基于真空泵常見機械故障分析

張 惠，盧晏波

（山西潞安煤基合成油有限公司，a.質檢部 b.氣化車間檢修，山西長治 046100）

基于真空泵常見機械故障分析

張 惠a，盧晏波b

（山西潞安煤基合成油有限公司，a.質檢部 b.氣化車間檢修，山西長治 046100）

單級雙吸泵真空泵的特點是把旋轉水環當做活塞來改變泵腔的容積，以達到吸氣、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械故障及相應的處理方法，這一研究對于相關安全性能的改進具有一定的意義。

真空泵；旋轉水環；機械故障；葉片斷裂

單級雙吸泵真空泵和普通的水泵作用一樣，其特點是把旋轉水環當做活塞來改變泵腔的容積，以達到吸氣、壓縮和排氣的目的。它的零部件包括轉子葉輪、泵殼、端板、閥片、軸承、進排氣口、進口單向閥、軸端密封等。通常情況下，軸端是密封的，是利用帶水封環的填料進行密封處理的，其中密封水是通過端板上的孔道導入導水封環位置的。文中文中基于這類真空泵，分析了常見的機械故障問題，這一研究對于相關安全性能的改進具有一定的意義。

1 真空泵機械故障分析

1.1 軸裂、斷的故障分析

在使用真空泵的過程中，可能會出現軸裂的現象，這是因為真空泵的使用條件決定其運行過程中受力不一致，這就造成了軸與葉輪配合的部分發生磨損，擴大了軸與葉輪的間隙，隨著葉輪在軸上竄動，間隙會越來越大，受力也越來不均勻，因此軸裂的間隙更大了。而且當葉輪在軸上不斷竄動時，葉輪會一次又一次的和兩側泵蓋碰撞磨損，這也會造成葉輪與泵蓋間的間隙變大，甚至會使機泵失效，失去作用。研究分析斷軸的斷面，我們可以發現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發生軸端，而且斷面和軸線幾乎重合，斷面是光滑的，露出了金屬物質，但是相對的下面比較粗糙，這也充分證明了是設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。泵軸的制作物質是45#鋼，調質處理后的布氏硬度HB是241～303。經驗表明，它的硬度符合調制處理后的45#鋼硬度。1Cr18Ni9Ti是最好的材料，這是轉軸的工作環境決定的，因為這種材料耐磨性好、抗性強，有利于偏心載荷，達到轉軸和軸孔的良好的配合效果。如果增加軸徑后再對泵體、軸承等進行修改，能夠滿足設計要求，所以再次設計、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象也時有發生，而且是從根部斷裂開始的，在起動期間發生最多。

葉片斷裂原因:葉片根部斷裂是由于葉片在旋轉過程中受力不均造成的。因為隨著葉片的旋轉，要受到兩個互為反向的壓力周期的作用，而且根部受彎矩最大，一定會損傷葉片的根部，斷裂也就隨之發生了。

解決方法探討:

（1）替換其他材料的葉輪，用鑄鋼材料最佳。

（2）調整起動的方式，也就是用繞線式電機變速起動環鼠籠式電機直接起動。

（3）根據SZ型真空泵的作用不同，提高設備性能。

1.3 軸承磨損問題

如果泵軸的工作環境能夠使其腐蝕，就會使其表面粗糙，產生疲勞裂紋，降低軸的疲勞極限，下面我們以SZ-4型為例進行研究。

為了調整葉輪，使其和泵體兩端的間隙均勻，我們可以使SZ-4型泵軸和葉輪相結合采用Φ90D/d，基孔制二級配合。這樣的配合方式會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減弱軸的強度。另外，SZ-4型水環式真空泵的軸承中有兩個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。國外的設計作品中有的軸承中是使用前、后各一個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2BK4386-3Z（H）型泵就是采用前、后各一個單列向心短圓柱滾子軸承、各一個雙向推力球軸承和二個壓力彈簧。如圖2所示。

圖2

上面的兩個例子說明國外的水環泵能夠使軸在軸向、徑向自動調位，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。

在軸承設計中我們可以用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間周期。與此同時，用3613代替313軸承，會拓寬軸承的寬度，即從33mm增加到48mm，因此軸和軸承座尺寸也會有所變化。

2 結束語

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

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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，山西長治人，助理工程師，本科，山西潞安煤基合成油有限公司質檢部。