螺桿型干式真空泵連續(xù)運轉4小時運行狀態(tài)檢測技術規(guī)范

1. 檢測原理
螺桿型干式真空泵的運行狀態(tài)檢測基于多物理量監(jiān)測與性能評估原理。其核心在于通過監(jiān)測泵在連續(xù)熱平衡狀態(tài)下的各項關鍵參數(shù)，評估其機械完整性、真空性能穩(wěn)定性及熱管理能力。

• 振動分析原理：依據(jù)轉子動力學與機械振動理論，泵內轉子副（陽轉子與陰轉子）的非理想嚙合、軸承磨損、動平衡破壞等機械狀態(tài)變化，會引發(fā)特征頻率的振動。通過分析振動信號的幅值、頻率成分及變化趨勢，可診斷內部機械狀態(tài)。

• 溫度監(jiān)測原理：基于熱力學與傳熱學原理。泵體與軸承座的溫度直接反映轉子嚙合摩擦熱、軸承運轉發(fā)熱與冷卻系統(tǒng)效率的綜合效果。螺桿泵在達到熱平衡后（通常需連續(xù)運行1-2小時），溫度應穩(wěn)定在特定范圍，異常溫升預示摩擦副異常、潤滑不良或冷卻故障。

• 噪聲分析原理：噪聲是氣體流動（氣動噪聲）、機械撞擊（機械噪聲）和電磁力（電磁噪聲）的綜合聲學表現(xiàn)。通過聲壓級與頻譜分析，可識別轉子嚙合間隙變化、氣體反竄、軸承缺陷等潛在問題。

• 真空性能測試原理：依據(jù)氣體分子動力學與流體力學。通過監(jiān)測極限壓力、抽速以及在一定時間內的壓力穩(wěn)定性，評估泵的抽氣效率、密封性能（包括軸封、腔體密封）以及是否存在內部泄漏。極限壓力反映泵的終極抽氣能力，抽速曲線則表征其在不同壓力下的工作效率。

• 電流/功率監(jiān)測原理：基于電機拖動理論。泵的運行電流和功率直接對應于其負載轉矩。轉子卡滯、摩擦增大、入口壓力驟變等均會引起電機負載變化，從而在電流和功率參數(shù)上產生特征響應。

2. 檢測項目
檢測項目系統(tǒng)分為三大類：機械性能、真空性能與電氣/熱性能。

• 2.1 機械性能檢測

  • 振動檢測：在泵驅動端、非驅動端軸承座及泵體特定測點，使用振動傳感器測量振動速度有效值（mm/s）和振動位移峰值（μm），并進行頻譜分析。

  • 噪聲檢測：在距泵體1米、離地1.5米高度多個方位測量A計權聲壓級（dBA）。

  • 軸承狀態(tài)監(jiān)測：通過振動高頻加速度包絡解調技術或沖擊脈沖法，分析軸承的潤滑狀態(tài)與損傷情況。

• 2.2 真空性能檢測

  • 極限壓力測定：關閉泵入口盲閥，連續(xù)運轉至壓力不再下降，記錄終穩(wěn)定壓力值。

  • 抽氣速率校驗（可選，通常在深度檢測中進行）：通過定容法或流量法，測量在特定入口壓力下單位時間的抽氣量。

  • 壓力穩(wěn)定性監(jiān)測：在額定入口壓力或空載條件下，連續(xù)記錄4小時內入口壓力的波動情況。

  • 氣體泄漏率檢測：采用靜態(tài)升壓法。在泵達到極限壓力后關閉盲閥，記錄單位時間內真空腔體內壓力的上升值，計算系統(tǒng)總泄漏率。

• 2.3 電氣與熱性能檢測

  • 運行電流與功率監(jiān)測：連續(xù)記錄三相運行電流及輸入功率，觀察其波動與趨勢。

  • 溫度監(jiān)測：在泵體排氣口、各軸承座、電機外殼等關鍵點，使用接觸式溫度傳感器連續(xù)監(jiān)測溫度。

  • 冷卻系統(tǒng)效能檢查：監(jiān)測冷卻水進出口溫差與流量（對于水冷型），或風冷系統(tǒng)的風扇運行狀態(tài)與風道通暢性。

3. 檢測范圍
本檢測規(guī)范適用于所有應用螺桿型干式真空泵的工業(yè)與科研領域，其具體要求根據(jù)應用場景的嚴苛程度有所不同：

• 半導體與集成電路制造：要求極低的極限壓力、極高的潔凈度與壓力穩(wěn)定性。檢測需關注微泄漏、烴類污染物排放及振動對敏感工藝的影響。

• 平板顯示與光伏產業(yè)：類似半導體，但對特定工藝氣體的耐受性及抽速穩(wěn)定性有高要求。

• 化工與制藥工藝：關注對腐蝕性、可凝性氣體的處理能力，檢測需側重泵腔內部狀態(tài)（如有無腐蝕、聚合物沉積）的間接評估（通過電流、溫度分析）。

• 科研與實驗裝置：要求運行安靜、振動小，檢測需強化振動與噪聲指標。

• 包裝與材料處理：通常更關注抽氣速度與可靠性，對極限壓力要求相對寬松。

4. 檢測標準
國內外標準為檢測提供基準與評判依據(jù)。

• 國內主要標準：

  • JB/T 8944《容積真空泵 性能測量方法》：規(guī)定了抽速、極限壓力等性能參數(shù)的測量方法。

  • GB/T 21271《真空技術 真空泵噪聲測量》：規(guī)定了噪聲測量的條件與方法。

  • GB 10068《軸中心高為56mm及以上電機的機械振動 振動的測量、評定及限值》：可作為泵機組振動評定的參考。

• 主要標準：

  • ISO 21360-1:2012《真空技術 標準測量方法 第1部分：容積真空泵的抽速測量》：提供了抽速測量的通用方法。

  • ISO 10079-1《真空泵 測量性能特性方法 第1部分》：涵蓋極限壓力等測量。

  • ISO 10816（系列）《機械振動 在非旋轉部件上測量評價機器振動》：為工業(yè)機械的振動評價提供了更廣泛的框架。

• 對比分析：標準（如ISO）通常更側重于測量方法的統(tǒng)一性和精確性，在范圍內接受度更高。國內標準與之逐步接軌，但在具體限值和部分應用細節(jié)上可能存在差異。在實際檢測中，常以設備制造商技術規(guī)范為首要依據(jù)，并參照嚴格的適用行業(yè)標準（如半導體設備標準SEMI）進行符合性判斷。

5. 檢測方法

• 準備工作：確保泵安裝穩(wěn)固，所有連接（管道、冷卻、電源）正確無誤。清潔泵入口濾網(wǎng)。校準所有待用檢測儀器。

• 初始狀態(tài)記錄：記錄環(huán)境溫度、濕度和大氣壓力。記錄泵的初始冷態(tài)振動和噪聲值。

• 啟動與連續(xù)運行：啟動真空泵，開始4小時連續(xù)計時。在啟動瞬間記錄啟動電流。

• 數(shù)據(jù)采集：

  • 振動/噪聲：每30分鐘在各測點采集一次數(shù)據(jù)，關注運行1小時后的熱態(tài)數(shù)據(jù)。

  • 溫度：每15分鐘記錄一次各測點溫度，直至穩(wěn)定。

  • 電流/功率與壓力：使用數(shù)據(jù)記錄儀進行連續(xù)或高頻率（如每秒一次）間隔記錄。

  • 極限壓力與泄漏率：在運行的第3.5小時至第4小時之間進行測定。

• 操作要點：

  • 整個檢測過程應在盡可能恒定的環(huán)境條件下進行。

  • 振動傳感器安裝必須牢固，保證良好的機械耦合。

  • 進行極限壓力測量時，需確保系統(tǒng)充分除氣和熱穩(wěn)定。

  • 所有數(shù)據(jù)需同步記錄時間戳，以便關聯(lián)分析。

6. 檢測儀器

• 振動分析儀/數(shù)據(jù)采集器：應具備至少2個通道，頻率范圍至少覆蓋5 Hz - 10 kHz，具備FFT頻譜分析功能。配合壓電式加速度計使用。

• 聲級計：至少滿足2型精度要求，具備A計權網(wǎng)絡，好能進行倍頻程或1/3倍頻程頻譜分析。

• 真空計：根據(jù)泵的極限壓力范圍選擇合適的類型（如皮拉尼計、電容薄膜規(guī)），需經(jīng)過校準，量程和精度滿足測量要求。

• 電流鉗/功率分析儀：可精確測量交流電流、電壓、功率及功率因數(shù)，具備數(shù)據(jù)記錄功能。

• 熱像儀或多通道溫度記錄儀：熱像儀用于掃描泵體溫度分布，發(fā)現(xiàn)局部過熱點。溫度記錄儀用于關鍵點的連續(xù)溫度監(jiān)測，精度應在±1°C以內。

• 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：用于同步整合來自不同傳感器的數(shù)據(jù)，便于后續(xù)綜合分析。

7. 結果分析

• 趨勢分析：繪制關鍵參數(shù)（如軸承溫度、運行電流、振動總值）隨時間變化的曲線。正常狀態(tài)下，這些參數(shù)在達到熱平衡后應保持穩(wěn)定或僅有微小波動。任何持續(xù)上升或階躍式變化均為異常。

• 限值比較：

  • 振動：將測量的振動速度有效值與標準（如ISO 10816-3）或制造商規(guī)定的限值進行比較。通常，新泵或狀態(tài)優(yōu)良的泵應處于“良好”區(qū)域。

  • 溫度：軸承溫度通常不應超過90°C（取決于軸承類型和潤滑），泵體排氣溫度應在制造商規(guī)定的大允許值以下。

  • 噪聲：與制造商承諾值或同類設備行業(yè)普遍水平比較。

  • 極限壓力：應達到或優(yōu)于泵的標稱指標。

  • 泄漏率：計算值應小于系統(tǒng)允許的大泄漏率。

• 頻譜分析：對振動和噪聲信號進行頻譜分析，識別與轉子通過頻率、軸承特征頻率（如保持架、滾珠/滾道缺陷頻率）及其諧波相關的峰值，是診斷特定故障（如不對中、不平衡、軸承損傷）的關鍵。

• 綜合評判：

  • 運行正常：所有檢測參數(shù)均在允許范圍內，趨勢穩(wěn)定，無異常頻譜成分。

  • 關注：個別參數(shù)接近但未超限，或存在輕微異常趨勢。需縮短檢測周期，加強監(jiān)控。

  • 異常：一個或多個參數(shù)超出允許限值，或存在明顯的惡化趨勢，或頻譜分析發(fā)現(xiàn)明確的故障特征頻率。需立即停機排查。

  • 性能劣化：極限壓力不達標或抽速下降，表明泵內部存在磨損或污染，需進行維護。