3旋片式真空泵的原理结构使用和维修ding 818Word文件下载.docx
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其原理是,排气腔的压力是由空气分压力和蒸汽分压力二部分组成的,只有当二者之和足以克服排气阀的大气压力和弹力时,才发生排气。
气镇阀的作用,是在排气发生之前向泵的排气腔充入一定量空气,以降低排气压力中的蒸汽分压力,当它低于泵温下的饱和蒸汽压时,即可随充入气体排出泵外,而避免凝结在泵油中。
另外,当密闭泵口运转时,已混入油内的可凝性气体的凝结物或气相就会溶于油中,油中的物质又会在泵腔内从油中逸出,这时如果开气镇工作,也可抽除一定量的可凝性物质,从而起到一定净化作用,延长泵油的使用期。
真空泵油较贵,货源亦有限,因此合理使用气镇有着很大的经济意义。
在结构上,气镇阀有一逆止阀,防止排气时油、气从气镇孔排出,气镇量设计成可调的,可获取不同气镇极限压力,气镇阀的开启便于移到泵外的合适位置,可实现远距离操作。
气镇阀微量渗气时可降低噪声,还可作为停泵时的放气阀用,来避免或延缓停泵返油。
气镇量与泵的几何抽速、掺气级的几何容积、气镇孔大小、间隙大小有关。
气镇极限压力与泵的不气镇极限压力和油路设计有关,与气镇量有关。
对同一台泵来说,开气镇运行时,泵的极限压力和抽气效率会下降,泵温会升高,掺气量小变化小,抽除可凝性气体的量亦少。
另外,排气温度高,排气温度下的饱和蒸汽压就大,最大许可入口蒸汽压力就大些,水蒸气允许量也大些。
因此,当泵被抽系统含有较多水汽时,可让泵先空转20分钟左右,待泵温升高后再抽系统,可避免或减少水汽在泵内凝结。
对水冷泵,可用温控装置来控制泵温在安全而又较高的数值范围。
例如,150L/s的单级旋片泵,控制泵温在75±
5℃,泵的水蒸气允许量可达12~14kg/h。
3、防止停泵返油的原理
如果停泵时,有油孔与泵腔相通或排气阀、轴封、泵盖平面、进气管、气镇阀等密封不严,由于液位差的存在和重力作用以及泵腔处于真空状态时油箱与泵腔的压差作用,油就会返入泵腔,油量足够大时,油还会返到进气管道中,造成下次起动时阻力大,旋片和转子受力大,排气阀受力大,起动困难,影响零部件寿命,降低泵的可靠性。
因此,应设法防止停泵返油。
其原理是,在停泵时切断油路,消除泵腔负压,降低液位差,减少返入油量。
常用的具体措施有:
1.把排气阀附近的油与其余油隔开,油位只略高于隔墙。
2.把油箱和排气阀移在侧面,以降低油位,减少油量。
3.阀座平面要平整,阀片加弹力。
4.轴封和静密封部位要可靠,适时更换。
5.在油孔中加管子,使油位仅略高于进油口。
6.设置止回阀机构,停泵时自动关闭进油孔。
7.设置油泵和辅助机构,停泵时切断油路。
8.泵口装充气阀。
9.装入口容器。
我国上海真空泵厂2XZ—4型泵上采用的第一种止回阀机构,是利用泵工作时叶轮受到油的反作用力成为一个凸轮机构,推动止回阀杆开启油孔。
阀杆必须调整到一个合理位置,使阀杆对叶轮的力的作用线与传动中心有一个距离,从而停泵时,油对叶轮的反作用力消失。
阀杆上的弹力会使叶轮偏转而与阀杆脱开,关闭油孔。
调整要点是油孔处阀头平面的最大开启高度为0.8~1.2mm,高了会出现死点。
一种改进的结构是用拉簧代替弹簧片,可避免装配、维修时不当心引起变形失效。
用离心力来形成凸轮轮廓。
偏心块下落的阻力较小,关闭较可靠。
优缺点比较:
泵口装电磁截止带放气阀等进气口阀,会增加成本,增加阀门故障,降低抽速。
对于油孔直通、排气阀关闭不严的泵,阀只能延缓向泵腔返油和阻止油进入阀外被抽系统。
对制造厂来说,泵的结构较简单,制造较容易,防止污染阀外被抽系统较可靠。
采用止回阀和动密封、静密封的结构,即使遇到突然停电而不向泵内充气,也能在较长时间内使泵腔处于真空状态,无显著返油。
但其可靠性受制造、装配、油封、排气阀和其他静密封件的质量状况影响。
如果加装一入口容器,那么,即使发生返油,也只限到容器中,则比较可靠,用户可自行选择措施。
顺便指出,止回阀有节制进油量的作用。
例如,每转只有约四分之一的时间开启油孔。
油量过多噪声大些,由于油中含气,极限全压力也可能会有所下降。
过小的油孔加工较难,止回阀可克服这一困难。
另外,万一止回阀零件损坏,拆除止回阀杆后泵仍可使用。
但停泵后要立即向泵内充气,以防返油,故要适时检修,对重要用途,可加装放气阀或截止带放气阀。
4、噪声成因和降低措施
旋片泵的噪声,通常指泵在温度稳定时,在极限真空下测得的噪声级。
它包括泵本身的噪声和电机噪声。
对用户来说,还关心泵温未稳定时的起动阶段的噪声和不同入口压强下运转的噪声,还有开气镇工作时的噪声。
因此。
要考虑多种影响因素。
就发声的部位来分,泵的噪声有下列几个可能方面:
(一)旋片对缸体的撞击,泵残余容积和排气死隙中的压力油的发声;
(二)排气阀片对阀座和支持件的撞击;
(三)箱体内的回声和气泡破裂声;
(四)轴承噪声;
(五)大量气、油冲击挡油板等引起的噪声;
(六)其他。
如传动引起的噪声,风冷泵的风扇噪声等。
(七)电机噪声,这是至关重要的因素。
分述如下:
(一)旋片对缸壁的撞击。
如果设计、制造或用料不当,引起旋片滑动不畅,或者由于存在排气死隙,不可压缩的油引起旋片头部不能始终紧贴缸壁运转,就会引起旋片对缸壁的撞击发声。
因此,宜采用园弧面分隔进排气口的结构。
用排气导流槽消除死隙。
在采用线分隔结构时,应尽量缩短排气终点到切点的距离,对于70L/s以下的旋片泵,考虑旋片的实际厚度,建议取7~10mm,大泵取大值。
过近时,由于转子旋片槽的存在和旋片头部只有一条狭带接触,旋片转到切点位置时密封效果一旦不好,就会影响泵的抽速甚至极限压力。
可见这种结构不能完全消除排气死隙,限制了降噪水平。
需要指出的是,旋片与槽的间隙过大会降低性能。
因此,要保证合理的公差配合和形位公差值,注意旋片的热膨胀,避免旋片与槽拉毛,注意油的冷油粘度,设计足够的旋片弹簧力,在采用园弧面分隔时,转子中心的附加偏心值不宜过大。
不然,旋片经过两个园弧,会在交点处产生脱离缸壁趋势,反而引起撞击噪声。
一般小泵为0.20~0.25mm即可,大泵可适当加大。
排气死隙中的压力油和残余容积中的压力油的发声。
泵到极限压力时,两处压力油会在与真空腔室接通时高速射向真空腔室,与转子、缸壁撞击发声。
两处容积的大小、位置与噪声有关。
(二)阀片对阀座和支持件的撞击噪声。
吸入的气体量大,泵的循环油量多,阀片噪声就越大,阀跳高,阀的面积大,阀片噪声也大,阀片材料也有一定影响。
橡胶阀片的噪声应比钢片或层压板为好。
为此,要节制进油量,阀片关闭要及时,要严密。
注意阀的选材与结构。
(三)箱体内的回声和气泡破裂声。
气量增大时,此项噪声将增大。
因此,开气镇时或通大气时此项噪声会明显增大。
如果气镇量可调,则可合理调节气镇量。
(四)大量气体和油排出时冲击挡油板等零部件时发出的噪声。
如果零件刚性不足,或未紧固,产生振动与碰撞,会使此项噪声增大。
因此挡油板不仅应有足够刚度并紧固,而且,在需与其他零件(如油箱)接触时,利用夹橡胶的方法可避免振动引起的碰撞噪声,并改善挡油效果。
(五)轴承噪声。
滑动轴承的一般比滚动轴承的低。
一般小泵均可采用滑动轴承。
需采用滚动轴承时,应避免选用低精度轴承。
可包括传动引起的噪声、风冷泵的风扇噪声,制造偏差或零件损伤引起的不正常噪声,油箱内壁吸音面积的大小,紧固件松动引起不正常碰撞发声等。
为此,应合理选择传动件结构与精度、风扇结构、定子结构和工艺手段,减少制造偏差,适当增加吸音面积。
(七)电机噪声。
规定了泵的整机噪声。
电机噪声首先至少必须低于此声级。
实际上一般地说,泵的噪声很难做到比配套电机低。
对于直联式结构来说,两声源很近,因此要求电机噪声低于整机噪声3dB(A)是需要的。
要想达到国际先进水平,更需如此。
电机轴承精度,转子动平衡精度、轴承外壳的松动、电的噪声和电机风扇噪声都会影响电机噪声,选购与抽验时应予注意。
此外,必须紧固和密封油箱的进气嘴、气镇阀、排气嘴等连接部位,否则大气起动时可能引起泄漏的尖叫声。
除上述提到的消声措施外,还可用气镇阀或气镇阀上的附加针形阀微量掺气,使排气死隙为气体和油共同占据,可明显降低噪声,对于双级泵可对极限压力无明显降低,对于单级泵可只有不大的降低。
三、结构
旋片泵的具体结构,可谓五花八门,不胜枚举,这里只是作些介绍。
习惯上有“油浸式”和“油封式”之分。
前者指泵体浸在油箱中的,它的优点是:
许多要求气密的部位和零部件都可借助于油来密封;
便于设置防止停泵返油机构;
便于设置气镇辅助油路,使之提高气镇性能,也可使泵在较高入口压力下工作更可靠。
目前最大抽速已达70L/s。
其余的称为“油封式”,取意是只把排气阀浸在油中,用油把排气口密封起来。
按照转子偏心的位置分,又有所谓正偏心与侧偏心之分。
偏心在正上方的叫正偏心,在侧面的叫侧偏心。
侧偏心的优点是:
油位较低,油量可较少,停泵返油较少,起动功率和配用功率可较小;
排气阀检修、维护较方便。
注意装配工艺宜采用竖装法。
对于正偏心结构,装配可采用倒装法,利用转子自重找正装配位置。
对于双级泵,高低二级转子的连接方法和支承方法也有不同:
一种是四个支承,叉式连接;
另一种是二支承,键连接传动。
在二支承结构中,低级转子多为带内孔的结构,也有用高级转子中壁一侧轴颈延长作为低级转子的。
如果低级转子外径与高级转子相同,采用正槽不穿轴形式时,转子外径与缸镜之比d/D=b应有较大值。
采用正槽穿轴形式时则可取较小b值。
此时转子一端开槽而另一端带凸缘。
也有人采用高低二级取不同的b值,不同的缸径和转子直径的做法。
或采用侧偏旋片槽的结构形式。
由于选用结构不同,泵的拆装也不一样,用户必须仔细阅读使用说明书,以防损坏泵。
对于高级转子,凡高速直联结构,考虑动平衡影响,宜采用实心形式。
对于低速泵,转子较大时,为减轻重量,宜采用空心形式。
转子有整体、整体加穿轴、拼接、焊接等结构形式。
国内普遍采用的一种结构是由二半转子体加二转子盘用螺钉和销钉拼接。
一种新结构是用一个转子盘与一个整体转子拼接,具有刚性好、工时省、形位公差精度好的优点。
关于定子结构,有整体式、中壁压入式和拼接式三类。
国内普遍采用的结构之一是中壁外径与缸径尺寸相同,用过盈配合压入定子,优点是高低二级缸径同心度好、工时较省。
缺点是过盈小时受大力后可引起轴向位移,过盈大时形位公差受影响;
二级的偏心园弧须二次装夹分别加工;
园弧深度难以测量。
一种新的中壁压入式结构是中壁外径与转子直径相同,高低二级的偏心园弧面可一次装夹加工,同心度好,包括深度在内的所有公差均可用普通量具检测,采用较小的过盈量加定位销,加上中壁尺寸较小,定子中壁处较厚,故有较好的形位公差精度,为取得高性能和好的一致性提供了条件。
此结构由上海真空泵厂发明并获得国家实用新型专利,专利号:
852017936,证书号:
2543,已先后用于2XZ-2A/4A/2B/4B/1B/8B/15B泵中,效果很好。
拼接式定子结构,一般可由五大件拼成,零件较简单,适于自动化生产,报废损失少,零件磨损后修理的可能性较大,缺点是对机床精度的要求较高,以减少累积误差,零件多,加工面多,销孔和销钉要求精确,对于大泵,拼接较复杂,劳动强度大。
也有采用其他拼接形式的。
整体式定子结构,有如上海真空泵厂早期生产的4L/s以下2X型泵,具有维修简单,中壁不会走动,无中壁过盈变形的优点。
但工时较多,工艺要求较高,劳动强度较大。
关于排气阀结构,按材料分有橡胶、金属和树脂层压板之分。
橡胶阀片有板形、方形、三角形等基形,金属阀片有板形、多层环行等基形,树脂层压板则为板形。
对于低速泵,排气阀上可以不加弹力,但也有加弹力的。
对于高速直联泵,排气阀上一般应加弹力,过小过大都会影响性能。
因此,一般情况中,高速直联泵在1.3kPa以上入口压力下的抽气效率将低于不加弹力的低速泵。
一般应用通常并不常在这些压力下工作,因此可以不必考虑。
关于排气阀的设置。
由于排气速度影响泵的功率和1.3kPa以上入口压力下的抽速,故要加以限制。
在高速直联泵中,一般高低二级都设置排气阀,件数视地位和排气速度而定。
对于二级吸气容积相等的小泵,可只设低级排气阀。
四、使用与维修
(一)使用
使用前,应首先仔细阅读产品使用说明书,开箱后应检查装运质量。
收好备品备件和技术文件,拆除排气口防护件。
按要求安装,接线,试转向。
水冷泵接水。
为防止因返油与反转而喷油,应先开启泵口,按规定转向把泵内存油用手盘到油箱中。
同时查看油位,应在油标中心以上,但不要满油标,多了要放出。
判断转向的辅助方法。
把护套倒放在泵口上,如开泵后被吸住,是正向,被吹落,是反向。
声音正常是正向,声音异常响是反向。
如在泵口配装带充气电磁阀,一般应横装,并与泵同时动作。
相对湿度较高或被抽气体中含水汽等可凝性蒸汽时,应使用气镇阀。
按说明书推荐选用真空泵油。
注意酯类真空泵油不可与矿物油型真空泵油和其他油类混用,必须严格清洗后才能换入酯类真空泵油。
检查泵的极限压力以压缩式水银真空计为准。
全压力计应注意做好计与规管的配对校准和备用比对规管。
建议在规管与被测泵之间装一球阀。
不测时关阀,可延长规管使用时间。
(二)维修
1、首先要了解泵的类型、特点、现在状况。
了解使用要求,确定修理目标。
在进行维修之前,准备好检测手段。
2、判断故障,确诊故障。
判断准,可省事。
确诊要验证。
3、排除故障,先简后繁,先易后难。
无须拆卸的不拆。
以减少由于缺少专用工具和操作不当引起新的损伤,减少位置变化和跑合运转时间。
一般的说,拼接式转子是不可拆卸的,否则形位公差就不保,转子就报废了。
4、有毒有害、有腐蚀性的泵,应请用户先行清洗,并告知必要的防护措施,以保障维修人员的健康。
5、故障分类
建议把故障分为运转故障和性能故障。
运转故障可包括泵不转,泵温太高,漏油,漏水,最大功率超标等。
性能故障可包括极限压力、极限全压力、抽气效率、噪声、喷油、气镇性能等不达标或不能满足要求。
6、故障判断与诊断例举
6.1泵不转。
情况不明不能先开泵,以免加重故障。
用手能盘动和不能盘动。
6.1.1泵能盘动而不转。
原因可以是联轴器故障;
皮帶打滑;
电机接线有误;
电机损坏;
电源没电等。
6.1.2不能盘动或盘起来很重的,原因可以是因为起动泵温太低,泵油粘度太高;
设计制造原因的停泵返油太多。
油位太高引起的停泵返油太多(加油太多,或有水汽在泵中凝结,或在排气管中凝结的水流回泵中);
有异物在泵内(进气管中的焊渣、氧化物;
旋片弹簧等泵零件的碎屑;
旋片变形卡住;
发生了咬合(铜套、转子、中壁、泵盖、定子、轴承)。
6.2泵温太高。
指低级排气阀附近测得的最高油温超过使用说明书规定值。
由于泵温升高会使泵油粘度大幅下降,并使泵油的饱和蒸汽压升高,使泵的极限压力升高和抽气效率下降;
使橡胶件容易老化;
热膨胀使运转间隙缩小,特别是某些非金属旋片的厚度方向和铜套内孔间隙,影响泵运转的可靠性。
泵温太高的原因可以是泵环境温度太高,进气温度太高,进气冷却装置失效,泵长期连续运转入口压力太高;
水冷泵冷却水量不足,循环水设计效果不佳;
温控水量调节阀失效等。
6.3漏油。
可以发生在轴封,油箱与泵零部件的密封面,放油塞、油标、油孔闷头、定子部件与支座的通孔连接处,气镇阀(例如2X-8)等部位。
可由密封件老化,安装不当,损坏失效,表面不平整、有杂质、粗糙和铸件疏松等引起。
如果停泵后返油,油会进入气镇阀,不关气镇阀可能会漏油。
自制橡胶垫时,一定要用耐油橡胶,要按照原设计形状,密封面太大时压不紧会漏油。
6.4漏水。
可以发生在水管接头,水套闷盖平面,放水孔螺塞,放水阀等处,水套钻穿,铸件缺陷,冻裂,也可能导致漏水。
6.5最大功率超标。
可由长期连续工作入口压力太高、排气压力太高、杂物进入发生咬合、泵温太高、旋片等配合间隙太小、电压太高、泵液返入泵内太多等引起,会使电机损坏。
应尽量避免在最大功率附近长期连续运转。
如果表面有沉积物,要定期拆开清除。
6.6极限压力不达标。
可由外漏、内漏、油孔堵塞、泵油质量不良或污染变质、有水汽等可凝性物质、仪器仪表失真、泵运转不正常等引起。
外漏较多时,排气口可看到白色蒸汽。
油标处有较多气泡,手在排气口上可感到排气压力。
低级排气阀处油面有较多气泡。
功率会有所增加。
这时,首先应检查气镇阀是否已关好。
由于新泵出厂每台都在泵口测极限压力,所以如有外漏现象,应对泵口及管道、阀门、容器逐一检查。
外轴封失效、油杯无油、油孔闷头漏气也可造成外漏。
内漏可由泵内的运动间隙、排气阀座平面、排气阀的密封面、内轴封、泵盖平面、进气管、气镇阀密封件等引起。
磨损、腐蚀、咬合会使运转间隙加大。
油孔阻塞时,打开加油孔听,泵的噪声会较轻,在油箱密封良好的情况下,如果手在排气口上有被吸的感觉,排气阀可能失效。
如果泵油清洁,长期存放未用,可开气镇阀净化泵内水汽。
若无效,要检查仪表。
若泵油发黄发白已乳化,可全开气镇,调大气镇量净化运转,必要时可在泵口放入适量气体运转,可加快净化过程。
若抽入其他挥发性气体或液体,要及时换油,必要时请洗油箱。
有些泵,在级间气道里会沉积泵液,为取得好的换油效果,要设法把沉积泵液排出。
极限压力是用座式压缩式水银真空计测量的。
用经校准的热偶真空计等全压力计测量时,测得值会增加。
注意热偶真空计的规管要配对校准。
建议备用一只同时校准的规管,以备怀疑规管污染失真时进行对比。
极限压力升高会使高真空时段的抽气效率下降,也会使极限全压力升高。
可以参照上述介绍来判断、检查、处理抽气效率下降和极限全压力升高的故障。
6.7噪声。
泵的结构设计,电机与泵轴承的噪声,旋片等运动件是否滑畅、进油量太多、风扇、传动件产生的噪声、进气量大,开气镇运转、挡油板等泵内零件松动,安装不平等引起振动,都会影响泵的噪声。
6.8喷油。
防止喷油用的油盒回油孔的大小、位置、密封状况,挡油板的设计、安装,排气口部分的减雾器、挡油帽、油气分离器,油位的高低,进油量的大小,都会影响泵的喷油,泵口敞开抽大气时,直联泵排气口的气流速度可以高达30m/s,吹开油面时,泵内的循环油和气流带出的油就将考验防止喷油的各项措施。
7、其他。
有些泵有油泵,有油分离器,有油路上的单向阀,有消雾器,有入口过滤器(防油蒸汽返流用),有入口灰尘过滤器等部件或附件,也要进行检查。
油泵失效将使泵的润滑和密封失效,消雾器失效,有可能使排气压力升高,功率加大,损坏电机,入口过滤器失效可使进气阻力增大,抽速下降,抽气效率下降。
8、清洗。
不宜浸洗,以免洗液进入拼接转子内部,不易排出。
9、拆装。
要按照使用说明书推荐和规定有序进行,记好位置,合理摆放,以免错装。
以上介绍希望能对生产、使用和维修人员提供有益的参考。
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