工業(yè)爐真空系統(tǒng)故障診斷與測量

陸英韜，金 輝，張荊德，張興成

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

近年來，隨著工業(yè)真空爐被廣泛應(yīng)用，一些老爐子在加工中容易出現(xiàn)零件變色、加工效率下降等問題，影響零件加工質(zhì)量和效率。因此如何快速判斷故障部位、規(guī)范維修操作、準(zhǔn)確測量，是中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司設(shè)備維修人員近期主要關(guān)注的問題。

一、真空爐結(jié)構(gòu)

典型真空爐結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

爐子的真空系統(tǒng)主要由真空室、泵系統(tǒng)、各控制閥及熱交換器組成。工作時，首先啟動機(jī)械泵，打開主路閥，對真空室及管路抽真空。當(dāng)真空壓力低于規(guī)定值時，啟動羅茨泵，打開旁路閥對擴(kuò)散泵抽真空。當(dāng)真空壓力低于擴(kuò)散泵允許值時，接通加熱按鈕，對擴(kuò)散泵進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)擴(kuò)散泵預(yù)熱至規(guī)定溫度并且真空壓力低于系統(tǒng)規(guī)定值時，打開高真空閥，對真空室抽高真空。

二、如何快速判斷真空系統(tǒng)故障的部位

當(dāng)爐子抽不到預(yù)定的極限真空時，原因主要有五個方面：真空室或管路漏氣、真空泵工作不正常、真空計故障、爐體冷卻微漏、材料放氣。

1.真空室或管路漏氣的判斷方法

首先測定并計算“升壓率”，如果升壓率低于設(shè)備允許值（例如：要求＜0.667Pa/h），可以認(rèn)為爐子不漏氣，反之漏氣。漏氣可以應(yīng)用檢漏儀檢漏。

2.真空泵的判斷方法

如果系統(tǒng)不漏氣，那有可能就是真空泵壞了，但在進(jìn)行真空泵檢測前，先看一下泵油的情況，如果油渾濁或已經(jīng)氧化變質(zhì)，就先換油再試。

（1）機(jī)械泵、羅茨泵抽氣能力的判斷方法

準(zhǔn)備工作：按照真空室或管路漏氣的判斷方法，確認(rèn)管路無漏氣；在管路上找到合適位置安裝備用的低真空規(guī)管，再將這個規(guī)管的電纜線連接到爐子真空計的備用通道上。

首先關(guān)閉圖1中的主路閥和旁路閥。然后單獨開啟機(jī)械泵，一段時間后讀取管路中極限真空壓力數(shù)值，對比說明書上機(jī)械泵出廠的極限壓力指標(biāo)，即可判斷出泵的性能好壞。

同樣關(guān)閉圖1中的主路閥和旁路閥。在機(jī)械泵符合要求的前提下，同時開啟機(jī)械泵和羅茨泵，一段時間后讀取管路中極限真空壓力數(shù)值，再對比這臺爐子說明書，要求羅茨泵能抽到的壓力范圍，就可以判斷出羅茨泵的好壞。

（2）擴(kuò)散泵抽氣能力的判斷方法

正常操作設(shè)備，依次開啟機(jī)械泵和羅茨泵，當(dāng)爐內(nèi)真空壓力可以達(dá)到擴(kuò)散泵的啟動條件，擴(kuò)散泵就可啟動。如果擴(kuò)散泵開啟一段時間后，爐內(nèi)極限真空壓力不能達(dá)到工藝要求，則擴(kuò)散泵有問題。

3.真空計的判斷方法

有時故障是由于真空計損壞或設(shè)置不當(dāng)造成的。

4.其他方面的判斷方法

有時爐子的極限真空度和升壓率都符合工藝要求，但是加工后零件表面有變色現(xiàn)象。這時很有可能是爐內(nèi)漏水造成的，需要查找漏點。

如果爐子停機(jī)一段時間，再次啟動后需要按照設(shè)備說明書進(jìn)行烘爐（洗爐）操作，之后設(shè)備才能恢復(fù)正常（在停爐期間，應(yīng)保持爐內(nèi)真空壓力＜1Pa）。

三、真空檢漏的方法與儀器

1.真空檢漏方法

在真空檢漏時應(yīng)將示漏物質(zhì)加到被檢器壁的某處，再用儀器檢測通過漏孔逸出的示漏物質(zhì)。

2.檢漏儀

氦質(zhì)譜檢漏儀就是用氦氣做示漏氣體的質(zhì)譜檢漏儀，是真空檢漏中靈敏度最高、用得最普遍的一種檢漏儀器。

3.檢漏過程中的注意事項

檢漏儀連接好后，讓爐子先抽一會真空，待爐內(nèi)真空壓力低于檢漏儀的進(jìn)口壓力要求時，方可打開測試口的旋轉(zhuǎn)閥門。檢漏儀在工作狀態(tài)下要避免振動，停機(jī)20min以后才允許移動。

四、真空泵性能測試

1.真空泵特征

（1） 機(jī)械泵

機(jī)械泵是行業(yè)內(nèi)對真空爐粗抽泵的俗稱，較常用的有旋片真空泵和滑閥真空泵。機(jī)械泵可單獨工作或作為高真空機(jī)組的前級，其極限真空約10-1Pa量級，一般工作時可以將真空室抽到幾帕（Pa）量級。

（2） 羅茨泵

羅茨泵是一種常用的增壓真空泵，工作真空范圍為200～10-1Pa。羅茨泵不能單獨工作，需有機(jī)械泵作為前級泵，主要用于提高抽氣速率和極限真空度。

（3） 擴(kuò)散泵

擴(kuò)散泵是一種常用的高真空泵，極限真空度一般可達(dá)10-4Pa。擴(kuò)散泵不能單獨工作，需機(jī)械泵或機(jī)械泵、羅茨泵組合作為前級泵。

2.真空泵性能測量

（1） 機(jī)械泵測試方法

參照《旋片式真空泵性能測量方法JB/T6533-97》、《滑閥式真空泵性能測量方法JB/T1246-97》標(biāo)準(zhǔn)，可制做測試裝置如圖2所示。

①極限壓力測量

泵按規(guī)定條件運(yùn)轉(zhuǎn)，在不引入氣體的試驗罩內(nèi)趨向穩(wěn)定的最低壓力。

②抽氣速率測量

采用定壓法測泵的抽氣速率S。從試驗罩流過的氣體流量Q(觀察流量計)與規(guī)定位置上的平衡壓力p(略高于極限壓力的適當(dāng)值)的比值，即：S＝Q/p（L/s）。

（2） 羅茨泵測試方法

參照《羅茨真空泵性能測量方法JB/T7674-95》標(biāo)準(zhǔn)，可制做測試裝置如圖3所示。

極限壓力和抽氣速率的計算方法，與機(jī)械泵相同。但要求配用羅茨泵推薦的前級泵。

（3） 擴(kuò)散泵測試方法

參照《蒸氣流真空泵性能測量方法JB/T8272.1-96》標(biāo)準(zhǔn)，可制做測試裝置如圖4所示。

極限壓力和抽氣速率的計算方法，與機(jī)械泵相同。但需要注意測試條件：擴(kuò)散泵加熱功率及冷卻條件應(yīng)符合泵的規(guī)定；擴(kuò)散泵油種類、牌號和用量以及配用前級泵均應(yīng)符合泵的規(guī)定。