G-M低溫泵系統(tǒng)的故障診斷與分析
本文比較系統(tǒng)地總結(jié)了Gifford- McMahon (G- M)制冷循環(huán)的低溫泵系統(tǒng)的故障診斷與分析方法, 提出了低溫泵在使用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題與解決方案, 并結(jié)合實(shí)例詳細(xì)描述了解決故障的方法、工具和診斷過(guò)程。本文的方法可以為低溫泵系統(tǒng)的故障診斷和排除提供實(shí)際的指導(dǎo)作用。
低溫高真空泵(Cryogenic high- vacuum Pump),又稱低溫泵、冷泵、冷凝泵, 它可以高速抽取各種氣體, 既可以為科學(xué)研究提供潔凈的超高真空環(huán)境( 可以達(dá)到10-9Pa 的超高真空) , 又可提供超低溫的測(cè)試環(huán)境。它又是一種高效、耐用、應(yīng)用范圍很廣的超高真空泵。在低溫泵技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中最重大的突破是G-M(Gifford-McMahon) 制冷循環(huán)的應(yīng)用和二十世紀(jì)六十年代活性炭的應(yīng)用,這種低溫泵大量用于計(jì)算機(jī)芯片、半導(dǎo)體、平板顯示、數(shù)據(jù)記錄硬體和光電器件的制造過(guò)程中。低溫泵系統(tǒng)通常需要24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn), 全年365天持續(xù)工作。在日常運(yùn)行中可能發(fā)生種種故障, 對(duì)低溫泵的制冷能力和抽氣特性產(chǎn)生影響。國(guó)內(nèi)對(duì)低溫泵系統(tǒng)的故障也曾經(jīng)進(jìn)行了初步的研究 但內(nèi)容還遠(yuǎn)不能滿足解決大量實(shí)際問(wèn)題的需求。本文作者因工作關(guān)系比較系統(tǒng)地總結(jié)了低溫泵故障發(fā)生的類型以及故障診斷分析的方法和解決問(wèn)題的措施。目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)的低溫泵越來(lái)越多, 培養(yǎng)一個(gè)熟練掌握低溫泵性能的維修人員, 不但需要大量的理論培訓(xùn), 而且需要長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐訓(xùn)練, 成本高、周期長(zhǎng)。雖然低溫泵維修手冊(cè)中包含了一些故障處理方面的內(nèi)容, 但并不全面和具體, 遠(yuǎn)不能滿足技術(shù)人員在實(shí)際維護(hù)中的需要。本文的內(nèi)容是作者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié), 是對(duì)低溫泵維護(hù)手冊(cè)的補(bǔ)充, 可為使用低溫泵的科技人員提供一些現(xiàn)場(chǎng)檢修的實(shí)際指導(dǎo), 對(duì)提高檢修效率降低檢修成本有一定的實(shí)用意義。
1、低溫泵故障類型與診斷分析
1.1、壓縮機(jī)故障對(duì)低溫泵抽氣性能的影響
1.1.1、泄漏對(duì)低溫泵抽氣性能的影響
(1)氦氣壓縮機(jī)潤(rùn)滑油的泄漏
故障現(xiàn)象: 氦氣壓縮機(jī)內(nèi)部有潤(rùn)滑油泄漏故障分析和排除: 氦氣壓縮機(jī)由機(jī)械部件組成, 為了保證運(yùn)轉(zhuǎn)的正常需要對(duì)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。潤(rùn)滑油會(huì)與從低溫泵中回來(lái)的氦氣混合后進(jìn)入壓縮機(jī)的泵體。通過(guò)泵體壓縮后, 出來(lái)的是高溫高壓帶有潤(rùn)滑油的氦氣。通常壓縮機(jī)漏油分兩種情況: 第一種是壓縮機(jī)經(jīng)過(guò)多年的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后, 密封件老化, 造成泄漏。第二種是由壓縮機(jī)的安全閥引起的。在壓縮機(jī)的管路中裝有一個(gè)黃色銅制安全閥, 當(dāng)壓縮機(jī)內(nèi)部的壓力超過(guò)一定數(shù)值時(shí), 安全閥被推開(kāi), 高壓的潤(rùn)滑油與氦氣的混合物噴出, 造成漏油。
因此, 壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油泄漏分為密封件老化泄漏和安全閥打開(kāi)泄漏。這兩種情況都是不能完全避免的。而低溫泵系統(tǒng)通常是放在潔凈室內(nèi),不可以有任何泄漏污染工作環(huán)境。所以通常建議將低溫泵和壓縮機(jī)分開(kāi)放置, 即將壓縮機(jī)放置到潔凈室的外面, 以防萬(wàn)一。
(2) 氦氣壓縮機(jī)的氦氣泄漏
故障現(xiàn)象: 在壓縮機(jī)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后, 壓縮機(jī)內(nèi)的氦氣壓力會(huì)有所降低。
故障分析和排除: 這可能是由于兩種原因造成的。第一、在每次拆裝氦氣管路時(shí), 會(huì)損失一定的氦氣。氦氣管路的接頭為自密封型, 理論上每次拆裝只會(huì)有2 毫升的氦氣損耗。但實(shí)際操作時(shí), 有時(shí)會(huì)聽(tīng)到漏氣的聲音, 此時(shí)就有可能泄漏較多的氦氣。這種情況只需補(bǔ)充氦氣即可。第二、氦氣系統(tǒng)泄漏。氦氣系統(tǒng)的泄漏會(huì)造成氦氣的壓力持續(xù)降低, 最終會(huì)影響低溫泵的抽氣性能。這時(shí)需要使用帶有嗅探器(Sniffer) 的氦氣檢漏儀對(duì)整個(gè)低溫泵系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)漏。排除漏點(diǎn)后, 對(duì)壓縮機(jī)補(bǔ)充氦氣。
因此, 為了避免氦氣的泄漏, 通常盡量避免對(duì)氦氣管路進(jìn)行頻繁拆裝。在氦氣壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)多年后, 應(yīng)對(duì)密封件進(jìn)行更換, 特別是各電磁閥處的密封墊圈。
1.1.2、壓縮機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)低溫泵抽氣性能的影響
(1) 壓縮機(jī)完全不能運(yùn)轉(zhuǎn)
故障現(xiàn)象: 壓縮機(jī)完全不能啟動(dòng)
故障分析和排除: 壓縮機(jī)上安裝有主電源開(kāi)關(guān)和壓縮機(jī)開(kāi)關(guān)。在啟動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)應(yīng)該先開(kāi)啟主電源開(kāi)關(guān), 如果主電源開(kāi)關(guān)或壓縮機(jī)開(kāi)關(guān)立刻跳閘, 則表明電源的相序錯(cuò)誤或電壓錯(cuò)誤, 需要接入正確的電源相序和電壓。如果主電源開(kāi)關(guān)和壓縮機(jī)開(kāi)關(guān)都沒(méi)有跳閘, 檢查遠(yuǎn)程控制器是否正確安裝使用。
因此, 壓縮機(jī)完全不能啟動(dòng)通常是由于電源錯(cuò)誤或遠(yuǎn)程控制器安裝不正確。當(dāng)然, 壓縮機(jī)的電路損壞和機(jī)械部件損壞也會(huì)造成壓縮機(jī)完全不能運(yùn)轉(zhuǎn), 最常見(jiàn)的故障是由于電源相序錯(cuò)誤,將會(huì)有一個(gè)叫相位監(jiān)測(cè)器的元件損壞。
(2) 壓縮機(jī)只能運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘
故障現(xiàn)象: 在壓縮機(jī)開(kāi)啟后, 只能運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘, 就停止工作。
故障分析和排除: 查看主電源開(kāi)關(guān)是否跳閘, 如果跳閘, 則檢查輸入電壓是否正確, 檢查氦氣的靜態(tài)壓力是否在規(guī)定的范圍內(nèi), 如果太低需要補(bǔ)充氦氣, 如果氦氣壓力太高, 需要通過(guò)充氣接口放氣。檢查壓縮機(jī)冷卻水的流量和溫度, 冷卻水的溫度太高或太低都會(huì)引起壓縮機(jī)的溫度保護(hù)開(kāi)關(guān)跳閘。查看壓縮機(jī)的型號(hào), 如果是1020R 或8500 系列, 同時(shí)壓縮機(jī)的噪音很大, 則表明壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油不足, 需要補(bǔ)充潤(rùn)滑油。如果以上檢查都正常, 可以嘗試不斷啟動(dòng)壓縮機(jī),觀察每次壓縮機(jī)開(kāi)關(guān)跳閘的時(shí)間間隔是否在不斷延長(zhǎng), 因?yàn)榈蜏乇檬状螁?dòng)或很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有使用, 其內(nèi)部的潤(rùn)滑油溫度很低, 導(dǎo)致壓縮機(jī)的泵體潤(rùn)滑情況不好。特別是在一些寒冷地區(qū)的冬季, 過(guò)低的溫度會(huì)使低溫泵的潤(rùn)滑油凝結(jié)。這時(shí)低溫泵并沒(méi)有損壞, 只需反復(fù)啟動(dòng), 從而達(dá)到預(yù)熱的目的。因此, 壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要正確的氦氣壓力、良好的溫度控制和充足的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。
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3、結(jié)論
低溫泵系統(tǒng)的故障主要有: 壓縮機(jī)故障、低溫泵故障和再生故障。壓縮機(jī)故障又分為潤(rùn)滑油泄漏、氦氣泄漏、不能啟動(dòng)和噪音。低溫泵故障又分為低溫泵不能冷卻、低溫泵噪音。低溫泵故障最常見(jiàn)的是再生故障又分為完全再生故障和快速再生故障。本文的方法可以為低溫泵系統(tǒng)故障診斷與排除提供實(shí)際的操作指導(dǎo)。
