最近有位客户给我司送修了两台旋片式真空泵，该款旋片真空泵多次出现故障，客户多次维修均不能解决彻底解决问题，最终在我司的维修过程中，终于发现了故障的关键所在，顺利的解决了故障，达到了生产要求。
客户的煤油汽相干燥设备配套使用的旋片式真空泵故障率较高,一般使用2个月就要进行一次,最严重的使用仅半个月真空度就严重下降:极限真空由原来的10Pa左右降至500Pa以上,不能满足生产工艺要求。
经多次反复的检查发现,发现该旋片式真空泵故障是：
(1)易损件寿命短——两块旋片之间的9条弹簧、4个排气阀、2个骨架油封一般使用2个月就要更换一次。而正常情况下,上述易损件可使用半年左右,造成维修频繁,成本高昂。
(2)泵温超高——经常超过80℃,超出正常温度(60℃以下)20℃以上。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,并使橡胶件容易老化,出现漏油。
(3)真空泵油消耗大——平均运行三天就要更换一次,而正常情况下运行10天左右才需要更换,运行成本高昂。
一、工作状况及改进过程分析
真空度低开始怀疑是设备老化的缘故,于是更换了1台新泵,但只使用了2个月,真空度也严重下降至500Pa以上,达不到生产工艺要求,显然用新的真空泵不能解决问题。
(1)首先我们考虑是腐蚀性汽体或液体严重影响真空泵的运行。
煤油汽相关干燥设备是用特种煤油做加热介质,液态煤油经蒸发器蒸发后变成煤油汽体,利用相变换热原理来干燥绝缘产品。由于系统中要保持一定的压力,通过真空泵抽出里面的混合汽体来实现,因此真空泵吸入的混合汽体必然含有水蒸汽和煤油蒸汽。而煤油的腐蚀性非常强,因此在真空泵前面分别安装了热交换器和主冷凝器,将高温水蒸汽和煤油蒸汽冷凝下来成为液体,阻止煤油蒸汽抽入真空泵中腐蚀泵体。
检查真空泵里面的泵油,发现有一股浓烈的煤油气味,确认泵油里面混合有大量煤油,因此防止煤油进入真空泵内是首当其冲的任务。我们检查了冷凝液收集罐中液体的温度,发现高达62℃,而正常为30～50℃。终于找到症结所在——煤油蒸汽冷凝不良,导致过多被抽入真空泵内。带着这个问题,我们又检查了冷却水的温度,冷却水经过冷冻机后的温度为12℃左右,属正常范围;检查冷却水压力及流量,均正常。但是主冷凝器的出水温度很高,达75℃,而进水的温度仅12℃,那么大的温差表明了什么？表明主冷凝器未必有问题,可能是热源温度太高或量太大所致,检查热源温度为120℃左右,属正常范围,最后将疑点定格在热源量大这个因素上,即混合汽体的量很大。
检查真空罐中的煤油汽体压力,发现高达15kPa,正常为8kPa～12kPa,煤油汽体压力高表明汽体量多,因此抽出的煤油汽体也多。此时我们联想到去年曾更换过蒸发器,可能是蒸发器蒸发功率太高所致。于是尝试降低蒸发器的功率,将煤油蒸汽的压力保持在8kPa～12kPa,冷凝液收集罐的温度随即降至正常范围,有效阻止了煤油汽体进入真空泵内,防止腐蚀泵体。
解决了煤油蒸汽热源量大的问题后,泵温随即恢复了正常,达60℃以下,漏油现象也随之消失,泵油消耗量较原来降低4成左右,易损件的寿命延长至3至4个月,但较以往的正常水平仍有差距。
(2)其次,我们考虑调整旋片式真空泵机械传动机构的配合精度。
旋片式真空泵的主要配合面有3处:
①转子左端部与泵体左端盖。
②转子右端部与泵体右端盖。
③转子圆柱面与泵腔顶端。其中,最为关键的配合面是最后一处,如果配合间隙过大,油膜的密封性会大大降低,泵油及混合气体在泵腔体内压缩后形成巨大压力,部分直接从间隙挤出,无法顺利通过排气阀排出泵腔外,导致抽气效率大打折扣;
如果配合间隙过小,转子转动不畅,甚至磨蚀,抽气效率更低。我们测量了下该配合间隙,发现高达0.25mm以上,查找相关维修手册,合理的配合间隙应为0.03mm～0.08mm。由于转子和泵腔已经轻微磨蚀,端盖的两个定位销无法满足合理的配合间隙,我们取消了其中一个定位销,通过调整端盖的紧固螺栓来达到较佳的配合间隙,最后将它调整到0.05mm。
转子左右端与端盖间的间隙共为0.5mm,但由于转子无轴向定位,因此,两端的间隙不稳定,可轴向窜动0.5mm。经实践证明,间隙超过0.35mm时,抽气效率就开始下降,我们改用具备一定轴向定位能力的轴承,使转子与端盖的间隙保持恒定为0.25mm。
(3)最后,考虑改善零配件材质。
经过多次解体修理,我们发现真空泵最易受损的零配件是两块旋片之间的弹簧和排气孔上的排气阀,一般寿命为2个月左右。两块旋片之间共有9条弹簧,若全部或部分断裂,两块旋片则无法完全张开贴紧泵腔壁,造成密封性大大降低,部分混合气体和泵油从旋片与腔壁间的间隙中溢出,从面降低抽气效率和真空度。从说明书中查阅到该弹簧的材质为65Mn,属于很普通的碳素弹簧钢丝,虽然强度较高,但韧性较差。工作时,弹簧每分种要循环压缩高达150次,如此频繁的压缩,很易导致弹簧疲劳断裂。我们决定选用综合性能更为优良的热轧弹簧钢60Si2MnA,具备较高的韧性和耐疲劳强度。
排气阀上的排气碟簧和排气阀片所用材料同样是65Mn,也改用60Si2MnA材料。
2改进效果和心得体会
经过上述改进后,2台旋片式真空泵运行状况良好,运转噪声、振动、温度、油耗较低,均达正常水平,一般运行6个月才出现真空度下降的情况,大修周期由原来的2个月延长到6个月以上,大大延长了真空泵维修周期,降低了真空泵维修成本。
在这次的维修过程中，我们深深的感觉到旋片式真空泵故障频繁,不仅要在泵身上找原因:调整好传动机构的配合间隙和改善零配件材质,更要在系统上找原因,如果未解决系统热源量大的问题,就算质量再好的旋片式真空泵,也无法适应如此恶劣的运行环境。
为了减少真空泵维修的频率和次数，我们建议客户应该掌握真空泵基本的养护知识。
