可凝性蒸汽對油封機械泵性能的影響

　　在真空干燥、真空浸漬、真空蒸餾及其它一些工藝過(guò)程中，由于需要抽除可凝性氣體，使用普通油封機械泵是很難勝任的。如圖2 所示：在對不同的被抽氣體或蒸汽的壓縮過(guò)程中，泵腔內的壓力變化情況。假設泵的排氣壓力，即打開(kāi)排氣閥的壓力為大氣壓Pa=760（×133 Pa)，在圖上折線(xiàn)1- 2- 3 表示非凝結性氣體（如空氣在等溫壓縮時(shí)壓力的變化規律由1（×133 Pa)壓縮到760（×133 Pa)的狀況），折線(xiàn)1- 4- 5 為汽油和四氯化碳蒸汽的壓力變化情況；折線(xiàn)1- 6- 7 為酒精蒸汽的壓力變化狀況；折線(xiàn)1- 8- 9 則為水蒸汽在泵腔內的壓力變化狀況。

圖2 幾種被抽物質(zhì)在壓縮過(guò)程中泵腔內壓力的增加與壓縮比的關(guān)系

（1）可凝性蒸汽的凝結

　　在泵的工作溫度（如60℃）下，當壓縮過(guò)程使泵腔內的壓力達到被抽蒸汽的飽和蒸汽壓力時(shí)，因而可凝性蒸汽就產(chǎn)生凝結，這時(shí)泵腔內的壓力也就不再增高了（如圖2 上折線(xiàn)的水平部分，即4- 5；6- 7；8- 9）。泵的壓縮比增加促使凝結液的增加而泵腔內的壓力仍然處于飽和蒸汽壓力。一般這些蒸汽在泵工作溫度下其飽和蒸汽壓力都低于大氣壓力760（×133 Pa)。因而在這種情況下，由于凝結液體和聚積在泵腔內的泵油在壓縮排氣時(shí)對排氣閥片會(huì )產(chǎn)生強烈的沖擊，才打開(kāi)閥門(mén)（即把泵油和液體混合物壓縮到760（×133 Pa)時(shí)才打開(kāi)排氣閥門(mén)）。因液體是非壓縮性流體，壓力突然增加表現出對閥片的激烈的沖擊聲。某些物質(zhì)的飽和蒸汽壓力同溫度的關(guān)系如圖3 所示。

　　在對被抽蒸汽的壓縮過(guò)程中形成的凝結液沉積在泵腔內，同時(shí)又往泵里送進(jìn)泵油，兩者混在一起很快就惡化了油的性質(zhì)，具有高蒸汽壓力的凝結液和泵油一起進(jìn)入抽氣的工作腔內，很快地就蒸發(fā)了，從而增加了泵所能達到的極限壓力。

圖中曲線(xiàn)：1.乙醚；2.二硫化碳；3.丙酮；4.三氯甲烷；5.甲醇；6.四氯化碳；7.汽油；8.乙醇；9.水蒸汽；

圖3 幾種物質(zhì)的飽和蒸汽壓力與溫度的關(guān)系

　　實(shí)際工作中最常遇到的是要抽除水蒸汽，它是最容易凝結的一種蒸汽（如圖3）。水進(jìn)入泵油中會(huì )形成一種乳濁液，溶解并活化在泵油中的酸類(lèi)物質(zhì)。水同鐵質(zhì)（鋼或鑄鐵）相互作用又形成一種氧化鐵的水合物，這種水合物又同酸類(lèi)物質(zhì)發(fā)生作用形成非溶解性的堿肥皂，而它恰恰是泵油氧化過(guò)程的強力催化劑，這一切必定導致極限壓力的增高。泵油膠化并能使泵遭到破壞。同時(shí)，由于潤滑條件急劇的惡化亦會(huì )引起泵溫的升高。

　　我們知道，對于在實(shí)際中所用到的大多數蒸汽來(lái)說(shuō)，其在室溫下的飽和壓力都是幾個(gè)毫米汞柱，或稍高一些（如圖3），這就是說(shuō)，這個(gè)壓力只有在油封機械泵中才能達到。由此可見(jiàn)，在羅茨泵、分子泵和蒸汽流泵中，蒸汽多半不會(huì )凝結并能順利地通過(guò)這些泵。不但如此，就是在工作開(kāi)始之前，進(jìn)入這些泵的凝結液在達到低壓力時(shí)已蒸發(fā)了并且很容易地就可以被抽走。（2）在抽除氣體和蒸汽混合物時(shí)，油封機械泵內的壓縮過(guò)程。

　　設Pg ———混合氣體中非凝結性氣體在泵入口處的分壓力；
　　Pz———混合氣體中蒸汽在泵入口處的分壓力；
　　Ps———在泵工作時(shí)和泵溫（60℃）下蒸汽的飽和壓力；
　　Pa———排氣壓力（等于大氣壓力）；
　　Kmax———在開(kāi)始排氣時(shí)混合氣體的壓縮比；

　　顯然，為要排氣，必須達到如下的壓縮比：

　　就開(kāi)始凝結過(guò)程。

　　如果Kcon＞Kmax，那么就不產(chǎn)生凝結，如果Kcon＜Kmax，則在泵腔內開(kāi)始凝結，并且蒸汽被凝結的數量將會(huì )不斷增加，直至排氣時(shí)為止。蒸汽被凝結的那一部分可按下式確定；

　　式中α 為可凝性蒸汽被凝結的部分。

　　例：從空氣中抽除水蒸汽，Pg=5（×133 Pa)，Pz = 5（×133 Pa)（從圖3 查得在泵溫60℃時(shí)，Ps = 150（×133 Pa)

　　為了排氣必須達到如下壓縮比：

　　排氣時(shí)，沒(méi)凝結的蒸汽通過(guò)呈氣泡狀的泵油排除，凝結液則留在泵油中。這種現象在每一回隨之而來(lái)的壓縮過(guò)程中都將能察覺(jué)得到。在某些情況下，凝結液的積聚是如此之快，以致每隔6~8 h 就必須更換一次泵油，有時(shí)還可能更頻繁一些，而且為了恢復泵的原有特性，常常不得不一連幾次用油來(lái)清洗它。由于腐蝕作用和潤滑條件的惡化，零件的磨損增加了，這就引起了必須對泵作經(jīng)常的拆裝和檢修，才能使它在抽可凝性蒸汽時(shí)，穩定地工作。