达到使用目的的需要采用滑阀-罗茨来代替才能满足真空度的要求。例如需要极限真空为10^-2 Pa、抽速为150L/s 时，必须设计成主泵为ZJ- 150 的罗茨泵，前级泵可以选用2H- 30的滑阀泵。但是在使用上有时希望在较高压强时也具有大抽速，显然用2H- 30 泵作为前级泵不能满足这个要求，因此只好配2H- 70 泵作为前级泵，但是有些用户还是不能满足较高压强下大抽速的要求，于是出现主泵是ZJ- 150，用户要求前级泵配用H- 150 滑阀泵使用的怪现象。同时，我们分析罗茨泵的结构特点可以明显看出，所谓罗茨泵的抽速完全受到前级泵的抽速的影响，罗茨泵的极限压力主要决定于前级泵的极限压力，前级泵的极限压力低，罗茨泵才能获得较低的极限压力。由于过去没有大抽速的双级滑阀真空泵，所以不少时候只能用增加罗茨泵为基础设计成罗茨- 罗茨- 滑阀机组来满足和提高真空度的要求，这无疑使结构增加了复杂性。因此在总结罗茨机组的应用时，权威性资料提出对入口压力非常低（PA<10^-2 hPa）和前级泵气镇阀工作时，通常使用双级前级泵，否则罗茨泵所需的压力很难达到，而且，在这种压力下前级泵的抽速变得太低了，将导致压缩比太高，容积效率降低了。现在罗茨真空泵已经发展有5000 L/s、10000 L/s 和20000 L/s，在很多情况下既需要大的抽速又需要较低的极限压力，显然单级滑阀真空泵就无法满足这一要求，发展大抽速的双级滑阀真空泵与之相匹配，必然可以简化结构，达到节能，控制可靠的结果。

　　但是发展双级滑阀真空泵会遇到很多技术难点，国外以美国KINNY 公司为代表，以三缸结构为主体发展单级和双级滑阀真空泵，这一结构具有较好的动平衡效果，不需要在皮带轮上加配重，不需要加平衡轮，虽然对滑阀杆的离心惯性力没有得到平衡，但由于这一离心惯性力的干扰力较小，不足以产生大的振动，所以从平衡角度来说是一种好的结构形式。但是由于三缸结构需要两个中壁，中间油缸供油比较困难，同样转速下，其结构设计体积偏大。所以据查，KINNY 公司生产最大的双级滑阀真空泵为KTC- 112 泵，抽速为51 L/s，极限压力为3×10^{- 2} Pa。根据KINNY公司技术英国GENERAL 公司生产的GKTC- 225泵，最大抽速为104 L/s，极限压力为3×10^{- 2} Pa。我国为了发展大抽速的双级滑阀真空泵，上海神工、浙江台州环球、江苏海真、浙江台州力鑫、浙江真空设备公司等单位先后研制成功2H- 120、2H- 150、2H- 230 双级滑阀真空泵，开拓了我国生产大型双级滑阀真空泵的发展里程，为今后配置大型真空机组广泛使用于太阳能利用、航空航天的真空模拟、稀有金属提炼、真空冶金、电力设备的改造等领域提供了理想的预抽真空设备。

2、2H-150 双级滑阀式真空泵研制

　　对于双级滑阀式真空泵抽速在150 L/s 以上的泵究竟在设计制造中会遇到哪些问题，进行尝试和研究。在2008 年11 月与共同合作下研制成功2H- 150 双级滑阀式真空泵，于2009 年6 月通过国家真空设备质量监督检验中心检测，其性能如表1 所示。

表1 2H-150 样机检测数据表

　　在设计和研制过程中，我们首先遇到的问题是选择两缸结构还是三缸结构，美国KINNY 公司为代表的国际潮流是选用三缸结构，经我们研究三缸结构可以自身平衡偏心轮、滑阀环所产生的离心惯性力。但无法平衡滑阀杆所产生的离心惯性力。同时三缸结构需要两个中壁，体积相应增大，供油情况比较复杂，而且这是美国KINNY公司具有的专利项目。选用两缸结构，它的难点是必须通过特殊的平衡计算，高缸存在滑阀、偏心轮产生的离心惯性力，低缸也存在偏心轮和滑阀产生的离心惯性力，同时高缸、低缸的滑阀杆也存在离心惯性力，并且在对泵转子惯性力进行平衡时不能忽略导轨的惯性力，组成相当复杂的空间力系，能够部分平衡的办法就是在高缸一侧装有的皮带轮上进行特殊的配重计算，使之产生的残余惯性力尽量小，使它们产生的力和力矩对泵的振动影响足够小，具体计算结果如图1 所示。经过实践，我们成功完成这一任务，这里在高缸与低缸的长度分配上打破了传统的高缸长度是低缸长度的一倍这一惯例，使计算和实践都取得了良好效果。样机在不用螺钉固定的情况下没有爬行和爬动现象，振动控制在可靠的约束下。选择两缸结构大大的有利于泵的结构简化，从而减小了泵的体积，实际上样机与H- 150 单级泵比较增加的体积不太大，达到了预想的要求。

图1 2H-150平衡前后的剩余惯性力比较图

　　在设计和研制过程中，我们特别注意气路和油路的设计，常规的国内双级滑阀真空泵采用三缸结构，其供油要用手动阀控制，给用户带来使用上的很大不便，而且手动控制受人的因素影响容易产生误操作，本设计采用强制供油的办法，保证高缸和低缸供油量，同时无须手动阀控制，依靠泵启动就能供油，停泵就停止供油，使操作大大简化，样机操作完全达到了这一理想效果，经反复试验没有任何故障出现，这一内容也申请了专利。在气路设计方面，由于要保证在低压强下泵具有大抽速，通常国内的泵在2 Pa 时，抽速下降得很快，只有45%的抽气效率。而国外的泵这一比例较高，研究其原因就是要使高级腔具有清洁、少油，同时气道特别畅通，没有返流，根据这一原则我们在结构上采用特殊设计，使得泵在2 Pa 时抽气效率达到72%。从这一技术上讲，我们不逊于国外的先进产品。关于气道设计我们也申请了国家专利。

　　在设计和研制过程中，我们特别考虑滑阀真空泵是在真空环境较差、大的真空系统中广泛使用的，我国上世纪90 年代大规模真空炼镁时广泛使用H- 150 滑阀真空泵，也由于使用条件差，其泵轴和轴承容易在过载情况下出现故障。在2H- 150 的设计中，我们也充分考虑这一因素，加大了轴和轴承的尺寸，并选用40Cr 钢代替45# 钢作为泵轴的材料，以减小故障。当然当2H- 150 大量投入使用时，必须采取在进气口前加真空过滤器，以减少粉尘、颗粒、有毒气体、腐蚀性气体等影响。

　　2H- 150双级滑阀真空泵的研制成功开拓了在今后发展更大型双级滑阀泵的可能性，从技术难点来看，发展更大型如2H- 300 双级滑阀真空泵也变成基本可能。通过研制2H- 150双级滑阀真空泵，我们发现滑阀真空泵的振动噪声控制始终是一个重要问题，早在上世纪90 年代末我们研究H- 150A 滑阀真空泵就取得了低噪音设计的效果。其样机噪声Lw 仅为81.4 dB(A)，但是这次试制泵的噪声就超过预期，因此，控制泵的噪声对泵噪声的机理研究仍然是一个长期任务，对于泵的噪声源分析找出这一结构主要噪声源将成为今后工作的一个重点。

3、开拓更大抽速的双级滑阀真空泵

　　从节能和方便用户使用、减少控制系统、提高机组的可靠性等方面的要求，需要开拓更大抽速的双级滑阀真空泵。例如，ZJ2500 罗茨真空泵作为主泵，配上一台2H- 300 滑阀真空泵，就可以取得较好的真空度和较大的抽速范围（在2 Pa和1.5 kPa 范围内具有较好的抽速）。按目前国内的配置，ZJ2500 罗茨真空泵作为主泵必须再配一个罗茨泵ZJ600 或ZJ300 作为中间泵， 再加上H- 300 滑阀泵或者两台H- 150 滑阀泵作为前级泵组成机组。而这样组成的机组，在2 Pa~1.5 kPa范围内抽气效率远不如上述的配置好。

　　在我国航天技术取得了突飞猛进的发展，航天技术的真空模拟装置就需要大抽速的滑阀泵，在太空模拟的条件下，更需要双级大抽速滑阀泵。今后新能源的研究利用太阳能提供能源需要开拓多晶硅的提炼，也需要双级大抽速的滑阀真空泵。在石油资源和煤炭资源日趋紧张的情况下，利用太阳能这一取之不尽用之不竭的能源就显得十分重要。提高太阳能的利用率开拓新材料离不开新的、高效率的真空设备作为前级真空泵，发展大抽速的双级滑阀真空泵就显得十分必要。这是旋片真空泵很难达到的，而这一真空领域没有其它理想的泵与它竞争。所以可以预计随着真空技术的迅速发展，随着各种应用领域对真空技术日益提高的要求，研制大型的基础真空泵是摆在我国面前的一大课题，我国已经研制成功世界上最大的水环真空泵，经过努力，我们一定能开发出世界最大的双级滑阀真空泵。

4、结论

　　① 我国研制成功的2H-150双级滑阀真空泵具有自主的知识产权。它的给油控制及气路设计等方面都具有独立的知识产权，尤其值得提出的解决了两缸结构依靠皮带轮配重进行动平衡这一难题，取得了理想的效果。

　　② 双级滑阀真空泵必须发展大抽速的泵，它可以大大简化罗茨真空机组，同时提高在2 Pa~1.5 kPa 范围内的抽气效率，同时它可以开拓新能源研究和太空宇宙模拟等方面作为基础泵的使用。

　　③ 进一步加强对滑阀真空泵减振降噪的研究，分析出大抽速双级滑阀真空泵主要噪声源，是今后开拓大抽速双级滑阀真空泵的技术关键。

　　虽然我国早已制定2H- 150 双级滑阀泵的标准，但是研制成功2H- 150 双级滑阀真空泵却是二十多年以后的事情。通过自主创新走中国自己的路，开拓发展中大抽速的双级滑阀真空泵必然在科研、工业生产等方面会有广泛的应用，也是有利于节能降耗的一个重要措施。

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