卧式真空气淬炉机械泵起动方式改进_王建成.pdf

2023年 第4期 热加工67热 处 理Heat Treatment图1机械泵卧式真空气淬炉机械泵起动方式改进 王建成，蔡志杰昌河飞机工业（集团）有限责任公司 江西景德镇 333002摘要：一台卧式真空气淬炉，使用莱宝SV630B油式旋片机械泵。该机械泵用于抽除普通空气或惰性气体和少量可凝性蒸汽，使被抽容器达到粗真空状态。在机械泵起动时，发出非常尖锐刺耳的声音，严重影响设备操作人员的身体健康，机械泵传送带寿命短，需要频繁更换。通过研究此真空泵的起动方式并改进，以降低其起动噪声。关键词：机械泵；莱宝；噪声；皮带1 序言卧式真空气淬炉通常使用机械泵1、罗兹泵和扩散泵三个真空泵对炉膛内进行抽气，使其达到高真空状态，然后对各类零件进行热处理作业。其中，机械泵是指使用机械方法将被抽容器进行抽气从而获得低真空的一种机械设备，可使炉膛内达到粗真空状态，然后用罗茨泵和扩散泵继续抽气，最终达到高真空状态。机械泵的性能直接影响到卧式真空气淬炉达到真空状态的效率，且机械泵价格昂贵，一旦损坏，不仅造成大的经济损失，且严重影响设备使用。因此，想要确保卧式真空气淬炉能够顺利且安全运行，就必须要对机械泵的状态进行重点关注。2 故障现象我公司一台卧式真空气淬炉设备于2016年投入生产，安装莱宝SV630B油式旋片机械泵（见图1）。使用一年后，在起动时机械泵会发出非常尖锐刺耳的声音，严重损害设备使用人员听力和身体健康，但真空泵稳定工作后，刺耳声音消失，机械泵状态恢复正常；同时该设备的机械泵还有传送带易磨损、寿命短，需要频繁更换，且在罩壳内存在产生大量热量的问题。3 故障分析该机械泵是由电动机和泵体两大部分组成，电动机与泵体通过4条三角皮带（V带）驱动，从而使泵轴旋转，然后利用气体膨胀、压缩、排出原理，周期性地改变泵内吸气腔的容积，使被抽容器内的气体不断通过泵的进气口膨胀到吸气腔内，最后通过压缩从排气口排出泵外。因此，在安装和后期使用中需要调整皮带张紧力，以使机械泵达到最优工作状态。由设备电气原理可知，机械泵有自动和手动两种起动方式。分别是通过指令和按钮使中间继电器K1吸合，从而使电动机通电起动（见图2），然后通过带传动，带动泵体工作，实现抽真空作业。因此，造成机械泵起动噪声的因素可能有如下几个方面。1）电动机本身故障，如电动机底座固定螺栓发生松动、电动机轴承磨损，以及电动机接线发生松动等，导致起动时异响。2）传动带张紧力不足或严重磨损，电动机起动时，传动带与带轮发生相对打滑。3）机械泵的起动控制方式有缺陷，全压直接2023年 第4期 热加工68热 处 理Heat Treatment起动时，电动机会产生大的起动转矩，从而冲击设备，引起电网波动。针对上述影响因素，我们对机械泵进行拆开检查，并对机械泵控制方式进行了分析。1）首先将机械泵外壳打开，检查电动机底座固定螺栓，其4个螺栓固定非常牢固，未松动，电动机固定位置也没有出现偏移现象；然后打开电动机接线盒盖板，检查三相线缆接线柱，未发生松动。使用万用表盒摇表检查电动机三相电阻及对地电阻，结果显示，电动机三相电阻电阻值基本一致，且三相电动机对地电阻电阻值1M，电动机绝缘正常。最后将皮带张紧装置螺钉松开，然后将皮带取下，使电动机与泵体脱开，再手动按下机械泵起动按钮，此时电动机正常起动，直至达到最高转数，且电动机没有发生异响，因此可以认为电动机没有问题，噪声不是由电动机导致的。2）检查传动带，发现皮带内侧磨损严重，导致其张紧力发生下降，皮带与带轮之间不能很好地接触。起动时，皮带与带轮打滑，从而发生噪声，并产生大量热量堆积在罩壳内部无法排除。待皮带与带轮速度一致后，二者之间不再打滑，声音消失。因此，我们将皮带进行了更换，并调整预紧力至合适大小，此后真空泵起动时不再有异响。同时，我们将外壳钣金进行开孔，提高罩壳内散热效率。然而，在设备工作了约2个月后，机械泵起动时再次出现噪声。由此可以排除该问题是由传动带安装质量、皮带张紧力不足等原因导致真空泵起动时出现噪声。3）机械泵控制方式有缺陷。该机械泵只有在刚起动时，才会发出非常尖锐刺耳的声音，可能与机械泵的起动方式有关。通过对该设备电气原理进行分析，发现该机械泵的起动方式采用全压直接起动2。电动机在正常起动时，会有68倍的起动电流，这些电流可能会对电网、变压器造成巨大的冲击，甚至会造成严重的后果。工频起动时，电动机瞬时由零速达到额定转速，传动带也会由静态逐步升高，直至达到额定转速；停机时刚好相反，电动机转速由额定转速瞬间降低到0，这样就会导致皮带与传动轮之间有瞬间的剧烈摩擦。长时间在这种状态下工作，降低了皮带的张紧力，加速了皮带的磨损，极大地降低了皮带使用寿命。同时机械泵电动机起动和停止时电流瞬间剧烈变化，电压大幅度波动，也会对电动机使用寿命造成伤害，最终导致机械泵使用寿命降低。4 解决方法由于该机械泵起动方式有明显的缺陷，对操作人员的身体健康和设备均不利，因此需要对该设备真空泵的起动控制方式进行改进，由直接起动控制方式改成由变频器控制的软起动控制方式3。通过在变频器内部设定电动机加速时间和减速时间，使电动机转速由零速平滑上升到额定转速，关闭机械泵时由额定转速平滑降低到零速，这样降低电流对电动机的冲击损害，也能降低皮带与带轮之间的摩擦力，延长皮带使用寿命，有效地消除了电动机起动时的噪声。根据机械泵电动机参数规格（电动机功率15kW、额定转速1465r/min等）采购与之匹配的变频器，如图3所示。品牌：深圳台达，型号：ZC10004T18.5G（变频器功率应大于电动机功率，此变频器功率为18.5kW）。将变频器安装在电器柜内，并更改原线路，将中间继电器K1取消，更换为变频器。利用变频器起动机械泵，以降低机械泵电动机的起动电流。改进后的电路如图4所示。将机械泵电动机相关参数设置到变频器内，见表1。改进完成后，电动机起动加速时间为10s，关闭图2机械泵起动电气原理2023年 第4期 热加工69热 处 理Heat Treatment5 结束语我公司设备多、品牌杂，质量参差不齐，可能会有某一设备存在设计缺陷，这就要求技术人员要更加熟悉设备状况，了解设备原理，找到设计缺陷或问题，最后采取经济、可靠、合理的改进措施。参考文献：1 唐浩油片式真空泵保养与维修J广东化工，2013（8）：156-162.2 梁佰兴浅论电机启动方式的选择J广东建材，2010（5）：175-176.3 张玉军异步电动机的变频器启动实例J科技风，2017（8）：193-218.20221229图3变频器图4改进后电路表1变频器参数序号变频器参数设定值名称1P00022命令源选择2P001710加速时间13P001810减速时间14P003015电动机额定功率5P0031380电动机额定电压6P003229.2电动机额定电流7P003350电动机额定频率8P00341465电动机额定转速时减速时间为10s。即机械泵在起动后可在10s后达到额定转速，停止时机械泵在10s后速度降为零，且不再有异响，极大地提高了机械泵的运行稳定性，设备运行一年多未发现皮带损坏或机械泵在起动时产生噪声。因此，可以认定机械泵噪声及皮带损坏是由机械泵的起动控制方式设计缺陷导致的，改进设计后问题及故障消除，机械泵工作状况得到优化。