煤油汽相干燥設(shè)備配套使用的2X旋片式真空泵故障率較高,一般使用2個(gè)月就要進(jìn)行一次,嚴(yán)重的使用僅半個(gè)月真空度就嚴(yán)重下降:極限真空由原來的10Pa左右降至500Pa以上,不能滿足生產(chǎn)工藝要求。
經(jīng)多次反復(fù)的檢查發(fā)現(xiàn),發(fā)現(xiàn)該旋片式真空泵故障是：
(1)易損件壽命短——兩塊旋片之間的9條彈簧、4個(gè)排氣閥、2個(gè)骨架油封一般使用2個(gè)月就要更換一次。而正常情況下,上述易損件可使用半年左右,造成維修頻繁,成本高昂。
(2)泵溫超高——經(jīng)常超過80℃,超出正常溫度(60℃以下)20℃以上。由于泵溫升高會使泵油粘度大幅下降,并使泵油的飽和蒸汽壓升高,使泵的極限壓力升高和抽氣效率下降,并使橡膠件容易老化,出現(xiàn)漏油。
(3)真空泵油消耗大——平均運(yùn)行三天就要更換一次,而正常情況下運(yùn)行10天左右才需要更換,運(yùn)行成本高昂。
一、工作狀況及改進(jìn)過程分析
真空度低開始懷疑是設(shè)備老化的緣故,于是更換了1臺新泵,但只使用了2個(gè)月,真空度也嚴(yán)重下降至500Pa以上,達(dá)不到生產(chǎn)工藝要求,顯然用新的真空泵不能解決問題。
(1)首先我們考慮是腐蝕性汽體或液體嚴(yán)重影響真空泵的運(yùn)行。
煤油汽相關(guān)干燥設(shè)備是用特種煤油做加熱介質(zhì),液態(tài)煤油經(jīng)蒸發(fā)器蒸發(fā)后變成煤油汽體,利用相變換熱原理來干燥絕緣產(chǎn)品。由于系統(tǒng)中要保持一定的壓力,通過真空泵抽出里面的混合汽體來實(shí)現(xiàn),因此真空泵吸入的混合汽體必然含有水蒸汽和煤油蒸汽。而煤油的腐蝕性非常強(qiáng),因此在真空泵前面分別安裝了熱交換器和主冷凝器,將高溫水蒸汽和煤油蒸汽冷凝下來成為液體,阻止煤油蒸汽抽入真空泵中腐蝕泵體。
檢查真空泵里面的泵油,發(fā)現(xiàn)有一股濃烈的煤油氣味,確認(rèn)泵油里面混合有大量煤油,因此防止煤油進(jìn)入真空泵內(nèi)是*的任務(wù)。我們檢查了冷凝液收集罐中液體的溫度,發(fā)現(xiàn)高達(dá)62℃,而正常為30～50℃。終于找到癥結(jié)所在——煤油蒸汽冷凝不良,導(dǎo)致過多被抽入真空泵內(nèi)。帶著這個(gè)問題,我們又檢查了冷卻水的溫度,冷卻水經(jīng)過冷凍機(jī)后的溫度為12℃左右,屬正常范圍;檢查冷卻水壓力及流量,均正常。但是主冷凝器的出水溫度很高,達(dá)75℃,而進(jìn)水的溫度僅12℃,那么大的溫差表明了什么？表明主冷凝器未必有問題,可能是熱源溫度太高或量太大所致,檢查熱源溫度為120℃左右,屬正常范圍,后將疑點(diǎn)定格在熱源量大這個(gè)因素上,即混合汽體的量很大。
檢查真空罐中的煤油汽體壓力,發(fā)現(xiàn)高達(dá)15kPa,正常為8kPa～12kPa,煤油汽體壓力高表明汽體量多,因此抽出的煤油汽體也多。此時(shí)我們聯(lián)想到去年曾更換過蒸發(fā)器,可能是蒸發(fā)器蒸發(fā)功率太高所致。于是嘗試降低蒸發(fā)器的功率,將煤油蒸汽的壓力保持在8kPa～12kPa,冷凝液收集罐的溫度隨即降至正常范圍,有效阻止了煤油汽體進(jìn)入真空泵內(nèi),防止腐蝕泵體。
解決了煤油蒸汽熱源量大的問題后,泵溫隨即恢復(fù)了正常,達(dá)60℃以下,漏油現(xiàn)象也隨之消失,泵油消耗量較原來降低4成左右,易損件的壽命延長至3至4個(gè)月,但較以往的正常水平仍有差距。
(2)其次,我們考慮調(diào)整旋片式真空泵機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的配合精度。
旋片式真空泵的主要配合面有3處:①轉(zhuǎn)子左端部與泵體左端蓋。②轉(zhuǎn)子右端部與泵體右端蓋。③轉(zhuǎn)子圓柱面與泵腔頂端。其中,為關(guān)鍵的配合面是后一處,如果配合間隙過大,油膜的密封性會大大降低,泵油及混合氣體在泵腔體內(nèi)壓縮后形成巨大壓力,部分直接從間隙擠出,無法順利通過排氣閥排出泵腔外,導(dǎo)致抽氣效率大打折扣;
如果配合間隙過小,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動不暢,甚至磨蝕,抽氣效率更低。我們測量了下該配合間隙,發(fā)現(xiàn)高達(dá)0.25mm以上,查找相關(guān)維修手冊,合理的配合間隙應(yīng)為0.03mm～0.08mm。由于轉(zhuǎn)子和泵腔已經(jīng)輕微磨蝕,端蓋的兩個(gè)定位銷無法滿足合理的配合間隙,我們?nèi)∠似渲幸粋€(gè)定位銷,通過調(diào)整端蓋的緊固螺栓來達(dá)到較佳的配合間隙,后將它調(diào)整到0.05mm。
轉(zhuǎn)子左右端與端蓋間的間隙共為0.5mm,但由于轉(zhuǎn)子無軸向定位,因此,兩端的間隙不穩(wěn)定,可軸向竄動0.5mm。經(jīng)實(shí)踐證明,間隙超過0.35mm時(shí),抽氣效率就開始下降,我們改用具備一定軸向定位能力的軸承,使轉(zhuǎn)子與端蓋的間隙保持恒定為0.25mm。
(3)后,考慮改善零配件材質(zhì)。
普諾克真空科技經(jīng)過多次解體修理,我們發(fā)現(xiàn)旋片式真空泵易受損的零配件是兩塊旋片之間的彈簧和排氣孔上的排氣閥,一般壽命為2個(gè)月左右。兩塊旋片之間共有9條彈簧,若全部或部分?jǐn)嗔?兩塊旋片則無法*張開貼緊泵腔壁,造成密封性大大降低,部分混合氣體和泵油從旋片與腔壁間的間隙中溢出,從面降低抽氣效率和真空度。從說明書中查閱到該彈簧的材質(zhì)為65Mn,屬于很普通的碳素彈簧鋼絲,雖然強(qiáng)度較高,但韌性較差。工作時(shí),彈簧每分種要循環(huán)壓縮高達(dá)150次,如此頻繁的壓縮,很易導(dǎo)致彈簧疲勞斷裂。我們決定選用綜合性能更為優(yōu)良的熱軋彈簧鋼60Si2MnA,具備較高的韌性和耐疲勞強(qiáng)度。
排氣閥上的排氣碟簧和排氣閥片所用材料同樣是65Mn,也改用60Si2MnA材料。