基于真空泵常見(jiàn)機(jī)械故障分析

張 惠，盧晏波

（山西潞安煤基合成油有限公司，a.質(zhì)檢部 b.氣化車(chē)間檢修，山西長(zhǎng)治 046100）

基于真空泵常見(jiàn)機(jī)械故障分析

張 惠a，盧晏波b

（山西潞安煤基合成油有限公司，a.質(zhì)檢部 b.氣化車(chē)間檢修，山西長(zhǎng)治 046100）

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(lái)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(wèn)題等方面的機(jī)械故障及相應(yīng)的處理方法，這一研究對(duì)于相關(guān)安全性能的改進(jìn)具有一定的意義。

真空泵；旋轉(zhuǎn)水環(huán)；機(jī)械故障；葉片斷裂

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(lái)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(guò)端板上的孔道導(dǎo)入導(dǎo)水封環(huán)位置的。文中文中基于這類真空泵，分析了常見(jiàn)的機(jī)械故障問(wèn)題，這一研究對(duì)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(guò)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(guò)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(lái)越大，受力也越來(lái)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(duì)的下面比較粗糙，這也充分證明了是設(shè)備是由于長(zhǎng)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(duì)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(kāi)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(guò)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(wèn)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(méi)有改變偏差的作用，而且對(duì)安裝操作也提出了較高的要求。國(guó)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。

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。

圖2

上面的兩個(gè)例子說(shuō)明國(guó)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(guò)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(guò)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33mm增加到48mm，因此軸和軸承座尺寸也會(huì)有所變化。

2 結(jié)束語(yǔ)

在研究分析軸孔磨損的過(guò)程中，改變配合方式就能夠降低軸孔磨損和軸振動(dòng)；更換軸的材質(zhì)或增加轉(zhuǎn)軸的尺寸也能夠很好的降低軸裂的發(fā)生率；軸承的損壞可以通過(guò)改變軸承類型來(lái)滿足要求。

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Analysis of Common Mechanical Failure based on the Vacuum Pump

ZHANGHuia，LU Yan-bob
(a.Quality Inspection Department，b.Gasification PlantMaintenance，Shanxi Luan Coal-based Synthetic OilCo.，Ltd.，Chang zhi Shanxi 046100，China)

The single stage double suction pump vacuum pump characteristic is the rotating water ring as a piston to change the pump cavity volume,in order to achieve suction,compression and exhaust purpose,based on this kind of vacuum pump analysisof the shaftcrack,fault fault,vacuum pump blade fracture,bearingwear problemsofmechanical failure and corresponding treatmentmethods,the research related to the improvement of safety performance has a certain significance.

vacuum pump；rotatingwater ring；mechanical failure；blade fracture

TE973

A

1672-545X（2013）03-0235-02

2012-12-04

張 惠（1985—）女，山西長(zhǎng)治人，助理工程師，本科，山西潞安煤基合成油有限公司質(zhì)檢部。