什么是气镇，它是如何工作的？

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Wolfgang Gaede 在 1935 年开发的气镇装置成功地抑制了蒸汽在泵内发生冷凝。在旋片泵、滑阀泵和摆线泵中使用的气镇装置不仅允许抽除永久气体，还可以抽除更多的可冷凝气体。

使用气镇的好处

气镇装置（参见图 2.13）可防止蒸汽在泵腔中冷凝。在抽蒸汽时，这些蒸汽只能被压缩至泵温度下的饱和蒸气压力。举例来说，如果在 158°F (70°C) 的泵温下抽水蒸汽，则蒸汽只能被压缩至 312 mbar（水在 158°F (70°C) 时的饱和蒸气压力（参见表 13））。如果进一步压缩，水蒸汽会发生凝结，压力不会继续增加。泵内不会产生过压，排气阀也不会打开。相反，水蒸汽会在泵中保持液体的形态，并导致泵油乳化。这会很快损害泵油的润滑特性，当泵吸水过多时，甚至可能出现卡死的问题。

工作原理

在真正的压缩过程开始之前（参见图 2.13），允许一定量（经过精确设定）的空气（“气镇”）进入泵腔。该空气量可将泵的压缩比最多降至 10:1。现在，泵吸入的蒸汽可以与气镇进气一起被压缩，并在到达冷凝点之前就从泵中排出。但是，吸入的蒸汽的分压不能超过特定值。该分压必须低至能够保证当压缩系数为 10 时蒸汽不能在泵的工作温度下发生凝结。在抽水蒸汽时，此临界值称为“水汽耐受能力”。

图 2.14 以示意图的方式显示了在抽可凝蒸汽时，在带和不带气镇的旋片泵中发生的抽真空过程。

在抽蒸汽时，必须满足两个要求：
1) 泵必须处于工作温度。
2) 气镇阀必须打开。
（气镇阀打开时，泵的温度升高约 50°F (10°C)。在抽蒸汽之前，应在气镇阀打开的情况下运行泵半小时）。

表 13 水在 -148°F (-100°C) ~ +284°F (+140°C) 的温度范围内的饱和压力 p5 和蒸汽密度 eD

图 2.13 带气镇的旋片泵内的工作过程

1–2 抽气
2–5 压缩
3–4 气镇进口
5–6 排气

图 2.14 抽可凝蒸汽，旋片泵（带或不带气镇装置）中的抽真空过程图。

a) 不带气镇

1) 泵连接至容器，容器中的空气几乎已排空 (70 mbar) – 主要气载变成蒸汽
2) 泵腔与容器隔离 - 开始压缩
3) 泵腔内的可凝蒸汽被压缩凝结形成液滴 - 尚未达到过压
4) 残留的空气产生所需的过压并打开排气阀，但蒸汽已经凝结，液滴积聚在泵内。

b) 带气镇
1) 泵连接至容器，容器中的空气几乎已排空 (70 mbar) – 主要气载变成蒸汽
2) 泵室与容器隔离 - 现在气镇阀打开，外部额外的空气经过该阀进入泵内，这种额外的空气被称为“气镇”
3) 排气阀被顶开，蒸汽和气体粒子被排出 - 由于补充了气镇空气，可在整个抽气过程开始时的很早阶段就达到所需的过压，因此不会发生冷凝
4) 泵进一步排放空气和蒸汽

同时抽气体和蒸汽

当同时从真空系统中抽永久气体和可凝蒸汽时，永久气体的量通常足以防止泵内的蒸汽发生冷凝。泵可以在泵内不产生冷凝水的情况下抽的蒸汽量可按下式计算：

(2.1)

其中：pvapor = 泵进气中的蒸汽分压。
p_perm = 泵进气时抽的所有永久气体的全压。
p_vapor,sat = 被抽蒸汽的饱和压力，具体取决于温度（参见图 2.15）。
p_sum = p_exhaust + Δp_valve + Δp_exhaust filter
Δp_valve = 排气阀的压差，因泵类型和工作条件而异，介于 0.2 ~ 0.4 bar 之间。
Δp_exhaust filter = 排气过滤器的压差，介于 0 ~ 0.5 bar 之间。

图 2.15 饱和蒸汽压力表（含温度）

示例

有一个串联了外部油雾过滤器的旋片泵用于抽水蒸汽和空气的混合气体。将以下值代入式 (2.1)：

空气/水蒸汽混合气体中的水蒸汽压力不得超过混合气体全压的 23%。

水蒸汽耐受能力

在上文关于蒸汽耐受能力的一般性探讨中，一个重要的特例就是抽水蒸汽。PNEUROP 对水蒸汽耐受能力的定义如下：

“水蒸汽耐受能力是指真空泵在正常环境温度和压力条件（68°F/20°C，1013 mbar）下可以持续吸入和输送纯水蒸汽的最高压力。它以毫巴为单位，以 P_W,O 表示。

将式 (2.3) 应用到此特例时：

(2.4)

如果使用的气镇气体的大气湿度为 50%，则 p_蒸汽，g.b. = 13 mbar；当 B/S = 0.10（实际应用中的常用数值），p_总（总排气压力） = 1330 mbar 时，水蒸汽耐受能力 p_W,0 作为泵温度的函数，由图 2.16 中最靠下的曲线表示。其他曲线代表了抽水蒸汽-空气混合气体时的情况，因此 p_永久 = p_空气 O），用符号 p_L 表示，单位为毫巴。在这些情况下，可以抽取更多的水蒸汽分压 p_w，如图所示。因此，产品目录中给出的 p_W,0 值均为可以保证安全的下限值。

图 2.16 当气镇阀打开时，在泵内不会发生冷凝的情况下可以抽取的水蒸汽分压 pw，以空气的各种分压 pL 的泵温度的函数表示。最靠下的曲线为泵的水蒸汽耐受能力 pw,o。

根据式 2.4，气镇 B 的增加会引起水蒸汽耐受能力 p_W,0 的增加。在实际应用中，B 的增加（特别是在使用单级气镇泵时）会受到如下因素的限制 - 在气镇阀打开时，气镇泵可达到的极限真空会随着气镇 B 的增加而变差。类似的考虑也同样适用于蒸汽耐受能力 p_蒸气的一般方程 2.3。

在抽真空过程开始时，应始终在气镇阀打开的情况下运行气镇泵。在几乎所有情况下，容器壁上都会有一层薄薄的水，这层水只能逐渐解吸附。为了达到较低的极限压力，气镇阀只能在蒸汽被排出后关闭。Leybold 莱宝生产的泵通常可提供 33 ~ 66 mbar 的水蒸汽耐受能力。双级泵可根据两级之间的压缩比（前提是二者具有相同大小的泵室），提供不同的水蒸汽耐受能力水平。