G-M低溫泵系統(tǒng)的故障診斷與分析

1、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程中應(yīng)注意的問題與解決方案, 并結(jié)合實例詳細描述了解決故障的方法、工具和診斷過程。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( 可以到達10-9Pa 的超高真空) , 又可提供超低溫的測試環(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

2、技術(shù)發(fā)展的過程中最重大的突破是G-M(Gifford-McMahon) 制冷循環(huán)的應(yīng)用和二十世紀六十年代活性炭的應(yīng)用,這種低溫泵大量用于計算機芯片、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程中。低溫泵系統(tǒng)通常需要24h連續(xù)運轉(zhuǎn), 全年365天持續(xù)工作。在日常運行中可能發(fā)生種種故障, 對低溫泵的制冷能力和抽氣特性產(chǎn)生影響。國內(nèi)對低溫泵系統(tǒng)的故障也曾經(jīng)開展了初步的研究 但內(nèi)容還遠不能滿足解決大量實際問題的需求。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題的措施。目前國內(nèi)引進的低溫泵越來越多, 培養(yǎng)一個熟練掌握低溫泵性能的維修人員, 不但需要大量的理

3、論培訓(xùn), 而且需要長時間的實踐訓(xùn)練, 成本高、周期長。雖然低溫泵維修手冊中包含了一些故障處理方面的內(nèi)容, 但并不全面和具體, 遠不能滿足技術(shù)人員在實際維護中的需要。本文的內(nèi)容是作者實踐經(jīng)驗的總結(jié), 是對低溫泵維護手冊的補充, 可為使用低溫泵的科技人員提供一些現(xiàn)場檢修的實際指導(dǎo), 對提高檢修效率降低檢修成本有一定的實用意義。 1、低溫泵故障類型與診斷分析 1.1、壓縮機故障對低溫泵抽氣性能的影響 1.1.1、泄漏對低溫泵抽氣性能的影響 (1)氦氣壓縮機潤滑油的泄漏 故障現(xiàn)象: 氦氣壓縮機內(nèi)部有潤滑油泄漏故障分析和排除: 氦氣壓縮機由機械部件組成, 為了保證運轉(zhuǎn)的正常需要對運動部件開展?jié)櫥蜐櫥?/p>

4、潤滑油會與從低溫泵中回來的氦氣混合后進入壓縮機的泵體。通過泵體壓縮后, 出來的是高溫高壓帶有潤滑油的氦氣。通常壓縮機漏油分兩種情況: 第一種是壓縮機經(jīng)過多年的連續(xù)運轉(zhuǎn)后, 密封件老化, 造成泄漏。第二種是由壓縮機的安全閥引起的。在壓縮機的管路中裝有一個黃色銅制安全閥, 當(dāng)壓縮機內(nèi)部的壓力超過一定數(shù)值時, 安全閥被推開, 高壓的潤滑油與氦氣的混合物噴出, 造成漏油。 因此, 壓縮機的潤滑油泄漏分為密封件老化泄漏和安全閥打開泄漏。這兩種情況都是不能完全防止的。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分開放置, 即將壓縮機放置到潔凈室的外面, 以防萬

5、一。 (2) 氦氣壓縮機的氦氣泄漏 故障現(xiàn)象: 在壓縮機經(jīng)過長期運轉(zhuǎn)后, 壓縮機內(nèi)的氦氣壓力會有所降低。 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, 會損失一定的氦氣。氦氣管路的接頭為自密封型, 理論上每次拆裝只會有2 毫升的氦氣損耗。但實際操作時, 有時會聽到漏氣的聲音, 此時就有可能泄漏較多的氦氣。這種情況只需補充氦氣即可。第二、氦氣系統(tǒng)泄漏。氦氣系統(tǒng)的泄漏會造成氦氣的壓力持續(xù)降低, 最終會影響低溫泵的抽氣性能。這時需要使用帶有嗅探器(Sniffer) 的氦氣檢漏儀對整個低溫泵系統(tǒng)開展測漏。排除漏點后, 對壓縮機補充氦氣。 因此, 為了防止氦氣的泄漏, 通常

6、盡量防止對氦氣管路開展頻繁拆裝。在氦氣壓縮機運轉(zhuǎn)多年后, 應(yīng)對密封件開展更換, 特別是各電磁閥處的密封墊圈。 1.1.2、壓縮機不能運轉(zhuǎn)對低溫泵抽氣性能的影響 (1) 壓縮機完全不能運轉(zhuǎn) 故障現(xiàn)象: 壓縮機完全不能啟動 故障分析和排除: 壓縮機上安裝有主電源開關(guān)和壓縮機開關(guān)。在啟動壓縮機時應(yīng)該先開啟主電源開關(guān), 如果主電源開關(guān)或壓縮機開關(guān)立刻跳閘, 則說明電源的相序錯誤或電壓錯誤, 需要接入正確的電源相序和電壓。如果主電源開關(guān)和壓縮機開關(guān)都沒有跳閘, 檢查遠程控制器是否正確安裝使用。 因此, 壓縮機完全不能啟動通常是由于電源錯誤或遠程控制器安裝不正確。當(dāng)然, 壓縮機的電路損壞和機械部件損壞也會

7、造成壓縮機完全不能運轉(zhuǎn), 最常見的故障是由于電源相序錯誤,將會有一個叫相位監(jiān)測器的元件損壞。 (2) 壓縮機只能運轉(zhuǎn)幾分鐘 故障現(xiàn)象: 在壓縮機開啟后, 只能運轉(zhuǎn)幾分鐘, 就停止工作。 故障分析和排除: 查看主電源開關(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), 如果太低需要補充氦氣, 如果氦氣壓力太高, 需要通過充氣接口放氣。檢查壓縮機冷卻水的流量和溫度, 冷卻水的溫度太高或太低都會引起壓縮機的溫度保護開關(guān)跳閘。查看壓縮機的型號, 如果是1020R 或8500 系列, 同時壓縮機的噪音很大, 則說明壓縮機的潤滑油缺陷, 需要補充潤滑油。如果以上檢查都正常, 可以嘗試不斷啟動壓縮機,觀察每次壓縮機開關(guān)跳閘的時間間隔是否在不斷延長, 因為低溫泵首次啟動或很長時間沒有使用, 其內(nèi)部的潤滑油溫度很低, 導(dǎo)致壓縮機的泵體潤滑情況不好。特別是在一些寒冷地區(qū)的冬季, 過低的溫度會使低溫泵的潤滑油凝結(jié)。這時低溫泵并沒有損壞, 只需反復(fù)啟動, 從而到達預(yù)熱的目的。因此, 壓縮機的正常運轉(zhuǎn)需要正確的氦氣壓力、良好的溫度控制和充足的潤滑油潤滑。 限于篇幅，文章第二章節(jié)的部分內(nèi)容省略，詳細文章請郵件至作者索要。 3、結(jié)論 低溫泵系統(tǒng)的故障主要有: 壓縮機故