Выберите ваш филиал:
ул. Вольная, 28
+7 (495) 788-11-33
пн-пт 9:30-18:30
сб 10:00-17:00
ул. Енисейская, 1
+7 (495) 788-93-33
пн-пт 9:30-18:00
ул Складочная, 1, стр. 31
+7 (495) 788-07-80
пн-пт 9:30-18:00
МО, п. Трехгорка,
ул. Трехгорная, дом 12
+7 (495) 788-15-16
пн-пт 9:30-18:00
МО, Подольск, пр-т Юных
Ленинцев, д.70, стр. 3
+7 (495) 788-04-80
пн-пт 9:30-18:00
Миллиторр - единица измерения давления, равная 0,001 Торр [...]
ЗЕНОН - Рекламные Поставки
Статьи

Эксплуатация вакуумных насосов. Часть 2.

Евгений Авдонин

Одной из проблем, тесно связанных с достижением высокого качества изготавливаемых ламп, является правильная эксплуатация вакуумной системы поста. Вакуум-насос, механический или диффузионный, при эксплуатации требует большой аккуратности. Во второй части статьи мы остановимся на вводе ВН в работу и связанных с этим трудностях.

Перед вводом нового механического насоса в работу необходимо убедиться в его исправности путем внешнего осмотра, проверить в нем количество масла (верхний уровень должен находиться посередине контрольного масломерного окна). Если ВН поступил с завода, то он уже заправлен вакуумным маслом, тип которого обычно указывается в руководстве по эксплуатации. При покупке насоса "с рук" масло лучше поменять, так как нельзя быть уверенным в необходимом качестве содержимого.

В вакуум-насосе, имеющем трехфазный электродвигатель, перед началом работы нужно обязательно проверить правильность его фазировки. Для этого ВН, не соединяя с вакуумной системой, накрывают чистой ветошью во избежание выплескивания масла на пол помещения и на короткое время (не более 1-2 с) включают электропитание. При этом необходимо обратить внимание на направление вращения вала электродвигателя (для удобства можно предварительно снять защитную крышку вентилятора охлаждения, соблюдая при этом особую осторожность в момент пуска). Если направление вращения двигателя противоположно указанному стрелкой на корпусе вакуум-насоса, следует поменять местами две фазы в кабеле электродвигателя, отключив его от сети, после чего вновь проверить направление вращения. При работе с ВН с однофазным питанием такой проблемы не возникает.

Паромасляные насосы поступают к потребителю в "сухом" состоянии, поэтому перед установкой его на откачной пост, необходимо заполнить его маслом, предварительно промыв от накопившихся при перевозке загрязнений.

Обязательно нужно подключить к ВН цепь защитного заземления. Для этого насос оснащается заземляющим болтом или дополнительным контактом в разъеме питания. Конкретные требования по способу подключения заземления изложены в технической документации насоса.

Большинство вакуумных масел представляет собой продукты высоковакуумной дистилляции минеральных (нефтяных) масел. Так, наиболее распространенные минеральные масла ВМ-1, ВМ-2, ВМ-5 изготавливают из медицинского вазелинового масла, ВМ-3 - из масел кавказской и восточной нефти, ВМ-4 - из машинного масла СУ, ВМ-6 - из машинного масла С, ВМ-7 - из турбинного масла. При переработке из исходного продукта отгоняются легколетучие фракции, за счет чего стабилизируется вязкость конечного продукта в рабочем диапазоне температур, повышается окислительная стойкость. Помимо минеральных масел в вакуумных насосах применяются синтетические продукты, например масло ВС-3 на полиолефиновой основе. Используют также производные ароматических углеводородов (алкарены), эфиры (производные фталевой и себациновой кислот с высшими спиртами), полихлорароматические углеводороды (полифенилметилсилоксаны). Наряду с этими продуктами постоянно расширяется номенклатура кремнийорганических (силиконовых) масел, которые обладают отличными свойствами, в частности устойчивостью к воздействию температур и окислению.

Использование вакуумного масла в механических насосах обусловлено необходимостью обеспечения герметизации рабочих камер и снижения потерь мощности на трение. Поэтому для оценки качества таких масел существенны следующие критерии: вязкость (оптимальная для конкретного случая и косвенно определяющая уровень смазочных и уплотняющих характеристик рабочей жидкости), низкое давление и упругость насыщенных паров, экологическая безопасность, высокая гидролитическая стабильность при откачке паров и воздуха, малая газорастворимость. Масло же для диффузионного насоса может и не быть смазочным материалом, поскольку здесь нет необходимости в уменьшении трения. Для этих масел особенно критичными являются стойкость к окислению, характеризующая длительность и надежность эксплуатации вакуумных насосов, и степень создаваемого разряжения, обуславливаемая упругостью пара. Для всех видов насосов критичен ресурс работы масла в насосе без замены.

Вакуумные масла работают в специфических условиях, поскольку в вакууме, по сравнению с атмосферным давлением, возрастает скорость испарения смазочных веществ и одновременно повышается температура трущихся частей механизмов и вероятность термического крекинга масла. В процессе эксплуатации необходимо ежедневно перед началом и после завершения работы на откачном посту проверять количество и цвет масла в ВН. Окисление вакуумного масла сопровождается изменением его цвета (минеральные масла темнеют, силиконовые - белеют, желтеют или мутнеют). Кроме того, масло постоянно загрязняется механическими примесями, увлекаемыми в ВН потоком откачиваемого газа. Окисленное масло по своим свойствам сродни олифе - из него выпадают в осадок смолистые вещества, образуя налет на рабочих поверхностях насоса. Сигналом о необходимости замены масла наряду с изменением цвета служат следующие признаки: падает быстрота действия насоса, снижается остаточное давление. Зарубежные производители предлагают промывочные масла, которые служат для удаления загрязнений, оставшихся в ВН после слива из него отработанной рабочей жидкости. Для этих целей можно использовать отечественные жидкие масла ВМ-4 или ВМ-3. Кроме того, начальные стадии откачки, когда давление воздуха в вакуумной системе близко к атмосферному, сопровождаются интенсивным разбрызгиванием вакуумного масла, капли которого в виде масляного тумана просачиваются через выходной патрубок насоса. Из-за этого количество рабочей жидкости постепенно уменьшается, и при необходимости его следует доливать. Поскольку дышать масляным аэрозолем вредно, выхлоп ВН желательно отводить из помещения наружу.

Рис. 1. Схема турбомолекулярного насоса
Для промывки ВН используют те же растворители, что и для мытья вакуумных систем - бензин Б-70 ГОСТ 1012, спирт этиловый ректифицированный ГОСТ 18300, ацетон марки "ЧДА" ГОСТ 2603. Однако нужно учитывать, что ни в коем случае нельзя понимать под промывкой залив растворителя в рабочую камеру механического насоса! Для промывки механический насос нужно разобрать, причем резиновые уплотнительные манжеты, установленные на валу, при этом либо заменяют, либо с особой осторожностью промывают спиртом, поскольку, хотя они и изготовлены из маслостойкой резины, бензин способен ускорить их разрушение. Промывка паромасляного ВН - задача более простая, выполняется тем же способом, что и промывка вакуумной системы. Однако если в насосе окислилось минеральное масло, может потребоваться чистка его рабочей камеры мелким абразивом.

После длительных перерывов в работе, заливки нового масла, длительного пребывания ВН на холоде требуется произвести обезгаживание рабочей жидкости. Для этого механический ВН лучше отсоединить от вакуумной системы (краном либо заглушив его входной патрубок, не забывая, что ненадежную заглушку насос может просто "всосать" в себя). Затем включают питание ВН и дают ему поработать в таком режиме 5-10 минут. После этого открывают клапан газобалласта и дают насосу поработать с открытым клапаном 10-20 мин. Такая работа, как и откачка газов при атмосферном давлении, сопровождается разбрызгиванием масла, в результате чего вокруг насоса образуется облако масляного пара. За время работы с открытым клапаном газового балласта в насосе активно идет обезгаживание масла, кроме того, за счет трения насос постепенно разогревается, что дополнительно способствует удалению газов, растворенных в масле. Такая подготовка насоса к работе занимает в зависимости от целей от 10 минут до одного-двух часов.

Обычно даже при хорошем уходе корпус насоса слегка замаслен, поэтому на него легко садится пыль. Слой пыли ухудшает охлаждение насоса, поэтому ежедневно корпус ВН следует протирать чистой ветошью, при необходимости использовать растворители (бензин, спирт), не забывая о том, что они могут повредить покрытие корпуса.

В некоторых ВН предусмотрен специальный клапан, который при отключении питания запирает входное отверстие насоса. Дело в том, что обычно вакуумную систему ОП оставляют после завершения работы под вакуумом с целью уменьшения загрязнений, увлекаемых воздухом. Механический ВН оказывается под давлением атмосферы - со стороны выхода, и под вакуумом - со стороны входа, и если защитного клапана в насосе нет или он неисправен, все масло из насоса может быть выдавлено в вакуумную систему. Кроме того, есть опасность включения ВН без масла - это почти наверняка приведет к заклиниванию насоса из-за перегрева, после чего потребуется долгий и дорогостоящий ремонт.

Паромасляные ВН, лишенные подвижных частей, имеют свои особенности. Насосы с водяным охлаждением можно включать только при условии включения подачи охлаждающей воды, а также, если остаточное давление в насосе не выше установленного заводом-изготовителем. Обычно предусматривают блокировку на включение нагревателя насоса при отсутствии охлаждения. В откачных постах с высокой степенью автоматизации нередко предусматривается и вакуумная блокировка.

Следует избегать попадания воздуха в горячий паромасляный насос. Если насос работает на минеральном масле, то желательно установить предохранительный клапан, запирающий вход насоса в случае резкого прироста давления, обычно вызванного треском обрабатываемой лампы. Если насос заполнен силиконовым маслом, эта проблема не стоит столь остро, однако при многократном наполнении горячего насоса воздухом и это масло постепенно теряет свои свойства.

Рис. 2. Двухроторный и форвакуумный ВН
Окисление и загрязнение являются основными причинами, вызывающими потребность замены масла в насосах. Силиконовые масла позволяют достичь более глубокого вакуума, значительно более стойки к окислению - в частности, допускают откачку атмосферных газов из лампы через горячий паромасляный насос. Однако это не означает, что силиконовые масла вечны - с течением времени они окисляются, загрязняются примесями, попадающими в них из атмосферы и из откачиваемых объемов, и также требуют периодической замены. И все же срок службы силиконовых масел значительно выше, нежели минеральных.

Часто при эксплуатации ВН возникает вопрос о возможности применения масел различных марок. Следует иметь в виду, что, применяя не рекомендованное изготовителем ВН масло, можно вывести насос из строя. Для наиболее распространенных отечественных ВН заводы-изготовители рекомендуют масла типа ВМ (обычно ВМ-1, ВМ-4, ВМ-5, ВМ-6), причем с использованием наиболее качественного масла ВМ-5 можно получить наибольшую глубину вакуума. Возможно использование в ВН и силиконовых масел, тем более что такая практика имеет место. Однако известны и неоднократные случаи выхода из строя механических ВН вследствие такой замены. Обратная же замена, если возможность ее не оговорена изготовителем насоса, абсолютно недопустима, поскольку почти всегда приводит к заклиниванию насоса или течи уплотнительных манжет. Поэтому следует использовать лишь те марки масел, которые рекомендованы изготовителем для данного насоса.

Для диффузионных насосов картина несколько иная. Использование силиконовых масел вместо минеральных, позволяет уменьшить мощность электронагревателя, за счет чего можно отказаться от водяного охлаждения насоса, и значительно повышает межремонтный ресурс ВН. В то же время малообъемные стеклянные паромасляные ВН зарубежных постов могут работать только на рекомендованных изготовителем силиконовых маслах, заменять которые минеральными нельзя.

Рис. 3. Двухроторный и форвакуумный ВН
Иногда перед газосветчиками возникает проблема: насос работает (по крайней мере, крутится и в какой-то мере качает воздух, что видно по масляному туману и характерному изменению звука насоса при напуске воздуха в откачиваемый объем), но вакуумметр показывает, что глубина вакуума недостаточна. В подавляющем большинстве случаев проблемы кроются не в насосе. Их источник в вакуумной системе - почти наверняка где-то имеется течь. Иногда виноват вакуумметр - например, вышел из строя его измерительный преобразователь (датчик). Для проверки работоспособности механического ВН можно снять датчик вакуумметра, присоединить его с помощью отрезка вакуумной резины к входному патрубку насоса и дать ему поработать 10-30 мин. Обычно после этого становится понятно, в чем причина неисправности.

Но есть проблемы, связанные с насосом, для которых следует искать специальные решения. Если вышел из строя нагреватель паромасляного насоса - попробуйте заменить его лампой накаливания. Для металлического насоса электроплитка нагревателя ремонтируется довольно быстро. Хуже, если стеклянный насос разбит. Однако и здесь есть выход - проверьте, как работает механический насос, какова величина предельного остаточного давления, достигаемого им. Наверняка можно будет успешно откачивать лампы без диффузионного насоса, по крайней мере, на время его ремонта. Возможно, несколько снизится производительность, но работа не остановится.

О перспективах

Надо сказать, что широко распространенные откачные посты с механическими и паромасляными ВН далеко не оптимальны по своим параметрам. В частности, существенным недостатком насосов, работающих с масляным уплотнением, а также использующих масло в качестве рабочего тела (паромасляные), является перенос масла в откачиваемый объем. Этот эффект можно снизить, но без качественного изменения конструкции поста полностью не устранить. Масло, накапливающееся в вакуумной системе, - источник многих бед. Во-первых, оно способствует оседанию грязи на стенках системы, в результате чего она начинает интенсивно "газить", падает производительность, ухудшается вакуум. Во-вторых, проникая в лампу, масло подвергается воздействию газового разряда, в результате чего образуются соединения, отравляющие катоды, вредно воздействующие на люминофор.

Весьма перспективно использование в откачных постах в качестве высоковакуумных безмасляных ВН. В некоторых ОП применяют турбомолекулярные насосы (ТМН), позволяющие получить безмасляный вакуум с остаточным давлением до 10-11 мм рт. ст. при высокой быстроте действия. ТМН - это турбина, ротор и статор которой состоят из дисков (рис. 1). Ротор насоса, приводимый в движение специальным электродвигателем, вращается со скоростью 20 ООО об./с. Зазоры между ротором и статором меньше 0,1 мм, поэтому ТМН не может работать с выхлопом в атмосферу и нуждается в форвакуумном насосе. Молекулы откачиваемого газа, увлекаемые дисками ротора, приводятся во вращательное движение, а попадая в прорези дисков, приобретают еще и аксиальную составляющую скорости, перемещаясь в сторону выходного отверстия.

Второй вид безмасляных высоковакуумных ВН - двухроторные ВН, разновидностью которых является насос Рутса (рис. 2, 3). Он имеет два ротора, помещенные в овальную камеру и вращающиеся навстречу друг другу, выполняющие функции поршня, всасывающего, перемещающего и выталкивающего газ. Насосы Рутса обеспечивают высокую производительность при относительно малых размерах, но могут работать только в паре с форвакуумным насосом, обеспечивающим предварительное разрежение у них на выхлопе. Двухроторные ВН очень надежны в эксплуатации и позволяют получать безмасляный вакуум порядка 10-4-10-5 мм рт. ст.

Рис. 4. Схема устройства адсорбционного ВН
Еще одним видом насосов, применение которых в газосветном производстве может дать положительный эффект, является адсорбционный ВН. Его действие (рис. 4), как видно из названия, основано на явлении адсорбции. В металлическом корпусе (2) насоса установлена кассета (4) с адсорбентом (3) - веществом, способным активно поглощать откачиваемые газы. Обычно, в таких ВН применяют активированный уголь и цеолиты - алюмосиликаты с особой структурой кристаллов, обладающие высокой сорбционной способностью. Обычно такой насос при работе погружают в сосуд Дьюара с жидким азотом (5), поскольку при низкой температуре сорбционная способность материалов насоса возрастает. Для удаления сорбированных газов насос прогревают, сняв сосуд Дьюара, при непрерывной откачке механическим насосом. Патрубок (1) служит для соединения насоса с вакуумной системой. Однако даже без охлаждения сорбционная способность цеолитов велика. Весьма вероятно, что использование небольших неохлаждаемых адсорбционных насосов может оказаться эффективным.

Завершая разговор об эксплуатации вакуумных насосов, делаем некоторые выводы. Во-первых, важной задачей совершенствования откачных постов является упрощение их конструкции за счет применения одноступенчатых систем откачки с высокой быстротой действия. Во-вторых, для постов большой производительности перспективно внедрение безмасляных систем откачки на основе компактных и мощных ТМН или двухроторных ВН с форвакуумным пластинчато-роторным насосом. И в-третьих, аккуратность при эксплуатации ВН позволяет обеспечить длительную безаварийную работу насоса, отдаляя потребность в ремонте.

Основные характеристики вакуумных масел

Марка масла

В каких насосах используется

Плот-
ность, кг/м3
Давление (уп-
ругость) пара при 20 °С, Па (мм рт. ст.)

Остаточное
давление насоса. Па
(мм рт. ст.)

Кинемат.
вязкость при 100 °С,
10-6 м2
(сСт*)

ТУ, ГОСТ Изготовитель
МИНЕРАЛЬНЫЕ
ВМ-1
(Д-1А)
Диффузионных,
механических
870 5,Зх10-6-2,66х10-7
(4х10-8-2х10-9)

2,7х10-4
(2х10-6)

65-69
(при 50°С)

ТОО 5671-70 "Москов­ский НМЗ"
ВМ-1С Тоже н/д н/д н/д Не менее 35 ТУ 38.1011187-88 изм.1-4 Тоже
ВМ-1И Паромасляных н/д н/д н/д н/д ТУ 38.401-58-206-97 Тоже
ВМ-2
(Д-1Б)
Тоже 870 5,Зх10-6-2,66х10-7
(4x10-8-2x10-9)
≤4,6х10-4
(3,5х10-6)
65-69
(при 50 °С)
ГОСТ 5671-70 Тоже
ВМ-3 Бустерных 850 1,Зх10-2-1,Зх10-3
(1х10-4-1х10-5)
6,65х10-2
(5х10-4)
8-11
(при 50 °С)
ТУ 38.401-58-3-90,
изм.1-4
Тоже
ВМ-4 Поршневых форвакуумных н/д 6,6х10-4-1,Зх10-3
(5х10-6-1х10-5)
1,33
(10-2)
48-57 ТУ 38.401-58-3-90 "Ярослав-нефте­орг­синтез"
ВМ-5 Тоже (для сверхвысокого вакуума) 870 1,3х10-6-1,3х10-7 (1х10-8-1х10-9) 1,3х10-6
(1x10-8)
68-74 МРТУ38-1 "Москов­ский НМЗ"
ВМ-5С Тоже н/д н/д н/д Не менее 42 ТУ 38.1011187-88 Тоже
ВМ-5И Паромасляных
для сверхвысокого вакуума
н/д н/д н/д н/д ТУ 38.401-58-206-97 Тоже
ВМ-6 Поршневых форвакуумных н/д 1,Зх10-6-4х10-5
(1х10-8-Зх10-7)
1,33х10-1
(10-2)
Не более 40 ТУ 38.401-58-3-90,
изм.1-4
Тоже
ВМ-7 Диффузионных н/д ≤4х10-6 (Зх10-8) ≤1,3х10-4
(1х10-6)
80-85 (при 50 °С) ВТУМЗ 17-62 Не произ­водится
ВМ-11 Бустерных н/д н/д н/д 12,5-15,3 ТУ 38.401-58-3-90, изм.1-4 "Москов­ский НМЗ"
ВМ-12 Для смазывания подшипников, работающих в вакууме н/д н/д Не нормируется Не менее 60 ТУ 38.1011237-89, изм. 1, 2 Тоже
ВС-3 Пластинчато-роторных н/д н/д н/д Не менее 45 ТУ 38.401-612-86 "Ангарск­нефтеорг-синтез"
А119 Механических (откачка некоррозионных газов, работа при низких температурах) 860 4 (Зх10-2) н/д 8,1 н/д Alcatel Vacuum Technology France
А120 Механических (откачка некоррозионных газов) 886 1,3х10-1 (9,75х
10-4)
н/д 12,5 н/д To же (основное масло для насосов типа Pascal кроме серии С2)
А121 Механических (для тяжелых режимов работы при высоких давлениях и температурах) 830 6,6х10-2 (7,95х
10-4)
н/д 67 (при 38°С) н/д Тоже
А 102 Механических (для откачки
паров воды и органических кислот)
880 1x103
(7,5)
н/д ПД н/д Тоже
А111 Механических (для высокого разрежения и температуры) 870 1х10-1 (7,5х10-4) н/д 7,8 н/д Тоже
А200 Механических (с высокой химической стойкостью) 860 6х10-1
(4,5х10-3)
н/д 8,5 н/д Тоже
А300 Механических (с особо высокой химической стойкостью, допускает откачку паров галогенов) 860 2Х10-1 (1,5х10-3) н/д 8,9 н/д Тоже
КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ (СИЛИКОНОВЫЕ)
ПФМС-2 Паромасляных 1050-1070 9,Зх10-5-6,6х10-7
(7х10-7-5х10-9)
2,66х10-4
(2х10-6)
8-13 ТУ 6-02-773-73 н/д
А113 Механических (откачка коррозионных газов и кислорода) 1900 6
(4,5х10-2)
н/д 11 н/д Поставляется для ВН Alcatel (основное масло для насосов Pascal серии С2)
AN 20 Диффузионных 1050 н/д н/д 25 (при 25 °С) н/д Wacker Silicones (США)
AN 140 Тоже 1070 н/д н/д 39 (при 25 °С) н/д Тоже
AN 175 Тоже 1090 н/д н/д 170 (при 25 °С) н/д Тоже

Примечание: Для вакуумных масел, поставляемых Alcatel: A119, A1202 - минеральное, А120-минеральное на парафиновой основе, А121 - то же, на углеводородной основе, А111 - синтетическое на углеводородной основе; масла с повышенной химической стойкостью А200 и А300 - минеральные на углеводородной основе, полученные путем соответственно одно- и двукратной вакуумной дистилляции.
*сСт - сантистокс, 1/100 стокса (единица вязкости системы СГС, 1 Ст=1 см2/c)