工业炉真空系统故障诊断与测量

陆英韬，金 辉，张荆德，张兴成

（中航工业沈阳黎明航空发动机有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

近年来，随着工业真空炉被广泛应用，一些老炉子在加工中容易出现零件变色、加工效率下降等问题，影响零件加工质量和效率。因此如何快速判断故障部位、规范维修操作、准确测量，是中航工业沈阳黎明航空发动机有限责任公司设备维修人员近期主要关注的问题。

一、真空炉结构

典型真空炉结构，如图1所示。

炉子的真空系统主要由真空室、泵系统、各控制阀及热交换器组成。工作时，首先启动机械泵，打开主路阀，对真空室及管路抽真空。当真空压力低于规定值时，启动罗茨泵，打开旁路阀对扩散泵抽真空。当真空压力低于扩散泵允许值时，接通加热按钮，对扩散泵进行预热。当扩散泵预热至规定温度并且真空压力低于系统规定值时，打开高真空阀，对真空室抽高真空。

二、如何快速判断真空系统故障的部位

当炉子抽不到预定的极限真空时，原因主要有五个方面：真空室或管路漏气、真空泵工作不正常、真空计故障、炉体冷却微漏、材料放气。

1.真空室或管路漏气的判断方法

首先测定并计算“升压率”，如果升压率低于设备允许值（例如：要求＜0.667Pa/h），可以认为炉子不漏气，反之漏气。漏气可以应用检漏仪检漏。

2.真空泵的判断方法

如果系统不漏气，那有可能就是真空泵坏了，但在进行真空泵检测前，先看一下泵油的情况，如果油浑浊或已经氧化变质，就先换油再试。

（1）机械泵、罗茨泵抽气能力的判断方法

准备工作：按照真空室或管路漏气的判断方法，确认管路无漏气；在管路上找到合适位置安装备用的低真空规管，再将这个规管的电缆线连接到炉子真空计的备用通道上。

首先关闭图1中的主路阀和旁路阀。然后单独开启机械泵，一段时间后读取管路中极限真空压力数值，对比说明书上机械泵出厂的极限压力指标，即可判断出泵的性能好坏。

同样关闭图1中的主路阀和旁路阀。在机械泵符合要求的前提下，同时开启机械泵和罗茨泵，一段时间后读取管路中极限真空压力数值，再对比这台炉子说明书，要求罗茨泵能抽到的压力范围，就可以判断出罗茨泵的好坏。

（2）扩散泵抽气能力的判断方法

正常操作设备，依次开启机械泵和罗茨泵，当炉内真空压力可以达到扩散泵的启动条件，扩散泵就可启动。如果扩散泵开启一段时间后，炉内极限真空压力不能达到工艺要求，则扩散泵有问题。

3.真空计的判断方法

有时故障是由于真空计损坏或设置不当造成的。

4.其他方面的判断方法

有时炉子的极限真空度和升压率都符合工艺要求，但是加工后零件表面有变色现象。这时很有可能是炉内漏水造成的，需要查找漏点。

如果炉子停机一段时间，再次启动后需要按照设备说明书进行烘炉（洗炉）操作，之后设备才能恢复正常（在停炉期间，应保持炉内真空压力＜1Pa）。

三、真空检漏的方法与仪器

1.真空检漏方法

在真空检漏时应将示漏物质加到被检器壁的某处，再用仪器检测通过漏孔逸出的示漏物质。

2.检漏仪

氦质谱检漏仪就是用氦气做示漏气体的质谱检漏仪，是真空检漏中灵敏度最高、用得最普遍的一种检漏仪器。

3.检漏过程中的注意事项

检漏仪连接好后，让炉子先抽一会真空，待炉内真空压力低于检漏仪的进口压力要求时，方可打开测试口的旋转阀门。检漏仪在工作状态下要避免振动，停机20min以后才允许移动。

四、真空泵性能测试

1.真空泵特征

（1） 机械泵

机械泵是行业内对真空炉粗抽泵的俗称，较常用的有旋片真空泵和滑阀真空泵。机械泵可单独工作或作为高真空机组的前级，其极限真空约10-1Pa量级，一般工作时可以将真空室抽到几帕（Pa）量级。

（2） 罗茨泵

罗茨泵是一种常用的增压真空泵，工作真空范围为200～10-1Pa。罗茨泵不能单独工作，需有机械泵作为前级泵，主要用于提高抽气速率和极限真空度。

（3） 扩散泵

扩散泵是一种常用的高真空泵，极限真空度一般可达10-4Pa。扩散泵不能单独工作，需机械泵或机械泵、罗茨泵组合作为前级泵。

2.真空泵性能测量

（1） 机械泵测试方法

参照《旋片式真空泵性能测量方法JB/T6533-97》、《滑阀式真空泵性能测量方法JB/T1246-97》标准，可制做测试装置如图2所示。

①极限压力测量

泵按规定条件运转，在不引入气体的试验罩内趋向稳定的最低压力。

②抽气速率测量

采用定压法测泵的抽气速率S。从试验罩流过的气体流量Q(观察流量计)与规定位置上的平衡压力p(略高于极限压力的适当值)的比值，即：S＝Q/p（L/s）。

（2） 罗茨泵测试方法

参照《罗茨真空泵性能测量方法JB/T7674-95》标准，可制做测试装置如图3所示。

极限压力和抽气速率的计算方法，与机械泵相同。但要求配用罗茨泵推荐的前级泵。

（3） 扩散泵测试方法

参照《蒸气流真空泵性能测量方法JB/T8272.1-96》标准，可制做测试装置如图4所示。

极限压力和抽气速率的计算方法，与机械泵相同。但需要注意测试条件：扩散泵加热功率及冷却条件应符合泵的规定；扩散泵油种类、牌号和用量以及配用前级泵均应符合泵的规定。