基于真空泵常见机械故障分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)山西潞安煤基合成油有限公司 作者:张惠

  单级双吸泵真空泵的特点是把旋转水环当做活塞来改变泵腔的容积,以达到吸气、压缩和排气的目的,文中基于这类真空泵分析了轴裂、断的故障、真空泵叶片断裂、轴承磨损问题等方面的机械故障及相应的处理方法,这一研究对于相关安全性能的改进具有一定的意义。

  单级双吸泵真空泵和普通的水泵作用一样,其特点是把旋转水环当做活塞来改变泵腔的容积,以达到吸气、压缩和排气的目的。它的零部件包括转子叶轮、泵壳、端板、阀片、轴承、进排气口、进口单向阀、轴端密封等。通常情况下,轴端是密封的,是利用带水封环的填料进行密封处理的,其中密封水是通过端板上的孔道导入导水封环位置的。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)发布本文主要是基于这类真空泵,分析了常见的机械故障问题,这一研究对于相关安全性能的改进具有一定的意义。

1、真空泵机械故障分析

  1.1、轴裂、断的故障分析

  在使用真空泵的过程中,可能会出现轴裂的现象,这是因为真空泵的使用条件决定其运行过程中受力不一致,这就造成了轴与叶轮配合的部分发生磨损,扩大了轴与叶轮的间隙,随着叶轮在轴上窜动,间隙会越来越大,受力也越来不均匀,因此轴裂的间隙更大了。而且当叶轮在轴上不断窜动时,叶轮会一次又一次的和两侧泵盖碰撞磨损,这也会造成叶轮与泵盖间的间隙变大,甚至会使机泵失效,失去作用。研究分析断轴的断面,我们可以发现轴断的位置是非常特殊的,通常只有在键槽或截面突变处才会发生轴端,而且断面和轴线几乎重合,断面是光滑的,露出了金属物质,但是相对的下面比较粗糙,这也充分证明了是设备是由于长期使用造成的。

  这种故障改如何改良呢?首先要改变轴的原材料。泵轴的制作物质是45# 钢,调质处理后的布氏硬度HB 是241~303。经验表明,它的硬度符合调制处理后的45# 钢硬度。1Cr18Ni9Ti 是最好的材料,这是转轴的工作环境决定的,因为这种材料耐磨性好、抗性强,有利于偏心载荷,达到转轴和轴孔的良好的配合效果。如果增加轴径后再对泵体、轴承等进行修改,能够满足设计要求,所以再次设计、改良真空泵是非常必要的。

  1.2、真空泵叶片断裂

  真空泵叶片断裂和掉落的现象也时有发生,而且是从根部断裂开始的,在起动期间发生最多。叶片断裂原因: 叶片根部断裂是由于叶片在旋转过程中受力不均造成的。因为随着叶片的旋转,要受到两个互为反向的压力周期的作用,而且根部受弯矩最大,一定会损伤叶片的根部,断裂也就随之发生了。解决方法探讨:

  (1)替换其他材料的叶轮,用铸钢材料最佳。

  (2)调整起动的方式,也就是用绕线式电机变速起动环鼠笼式电机直接起动。

  (3)根据SZ 型真空泵的作用不同,提高设备性能。

  1.3、轴承磨损问题

  如果泵轴的工作环境能够使其腐蚀,就会使其表面粗糙,产生疲劳裂纹,降低轴的疲劳极限,下面我们以SZ-4 型为例进行研究。

  为了调整叶轮,使其和泵体两端的间隙均匀,我们可以使SZ-4 型泵轴和叶轮相结合采用Φ90D/d,基孔制二级配合。这样的配合方式会造成腐蚀性气体腐蚀轴和叶轮的配合表面,因此间隙增加,叶轮和轴的碰撞也会减弱轴的强度。另外,SZ-4 型水环式真空泵的轴承中有两个313 单列向心球轴承,然而这种轴承并没有改变偏差的作用,而且对安装操作也提出了较高的要求。国外的设计作品中有的轴承中是使用前、后各一个双列向心球面球轴承或双列向心球面滚子轴承,如图1 所示。

基于真空泵常见机械故障分析

图1

  西德产2BK4386-3Z(H)型泵就是采用前、后各一个单列向心短圆柱滚子轴承、各一个双向推力球轴承和二个压力弹簧。如图2 所示。

基于真空泵常见机械故障分析

图2

  上面的两个例子说明国外的水环泵能够使轴在轴向、径向自动调位,因此能够减少安装过程的麻烦,也消除了SZ-4 型泵轴的弊端。

  在轴承设计中我们可以用3616 双列向心球面滚子轴承代替313 单列向心球轴承,这在很大程度上提高静负荷,从5 400 kg 增加到16 000 kg,有利于降低在安装过程中的扭力,而且增加了轴承的更换时间周期。与此同时,用3613 代替313 轴承,会拓宽轴承的宽度,即从33 mm 增加到48 mm,因此轴和轴承座尺寸也会有所变化。

2、结束语

  在研究分析轴孔磨损的过程中,改变配合方式就能够降低轴孔磨损和轴振动;更换轴的材质或增加转轴的尺寸也能够很好的降低轴裂的发生率;轴承的损坏可以通过改变轴承类型来满足要求。

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