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涡旋真空泵中固体润滑技术的应用研究

来源:三联泵业 整理 2016-01-12 浏览
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涡旋真空泵作为一种容积式粗抽无油泵,由于其结构简单、振动噪音小、可靠性高、抽气特性好,因此在真空应用领域越来越引起人们的重视。

涡旋真空泵中固体润滑技术的应用研究

由于其内部没有任何油类和密封液体,有效地杜绝了泵油的污染,从而可获得洁净的真空。然而另一方面由于缺少了油的润滑和密封作用,涡旋体啮合时仅靠间隙来密封,这样泵的性能将决定于加工精度和涡旋体之间的固体润滑性能。本文对固体润滑技术在涡旋真空泵中的应用进行了研究。

1涡旋真空泵内的摩擦部位由于涡旋真空泵是靠间隙密封的,为了提高抽速和降低极限压强,必须通过控制间隙来降低泄露。密闭腔之间的间隙主要有径向间隙和轴向间隙,如所示。当间隙很小时,由于加工、装配误差以及工作时的受热变形很容易接触,产生磨擦。根据摩擦发生的部位分为齿顶摩擦和齿侧摩擦。齿顶摩擦发生在动盘(静盘)齿顶与静盘(动盘)齿槽底面之间的轴向间隙处;而齿侧摩擦则发生在动盘与静盘齿侧面相啮合的径向间隙处。机械摩擦一方面会导致功率的损耗,另一方面也会造成涡旋壁的磨损咬合甚至发生锁死,导致涡旋泵的损坏。因此对间隙处的两个接触面必须考虑采取润滑措施,在涡旋压缩机中一般采取油润滑来解决,但涡旋真空泵中不能有油的存在,因此必须寻求采用固体润滑的方法来解决。

2固体润滑的作用机理和影响因素所谓固体润滑是指用镀、喷涂等方法将固体润滑剂粘着在摩擦表面上形成固体润滑膜,摩擦时在对偶材料表面形成转移膜使摩擦发生在润滑剂内部,从而达到减少摩擦、降低磨损的目的。固体润滑剂的种类很多,润滑机理也较复杂,以基本原料来分,可以分为软金属类、金属化合物类、无机物类和有机物类等。不论何种固体润滑剂,其润滑性能主要取决于能否在摩擦面上形成转移膜转移膜是否具有低的摩擦系数,转移膜与基材粘着的牢固程度及耐磨性如何等因素。固体润滑膜的润滑特性与基材硬度、对偶材料及其表面粗糙、热膨胀系数等因素有关。

在众多润滑材料中,由于聚四氟乙烯(FIFE)具有摩擦系数低、高低温性能好、化学稳定性好和不受环境气氛影响等优点,成为应用最多的材料之一。但由于它的晶体结构特性决定了它容易磨损,为了弥补这个缺点,通常不单独使用PTFE,而是使用添加了各种添加剂的填充FTFE,在涡旋真空泵的润滑中就大量使用了这种润滑材料,下面就针对真空泵内不同的摩擦部位介绍一下固体润3齿侧摩擦的固体润滑齿侧摩擦发生在动盘与静盘齿侧面相啮合的径向间隙处。由于齿侧靠间隙密封来防止泄露因此为了减少通过径向间隙的泄露量,径向间隙的值一般取的很小,此时由于加工精度、装配精度以及工作时泵内温升很容易使涡旋体之间产生接触,导致动盘和静盘齿侧发生摩擦,严重时会造成涡旋体的相互咬合和泵的锁死。

涡旋体侧面摩擦一般采用在基体表面形成固体润滑膜来解决。在选择镀层材料时首先应考虑其摩擦学特性,同时也应考虑镀层与基材间的合理匹配问题,如基材的物理机械性能对镀层的影响,镀层与基材间的结合强度等。镀层与基材的合理匹配应包含以下内容:镀层与基材的弹性模量接近程度。如果二者相差较大,当受到外力作用时,界面将产生较大应力,容易使镀层与基材剥离。

二者的热膨胀系数应该接近。否则当体系升温时,产生的热应力也会使镀层脱落。

基材的硬度应该足够大。固体润滑膜是通过基材分担负荷而发挥润滑作用的,基材硬度越高,固体润滑膜的摩擦系数越小,而且越耐磨。

大量的实验结果表明,提高基材的硬度,可有效地提高润滑膜的耐磨性,延长使用寿命。

在涡旋真空泵和涡旋压缩机中,涡旋盘一般都经过硬化处理,如对铝合金基材采用阳极氧化处理,钢铁采用NI*P化学镀等方法来提高其硬度及耐腐蚀度。镀膜的好坏决定着泵的整体性能,如何在涡旋体表面镀上一层耐磨、润滑性好,又不易脱落的固体润滑膜已成为涡旋机械研制中一个关键技术问题。

4齿顶摩擦的固体润滑齿顶和齿槽底面的平面度和平行度决定着齿顶与底平面的密封性能,当加工精度较低时,贝|J会出现局部区域的接触磨擦。对此处的摩擦,国外的涡旋真空泵多采用密封条结构,将密封条镶入转子和定子的涡旋体顶部的密封槽内,通过齿顶的密封条与底平面的弹性接触代替齿顶与底平面的直接刚性接触,既起到了密封和润滑作用,又可通过弹性的密封条,自动调节因加工、装配及变形而产生的轴向误差。并喷涂或浸润了PTFE具有一定的自润滑性。因此齿顶的润滑性能将主要取决于密封条的结构特点。

针对涡旋泵密封条的工作特点,其性能应满足以下几点要求:以上性能有些是相互关联的,必须综合考虑。

密封条为自润滑复合材料,是将固体润滑剂(如PTFE)与其他材料混合后压制烧结或浸渍而形成。根据其工作要求,可选择添加不同组分。国内外学者对密封条材料作了大量的研究,研制出了具备各种性能的复合材料。

种可喷注成型的密封材料,质量组成包括:35 %―80%的聚苯硫醚树脂(PS),10%―35%的氟烃聚合物(fluorocarbonpolymer),5%―15%的碳素纤维和5%―15%的有机粉状物。这种密封材料具有诸如耐磨性、容易成型的特点,在用于铝合金制成的涡旋部件的密封时具有很好的密封。在JP―A*4*5492和JP―A *6*25645中提出的密封材料中含有液态晶体聚合物,并在其中加入了玻璃碳(vitreouscarbon)或荧光聚合物(fluoroiesin)和碳素纤维等材料。

对密封条材质的选取,既要满足一定的弹性、耐磨性,又要有一定的自润滑性和耐高温性。聚四氟乙烯就是符合这种要求的较好的密封材料,但单独使用时耐磨性不高及热膨胀系数较大等缺点也对其性能及使用寿命产生影响。因此国内外关于密封材料的各种研究大多是以聚四氟乙烯为基本材料,添加其他成分而展开的。如美国专利USPatent 5,575,634中所介绍的密封材料中,添加了碳素纤维和不超过10%坚硬粒子以及聚苯硫醚树脂的平衡材料,大大提高了密封材料的耐磨性,降低了其热膨胀系数,并且由于聚四氟乙烯具有很好的自润滑性,降低了摩擦面的粗糙度,在没有润滑油的情况下改善了滑动摩擦性能,既起到了良好的密封作用又减少了摩擦损失。

结束语1如前所述,及静盘都做了表面硬化处理,酿ishing在介绍固体润滑技术机理net力、降低注射速度以减低熔体流动时的剪切力。另外,还可以提高料筒温度,提高模具温度,从而增加分子的布郎运动,尽可能的消除分子定向的程度。通过这方面的努力可降低由分子定向而引起的收缩不均及变形所带来的危害。

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