基于真空泵常見機(jī)械故障分析

2013-10-25 張惠山西潞安煤基合成油有限公司

　　單級(jí)雙吸泵真空泵的特點(diǎn)是把旋轉(zhuǎn)水環(huán)當(dāng)做活塞來改變泵腔的容積，以達(dá)到吸氣、壓縮和排氣的目的，文中基于這類真空泵分析了軸裂、斷的故障、真空泵葉片斷裂、軸承磨損問題等方面的機(jī)械故障及相應(yīng)的處理方法，這一研究對于相關(guān)安全性能的改進(jìn)具有一定的意義。

　　單級(jí)雙吸泵真空泵和普通的水泵作用一樣，其特點(diǎn)是把旋轉(zhuǎn)水環(huán)當(dāng)做活塞來改變泵腔的容積，以達(dá)到吸氣、壓縮和排氣的目的。它的零部件包括轉(zhuǎn)子葉輪、泵殼、端板、閥片、軸承、進(jìn)排氣口、進(jìn)口單向閥、軸端密封等。通常情況下，軸端是密封的，是利用帶水封環(huán)的填料進(jìn)行密封處理的，其中密封水是通過端板上的孔道導(dǎo)入導(dǎo)水封環(huán)位置的。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)發(fā)布本文主要是基于這類真空泵，分析了常見的機(jī)械故障問題，這一研究對于相關(guān)安全性能的改進(jìn)具有一定的意義。

1、真空泵機(jī)械故障分析

　　1.1、軸裂、斷的故障分析

　　在使用真空泵的過程中，可能會(huì)出現(xiàn)軸裂的現(xiàn)象，這是因?yàn)檎婵毡玫氖褂脳l件決定其運(yùn)行過程中受力不一致，這就造成了軸與葉輪配合的部分發(fā)生磨損，擴(kuò)大了軸與葉輪的間隙，隨著葉輪在軸上竄動(dòng)，間隙會(huì)越來越大，受力也越來不均勻，因此軸裂的間隙更大了。而且當(dāng)葉輪在軸上不斷竄動(dòng)時(shí)，葉輪會(huì)一次又一次的和兩側(cè)泵蓋碰撞磨損，這也會(huì)造成葉輪與泵蓋間的間隙變大，甚至?xí)箼C(jī)泵失效，失去作用。研究分析斷軸的斷面，我們可以發(fā)現(xiàn)軸斷的位置是非常特殊的，通常只有在鍵槽或截面突變處才會(huì)發(fā)生軸端，而且斷面和軸線幾乎重合，斷面是光滑的，露出了金屬物質(zhì)，但是相對的下面比較粗糙，這也充分證明了是設(shè)備是由于長期使用造成的。

　　這種故障改如何改良呢?首先要改變軸的原材料。泵軸的制作物質(zhì)是45# 鋼，調(diào)質(zhì)處理后的布氏硬度HB 是241～303。經(jīng)驗(yàn)表明，它的硬度符合調(diào)制處理后的45# 鋼硬度。1Cr18Ni9Ti 是最好的材料，這是轉(zhuǎn)軸的工作環(huán)境決定的，因?yàn)檫@種材料耐磨性好、抗性強(qiáng)，有利于偏心載荷，達(dá)到轉(zhuǎn)軸和軸孔的良好的配合效果。如果增加軸徑后再對泵體、軸承等進(jìn)行修改，能夠滿足設(shè)計(jì)要求，所以再次設(shè)計(jì)、改良真空泵是非常必要的。

　　1.2、真空泵葉片斷裂

　　真空泵葉片斷裂和掉落的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，而且是從根部斷裂開始的，在起動(dòng)期間發(fā)生最多。葉片斷裂原因: 葉片根部斷裂是由于葉片在旋轉(zhuǎn)過程中受力不均造成的。因?yàn)殡S著葉片的旋轉(zhuǎn)，要受到兩個(gè)互為反向的壓力周期的作用，而且根部受彎矩最大，一定會(huì)損傷葉片的根部，斷裂也就隨之發(fā)生了。解決方法探討:

　　(1)替換其他材料的葉輪，用鑄鋼材料最佳。

　　(2)調(diào)整起動(dòng)的方式，也就是用繞線式電機(jī)變速起動(dòng)環(huán)鼠籠式電機(jī)直接起動(dòng)。

　　(3)根據(jù)SZ 型真空泵的作用不同，提高設(shè)備性能。

　　1.3、軸承磨損問題

　　如果泵軸的工作環(huán)境能夠使其腐蝕，就會(huì)使其表面粗糙，產(chǎn)生疲勞裂紋，降低軸的疲勞極限，下面我們以SZ-4 型為例進(jìn)行研究。

　　為了調(diào)整葉輪，使其和泵體兩端的間隙均勻，我們可以使SZ-4 型泵軸和葉輪相結(jié)合采用Φ90D/d，基孔制二級(jí)配合。這樣的配合方式會(huì)造成腐蝕性氣體腐蝕軸和葉輪的配合表面，因此間隙增加，葉輪和軸的碰撞也會(huì)減弱軸的強(qiáng)度。另外，SZ-4 型水環(huán)式真空泵的軸承中有兩個(gè)313 單列向心球軸承，然而這種軸承并沒有改變偏差的作用，而且對安裝操作也提出了較高的要求。國外的設(shè)計(jì)作品中有的軸承中是使用前、后各一個(gè)雙列向心球面球軸承或雙列向心球面滾子軸承，如圖1 所示。

基于真空泵常見機(jī)械故障分析

圖1

　　西德產(chǎn)2BK4386-3Z(H)型泵就是采用前、后各一個(gè)單列向心短圓柱滾子軸承、各一個(gè)雙向推力球軸承和二個(gè)壓力彈簧。如圖2 所示。

基于真空泵常見機(jī)械故障分析

圖2

　　上面的兩個(gè)例子說明國外的水環(huán)泵能夠使軸在軸向、徑向自動(dòng)調(diào)位，因此能夠減少安裝過程的麻煩，也消除了SZ-4 型泵軸的弊端。

　　在軸承設(shè)計(jì)中我們可以用3616 雙列向心球面滾子軸承代替313 單列向心球軸承，這在很大程度上提高靜負(fù)荷，從5 400 kg 增加到16 000 kg，有利于降低在安裝過程中的扭力，而且增加了軸承的更換時(shí)間周期。與此同時(shí)，用3613 代替313 軸承，會(huì)拓寬軸承的寬度，即從33 mm 增加到48 mm，因此軸和軸承座尺寸也會(huì)有所變化。