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真空泵保养与行业运用
编辑:东莞市长安准亮电子设备厂   时间:2017-02-14

真空泵是一种旋转式变容真空泵须有前级泵配合方可使用在较宽的压力范围内有较大的抽速对被抽除气体中含有灰尘和水蒸汽不敏感广泛用于冶金、化工、食品、电子镀膜等行业。

基本概述

分类

  真空泵分类广泛,主要有WLW系列立式无油真空泵、W型往复式真空泵、2X,2XZ型旋片式真空泵、WX型无油真空泵、XD型旋片式真空泵、ZJ,ZJH型罗茨真空泵(ZJH型为专利产  

真空泵

品)、2SK,SK型,SK型直联水环式真空泵、2BV,2BA型水环式真空泵、H,2H型滑阀真空泵、TLZ型真空泵、SL型罗茨鼓风机、JZJHX型罗茨旋片真空机组、JZJHS型罗茨水环真空机组、JZJHWLW型立式无油真空机组、JZJP型罗茨水喷射真空机组、JZJHBA型罗茨水环真空机组、RPP型水喷射真空泵、JZJH2H型罗茨滑阀式真空机组等型号。

用途

  真空泵广泛用于塑料机械、农药化工、染料化工、砖瓦机械、低温设备、造纸机械、医药化工、食品机械、工业电炉、电子行业、真空设备、化肥、冶金、石油、矿山、地基处理等领域。

产品

  2BA型水环式真空泵是为满足真空泵可带水吸气这一要求,在原SKF型和2FA型水环式真空泵的基础上,自行开发研制而成的新一代水环式真空泵。它设计先进、结构新颖,适用于各种较为苛刻、复杂的应用领域。它可抽吸含有大量水气,可凝结的介质,在抽吸易燃,易爆或有毒、有腐蚀性气体时不易发生危险,故可广泛应用于机械、石油、化工、电力、制药、食品、陶瓷、制糖、印染、冶金、塑料、瓦砖、皮革等行业,特别适用于塑料配套使用,2BA型水环式真空泵分别取代SZ、SK、2SK-3、2SK-6、2S-185、2SK-230和W型往复式真空泵。   人们在使用过程中经常碰到输送化学气体,这就需要引进耐腐蚀真空泵的新概念。它是利用陶瓷、不锈钢、合金等特殊介质来做过流部分的,真正符合了通常的“耐磨、耐酸、耐碱、耐高温”的要求。

机械原理

  GG-17玻璃膨胀系数低,能更好地耐受很高的温度差变,故该泵比同型泵能受得起高温而且使用寿命也更长。该泵适用于电子工业,如电子管。显像管。X光管,以及半导体单晶硅的冶炼提纯,高沸点的油脂蒸馏提纯分离,日光灯,保温瓶高真空排气的仪器。 先由转动真空泵把系统抽到10-2Pa扩散泵油被加热沸腾,以高速从喷出的油蒸汽流不断将系统内气体分子带到泵的侧臂弯管球泡处集结,待气体密度达到机械真空泵的工作范围而被抽出,从而逐渐获得高真空.。   水环真空泵(简称水环泵)是一种粗真空泵,它所能获得的极限真空为2000~4000Pa,串联大气喷射器  

W型往复式真空泵

可达270~670Pa。水环泵也可用作压缩机,称为水环式压缩机,是属于低压的压缩机,其压力范围为1~2×105Pa表压力。   水环泵最初用作自吸水泵,而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中,如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等,水环泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展,水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环泵中气体压缩是等温的,故可抽除易燃、易爆的气体,此外还可抽除含尘、含水的气体,因此,水环泵应用日益增多。   在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮顺时针方向旋转时,水被叶轮抛向四周,由于离心力的作用,水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切,水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触(实际上叶片在水环内有一定的插入深度)。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间,而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点,那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大,且与端面上的吸气口相通,此时气体被吸入,当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝;当叶轮继续旋转时,小腔由大变小,使气体被压缩;当小腔与排气口相通时,气体便被排出泵外。综上所述,水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的,因此它属于变容式真空泵。   罗茨泵在泵腔内,有二个“8”字形的转子相互中真空泵需要前级泵。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外,还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空度,可将罗茨泵串联使用。   罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转,被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v0内,再经排气口排出。由于吸气后v0空间是全封闭状态,所以,在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘,v0空间与排气侧相通时,由于排气侧气体压强较高,则有一部分气体返冲到空间v0中去,使气体压强突然增高。当转子继续转动时,气体排出泵外。

工作原理

  按真空泵的工作原理,真空泵基本上可以分为两种类型,即气体传输泵和气体捕集泵。气体传输泵是一  

双极旋片真空泵

种能使气体不断的吸入和排出,借以达到抽气目的的真空泵。气体捕集泵是一种使气体分子被吸附或凝结在泵的内表面上,从而减小了容器内的气体分子数目而达到抽气目的的真空泵。   真空泵是用各种方法在某一封闭空间中产生、改善和维持真空的装置。真空泵可以定义为:利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。随着真空应用的发展,真空泵的种类已发展了很多种,其抽速从每秒零点几升到每秒几十万、数百万升。按真空泵的工作原理,真空泵基本上可以分为两种类型,即气体传输泵和气体捕集泵。随着真空应用技术在生产和科学研究领域中对其应用压强范围的要求越来越宽,大多需要由几种真空泵组成真空抽气系统共同抽气后才能满足生产和科学研究过程的要求,由于真空应用部门所涉及的工作压力的范围很宽,因此任何一种类型的真空泵都不可能完全适用于所有的工作压力范围,只能根据不同的工作压力范围和不同的工作要求,使用不同类型的真空泵。为了使用方便和各种真空工艺过程的需要,有时将各种真空泵按其性能要求组合起来,以机组型式应用。

机械分类

  按其工作原理,基本上分为气体输送泵和气体捕集泵两种类型。气体输送泵包括:1、液环真空泵(水环式真空泵)2、往复式真空泵3、旋片式真空泵4、定片式真空泵5、滑阀式真空泵6、余摆线真空泵7、干式真空泵8、罗茨真空泵9、分子真空泵10、牵引分子泵11、复合式真空泵12、水喷射真空泵13、气体喷射泵14、蒸汽喷射泵15、扩散泵等。气体捕集泵包括:吸附泵和低温泵等。工业中应用最多的是水环式真空泵和旋片式真空泵等。   按其真空度可以分为:粗真空、高真空、超高真空三大类。

粗真空系列

水环式真空泵维修

  ( Model 2SK、2SK-P1 Water Ring Vacuum Pump )   主要用来抽除空气和其它有一定腐蚀性、不溶于水、允许含有少量固体颗粒的气体。广泛用于食品、纺织、医药、化工等行业的真空蒸发、浓缩、浸渍、干燥等工艺过程中。该型泵具有真空度高、结构简单,使用方便、工作可靠、维护方便的特点。

水环式真空泵

 

水环真空泵青岛仲尼机械(2张)   ( Model 2BA Water Ring Vacuum Pump )   主要用于粗真空。抽气量大的工艺过程中。它主要用来抽除空气和其它无腐蚀,不溶于水,含有少量固体颗粒的气体,以便在密闭容器中形成真空。所吸气体中允许混有少量液体。它被广泛应用于机械、制药、食品、石油化工等行业中。

W型往复式真空泵

  ( Model W Piston Vacuum Pump )   是获得粗真空的主要真空设备之一。广泛应用于化工,食品,建材等部门,特别是在真空结晶,干燥,过滤,蒸发等工艺过程中更为适宜。

WLW型立式无油真空泵

  ( WLW Vertical Oil-Free )   WLW型无油(耐腐蚀)立式往复真空泵是W型卧式真空泵的更新换代产品,是获得粗真空的主要设备。由于采用全密封装置,实现了曲轴箱和汽缸的完全隔离;加上活塞环使用了自润滑材料,便实现了先进的无油润滑。由于无污水排放,所以该型真空泵特别适用于化工、医药和食品等行业的真空蒸馏、真空蒸发、真空干燥、真空浓缩、真空浸渍等工艺过程中。

高真空系列

H、2H型滑阀式真空泵

  (Rotary Piston Vacuum Pump)   广泛应用于真空拉晶、真空镀膜、真空冶金、真空热处理、真空浸渍、真空干燥、真空蒸馏、真空练泥、航空航天模拟试验等新材料、新技术、新工艺的生产与研制中。   滑阀真空泵可单独使用,也可作为罗茨真空泵、油增压泵、油扩散泵的前级泵的使用。当抽吸对黑色金属有腐蚀、对真空油起化学反应、含大量蒸汽、大量粉尘的气体时,需附加装置。优点:相比旋片式真空泵耐用性要高好几倍且抽气速率大,价格相对高一点。

2X型旋片式真空泵

  用来抽除密闭容器的气体的基本设备之一。它可以单独使用,也可作为增压泵、扩散泵、分子泵的前级泵使用。该型泵广泛应用于冶金、机械、电子、化工、石油、医药等行业的真空冶炼、真空镀膜、真空热处理,真空干燥等工艺过程中。

2XZ型旋片式真空泵

  ( Model 2XZ Sliding Vane Rotary Vacuum Pump )   具有结构紧凑,体积小,重量轻,噪音低,振动小等优点。所以,它适用于作扩散泵的前级泵,而且更适用于精密仪器配套和实验室使用。例如:质谱仪器,冰箱流水线,真空冷冻干燥机等。

ZJH系列罗茨真空泵

  ( Model ZJH Roots Vacuum Pump )   是一种旋转式变容真空泵须有前级泵配合方可使用在较宽的压力范围内有较大的抽速对被抽除气体中含有灰尘和水蒸汽不敏感广泛用于冶金、化工、食品、电子镀膜等行业。主要用于真空机组的主泵,不能单独使用。需要用前级泵辅助。如:水环式真空泵,滑阀真空泵,立式无油真空泵,分子真空泵等。最大罗茨真空泵保持纪录为10000L/S生产企业为上海益化真空设备有限公司(成功运用于中国石化集团)。

真空机组

  (Roots Pump with Rotary Piston Pump Vacuum System)   由罗茨真空泵与滑阀真空泵串联组成,滑阀真空泵作为预抽真空泵以及罗茨真空泵的前级真空泵使用,罗茨真空泵左右主抽真空泵。罗茨真空泵与滑阀真空泵抽速比大小选择的主要依据是真空机组长期工作的真空度,真空机组长期工作区间在低真空,宜选择较小的抽速比(2:1至4:1),如果真空机组长时间在高真空工作,则可选择较大的抽速比(4:1至10:1)   型罗茨滑阀真空泵机组。

旋片泵机组

  ( Model JZJHX Roots-Sliding Vane Rotary Vacuum Pump System )   JZJHX型罗茨--旋片泵机组是以罗茨泵为主泵,以旋片泵为前泵串联而成。其结构紧凑,操作方便。使用于抽除空气及其它无可凝性及无腐蚀性气体,广泛应用于需要大抽速和高真空的各种真空系统中。如:真空冶炼、电力电容器、变压器、真空浸渍处理、真空镀膜设备中的预抽等。

水环泵机组

 

青岛仲尼机械(2张)   ( Model JZJHS Roots-Water Ring Vacuum Pump System )   本机组由于采用水环泵作为前级泵,因而特别适用于抽除含有大量水蒸气和带有一定腐蚀性和可凝性气体的工艺过程中。如:真空蒸馏、蒸发、脱水、结晶、干燥等工艺过程中。

水环泵机组

  ( Model JZJHBA Roots-Water Ring Vacuum Pump System )   本机组由于采用水环泵作为前级泵,因而特别适用于抽除含有大量水蒸气和带有一定腐蚀性和可凝性气体的工艺过程中。如:真空蒸馏、蒸发、脱水、结晶、干燥等工艺过程中.

机械选择

  选择真空泵注意事项:   1、真空泵工作时产生的振动对工艺过程及环境有无影响。若工艺过程不允许,应选择无振动的泵或

 

各种真空泵(15张)者采取防振动措施。   2、了解被抽气体成分,气体中含不含可凝蒸气,有无颗粒灰尘,有无腐蚀性等。选择真空泵时,需要知道气体成分,针对被抽气体选择相应的泵。如果气体中含有蒸气、颗粒、及腐蚀性气体,应该考虑在泵的进气口管路上安装辅助设备,如冷凝器、除尘器等。   3、真空泵在其工作压强下,应能排走真空设备工艺过程中产生的全部气体量。   4、正确地组合真空泵。由于真空泵有选择性抽气,因而,有时选用一种泵不能满足抽气要求,需要几种泵组合起来,互相补充才能满足抽气要求。如钛升华泵对氢有很高的抽速,但不能抽氦,而三极型溅射离子泵,(或二极型非对称阴极溅射离子泵)对氩有一定的抽速,两者组合起来,便会使真空装置得到较好的真空度。另外,有的真空泵不能在大气压下工作,需要预真空;有的真空泵出口压强低于大气压,需要前级泵,故都需要把泵组合起来使用。   5、真空设备对油污染的要求。若设备严格要求无油时,应该选各种无油泵,如:水环泵、分子筛吸附泵、溅射离子泵、低温泵等。如果要求不严格,可以选择有油泵,加上一些防油污染措施,如加冷阱、障板、挡油阱等,也能达到清洁真空要求。   6、正确地选择真空泵的工作点。每种泵都有一定的工作压强范围,如:2BV系列水环真空泵工作压强范围760mmHg~25mmHg(绝压),在这样宽压强范围内,泵的抽速随压强而变化(详细变化情况参照泵的性能曲线),其稳定的工作压强范围为760~60mmHg。因而,泵的工作点应该选在这个范围之内较为适宜,而不能让它在25~30mmHg下长期工作。   7、真空泵排出来的油蒸气对环境的影响如何。如果环境不允许有污染,可以选无油真空泵,或者把油蒸气排到室外。   8、真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求。如:某真空干燥工艺要求10mmHg的工作真空度,选用的真空泵的极限真空度至少要2mmHg,最好能达到1mmHg。通常选择泵的极限真空度要高于真空设备工作真空度半个到一个数量级。   9、真空泵的价格、运转及维修费用。

机械安装

  1、真空泵应安装在地面结实坚固的场所,周围应留有充分的余地,便于检查、维护、保养。   

安装原理图

  2、真空泵底座下应保持地基水平,底座四角处建议垫减震橡皮或用螺栓浇制安装,确保真空泵运转平稳,振动小。   3、真空泵与系统的连接管道应密封可靠,对小真空泵可采用金属管路连接密封垫采用耐油橡胶,对小真空泵可采用真空胶管连接,管道管径不得小于真空泵吸气口径,且要求管路短而少弯头。(焊接管路时应清除管道中焊渣,严禁焊渣进入真空泵腔。)   4、在连接管路中,用户可在真空泵进气口上方安装阀门及真空计,随时可检查真空泵的极限压力。   5、按电动机标牌规定连接电源,并接地线和安装合适规格的熔断器及热继电器。   6、真空泵通电试运转时,须取下电机皮带,确认真空泵转向符合规定方向方可投入使用,以防真空泵反转喷油。(转向按防护罩指示方向)   7、对于有冷却水的真空泵,按规定接通冷却水。   8、如真空泵口安装电磁阀时,阀与真空泵应同时动作。   9、当真空泵排出气体影响工作环境时,可在排气口装接管道引离或装接油雾过滤器。

注意事项

  真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子,降低真空室内的气体压力,使之达到要求的真空度。概括地讲从大气到极高真空有一个很大的范围,至今为止还没有一种真空系统能覆盖这个范围。因此,为达到不同产品的工艺指标、工作效率和设备工作寿命要求、不同的真空区段需要选择不同的真空系统配置。为达到最佳配置,选择真空系统时,应考虑下述各点:

确定工作真空范围

  首先必须检查确定每一种工艺要求的真空度。因为每一种工艺都有其适应的真空度范围,必须认真研究确定之。

确定极限真空度

  在确定了工艺要求的真空度的基础上检查真空泵系统的极限真空度,因为系统的极限真空度决定了系统的最佳工作真空度。一般来讲,系统的极限真空度比系统的工作真空度低20%,比前级泵的极限真空度低50%。

被抽气体种类与抽气量

  检查确定工艺要求的抽气种类与抽气量。因为如果被抽气体种类与泵内液体发生反应,泵系统将被污染。同时必须考虑确定合适的排气时间与抽气过程中产生的气体量。

真空容积

  检查确定达到要求的真空度所需要的时间、真空管道的流阻与泄漏。   考虑达到要求真空度后在一定工艺要求条件下维持真空需要的抽气速率。

主真空泵的选择计算

  s=2.303v/tlog(p1/p2)   其中:   s为真空泵抽气速率(l/s)   v为真空室容积(l)   t为达到要求真空度所需时间(s)   p1为初始真空度(torr)   p2为要求真空度(torr)

机械使用

  真空泵(简称旋片泵)工作压强范围为101325~1.33×10-2(Pa)属于低真空泵。它可以单独使用,也可  

环式真空泵

以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。它已广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。   旋片泵可以抽除密封容器中的干燥气体,若附有气镇装置,还可以抽除一定量的可凝性气体。但它不适于抽除含氧过高的,对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。   旋片泵是真空技术中最基本的真空获得设备之一。旋片泵多为中小型泵。旋片泵有单级和双级两种。所谓双级,就是在结构上将两个单级泵串联起来。一般多做成双级的,以获得较高的真空度。   旋片泵的抽速与入口压强的关系规定如下:在入口压强为1333Pa、1.33Pa和1.33×10-1(Pa)下,其抽速值分别不得低于泵的名义抽速的95%、50%和20%。   旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子,转子外圆与泵腔内表面相切(二者有很小的间隙),转子槽内装有带弹簧的二个旋片。旋转时,靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触,转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。   两个旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分,当转子按箭头方向旋转时,与吸气口相通的空间A 的容积是逐渐增大的,正处于吸气过程。而与排气口相通的空间C的容积是逐渐缩小的,正处于排气过程。居中的空间B的容积也是逐渐减小的,正处于压缩过程。由于空间A的容积是逐渐增大(即膨胀),气体压强降低,泵的入口处外部气体压强大于空间A内的压强,因此将气体吸入。当空间A与吸气口隔绝时,即转至空间B的位置,气体开始被压缩,容积逐渐缩小,最后与排气口相通。当被压缩气体超过排气压强时,排气阀被压缩气体推开,气体穿过油箱内的油层排至大气中。由泵的连续运转,达到连续抽气的目的。如果排出的气体通过气道而转入另一级(低真空级),由低真空级抽走,再经低真空级压缩后排至大气中,即组成了双级泵。这时总的压缩比由两级来负担,因而提高了极限真空度。

油的要求

  在真空泵中真空泵油不仅作为获得真空的介质,还对机械摩擦点起润滑、冷却和密封作用。   主要性能要求:

极低的蒸气压

  这是真空泵油的最重要的性能,由于真空泵要求真空度很高,一般用石蜡基窄馏分润滑油,对于扩散真空泵,还可使用蒸气压很低的硅油或其他合成油。

合适的粘度

  真空泵腔内容积不断变化而形成排气作用,要求润滑油应具有合适的粘度和粘温特性。

良好的热氧化安定性

  真空泵不断向高速度发展,由于滑片和泵体的高速摩擦使油温升高,油品很容易氧化分解,尤其扩散泵往往处于很高的温度环境下工作,使系统内蒸气压升高,真空度降低,因此要求真空泵油具有良好的热氧化安定性。

抗腐蚀性

  真空泵吸入的如果是腐蚀性气体,会与油发生化学反应,腐蚀泵内零件;吸入空气中往往含有水汽冷凝水,引起真空泵油的乳化并使金属腐蚀,所以要求具有良好的抗腐蚀和抗乳化性。

较高的闪点

  主要要求真空泵中不携带轻质组分,以免影响油品的饱和蒸气压。

较低的极限压力

  极限压力是真空泵油重要的使用性能指标以了解在最低真空极限压力下真空泵的极限压力。

维护保养

  1、经常检查油位位置,不符合规定时须调整使之符合要求。以真空泵运转时,油位到油标中心为准。   2、经常检查油质情况,发现油变质应及时更换新油,确保真空泵工作正常。   3、换油期限按实际使用条件和能否满足性能要求等情况考虑,由用户酌情决定。一般新真空泵,抽除清洁干燥的气体时,建议在工作100小时左右换油一次。待油中看不到黑色金属粉末后,以后可适当延长换油期限。   4、一般情况下,真空泵工作2000小时后应进行检修,检查橡胶密封件老化程度,检查排气阀片是否开裂,清理沉淀在阀片及排气阀座上的污物。清洗整个真空泵腔内的零件,如转子、旋片、弹簧等。一般用汽油清洗,并烘干。对橡胶件类清洗后用干布擦干即可。清洗装配时应轻拿轻放小心碰伤。   5、有条件的对管中同样进行清理,确保管路畅通。   6、重新装配后应进行试运行,一般须空运转2小时并换油二次,因清洗时在真空泵中会留有一定量易挥发物,待运转正常后,再投入正常工作。   7、检查真空泵管路及结合处有无松动现象。用手转动真空泵,试看真空泵是否灵活。   8、向轴承体内加入轴承润滑机油,观察油位应在油标的中心线处,润滑油应及时更换或补充。   9、拧下真空泵泵体的引水螺塞,灌注引水(或引浆)。   10、关好出水管路的闸阀和出口压力表及进口真空表。   11、点动电机,试看电机转向是否正确。   12、开动电机,当真空泵正常运转后,打开出口压力表和进口真空泵,视其显示出适当压力后,逐渐打开闸阀,同时检查电机负荷情况。   13、尽量控制真空泵的流量和扬程在标牌上注明的范围内,以保证真空泵在最高效率点运转,才能获得最大的节能效果。   14、真空泵在运行过程中,轴承温度不能超过环境温度35C,最高温度不得超过80C 。   15、如发现真空泵有异常声音应立即停车检查原因。   16、真空泵要停止使用时,先关闭闸阀、压力表,然后停止电机。   17、真空泵在工作第一个月内,经100小时更换润滑油,以后每个500小时,换油一次。   18、经常调整填料压盖,保证填料室内的滴漏情况正常(以成滴漏出为宜)。   19、定期检查轴套的磨损情况,磨损较大后应及时更换。   20、真空泵在寒冬季节使用时,停车后,需将泵体下部放水螺塞拧开将介质放净。防止冻裂。   21、真空泵长期停用,需将泵全部拆开,擦干水分,将转动部位及结合处涂以油脂装好,妥善保管。

真空泵的结垢与排除

  真空泵在应用过程中,会由于工艺用水、 钙镁硬度、PH值、电导率、总碱度、温度等因素产生结垢现象,从而造成如下危害:1. 增大非计划停机次数,造成生产间断,影响装置的生产效率。停机清洗,增加维修费用和额外的劳动负荷;2. 增大化学品的消耗和污染负荷;3. 造成生产事故,减少设备寿命;4. 增大能耗损失。传统修复方法有停机化学清洗、停机高压水清洗、添加阻垢剂、人工机械清洗、停机拆卸更换等方法,但较为费时费力,且修复效果并不理想。针对上述问题,国外先进的维护方法多使用电子除垢仪解决。相对传统维修方法,德科乐电子除垢仪在操作限制、防止管垢形成、防锈预防细菌等方面更为出色,同时费用支出更少,不污染环境和水质,在真空泵的维护保养方面有了越来越多的应用。

故障及维修

真空泵泵轴轴承位磨损

  真空泵传动部位磨损是普遍存在的问题,其中包括轴承位、轴承座、轴承室、键槽及螺纹等部位,传统方法以补焊和刷镀喷涂为主,但两者均存在一定弊端:补焊高温产生的热应力无法完全消除,易造成材质损伤,导致部件出现弯曲或断裂;而电刷镀受涂层厚度限制,容易剥落,且以上两种方法都是用金属修复金属,无法改变“硬对硬”的配合关系,在各力综合作用下,仍会造成再次磨损。当代西方国家针对以上问题多使用高分子复合材料的修复方法,而应用较多的有美国美嘉华技术体系,其具有超强的粘着力,优异的抗压强度等综合性能。应用高分子材料修复,可免拆卸,免机加工。既无补焊热应力影响,修复厚度也不受限制,同时产品所具有的金属材料不具备的退让性,可吸收设备的冲击震动,避免再次磨损的可能,并大大延长设备部件的使用寿命,为企业节省大量的停机时间,创造巨大的经济价值。   

 

真空泵修复

  真空泵腐蚀的形态可分为全面(均匀)腐蚀和局部腐蚀两大类,前者较均匀的发生在真空泵全部表面,后者只是发生在局部,如孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等。采用高分子复合材料对真空泵实施表面有机涂层防腐是目前行之有效的防腐蚀措施之一,其具有良好的耐化学性能及优异的力学性能和粘接性能,与传统的压力容器焊接修补相比,具有施工简便、成本低、安全性能,修复效果好的特点。  

高分子复合材料修复真空泵腐蚀

壳体裂纹破裂修复

  真空泵因铸造、加工缺陷,内应力及超负荷运行等原因经常导致部件出现裂纹或断裂现象。常规的修复方法是采用焊接,但有的零件材质是铸铁、铝合金、钛合金,难以做焊接处理。还有一些易于发生爆炸的危险场合,更不易采用焊接修复方法。美嘉华技术是一种“冷焊”技术,可以避免热应力变形,同时材料良好的附着力和抗压、抗腐蚀等综合性能,可以最大限度地满足各种设备部件的使用要求,从而在最低成本的投入下有效保证生产。安全、方便、可靠。   

高分子复合材料修复壳体裂纹

国内应用

液环泵

  虽然液环泵属于粗真空泵,但在中国的石油、化工、电力、轻纺、造纸、医药等领域仍然有着很大的市场。在国外,液环泵的销售额占全部真空泵市场的14%,仅次于干泵,由于液环泵大部分是铸件,加工要求也不高,属劳动密集型产品,所以国产液环泵在价格上有竞争优势,关键是要改进设计,缩小体积,减轻重量,提高效率,降低能耗。

滑阀泵

  由于滑阀泵比较耐用、可靠,国内外各种真空炉、镀膜机以及干燥、浸渍等设备都是用滑阀泵作为前级泵,但是滑阀泵铸件重,加工工作量较大,所以国外各真空厂都在中国寻找合作伙伴。为了使国产滑阀泵能够进入国际市场,必须进一步降低泵的振动噪声,杜绝喷油和漏油,提高滑阀泵长期运行的可靠性。

直联旋片泵

  随着真空技术在各个应用领域的不断扩大,直联旋片泵的需求量越来越大。由于这种泵数量很多,加工装配工作量很大,价格又很低,所以有的国外真空厂商在中国建立专业厂。国产中小型直联旋片泵在技术上已经过关,价格又远比国外的泵便宜,所以国产泵仍然有竞争优势,关键是要解决轴封漏油以及旋片材料和真空泵油的性能质量问题,确保直联泵在高速、高温下性能稳定和运行可靠,同时还要进一步提高国产直联旋片泵抽除水蒸气的能力。

罗茨泵

  从国外罗茨泵生产情况来看,国外几家大公司,如Leybold、Balzers、Alcatell、Edwards和ULVAC,他们各家罗茨泵的销售额占全球罗茨泵销售额的比例都没超过5%,这5家总计才20%,罗茨泵产量不大,但国外罗茨泵的价格远比国产泵要高得多。目前,国内外几乎所有大型或小型的高真空和中真空系统,为了缩短抽气时间、提高生产效率都配有罗茨泵,所以国产罗茨泵一定要在占领国内市场基础上设法进入国际市场,这样就必须进一步降低国产罗茨泵的振动噪声,彻底解决轴封漏油问题,改进泵的外观质量,提高泵内的光洁度和清洁度。另外,还要考虑到有些国家和地区的电源频率为60Hz,更要确保罗茨泵在提高转速的情况下长期运行的可靠性。   目前,国内气冷式直排大气罗茨泵进展很快,技术上已经成熟。由于这种泵在排气口的下面装有气体冷却器,其中一部分被冷却的气体通过管道返回泵腔以冷却转子,从而使压缩热得到平衡,所以这种泵可以直排大气。为了满足不同极限真空度的要求,这种泵可以串联使用,一般前面加一台气冷式直排大气罗茨泵,所达到的极限真空要比前级泵高一个数量级。这种泵由于在泵腔内没有工作介质,实际上也是属于干泵。目前,这种气冷式直排大气罗茨泵及机组已经在石油、化工、塑料、农药、汽轮机转子动平衡、航空航天空间模拟等装置上得到了长期运行的考验,所以应该在国内大力推广和应用。

分子泵

  分子泵在国外半导体领域里的许多工艺场合是用来代替低温泵,尤其是溅射、刻蚀和LCVD等装置都采用复合分子泵和牵引泵作为主泵。   由于分子泵对水蒸气的抽速仅为同口径低温泵抽速的四分之一,所以分子泵的排气时间比低温泵长。为了提高抽速,国外在分子泵的入口侧装一个-130℃~-150℃的低温冷板,称之为低温分子泵,水蒸气被低温板捕获,其他气体则由分子泵抽走。这种低温分子泵在真空镀膜装置上应用,既提高了生产效率又改善了膜层质量。随着中国半导体工业、薄膜产业和科学研究事业迅速发展,分子泵应该是中国真空泵制造业发展的重点。首先,分子泵要从小到大建立完整系列,并研究开发各种复合分子泵、牵引泵和低温分子泵,以满足不同场合的需要。

干泵

  国外干泵市场的不断增长,其主要驱动来自于半导体行业、化学工业、薄膜产业的迅速发展。在日本,半导体行业已全部用干式真空泵代替油封式机械泵,欧美半导体行业45%以上用干式真空泵代替了油封式机械泵,大大提高了产品的性能和质量。为了满足不同应用领域和不同工况的要求,国外有多级罗茨真空泵、多级爪式真空泵、螺杆式真空泵、涡旋式真空泵、往复式活塞真空泵以及涡轮式无油真空泵等。极限压力从10Pa~10-2Pa,抽速从20m3/h~500m3/h。据统计,目前国产干泵的应用还不足1%,国内半导体工业用的干泵全部从国外进口,其价格十分昂贵。所以,中国应大力研究开发干泵,使干泵成为中国真空工业新的经济增长点。

水环泵

  水环真空泵(简称水环泵)是一种粗真空泵,它所能获得的极限真空为2000~4000Pa,串联大气喷射器可达270~670Pa。水环泵也可用作压缩机,称为水环式压缩机,是属于低压的压缩机,其压力范围为1~2×105Pa表压力。   水环泵最初用作自吸水泵,而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中,如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等,水环泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展,水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环泵中气体压缩是等温的,故可抽除易燃、易爆的气体,此外还可抽除含尘、含水的气体,因此,水环泵应用日益增多。   

真空泵

  如图:在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中顺时针方向旋转时,水被叶轮抛向四周,由于离心力的作用,水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切,水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触(实际上叶片在水环内有一定的插入 深度)。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间,而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点,那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大,且与端面上的吸气口相通,此时气体被吸入,当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝;当叶轮继续旋转时,小腔由大变小,使气体被压缩;当小腔与排气口相通时,气体便被排出泵外。   综上所述,水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的,因此它属于变容式真空泵。   水环泵和其它类型的机械真空泵相比有如下优点:   结构简单,制造精度要求不高,容易加工。   结构紧凑,泵的转数较高,一般可与电动机直联,无须减速装置。故用小的结构尺寸,可以获得大的排气量,占地面积也小。   压缩气体基本上是等温的,即压缩气体过程温度变化很小。   由于泵腔内没有金属磨擦表面,无须对泵内进行润滑,而且磨损很小。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。   吸气均匀,工作平稳可靠,操作简单,维修方便。   水环泵也有其缺点:   效率低,一般在30%左右,较好的可达50%。   真空度低,这不仅是因为受到结构上的限制,更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制。用水作工作液,极限压强只能达到2000~4000Pa。用油作工作液,可达130Pa。   总之,由于水环泵中气体压缩是等温的,故可以抽除易燃、易爆的气体。由于没有排气阀及摩擦表面,故可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体和气水混合物。有了这些突出的特点,尽管它效率低,仍然得到了广泛的应用。

术语解释

  1、真空的定义   真空系统指低于该地区大气压的稀簿气体状态   2、真空度   处于真空状态下的气体稀簿程度,通常用“真空度高”和“真空度低”来表示。真空度高表示真空度“好”的意思,真空度低表示真空度“差”的意思。   3、真空度单位   通常用托(Torr)为单位,近年国际上取用帕(Pa)作为单位。   1托=1/760大气压=1毫米汞柱   4、托与帕的转换   1托=133.322帕 或 1帕=7.5×10-3托   5、平均自由程   作无规则热运动的气体粒子,相继两次碰撞所飞越的平均距离,用符号“λ”表示。   6、流量   单位时间流过任意截面的气体量,符号用“Q”表示,单位为帕・升/秒(Pa・L/s)或托・升/秒(Torr・L/s)。   7、流导   表示真空管道通过气体的能力。单位为升/秒(L/s),在稳定状态下,管道流导等于管道流量除以管道两端压强差。符号记作“U”。 U=Q/(P2- P1)   8、压力或压强   气体分子作用于容器壁的单位面积上的力,用“P”表示。   9、标准大气压   压强为每平方厘米101325达因的气压,符号:(Atm)。   10、极限真空   真空容器经充分抽气后,稳定在某一真空度,此真空度称为极限真空。通常真空容器须经12小时炼气,再经12小时抽真空,最后一个小时每隔10分钟测量一次,取其10次的平均值为极限真空值。   11、抽气速率   在一定的压强和温度下,单位时间内由泵进气口处抽走的气体称为抽气速率,简称抽速。即Sp=Q/(P-P0)   12、冷阱(水冷挡板)   置于真空容器和泵之间,用于吸附气体或捕集油蒸汽的装置。   13、气镇阀   油封机械真空泵的压缩室上开一小孔,并装上调节阀,当打开阀并调节入气量,转子转到某一位置,空气就通过此孔掺入压缩室以降低压缩比,从而使大部分蒸汽不致凝结而和掺入的气体一起被排除泵外起此作用的阀门称为气镇阀。   14、真空冷冻干燥   真空冷冻干燥,也称升华干燥。其原理是将材料冷冻,使其含有的水份变成冰块,然后在真空下使冰升华而达到干燥目的。   15、真空蒸镀   在真空环境中,将材料加热并镀到基片上称为真空蒸镀,或叫真空镀膜。   16、真空干燥  利用真空环境下沸点低的特点来干燥物品的方法。   17、真空系统常用名称   (1)主泵:在真空系统中,用于获得所需要真空度来满足特定工艺要求的真空泵,如真空镀膜机中的油扩散泵就是主泵。   (2)前级泵:用于维持某一真空泵前级压强低于其临界前级压强的真空泵。如罗茨泵前配置的旋片或滑阀泵就是前级泵。   (3)粗抽泵:从大气压下开始抽气,并将系统压力抽到另一真空泵开始工作的真空泵。如真空镀膜机中的滑阀泵,就是粗油泵。

测量方式分类:

热偶真空计

  利用热电偶的电势与加热元件的温度有关,元件的温度又与气体的热传导有关的原理来测量真空度的真空计。

电离真空计

  (又收热阴极电离计)   由筒状收集极,栅网和位于栅网中心的灯丝构成,筒状收集极在栅网外面。热阴极发射电子电离气体分子,离子被收集极收集,根据收集的离子流大小来测量气体压强的真空计。

复合真空计

  由热偶真空计与热阴极电离真空计组成,测量范围从大气~10-5Pa。

冷阴极电离计

  阳极筒的两端有一对阴极板,在外加磁场作用,阳极筒内形成潘宁放电产生离子,根据阴极板收集的离子流的大小来测定气体压强的真空计。

电阻真空计

  利用加热元件的电阻与温度有关,元件的温度又与气体传导有关的原理,通过电桥电路来测量真空度的真空计。

麦克劳真空计

  (压缩式真空计)   将待测的气体用汞(或油)压缩到一极小体积,然后比较开管和闭管的液柱差,利用玻义尔定律直接算出气体压强的一种绝对真空计。

B-A规电容薄膜真空计

  这是一种阴极与收集极倒置的热阴极电离规。收集极是一根细丝,放在栅网中心,灯丝放在栅网外面,因而减少软X射线影响,延伸测量下限,可测超高真空。电容薄膜真空计将三种不同的规管综合在个小型经济的规管中,测量过程压强和基本压强从5x10-10至1500毫巴。电容薄膜真空计由于具有测量精度高、动态响应快、测量结果与气体成分无关以及抗腐蚀、耐气压冲击等一系列优点,因而越来越受到人们的重视。以它取代水银压力计、油压计、电阻真空计、热偶真空计以至部分地取代电离计。

真空泵名称解释

水环真空泵

  泵的叶轮转子旋转而产生水环。由于转子偏心旋转而使水环与叶片间容积发生周期性改变而进行抽气的机械真空泵。

往复真空泵

  利用活塞的往复运动而进行抽气的机械真空泵。

油封机械真空泵

  用油来保持密封的机械真空泵,可分为定片式、旋片式、滑阀式、余摆线式等。

罗茨真空泵

  具有一对同步高速旋转的鞋底形转子的机械真空泵,此泵不可以单独抽气,前级需配油封、水环等可直排大气的真空泵。

涡轮分子真空泵

  有一高速旋转的叶轮,当气体分子与高速旋转的涡轮叶片相碰撞时就被驱向出气口再由前级泵抽除。

油扩散真空泵

  扩散泵喷口中喷出高速蒸汽流。在分子流条件下,气体分子不断地向蒸流中扩散,并被蒸汽带向泵出口处逐级被压缩后再由前级泵排除。

低温真空泵

  利用20K以下的低温表面凝聚吸附气体的真空泵。

工作原理

  如图为旋片泵的工作原理示意图,旋片泵主要由定子、转子、旋片、定盖、弹簧等零件组成。其结构是利用偏心地装在定子腔内的转子(转子的外圆与定子的内表面相切两者之间的间隙非常小)和转子槽内滑动的借助弹簧张力和离心力紧贴在定子内壁的两块旋片,当转子旋转时,始终沿定子的内壁滑动。   两个旋片把转子、定子内腔和定盖所围成的月牙型空间分隔成A、B、C三个部分,当转子按图示方向旋转时,与吸气口相通的空间A的容积不断地增大,A空间的压强不断的降低,当A空间内的压强低于被抽容器内的压强,根据气体压强平衡的原理,被抽的气体不断地被抽进吸气腔A,此时正处于吸气过程。B腔的空间的容积正逐渐减小,压力不断地增大,此时正处于压缩过程。而与排气口相通的空间C的容积进一步地减小,C空间的压强进一步的升高,当气体的压强大于排气压强时,被压缩的气体推开排气阀,被抽的气体不断地穿过油箱内的油层而排至大气中,在泵的连续运转过程中,不断地进行着吸气、压缩、排气过程,从而达到连续抽气的目的。   排气阀浸在油里以防止大气流入泵中,油通过泵体上的间隙、油孔及排气阀进入泵腔,使泵腔内所有运动的表面被油覆盖,形成了吸气腔与排气腔的密封,同时油还充满了一切有害空间,以消除它们对极限真空的影响。   screen.width-333)this.width=screen.width-333">   旋片泵工作原理图   1-泵体;2-旋片;3-转子; 4-弹簧;5-排气阀   双级旋片式真空泵由两个工作室组成,两室前后串联,同向等速旋转,Ⅰ室是低真空级,Ⅱ室是高真空级,被抽气体由进气口进入Ⅱ室,当进入的气体压力较高时,气体经Ⅱ室压缩,压强急速增大,被压缩的气体不仅从高级排气阀排出,而且经过中壁通道,进入Ⅰ室,在Ⅰ室被压缩,从低级排气阀排出;当进入Ⅱ室的气体压力较低时,虽经Ⅱ室的压缩,也推不开高级排气阀排出,气体全部经中壁通道进入Ⅰ室,经Ⅰ室的继续压缩,由低级排气阀排出,因此双级旋片式真空泵比单级旋片式真空泵的极限真空高。   screen.width-333)this.width=screen.width-333">   双级旋片式真空泵工作原理图   1-高级排气阀;2-通道;3-低级排气阀   真空泵在真空系统中所起的作用 由于各种真空泵的性能除均能满足对容器进行抽真空的共同点之外,尚具有不同之处。因此在选用时必须明确泵在真空系统中所承担的工作任务是十分重要的,泵在各种不同工作领域中所起的作用归纳起来主要有如下几个方面: 1、主泵 所谓主泵就是对真空系统被抽容器直接进行抽真空,以获得满足工艺要求所需真空度的真空泵。 2、粗抽泵 粗抽泵是指从大气压开始降低真空系统压强达到另一抽气系统可以开始工作的真空泵。 3、前级泵 前级泵是指用于使另一个泵的前级压强维持在其最高许可的前级压强以下的真空泵。 4、维持泵 维持泵是指当真空系统抽气很小时,不能有效的利用主要前级泵。为此,在真空系统中另配一种抽气速度较小的辅助前级泵来维持主泵的正常工作或维持已抽空的容器所需的低压的真空泵。 5、粗真空泵或低真空泵 粗、低真空泵是指从大气开始,降低被抽容器的压强后工作在低真空或粗真空压强范围内的真空泵。 6、高真空泵 高真空泵是指在高真空范围工作的真空泵。 7、超高真空泵 超高真空泵是指在超高真空范围工作的真空泵。 8、增压泵 增压泵通常指工作在低真空泵和高真空泵之间,用以提高抽气系统在中间压强范围的抽气量或降低前级泵抽气速率要求的真空泵。

真空泵性能参数

  真空泵种类 工作压强范围(Pa) 起动压强(Pa)   活塞式真空泵 1×105~1.3×102 1×105   旋片式真空泵 1×105―6.7×10-1 1×105   水环式真空泵 1×105―2.7×103 1×105   罗茨真空泵 1.3×103―1.3 1.3×103   涡轮分子泵1.3―1.3×10-5 1.3   水蒸气喷射泵 1×105―1.3×10 -1 1×105   油扩散泵 1.3×10-2―1.3×10 -7 1.3×10   油蒸气喷射泵 1.3×10―1.3×10 -2 <1.3×105   分子筛吸附泵 1×105―1.3×10 -1 1×105   溅射离子泵 1.3×10-3―1.3×10 -9 6.7×10-1   钛升华泵 1.3×10-2―1.3×10 -9 1.3×10-2   锆铝吸气剂泵 1.3×10―1.3×10 -11 1.3×10   低温泵 1.3―1.3×10-11 1.3―1.3×10-1

分类概述

  真空泵的好坏决定于其机械结构和油的质量,使用真空泵时必须把它保护好。如果蒸馏挥发性较大的有机溶剂时,有机溶剂会被油吸收结果增加了蒸气压,从而降低了抽空效能,如果是酸性气体,那就会腐蚀油泵,如果是水蒸气就会使油成乳浊液而抽坏真空泵。因此使用真空泵时必须注意下列几点:   在蒸馏系统和真空泵之间,必须装有吸收装置。   蒸馏前必须用水泵彻底抽去系统中有机溶剂的蒸气。   如能用水泵抽气的,则尽量用水泵,如蒸馏物质中含有挥发性物质,可先用水泵减压抽降,然后改用油泵。   减压系统必须保持密不漏气,所有的橡皮塞的大小和孔道要合适,橡皮管要用真空用的橡皮管。磨口玻璃涂上真空油脂。   根据使用的范围和抽气效能可将真空泵分为三类:   (1)一般水泵,压强可达到1.333~100kPa(10~760mmHg)为"粗"真空。   (2)油泵,压强可达0.133~133.3Pa(0.001~1mmHg)为"次高"真空。   (3)扩散泵,压强可达0.133Pa以下,(10-3mmHg)为"高"真空。   若要较低的压力,那就要用到油泵了,好的油泵能抽到133.3Pa(1mmHg)以下。   在有机化学实验室里常用的减压泵有水泵和真空泵两种,若不要求很低的压力时,可用水泵,如果水泵的构造好且水压又高,抽空效率可达1067~3333Pa(8~25mmHg)。水泵所能抽到的最低压力理论上相当于当时水温下的水蒸气压力。例如,水温25℃、20℃、10℃时,水蒸气的压力分别为3192、2394、1197Pa(8-25mmHg)。用水泵抽气时,应在水泵前装上安全瓶,以防水压下降,水流倒吸;停止抽气前,应先放气,然后关水泵。

特点

  (1)在较宽的压力范围内有较大的抽速;   (2)转子具有良好的几何对称性,故振动小,运转平稳。转子间及转子和壳体间均有间隙,不用润滑,摩擦损失小,可大大降低驱动功率,从而可实现较高转速;   (3)泵腔内无需用油密封和润滑,可减少油蒸气对真空系统的污染;   (4)泵腔内无压缩,无排气阀。结构简单、紧凑,对被抽气体中的灰尘和水蒸汽不敏感;   (5)压缩比较低,对氢气抽气效果差;   (6)转子表面为形状较为复杂的曲线柱面,加工和检查比较困难。

结构

泵总体结构型式

  真空泵的泵体的布置结构决定了泵的总体结构。   立式结构的进、排气口水平设置,装配和连接管路都比较方便。但泵的重心较高,在高速运转时稳定性差,故这种型式多用于小泵。   卧式泵的进气口在上,排气口在下。有时为了真空系统管道安装连接方便,可将排气口从水平方向接出,即进、排气方向是相互垂直的。此时,排气口可以从左或右两个方向开口,除接排气管道一端外,另一端堵死或接旁通阀。这种泵结构重心低,高速运转时稳定性好。一般大、中型泵多采用此种结构。   泵的两个转子轴与水平面垂直安装。这种结构装配间隙容易控制,转子装配方便,泵占地面积小。但泵重心较高且齿轮拆装不便,润滑机构也相对复杂。

泵的传动方式

  真空泵的两个转子是通过一对高精度齿轮来实现其相对同步运转的。主动轴通过联轴器与电机联接。在传动结构布置上主要有以下两种:其一是电动机与齿轮放在转子的同一侧如图。从动转子由电动机端齿轮直接传过去带动,这样主动转子轴的扭转变形小,则两个转子之间的间隙不会因主动轴的扭转变形大而改变,故使转子之间的间隙在运转过程中均匀。这种传动方式的最大缺点是:a.主动轴上有三个轴承,增加了泵的加工和装配难度,齿轮的拆装及调整也不便;b.整体结构不匀称,泵的重心偏向电动机和齿轮箱一侧。

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