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羅茨真空泵性能試驗(yàn)方法

來(lái)源：成都新德南光機(jī)械設(shè)備有限公司 | 發(fā)布時(shí)間：2018-08-25 |

本文把試驗(yàn)研究提高到一個(gè)前所未有的高度來(lái)認(rèn)識(shí)，羅茨泵的特性和質(zhì)量是設(shè)計(jì)和制造出來(lái)的，試驗(yàn)是產(chǎn)品特性的前導(dǎo)和鑒證。分析探討了試驗(yàn)研究與設(shè)計(jì)、工藝之間的關(guān)系，以及它們對(duì)羅茨泵的特性，如漏率、零流量壓縮比、最大容許壓差、噪聲和振動(dòng)以及運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性、可靠性所帶來(lái)的影響，對(duì)多發(fā)性和容易出現(xiàn)的問(wèn)題提出了解決和改進(jìn)的措施。分析研究了試驗(yàn)條件、試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法對(duì)保證和鑒證羅茨真空泵特性的重要性，指出試驗(yàn)研究為產(chǎn)品的發(fā)展提供了設(shè)計(jì)依據(jù)和研究方向。嘗試了設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)研究三結(jié)合，取得了豐碩的成果。

　　羅茨真空泵的特征性能和質(zhì)量是設(shè)計(jì)和制造出來(lái)的，設(shè)計(jì)是保證羅茨泵特征性能和質(zhì)量的先決條件，工藝則是性能和質(zhì)量的保證，設(shè)計(jì)決定了羅茨泵的特征性能，而試驗(yàn)研究更是特征性能的前導(dǎo)和鑒證，為產(chǎn)品的發(fā)展提供了設(shè)計(jì)依據(jù)和研究方向。

1、工藝與試驗(yàn)
　　工藝是設(shè)計(jì)質(zhì)量的保證，但又必須通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果又反過(guò)來(lái)促進(jìn)工藝的改進(jìn)。羅茨泵轉(zhuǎn)子加工后的形狀和嚙合間隙是直接影響羅茨泵零流量壓縮比和最大容許壓差的關(guān)鍵。轉(zhuǎn)子的形狀直接影響到轉(zhuǎn)子之間的嚙合間隙，間隙過(guò)小，不能承受最大容許壓差的考驗(yàn)，也就會(huì)影響泵安全運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。羅茨泵的溫度與壓差成正比，隨著壓差的增加，泵溫會(huì)越來(lái)越高，熱膨脹將使轉(zhuǎn)子之間的間隙越來(lái)越小，甚至發(fā)生碰撞和尖銳的噪聲，嚴(yán)重時(shí)轉(zhuǎn)子之間將會(huì)卡住。

　　間隙過(guò)大或間隙不均勻，將使羅茨泵通過(guò)轉(zhuǎn)子之間的間隙由出口向入口返流的氣體增加，零流量壓縮比下降。零流量壓縮比與最大容許壓差是相互制約的一對(duì)矛盾，設(shè)計(jì)時(shí)必須統(tǒng)籌兼顧，既要保證間隙的均勻性，又要保證它的合理性。

　　羅茨泵轉(zhuǎn)子與側(cè)蓋之間的間隙也是直接影響羅茨泵零流量壓縮比和最大容許壓差的關(guān)鍵。在高壓差運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子溫度很高，由于長(zhǎng)度方向的熱膨脹，使轉(zhuǎn)子有一定的伸長(zhǎng)。泵體溫度相對(duì)比較低，伸長(zhǎng)量不大，為了保證運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，所以在轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度方向與兩側(cè)蓋之間保持了一個(gè)適當(dāng)?shù)拈g隙。為了便于間隙的控制，通常設(shè)一端為固定端，它的間隙比較小，另一端為活動(dòng)端，使轉(zhuǎn)子在長(zhǎng)度方向的伸長(zhǎng)只能向活動(dòng)端延伸。

　　當(dāng)然泵缸和轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度公差必須由加工工藝來(lái)保證，轉(zhuǎn)子與側(cè)蓋間的間隙調(diào)整則由裝配工藝來(lái)執(zhí)行。為了保證上述間隙調(diào)整工作的正常進(jìn)行，首要的是，要確保固定端是真正的固定的。根據(jù)我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，它的關(guān)鍵在于軸承，要選用質(zhì)量好、精度高的軸承。對(duì)羅茨泵而言，要確保固定端的固定，軸承的軸向竄動(dòng)應(yīng)當(dāng)越小越好，但軸承的數(shù)據(jù)中通常沒(méi)有軸向游隙這一項(xiàng)，實(shí)際上徑向游隙越小，表明它的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件之間的間隙就越小，軸向游隙也就越小，軸向竄動(dòng)就小。需要注意的是，同一只軸承的軸向游隙要大于徑向游隙，因此要知道軸承的軸向游隙最好實(shí)際測(cè)量。

　　上述間隙究竟控制為多少才是最合適的呢?必須通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。為此我們?cè)鬟^(guò)多種多樣的、超負(fù)荷的、甚至是破壞性試驗(yàn)，特地通過(guò)工藝安排，制作了各相關(guān)部位、多種間隙的羅茨泵，按國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和同類產(chǎn)品要求，做了數(shù)月的各種試驗(yàn)，也損壞了好多臺(tái)泵，得出了符合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況的一系列間隙數(shù)據(jù)。


　　滿負(fù)荷、超負(fù)荷的研究性深入試驗(yàn)使我們發(fā)現(xiàn)了不少問(wèn)題，運(yùn)轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)子與泵體的碰擦就是其中之一。羅茨泵在最大容許壓差下運(yùn)轉(zhuǎn)1h，泵體出口處的氣流溫度高達(dá)240℃~260℃，轉(zhuǎn)子溫度基本上也在這個(gè)范圍內(nèi)，由于出口處泵體和轉(zhuǎn)子都處于高溫狀態(tài)下，所以二者之間雖有一定程度的溫差，但也一般不會(huì)發(fā)生碰擦;而在泵進(jìn)口處則不是如此，因?yàn)檫@里沒(méi)有對(duì)氣體進(jìn)行壓縮，所以進(jìn)口處泵體的溫度一般只有40℃~50℃，進(jìn)口處泵體與轉(zhuǎn)子的溫差高達(dá)200℃以上，如在進(jìn)口處仍然保持原來(lái)的間隙，則很難保證泵體與轉(zhuǎn)子之間的熱膨脹而不發(fā)生碰擦;如將進(jìn)、出口處的間隙都放大，則勢(shì)必影響零流量壓縮比，因此只能將進(jìn)口處泵體與轉(zhuǎn)子間的間隙適當(dāng)放大。

　　此外，羅茨泵的轉(zhuǎn)子軸通常屬于細(xì)長(zhǎng)軸類型，在徑向受力的情況下會(huì)產(chǎn)生程度不同的撓度，在羅茨泵進(jìn)行最大容許壓差試驗(yàn)時(shí)，或在高壓差條件下工作時(shí)，轉(zhuǎn)子軸所受力的方向是從出口指向進(jìn)口的，因此也須將進(jìn)口處泵體與轉(zhuǎn)子間的間隙適當(dāng)增加。

　　根據(jù)這兩種聯(lián)合作用的情況，為避免轉(zhuǎn)子與泵體進(jìn)口處發(fā)生碰擦，必須在轉(zhuǎn)子軸中心與泵缸中心之間作適當(dāng)?shù)墓に囌{(diào)整，將轉(zhuǎn)子軸中心適當(dāng)下移(相對(duì)于泵缸中心)，這樣將使泵出口處的間隙適當(dāng)減少，進(jìn)口處的間隙適量放大，既不影響零流量壓縮比，又保證了高壓差運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的可靠性。通過(guò)工藝改進(jìn)，既解決了問(wèn)題，又進(jìn)一步提高了泵的質(zhì)量。

　　軸承的軸向游隙也是試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)重要問(wèn)題，我們?cè)龅竭^(guò)這樣的一個(gè)情況，一批羅茨泵在最大容許壓差試車時(shí)，有多臺(tái)泵端面卡死，拆檢發(fā)現(xiàn)泵的相關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)零部件公差都符合要求，一時(shí)也找不出其它原因。為此我們隨意抽取了10 臺(tái)泵，送試驗(yàn)室做進(jìn)一步嚴(yán)格試驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)

　　有數(shù)臺(tái)泵的端面卡死。零部件尺寸檢測(cè)也都合格，最后懷疑是否是軸承的間隙有問(wèn)題，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同一批購(gòu)入的所謂“進(jìn)口”軸承中，只有少數(shù)幾只軸承的軸向竄動(dòng)(游隙)為0.05mm，大部分都在0.25mm~0.30mm，顯然這是一批冒牌的軸承，這樣的軸承用到羅茨泵上，固定端幾乎變成了活動(dòng)端，正常的間隙就無(wú)法保證了。自此以后，嚴(yán)格規(guī)定軸承采購(gòu)必須從正規(guī)渠道進(jìn)貨，軸承進(jìn)庫(kù)隨機(jī)抽檢，徹底杜絕了上述事件的再現(xiàn)。因此，采購(gòu)也是一道工序，也必須嚴(yán)格尊循有關(guān)規(guī)定。


2、齒輪的實(shí)用檢查
　　齒輪的加工和檢驗(yàn)需要專用設(shè)備，為了降低成本和提高生產(chǎn)效率，通常羅茨泵生產(chǎn)廠家都采取外加工的形式，但這些齒輪使用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣和那樣的問(wèn)題，所以檢驗(yàn)是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。


　　一般羅茨泵生產(chǎn)廠不可能配備齒輪專用檢驗(yàn)設(shè)備，也不會(huì)花精力去逐項(xiàng)檢查齒輪精度，因?yàn)閷I(yè)加工的齒輪通常不會(huì)出現(xiàn)太大的問(wèn)題，所以最簡(jiǎn)單、最有效的方法是配對(duì)實(shí)用檢查。實(shí)用檢查是在保證齒輪中心距處于中公差的工裝上進(jìn)行的，主要檢查齒輪嚙合情況和間隙，檢查后齒輪必須配對(duì)使用，這一方法我們使用多年，確有成效。除此以外，更多的問(wèn)題還需通過(guò)試驗(yàn)來(lái)發(fā)現(xiàn)和解決。


　　齒輪偏差所造成的問(wèn)題主要是運(yùn)轉(zhuǎn)中的非正常接觸，也就勢(shì)必產(chǎn)生異常噪聲，因此可以通過(guò)噪聲的測(cè)量和分析來(lái)解決。不同的問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生不同頻率的噪聲，通過(guò)噪聲頻譜分析就可以分析噪聲產(chǎn)生的原因來(lái)予以解決。齒輪噪聲的基頻為：


羅茨真空泵性能試驗(yàn)方法探討


a、齒形偏差


　　齒形偏差所造成的嚙合不正常將視偏差程度而產(chǎn)生高低程度不同的噪聲，它的噪聲頻率可按式(1)計(jì)算。這種情況一般不宜返工，因?yàn)橹匦露ㄎ话惭b，容易產(chǎn)生新的定位偏差。情況如不是十分嚴(yán)重，可以采取在齒形上涂一層極細(xì)的金剛砂，進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)研磨，可以取得良好的效果。


b、齒輪間隙過(guò)小


　　造成兩個(gè)齒輪之間間隙過(guò)小的原因有：齒輪加工中的齒形偏胖，或是兩側(cè)蓋加工中軸承孔的中心距偏小而導(dǎo)致的齒輪中心距偏小，它將使運(yùn)轉(zhuǎn)中的齒輪嚴(yán)重?cái)D壓、發(fā)熱，并發(fā)出連續(xù)的高頻噪聲。


　　在噪聲頻譜上的齒輪噪聲基頻處可以發(fā)現(xiàn)噪聲異常(高)，拆檢時(shí)可以發(fā)現(xiàn)齒輪表面有異常的擠壓痕跡，如不及時(shí)更換，齒輪繼續(xù)發(fā)熱膨脹下去，將導(dǎo)致卡住。


c、齒輪間隙過(guò)大


　　齒輪之間間隙過(guò)大的原因有：齒輪加工中齒形偏瘦，或是兩側(cè)蓋軸承孔的中心距偏大而導(dǎo)致的齒輪中心距偏大，從而使轉(zhuǎn)子之間的間隙調(diào)整困難，甚或無(wú)法調(diào)整，更明顯的是，在泵停車過(guò)程中，由于主動(dòng)轉(zhuǎn)子(帶著電動(dòng)機(jī))與從動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是不同的，造成停轉(zhuǎn)過(guò)程中旋轉(zhuǎn)速度的降低不一致，致使主動(dòng)轉(zhuǎn)子與從動(dòng)轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生撞擊，該撞擊發(fā)出的噪聲非常響亮，而且它的頻率隨著旋轉(zhuǎn)速度的下降而下降，僅憑耳朵的感覺(jué)就能迅速分辨出來(lái)。這種在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中并不發(fā)生、而只在停止轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中發(fā)生的噪聲，就是齒輪間隙過(guò)大所造成之噪聲的特征。發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)必須更換齒輪，也許將偏胖與偏瘦的齒輪配對(duì)檢查，或許勉能使用。


3、齒輪的定位的可靠性
　　羅茨泵的定位結(jié)構(gòu)通常有三種，即鍵定位、脹圈定位和過(guò)盈定位。鍵定位一般只用在小泵上，長(zhǎng)期使用后鍵定位容易松動(dòng)，現(xiàn)在已很少使用。脹圈定位使用得最普遍，它由專業(yè)廠生產(chǎn)，質(zhì)量有保證，裝拆方便、使用可靠，但對(duì)裝配工藝要求較高。目前從30L/s~1200L/s 都采用脹圈定位，為了考核它的可靠性，考慮到泵啟動(dòng)時(shí)的扭矩最大，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了間斷啟動(dòng)裝置，3 分鐘啟動(dòng)一次，連續(xù)反復(fù)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)了3 天，證明脹圈定位結(jié)構(gòu)非常可靠，才大量采用。


　　過(guò)盈定位可傳遞大功率，而且使用絕對(duì)可靠，適用于大、中型泵，但它必須配備液壓工具，給修理工作帶來(lái)一定的不便。要注意的問(wèn)題是，它的過(guò)盈面是錐形結(jié)合面，齒輪錐形孔的錐度與軸的結(jié)合面的錐度必須從工藝上保持一致，加工后一定要嚴(yán)格認(rèn)真檢驗(yàn)。如內(nèi)、外錐面結(jié)合不良，將造成裝配時(shí)油壓上不去，齒輪就無(wú)法在軸上定位;即使勉強(qiáng)安裝上去了，定位也并不可靠，以后進(jìn)行檢修時(shí)，也將因?yàn)橛蛪荷喜蝗ザ鵁o(wú)法拆卸，這種情況時(shí)有發(fā)生。因此如發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外錐面結(jié)合不良時(shí)必須進(jìn)行返工，輕度的也可對(duì)內(nèi)、外錐面的結(jié)合面進(jìn)行研磨來(lái)解決。齒輪發(fā)生移位，在噪聲頻譜圖上可發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子撞擊基頻處噪聲異常。移位的后果非常嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生撞擊，甚至整臺(tái)泵遭到破壞，應(yīng)絕對(duì)避免。


4、齒輪和軸承的潤(rùn)滑
　　羅茨泵的潤(rùn)滑可能最不會(huì)引人注意，但當(dāng)你的泵長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有啟用或間斷使用時(shí)，齒輪和軸承上所粘附的潤(rùn)滑油已經(jīng)基本流盡，當(dāng)你再次啟動(dòng)泵時(shí)，由于粘度的關(guān)系，油不能及時(shí)供給，造成短暫性缺油，齒輪和軸承會(huì)發(fā)出一陣異常剌耳的噪聲，隨著轉(zhuǎn)速上升、啟動(dòng)過(guò)程的完成，噪聲會(huì)逐漸消失。這種現(xiàn)象在氣溫比較低的時(shí)候，在大、中型泵中尤為嚴(yán)重。雖然這是短時(shí)缺油所造成的短暫性干摩擦現(xiàn)象，一時(shí)也不會(huì)造成多大的損害，但會(huì)給用戶和操作者帶來(lái)非常不好的印象，如經(jīng)常發(fā)生這種現(xiàn)象，也會(huì)產(chǎn)生不良后果。我們經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，采用了低粘度真空油(N32 和N46)來(lái)取代N100 真空油的辦法，使情況大為改善，基本上消除了這種現(xiàn)象。


　　軸承的供油也必須引起重視，通常齒輪和甩油盤甩上的油都能滿足軸承潤(rùn)滑的需要，但當(dāng)設(shè)計(jì)不合理、導(dǎo)致甩油盤甩上的油不到位，造成軸承缺油，軸承的噪聲將越來(lái)越響，直至軸承損壞。這種現(xiàn)象在立式羅茨泵上尤須注意。


5、振動(dòng)和共振
　　振動(dòng)是羅茨泵一個(gè)重要性能指標(biāo)，泵的轉(zhuǎn)子是鑄鐵(鋼)件，即使工藝保證轉(zhuǎn)子型線完全一致，但鑄件的組織結(jié)構(gòu)疏密程度不可能完全均勻，而且又處于1500~3000r/min 的高轉(zhuǎn)速下，所以轉(zhuǎn)子必須作動(dòng)平衡試驗(yàn)并進(jìn)行修正。不過(guò)即使是做了動(dòng)平衡試驗(yàn)，也還有一定的不平衡重量，也還有一定的振動(dòng)，這一點(diǎn)對(duì)大、中型泵來(lái)說(shuō)是需要重視的。


　　容易造成危害的是共振，當(dāng)羅茨泵的振動(dòng)頻率接近或與機(jī)架的振動(dòng)頻率重合時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生不同程度的共振，發(fā)生一陣一陣的、較大的或劇烈的振動(dòng)和噪聲，如不及時(shí)處理就會(huì)造成破壞。這就需要從工藝上采取措施，改變機(jī)架結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)離羅茨泵的振動(dòng)頻率。


6、試驗(yàn)與研究
　　綜上所述，一切都離不開試驗(yàn)研究。產(chǎn)品設(shè)計(jì)前的一些設(shè)想、方案和不同觀點(diǎn)都要需要通過(guò)試驗(yàn)研究來(lái)嘗試、來(lái)認(rèn)證，工藝上的改革、改進(jìn)需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)認(rèn)可、來(lái)求證，新產(chǎn)品試制后的性能需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確認(rèn)，使用中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題需要通過(guò)試驗(yàn)研究來(lái)改進(jìn)、來(lái)解決，即使是制訂新標(biāo)準(zhǔn)和修訂老標(biāo)準(zhǔn)，也需要通知試驗(yàn)研究來(lái)提供制訂和修訂所必要的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在國(guó)外試驗(yàn)室主任的級(jí)別大致相當(dāng)于副總工程師，可想而知，試驗(yàn)研究的工作是多么的重要。


　　要做好試驗(yàn)工作，首先要?jiǎng)?chuàng)造必要的試驗(yàn)條件，配備完整的試驗(yàn)裝置和設(shè)備，研究試驗(yàn)方案、制訂試驗(yàn)方法以及試驗(yàn)人員的培養(yǎng)。


　　具體的試驗(yàn)與研究方法請(qǐng)聯(lián)系本文作者咨詢與索取。


7、結(jié)束語(yǔ)
　　質(zhì)量是設(shè)計(jì)出來(lái)的，也是制造出來(lái)的，更需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)鑒證。工藝條件和試驗(yàn)保證了產(chǎn)品質(zhì)量，保證了產(chǎn)品能夠達(dá)到泵的各項(xiàng)特征性能指標(biāo)，保證了泵運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。試驗(yàn)研究也為產(chǎn)品的發(fā)展提供新依據(jù)和研究方向。來(lái)源：真空技術(shù)網(wǎng)