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(shí)例詳細(xì)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(shí)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( 可以達(dá)到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(jì)六十年代活性炭的應(yīng)用,這種低溫泵大量用于計(jì)算機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn), 全年365天持續(xù)工作。在日常運(yùn)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)進(jìn)行了初步的研究 但內(nèi)容還遠(yuǎn)不能滿足解決大量實(shí)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(jìn)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, 不但需要大量的理論培訓(xùn), 而且需要長時間的實(shí)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(yuǎn)不能滿足技術(shù)人員在實(shí)際維護(hù)中的需要。本文的內(nèi)容是作者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié), 是對低溫泵維護(hù)手冊的補(bǔ)充, 可為使用低溫泵的科技人員提供一些現(xiàn)場檢修的實(shí)際指導(dǎo), 對提高檢修效率降低檢修成本有一定的實(shí)用意義。

1、低溫泵故障類型與診斷分析

1.1、壓縮機(jī)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(jī)潤滑油的泄漏

　　故障現(xiàn)象: 氦氣壓縮機(jī)內(nèi)部有潤滑油泄漏故障分析和排除: 氦氣壓縮機(jī)由機(jī)械部件組成, 為了保證運(yùn)轉(zhuǎn)的正常需要對運(yùn)動部件進(jìn)行潤滑油潤滑。潤滑油會與從低溫泵中回來的氦氣混合后進(jìn)入壓縮機(jī)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(jī)漏油分兩種情況: 第一種是壓縮機(jī)經(jīng)過多年的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后, 密封件老化, 造成泄漏。第二種是由壓縮機(jī)的安全閥引起的。在壓縮機(jī)的管路中裝有一個黃色銅制安全閥, 當(dāng)壓縮機(jī)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(jī)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避免的。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(jī)分開放置, 即將壓縮機(jī)放置到潔凈室的外面, 以防萬一。

(2) 氦氣壓縮機(jī)的氦氣泄漏

　　故障現(xiàn)象: 在壓縮機(jī)經(jīng)過長期運(yùn)轉(zhuǎn)后, 壓縮機(jī)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(shí)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(bǔ)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)進(jìn)行測漏。排除漏點(diǎn)后, 對壓縮機(jī)補(bǔ)充氦氣。

　　因此, 為了避免氦氣的泄漏, 通常盡量避免對氦氣管路進(jìn)行頻繁拆裝。在氦氣壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)多年后, 應(yīng)對密封件進(jìn)行更換, 特別是各電磁閥處的密封墊圈。

1.1.2、壓縮機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)對低溫泵抽氣性能的影響

(1) 壓縮機(jī)完全不能運(yùn)轉(zhuǎn)

　　故障現(xiàn)象: 壓縮機(jī)完全不能啟動

　　故障分析和排除: 壓縮機(jī)上安裝有主電源開關(guān)和壓縮機(jī)開關(guān)。在啟動壓縮機(jī)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(jī)開關(guān)立刻跳閘, 則表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(jī)開關(guān)都沒有跳閘, 檢查遠(yuǎn)程控制器是否正確安裝使用。

　　因此, 壓縮機(jī)完全不能啟動通常是由于電源錯誤或遠(yuǎn)程控制器安裝不正確。當(dāng)然, 壓縮機(jī)的電路損壞和機(jī)械部件損壞也會造成壓縮機(jī)完全不能運(yùn)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(jī)只能運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘

　　故障現(xiàn)象: 在壓縮機(jī)開啟后, 只能運(yùn)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(bǔ)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(jī)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(jī)的溫度保護(hù)開關(guān)跳閘。查看壓縮機(jī)的型號, 如果是1020R 或8500 系列, 同時壓縮機(jī)的噪音很大, 則表明壓縮機(jī)的潤滑油不足, 需要補(bǔ)充潤滑油。如果以上檢查都正常, 可以嘗試不斷啟動壓縮機(jī),觀察每次壓縮機(jī)開關(guān)跳閘的時間間隔是否在不斷延長, 因?yàn)榈蜏乇檬状螁�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(jī)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, 從而達(dá)到預(yù)熱的目的。因此, 壓縮機(jī)的正常運(yùn)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(xì)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(jī)故障、低溫泵故障和再生故障。壓縮機(jī)故障又分為潤滑油泄漏、氦氣泄漏、不能啟動和噪音。低溫泵故障又分為低溫泵不能冷卻、低溫泵噪音。低溫泵故障最常見的是再生故障又分為完全再生故障和快速再生故障。本文的方法可以為低溫泵系統(tǒng)故障診斷與排除提供實(shí)際的操作指導(dǎo)。