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    渦旋真空泵中固體潤滑技術的應用研究

    2017-08-20 13:56:47

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    渦旋真空泵作為一種容積式粗抽無油泵,由于其結構簡單、振動噪音小、可靠性高、抽氣特性好,因此在真空應用領域越來越引起人們的重視。

    由于其內部沒有任何油類和密封液體,有效地杜絕了泵油的污染,從而可獲得潔凈的真空。然而另一方面由于缺少了油的潤滑和密封作用,渦旋體嚙合時僅靠間隙來密封,這樣泵的性能將決定于加工精度和渦旋體之間的固體潤滑性能。本文對固體潤滑技術在渦旋真空泵中的應用進行了研究。

    1渦旋真空泵內的摩擦部位由于渦旋真空泵是靠間隙密封的,為了提高抽速和降低極限壓強,必須通過控制間隙來降低泄露。密閉腔之間的間隙主要有徑向間隙和軸向間隙,如所示。當間隙很小時,由于加工、裝配誤差以及工作時的受熱變形很容易接觸,產生磨擦。根據摩擦發生的部位分為齒頂摩擦和齒側摩擦。齒頂摩擦發生在動盤(靜盤)齒頂與靜盤(動盤)齒槽底面之間的軸向間隙處;而齒側摩擦則發生在動盤與靜盤齒側面相嚙合的徑向間隙處。機械摩擦一方面會導致功率的損耗,另一方面也會造成渦旋壁的磨損咬合甚至發生鎖死,導致渦旋泵的損壞。因此對間隙處的兩個接觸面必須考慮采取潤滑措施,在渦旋壓縮機中一般采取油潤滑來解決,但渦旋真空泵中不能有油的存在,因此必須尋求采用固體潤滑的方法來解決。

    2固體潤滑的作用機理和影響因素所謂固體潤滑是指用鍍、噴涂等方法將固體潤滑劑粘著在摩擦表面上形成固體潤滑膜,摩擦時在對偶材料表面形成轉移膜使摩擦發生在潤滑劑內部,從而達到減少摩擦、降低磨損的目的。固體潤滑劑的種類很多,潤滑機理也較復雜,以基本原料來分,可以分為軟金屬類、金屬化合物類、無機物類和有機物類等。不論何種固體潤滑劑,其潤滑性能主要取決于能否在摩擦面上形成轉移膜轉移膜是否具有低的摩擦系數,轉移膜與基材粘著的牢固程度及耐磨性如何等因素。固體潤滑膜的潤滑特性與基材硬度、對偶材料及其表面粗糙、熱膨脹系數等因素有關。

    在眾多潤滑材料中,由于聚四氟乙烯(FIFE)具有摩擦系數低、高低溫性能好、化學穩定性好和不受環境氣氛影響等優點,成為應用最多的材料之一。但由于它的晶體結構特性決定了它容易磨損,為了彌補這個缺點,通常不單獨使用PTFE,而是使用添加了各種添加劑的填充FTFE,在渦旋真空泵的潤滑中就大量使用了這種潤滑材料,下面就針對真空泵內不同的摩擦部位介紹一下固體潤3齒側摩擦的固體潤滑齒側摩擦發生在動盤與靜盤齒側面相嚙合的徑向間隙處。由于齒側靠間隙密封來防止泄露因此為了減少通過徑向間隙的泄露量,徑向間隙的值一般取的很小,此時由于加工精度、裝配精度以及工作時泵內溫升很容易使渦旋體之間產生接觸,導致動盤和靜盤齒側發生摩擦,嚴重時會造成渦旋體的相互咬合和泵的鎖死。

    渦旋體側面摩擦一般采用在基體表面形成固體潤滑膜來解決。在選擇鍍層材料時首先應考慮其摩擦學特性,同時也應考慮鍍層與基材間的合理匹配問題,如基材的物理機械性能對鍍層的影響,鍍層與基材間的結合強度等。鍍層與基材的合理匹配應包含以下內容:鍍層與基材的彈性模量接近程度。如果二者相差較大,當受到外力作用時,界面將產生較大應力,容易使鍍層與基材剝離。

    二者的熱膨脹系數應該接近。否則當體系升溫時,產生的熱應力也會使鍍層脫落。

    基材的硬度應該足夠大。固體潤滑膜是通過基材分擔負荷而發揮潤滑作用的,基材硬度越高,固體潤滑膜的摩擦系數越小,而且越耐磨。

    大量的實驗結果表明,提高基材的硬度,可有效地提高潤滑膜的耐磨性,延長使用壽命。

    在渦旋真空泵和渦旋壓縮機中,渦旋盤一般都經過硬化處理,如對鋁合金基材采用陽極氧化處理,鋼鐵采用NI*P化學鍍等方法來提高其硬度及耐腐蝕度。鍍膜的好壞決定著泵的整體性能,如何在渦旋體表面鍍上一層耐磨、潤滑性好,又不易脫落的固體潤滑膜已成為渦旋機械研制中一個關鍵技術問題。

    4齒頂摩擦的固體潤滑齒頂和齒槽底面的平面度和平行度決定著齒頂與底平面的密封性能,當加工精度較低時,貝|J會出現局部區域的接觸磨擦。對此處的摩擦,國外的渦旋真空泵多采用密封條結構,將密封條鑲入轉子和定子的渦旋體頂部的密封槽內,通過齒頂的密封條與底平面的彈性接觸代替齒頂與底平面的直接剛性接觸,既起到了密封和潤滑作用,又可通過彈性的密封條,自動調節因加工、裝配及變形而產生的軸向誤差。并噴涂或浸潤了PTFE具有一定的自潤滑性。因此齒頂的潤滑性能將主要取決于密封條的結構特點。

    針對渦旋泵密封條的工作特點,其性能應滿足以下幾點要求:以上性能有些是相互關聯的,必須綜合考慮。

    密封條為自潤滑復合材料,是將固體潤滑劑(如PTFE)與其他材料混合后壓制燒結或浸漬而形成。根據其工作要求,可選擇添加不同組分。國內外學者對密封條材料作了大量的研究,研制出了具備各種性能的復合材料。

    種可噴注成型的密封材料,質量組成包括:35 %―80%的聚苯硫醚樹脂(PS),10%―35%的氟烴聚合物(fluorocarbonpolymer),5%―15%的碳素纖維和5%―15%的有機粉狀物。這種密封材料具有諸如耐磨性、容易成型的特點,在用于鋁合金制成的渦旋部件的密封時具有很好的密封。在JP―A*4*5492和JP―A *6*25645中提出的密封材料中含有液態晶體聚合物,并在其中加入了玻璃碳(vitreouscarbon)或熒光聚合物(fluoroiesin)和碳素纖維等材料。

    對密封條材質的選取,既要滿足一定的彈性、耐磨性,又要有一定的自潤滑性和耐高溫性。聚四氟乙烯就是符合這種要求的較好的密封材料,但單獨使用時耐磨性不高及熱膨脹系數較大等缺點也對其性能及使用壽命產生影響。因此國內外關于密封材料的各種研究大多是以聚四氟乙烯為基本材料,添加其他成分而展開的。如美國專利USPatent 5,575,634中所介紹的密封材料中,添加了碳素纖維和不超過10%堅硬粒子以及聚苯硫醚樹脂的平衡材料,大大提高了密封材料的耐磨性,降低了其熱膨脹系數,并且由于聚四氟乙烯具有很好的自潤滑性,降低了摩擦面的粗糙度,在沒有潤滑油的情況下改善了滑動摩擦性能,既起到了良好的密封作用又減少了摩擦損失。

    5結束語1如前所述,及靜盤都做了表面硬化處理,釀ishing在介紹固體潤滑技術機理(下轉29頁)net力、降低注射速度以減低熔體流動時的剪切力。另外,還可以提高料筒溫度,提高模具溫度,從而增加分子的布郎運動,盡可能的消除分子定向的程度。通過這方面的努力可降低由分子定向而引起的收縮不均及變形所帶來的危害。

    6結束語注射成型中,除分子定向外,還有其它因素也會引起塑料的收縮和變形,實際中應全面考慮各種因素。分子定向發生在塑料內部,是人們不易掌握的。

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