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基于真空泵常见机械故障分析

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  • 发布时间:2014-09-03
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文中主要针对单级双吸泵真空泵,其主要由转子叶轮、泵壳、端板、阀片、轴承、进排气口、进口单向阀、轴端密封等部件组成。轴端密封采用带水封环的填料密封,密封水取自泵壳内的工作水环,通过端板上的孔道引到水封环处。其是利用旋转水环充当活塞作用造成泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的。

2真空泵机械故障分析2.1轴裂、断的故障分析设备运行-段时间后,在受力不均的情况下,轴与叶轮配合部分磨损使轴与叶轮间隙加大,致使叶轮在轴上窜动,间隙进-步加大后,使轴所受的径向力加大,最终造成泵轴疲劳断裂。同时,叶轮在轴上的窜动使叶轮间歇性与两侧泵盖摩擦,使叶轮与泵盖间间隙加大,振动加大,在影响性能的同时,造成两侧泵盖磨损严重,从而导致机泵失效报废。根据断轴的断面分析,轴断部位往往在键槽或截面突变处,轴的断裂面接近垂直于轴线,像刀切-样。整个断面大部分光滑呈金属本色,下部分较粗糙,这表明是疲劳破坏所致。而产生疲劳破坏的原因是泵腔内气体对泵轴有-个径向作用力。

轴裂、断解决方法:改变轴的材质。泵轴的原来材料是45钢,通过调质处理其布氏硬度至HB241~303。45钢在热处理过后-般都在这硬度范围,由于转轴的工作环境比较差,又有偏心载荷,并且转轴需要与轴孔保持很好的配合,建议采用1Cr, N%Ti,这种材料耐磨性,各种抗性都很好,工作也叫稳定,材质比45钢有较大优势。增加轴径,加大轴径-定程度上可以满足要求,但是需要对泵体进行改造,轴承,-系列都需改变。这就需要对真空泵进行再次设计,优化。

2.2真空泵叶片断裂真空泵叶片出现断裂和掉落情况,多数为叶片在不同程度上由根部断裂,而且发生在起动过程中。(1)叶片工作过程。由叶片工作原理可知,叶轮前半转是吸气过程 ,后半转是排气过程。由0-始,随着叶片之间形成的空间逐渐增大,负压逐渐升高,吸入气体量最大,负压最高;而后,由于吸入气体充满上述空间,随着叶片继续转动,逐渐降低,当转到180。时,叶片间的空间由负压状态变为正压状态,正负压值均为零。由180。起,随着水环表面与轮毂接近,叶片旋转到270。左右,即被压缩气体即将由排气孔排出时,正压最高,压缩气体- 经排出,正压值随之下降,当转到360。时,叶片之间的空间又由正压状态变为负压状态。叶轮连续不断旋转,上述正、负压状态呈周期性变化。起动之前,泵体内水呈静止状态,叶片开始运动时,受水的阻力很大,甚至产生真空泵无法起动的现象。另外,叶片旋转时,下图1132 201 3年7月上第13期总第169期图2部水环厚度大、流速底;上部水环厚度孝流速高,由于流线疏密不同,叶轮上受力不平衡,于是产生振动,叶片随之振动。水环式真空泵的工作负压 ,由真空泵上所安装的真空表显示 ,通常为540~560mmHg。在上述工作状态下,抽放气体量为6.1 0in /min左右。

(2)叶片断裂原因。叶片每旋转360。,受正反方向的压力,该力作周期性变化,这是引起叶片根部断裂的主要原因。叶片在两个互为反向的压力周期作用下运转,其根部受弯矩最大,必然造成叶片根部疲劳损伤,若叶片强度低,就会导致根部断裂。(3)解决方法探讨。

1)改变叶轮材质,由灰铸铁叶轮改为铸钢叶轮。2)改变起动方法,即改鼠笼式电机直接起动为绕线式电机变速起动。3)由SZ型真空泵性能可得,采用更大功率的水环式真空泵,对设备进行更新。

2.3轴承磨损 问题泵轴在腐蚀介质中工作时,因腐蚀造成粗糙表面,促成产生疲劳裂纹,而且降低了轴的疲劳极限,以SZ-4型为例介绍。SZ-4型泵轴与叶轮配合采用90D/d,基孔制二级配合,为的是用铸铁轴套调整叶轮,使它与泵体两端间的间隙保持均匀。这种配合方式造成进入间隙的腐蚀性气体腐蚀轴及叶轮的配合表面,间隙逐渐扩大 ,发展成叶轮和轴产生径向撞击,造成应力集中,降低了轴的强度。

SZ-4型水环式真空泵在轴承设计采用前后各-个313单列向心球轴承,但是这不能调整径向偏差,安装时前后轴承座必须在同-轴线上,如果稍有偏差就会加大轴扭矩。这也是造成轴断的-个因素。国外设计有的采用前、后各-个双列向心球面球轴承或双列向心球面滚子轴承,如图1。

西德产2BK4386-3Z(H)型泵采用前、后各-个单列向心短圆柱滚子轴承和各-个双向推力球轴承,以及各二个压力弹簧。如图2。

上述各泵可见,国外水环泵在轴承设计上,具有使轴在轴向、径向可调的自动调位的优点,故可保证泵轴始终在同-轴线上运动,不存在SZ-4型泵轴不能自调的缺点。

建议用3616双列向心球面滚子轴承替换313单列向心球轴承,这样容许的静负荷由5400kg提高到了16000kg,其目的是避免在安装钟由于不同心产生的扭力,同时延长了轴承的更换周期。用3613代替313轴承,其轴承宽度由33ram变为48ram,那么轴和轴承座尺寸也要作相应改变。

3结语首先对轴孔磨损进行分析,通过改变配合方式试解决轴孔磨损和轴振动问题;通过比较得出改变轴的材质或者加大转轴尺寸防止轴裂,轴断事故的发生,轴承则通过改变轴承类型来解决轴承损坏问题。

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