工業爐真空系統故障診斷與測量

陸英韜，金 輝，張荊德，張興成

（中航工業沈陽黎明航空發動機有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

近年來，隨著工業真空爐被廣泛應用，一些老爐子在加工中容易出現零件變色、加工效率下降等問題，影響零件加工質量和效率。因此如何快速判斷故障部位、規范維修操作、準確測量，是中航工業沈陽黎明航空發動機有限責任公司設備維修人員近期主要關注的問題。

一、真空爐結構

典型真空爐結構，如圖1所示。

爐子的真空系統主要由真空室、泵系統、各控制閥及熱交換器組成。工作時，首先啟動機械泵，打開主路閥，對真空室及管路抽真空。當真空壓力低于規定值時，啟動羅茨泵，打開旁路閥對擴散泵抽真空。當真空壓力低于擴散泵允許值時，接通加熱按鈕，對擴散泵進行預熱。當擴散泵預熱至規定溫度并且真空壓力低于系統規定值時，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故障的部位

當爐子抽不到預定的極限真空時，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”，如果升壓率低于設備允許值（例如：要求＜0.667Pa/h），可以認為爐子不漏氣，反之漏氣。漏氣可以應用檢漏儀檢漏。

2.真空泵的判斷方法

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

（1）機械泵、羅茨泵抽氣能力的判斷方法

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

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

同樣關閉圖1中的主路閥和旁路閥。在機械泵符合要求的前提下，同時開啟機械泵和羅茨泵，一段時間后讀取管路中極限真空壓力數值，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）擴散泵抽氣能力的判斷方法

正常操作設備，依次開啟機械泵和羅茨泵，當爐內真空壓力可以達到擴散泵的啟動條件，擴散泵就可啟動。如果擴散泵開啟一段時間后，爐內極限真空壓力不能達到工藝要求，則擴散泵有問題。

3.真空計的判斷方法

有時故障是由于真空計損壞或設置不當造成的。

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象。這時很有可能是爐內漏水造成的，需要查找漏點。

如果爐子停機一段時間，再次啟動后需要按照設備說明書進行烘爐（洗爐）操作，之后設備才能恢復正常（在停爐期間，應保持爐內真空壓力＜1Pa）。

三、真空檢漏的方法與儀器

1.真空檢漏方法

在真空檢漏時應將示漏物質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。

2.檢漏儀

氦質譜檢漏儀就是用氦氣做示漏氣體的質譜檢漏儀，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，待爐內真空壓力低于檢漏儀的進口壓力要求時，方可打開測試口的旋轉閥門。檢漏儀在工作狀態下要避免振動，停機20min以后才允許移動。

四、真空泵性能測試

1.真空泵特征

（1） 機械泵

機械泵是行業內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。機械泵可單獨工作或作為高真空機組的前級，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） 擴散泵

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

2.真空泵性能測量

（1） 機械泵測試方法

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》標準，可制做測試裝置如圖2所示。

①極限壓力測量

泵按規定條件運轉，在不引入氣體的試驗罩內趨向穩定的最低壓力。

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)與規定位置上的平衡壓力p(略高于極限壓力的適當值)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》標準，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，與機械泵相同。但要求配用羅茨泵推薦的前級泵。

（3） 擴散泵測試方法

參照《蒸氣流真空泵性能測量方法JB/T8272.1-96》標準，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，與機械泵相同。但需要注意測試條件：擴散泵加熱功率及冷卻條件應符合泵的規定；擴散泵油種類、牌號和用量以及配用前級泵均應符合泵的規定。