由于旋片式机械泵是一种根据内部压缩原理工作、利用润滑油润滑和密封的真空泵,因此蒸汽、化学腐蚀性介质以及老化的工作液对真空泵的使用寿命和可靠性会产生很大的影响。

图1 于使用不当、维修不及时会给真空泵带来严重的损伤
大多数旋片式机械泵的生产厂家在他们的技术参数中都给出了以毫巴为单位的水蒸气容限或者给出以g/h(克/小时)为单位的蒸汽容忍量,这些数据都是针对水蒸汽的数据。当气镇阀开启之后,在真空泵热机工作状态以及上述规定工作参数工况下可以避免冷凝水的形成。在干燥工艺过程中起关键作用的不是泵的实际抽速,而是单位时间内对水汽的抽取量,这与其水蒸气容忍量的抽速大小一致。
泵的润滑油量和状况影响着泵的使用寿命
因此,真空泵必须要在关闭真空端阀门的情况下开启气镇阀工作15~30min左右;以使其润滑油达到最佳的工作温度:70~80℃(图2)。只有在正确的工作温度和打开气镇阀的情况下才能较好地抽取蒸汽。延时开启HV-阀门在控制技术上是很容易实现的。

图2 由于工作时没有打开气镇阀而锈蚀严重的旋片泵
在完成抽真空过程之后,供应商强烈建议:在打开气镇阀的情况下让真空泵继续运行15min左右,以便使泵内的蒸汽能够排出。这一措施有利于真空泵更好的工作,避免意外失效的风险。真空泵工作前的热机运行和关闭前的空载运行都可以方便的利用真空泵控制系统的时间设定来实现。
润滑介质(润滑油)在真空泵工作过程中有3个重要的功能:密封、润滑旋片和轴承、将压缩过程和摩擦产生的热量通过铝制外壳传导到外界。
当真空泵的润滑不足时,抽气系统可能会卡死,导致真空泵失效。当润滑油油位太低时,则会因润滑油油量不足不能实现将压缩产生的热量导出:真空泵过热,从而使润滑油过早的老化,进而导致缺少润滑和积碳而使真空泵失效。因此,应注意润滑油的油位不得低于观察窗的油位下限。
另外,工作人员应定期对润滑油的颜色、黏度或者杂质进行检查。当润滑油中水分含量超过5%时,润滑油会呈牛奶色。如果气镇阀保持关闭,或者真空泵冷态启动,再或者水蒸汽容量超出了最大量,都容易导致此类现象的发生。
由于旋片式机械泵的工作原理使得这种真空泵排出的气体中或者蒸汽中多多少少带有微小的油滴。油滴的量会随着泵的吸气压力上升。根据经验数据:入口压力大于0.01MPa时每标准平方米废气中含有约3cm3的润滑油。
例如入口压力为0.02MPa,抽速为60m3/h的单级旋片泵,一天24h内排出的油量大约在850cm3左右。在连续工作的情况下,这样一个润滑油量约为5L左右的真空泵,其润滑油大约两天时间就到了临界的界限了。
在冷凝蒸汽过多的情况下不要使用回油装置
为了避免废气中的润滑油损失一般可以使用油雾分离器。在油水分离设备中使用滤芯来过滤废气中的润滑油滴,并在过滤器外壳中被分离。当生产过程允许时,过滤出来的润滑油可以经浮子开关或者经真空泵的气镇阀回吸回到泵中再用。但当水蒸气含量较大,或者工作对象是腐蚀性气体时,则建议不要使用回油单元。因为这会导致过滤器中冷凝的蒸汽重新回到泵里,并大大降低油的润滑性能,缩短换油的标准时间,而且会因为油和泵腔中高浓度的冷凝蒸汽进一步产生腐蚀作用。
另外还要注意:油雾过滤器的排气量一定要与旋片泵的抽速相当。当油雾过滤器的额度过滤流量或者最大气体流量过小时,则油滴也没有时间在高速气流中被滤芯过滤。它们会跟着废气排出,使得油雾过滤器很大程度上不能发挥作用。
当真空泵极限真空度小于0.00005MPa时,由于旋片泵的工作原理会有一定量的油分子返流到泵的入口处。在生产过程中是不希望或不允许有碳氢化合物的,因为它对真空工艺或者真空泵设备有不利影响。为了避免油雾返流通常在真空泵入口侧使用分子筛、催化阱或者冷阱等措施。在催化阱中,通过铜催化剂碳氢化合物被分解为水或者CO2排出。在此建议:定期的对所使用的沸石捕集器(分子筛)进行加温到大约250℃的温度再生。催化阱则通过气体吹扫再生。
当颗粒物温度较高时建议使用气旋分离器
在分子级流量范围内,旋片泵的抽气能力因流导损失(阻力)而降低。这一点应该在确定真空泵规格选择时根据实际应用情况加以考虑。这也适用于后续的粉尘过滤器(图3)。不同压力范围内的流导值(单位:L/s) 可从生产厂家的使用说明中获悉。
在一些工艺过程中会产生颗粒物或者是大量粉尘。为了防止真空泵在这种工况环境中受到机械性损伤,延长润滑油的更换周期,应在真空泵入口侧增加粉尘过滤器。根据应用的不同,粉尘过滤器有多种多样的类型:纸质滤芯、聚酯滤芯、碳纤维滤芯或者含油滤芯(Rasching公司的Ringe品牌)等等。对于剥蚀性颗粒物可以采用气旋分离器和带滤芯的过滤器的双级结构。气旋分离器的另外一个优点是:热的颗粒物可以在旋转运动过程中被冷却。
真空泵入口和出口的公称尺寸都是真空泵生产厂家按照泵的最大抽速确定的。因此保证泵进气口公称尺寸与泵的公称口径的一致性是非常重要的。否则,在特定的分子流量级时的抽速会因流导损失而明显的减小。
排气管的尺寸至少也应与泵的公称口径相适应,否则公称尺寸太小、气体流量太大时会产生过高的排气背压,对泵的使用寿命带来机械性损伤。另外,噪声也会明显提高。
如果排气管道向上走,那么应在管道的最低点设计成虹吸式的结构,以防止蒸汽向上走时产生的冷凝液返回流入泵中。经最低点的放水阀可以排空虹吸管中的积水。也可以在真空泵接管上方大约20~50cm处、在排气管中增加一个冷凝水分离器,由它来收集冷凝水;一般不建议直接在泵的出口处安装,因为通过直接连接会吸收泵的热量从而降低其效用。
在最大压差情况下需要足够的冷却
由于旋片泵是向外分散热量的,因此应有足够的散热装置,必要时需要增加附加的通风冷却。这一点对于安装在设备内部的真空泵以及隔音罩内的真空泵尤为重要。否则会引起真空泵润滑油油温过高,影响真空泵的正常工作。
罗茨泵工作时是纯容积式的,与旋片泵相比没有内部压缩机理,它是对排出气流进行压缩。与旋片泵不同,罗茨泵所有与工作介质接触的零部件都不用润滑油润滑。因此不建议当罗茨泵在最大压差下工作时不做冷却而直接要求抽到极限真空度。在极限真空工况下,热量无法由很小或者几乎为零的气流导出,而且也几乎没有多少热量可以经真空泵外壳散发。由于温度的突然升高会使转子和泵体之间的气隙变小,产生接触(图4)。在极端情况下会导致罗茨泵彻底卡死。
环境温度突然的明显下降可能带来的后果是:罗茨泵外壳收缩,罗茨转子却还很热,从而使泵体和外壳发生接触。这在达到泵的极限真空度时最易发生,从图5和图6中可以清楚的看到其结果。另外还要注意:冬季时罗茨泵旁的大门或卷门不要突然打开;在室外工作的罗茨泵至少要安装在棚子里,保护罗茨泵避免因为雨淋而突然降温。
若在救火过程中消防水直接喷射到罗茨泵上时,有可能导致泵体热胀冷缩而开裂。由于球墨铸铁有着很高的机械强度,因此是非常合适制造罗茨泵泵体的材料。当罗茨泵在其最大压差值附近运行时,应做好过热防护;为避免故障损失应尽可能的在靠近排气出口处安装一个温度传感器。它会在达到临界温度时发出报警提示,在达到允许的最高温度时自动停止罗茨泵的工作。
也有一些应用如真空传输室(L/L)那样的、工作节拍为几秒钟的快速抽真空过程。在这种情况下要注意,罗茨泵与前级泵之间的配比应为1:2。这是非常必要的。因为从大气压到0.01MPa所需抽真空的时间较长,而且当气压达到0.001MPa时罗茨泵才能真正的开始工作。基于这一原因,前级泵的规格型号应大一些。
延长真空泵组使用寿命的措施
为避免出现电流峰值和功率突变,在多级泵组中或者在多个并联工作的真空泵组合中,从大气下启动的前级泵开始采取延时开启的措施是非常有意义的。这可以通过控制系统中的继电器来实现。另一种替代方案就是利用变频器缓慢的提高泵的转速。
突然的液体冲击也能够给真空泵带来毁灭性的损伤。因为它会给泵造成突如其来的冷却。由液体冲击附带产生的蒸汽量也无法很快的排出,因为此时前级泵运转也处于超载工况,前级泵的真空压力也会突然上升过高。为了避免这种情况的发生,可以在工艺腔体和罗茨泵之间增加一个冷凝器。
对于易产生粉尘和微粒的生产工艺,在罗茨泵入口侧增加一个粉尘过滤器是非常值得推荐的。对于较大的颗粒,例如在焊接后因为没进行彻底的清洁而导致第一次抽真空时可能被真空泵吸入的焊渣,进气口侧安装一个防护网罩是非常有帮助的。此时,应首先考虑使用生产厂家提供的附件。防护装置应与真空泵的流量特性保持一致,否则如果其横截面与真空泵入口尺寸不相匹配,就会出现一些意想不到的功率损失。

图3 没有使用粉尘过滤器的旋片泵进气口

图4 转子与缸套发生了接触;这台泵的抽气系统必须更换了

图5 极限真空时因未冷却而切换引起受损的罗茨泵

图 6 没有冷却而产生的局部过热
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