❶ 真空泵选型不当，真空泵的性能参数与真空工艺不匹配；

❷ 操作使用不当；

❸ 没有按照使用说明书的规定要求对真空泵进行维护和保养；

❹ 真空容器和真空管道的设计、结构和材料亦不符合真空技术的要求。
众所周知，真空泵的抽气特性是对应不同的工况，所以要根据不同的真空工艺来选择和设计不同类型和不同性能参数的真空系统。

关于真空获得技术

通常在真空工艺中采用的真空获得技术可以归纳成二类：（1）湿式技术；（2）干式技术。
湿式技术和干式技术区分是：

当气体通过真空泵时，用户的工艺气体是否与泵内的液体相接触，湿式技术是利用液体在泵的排气口和进气口之间形成一个密封，以尽可能减少从排气口到进气口的气体返流，从而提高抽气效率。
而干式技术是不存在工艺气体与泵的液体相接触。

关于真空系统设计需要注意的几个问题

2.1 真空泄漏

在选定真空泵的抽速时，要考虑到真空系统都存在一定量的空气泄漏。
过量的泄漏会降低真空泵对工艺气体的抽速，这种泄漏都是发生在真空管道的连接处和真空容器的连接处。

为了避免过量的空气泄漏，这里推荐真空系统中各种不同的连接方法及其工作压力范围。

2.2 判断是真空泵问题还是系统问题

为了做出正确的判断，可以在泵的入口阀门关闭的情下，测量真空泵的极限压力，如果测得的极限压力很接近制造厂给出的数据，表明问题来自于系统的漏气和放气。

2.3 过高的排气压力与背压

真空泵的排气压力是一个大气压或稍为高于大气的压力，当排气压力高于一个大气压时就会造成：

❶ 泵的温度升高以及由于过热而造成泵被卡死。

❷ 泵在运行时的电流升高，造成电机过载、跳闸等故障。

2.4 吸气口和排气口管路尺寸的选择

为了消除真空管路对真空泵性能的影响，可以根据下列原则考虑：

❶ 连接真空泵的吸气口和排气口的管路尺寸不能小于吸气口和排气口的尺寸。

❷ 为了弥补因真空管道长度而造成对真空泵抽速的影响，吸气口管路每15米长度，要求管道直径向上增加一档，例如真空泵入口尺寸是200毫米，它与真空容器之间的管路长度是20米，真空泵入口管路直径应增加到250毫米。

2.5 平行抽气的真空泵，彼此之间要相互隔离

许多真空装置是由多台真空泵对真空容器平行进行抽空，而且使用公用的吸气管路和排气管路。
如果不工作的真空泵的吸气口和排气口没有与正在工作的泵隔离就会导致：

❶ 正在工作的泵排出的气体会进入到不工作的泵，使不工作的泵受到污染。

❷ 正在工作的泵会对不工作的泵进行抽空，并导致不工作的泵的泵内液体返流到真空管路和容器中。

真空泵在真空工艺应用中发生故障的原因及纠正措施

3.1 液环泵

液环泵的性能会受到各种条件的影响，而造成真空性能的下降，例如：

（1）密封液蒸汽压过高

液环泵通常采用水作为密封液，在一些特殊应用场合，亦可使用其它的液体。
一般来说，密封液的温度愈低，其蒸汽压亦愈低，如果密封液的蒸汽压过高，当泵的工作压力接近密封液的蒸汽压时，密封液就从液态急剧蒸发成汽态（气蚀），造成泵的抽气能力下降。
为了防止泵的气蝕，根据经验，密封液在工作温度下的蒸汽压要小于泵的工作压力（P1）的二分之一。

例如水的蒸汽压在15℃时PV=1769Pa，于是泵充许最低的工作压力为：

P1 =2×1769=3538Pa

如果泵的工作压力低于这个值，泵内就会产生汽蚀，最终使泵的叶轮遭到损坏，见图1所示。

▲ 图1 泵的叶轮由于汽蚀遭到损坏

当液环泵用水作为密封液时，如果直接将高温的水输入到泵内，由于水的温度高蒸汽压亦高，当蒸汽压增加到接近泵的工作压力时，水就急骤蒸发，使泵的性能下降。

图2所示的例子是：当泵工作压力在10000Pa情况下，由于水温升高而造成泵的抽速衰减。
从图2中的曲线可以看出，水温在15℃时，泵的抽速为标称抽速，当水温升至40℃时，抽速己经衰减50％，而水温到了50℃，抽速衰减到了90％。

▲ 图2 泵的工作压力为10000Pa时，泵的抽速随着水温升高而衰减

（2）密封液的流量不当

见图3所示。

▲ 图3 液环泵的剖面图

为了获得所要求的性能，每一个型号泵的密封液流量都有规定，而且必须控制在所要求流量的5％以内，如果流量得不到控制，就会产生下列情况：

❶ 假如供给泵的密封液流量过多，则泵内液环的容积就会增加，转子用来排除工艺气体的容积就减小，造成抽速降低和真空性能变坏。

❷ 假如供给泵的密封液流量过少，则泵内液环的容积就減小，转子和泵壳之间就形成不了密封，于是在内部产生一个从排气口到吸入口的返流，同样亦使泵的性能变坏。

（3）密封液被工艺气体所污染（在密封液全循环系统情况下）

工艺气体中含有可凝物——在抽气过程中，这些可凝物与泵内的密封液相接触时，很容易聚集在密封液中，假如这些物质的蒸汽压高于泵的工作压力就会突然蒸发成蒸汽，使泵的性能変坏。

工艺气体中含有颗粒——在抽气体过程中，这些颗粒会堵塞液环泵系统的管路、过滤器、热交换器、阀门等，使输送到泵内的密封液的流量受到限制，导致泵的性能降低以及液环泵的过热。

3.2 罗茨泵

许多真空工艺装置中，在前级泵的基础上都配备罗茨泵（图4），一是可以提高抽速，二是改善真空。
然而，罗茨泵在运行过程中经常遇到下列问题：

（1）罗茨泵在启动时由于电机过载而跳闸

国内罗茨泵的最大允许压差一般都规定在5000Pa，其电机容量亦是根据最大允许压差来设定。
例如：罗茨泵与前级泵抽速之比为8：1，如果罗茨泵在2000Pa下启动，罗茨泵压差为8×2000Pa-2000Pa=14000Pa>5000Pa，于是就超过它的最大允许压差，所以要根据罗茨泵与前级泵的配比来确定罗茨泵的最大启动压力。

▲ 图4 罗茨泵的剖面

（2）罗茨泵在运行过程中过热，甚至造成转子被卡死

造成罗茨泵过热有两个原因：

一是入口气体温度过高，因为被抽气体通过罗茨泵后，温度会进一步升高，如果泵体长时间在超过80℃下运行，会产生一系列故障，甚致造成转子因热膨胀而卡死，建议当入口气体温度超过50℃时，在罗茨泵上游增设热交换器。

二是罗茨泵排气侧的压力过高，特别是当前级泵为液环泵时，如果液环泵的密封液被工艺气体污染，产生高的蒸汽压，则罗茨泵长时间在高压差运行，就会导致过热。

（3）前级泵的液体倒流到罗茨泵的泵腔内

这种现象在罗茨水环机组中常有发生。
因为在停水环泵时，虽然罗茨泵己经停止运转，但罗茨泵仍处于真空状态，水环泵的水就会返流到罗茨泵的泵腔内，甚至通过迷宫密封进入油箱，使油乳化，轴承损坏。

因此，在停水环泵前，必须从水环泵的入口充入大气，而且充气时间必须在水环泵停止运转以后继续维持30秒。

3.3 油封滑阀泵/旋片泵

油封滑阀泵和旋片泵在运行过程中常见问题如下：

（1）启动时皮带尖叫声/启动电流过大，产生这个问题的原因有：

❶ 皮带张力不当，主要是皮带太松，可以通过启动泵来调整皮带的张力，见图5所示。

❷ 由于油温过低，油的粘度太大。
如果油温低于15℃，就必须对油进行预热，以降低油的粘度。

❸ 滑阀泵停车程序不当，假如泵在真空状态下停车，那么泵油会返回到泵腔内，造成再启动困难。
所以滑阀泵在停车前，必须从泵口充入大气，并维持20秒，用较大的气流将泵腔内的油打入到油箱。

▲ 图5 调整皮带张力

（2）泵达不到所要求的极限压力/油乳化

通常油封真空泵达不到所要求的极限压力的原因是由于：

❶ 所使用的油不符合厂商的要求；

❷ 可凝性的蒸汽聚集在油内。

首先要选择真空泵厂商推荐的油，因为真空泵油必须具有足够低的蒸汽压，而且这个蒸汽压必须低于泵的极限压力，假如使用高的蒸汽压油来代替，当泵达到极限压力时，油会突然蒸发，导致极限压力升高。

许多工艺，例如真空干燥，被抽气体中都含有湿气，当它进入到处于大气压下的油箱时就会冷凝在泵油内，结果油被乳化。
当被泠凝的液体和泵油在泵腔内（在真空下）循环时，就会蒸发成蒸汽状态，造成高的极限压力。

为了改善极限真空，可以采取下列措施：

❶ 在真空工艺停止的情况下，打开泵的气镇阀，真空泵运行15-30分钟，用进入的空气来剥离泵油内的湿气。

❷ 一旦油被严重乳化，就必须及时换油，否则会导致泵的磨损和发热，降低泵的寿命。

（3）泵油返回到真空容器和管路内

这是因为泵（见图6）在停机以前没有向泵内充入大气，由于压差原因而造成的返流。
所以在停机前，必须从泵的入口充入大气，破坏泵的入口真空，而且充气时间不小于20秒，利用大气的气流将泵腔内的油打入到油箱。

▲ 图6 油封滑阀泵结构图

（4）排气口出现大量油雾

油封机械泵在运行过程中排出大量油雾的原因：

❶ 泵连续在高的入口压力下运行。
油封真空泵连续运行的入口压力通常规定是<1300Pa，假如高于这个值，高密度的气流会将大量的油带入到减雾器，当超过了它的过滤能力时，造成大量油雾排出到泵外。
为了改善这种情况，就需要选择适当容量的泵，以降低泵的入口压力。

❷ 另一种可能是减雾器的滤芯纤维己经分离，导致油雾直接从泵排出，这就需要更换滤芯。

3.4 干式螺杆真空泵

干式螺杆泵通常遇到的问题是应用和操作不当。

（1）过热和卡死

干式螺杆泵对外界的各种条件是非常敏感的，通常造成过热的原因如下：

❶ 冷却水的流量不够和泠却水的温度过高。
由于螺杆真空泵内部温度很高，它对于冷却水的流量和温度的要求比较严格，如果流量和温度不符合制造厂家的规定，会导致泵的过热和卡死。

❷ 入口气体温度过高。
因为螺杆泵内部没有吸收热量的液体，根据干式螺杆真空泵的设计，其泵的内部温度是在110℃到260℃之间，所以厂家都规定了泵的最高入口温度，一般不允许超过70℃，如果忽略了这个问题，就会导致泵的内部温度过高，甚至泵被卡死。

❸ 与罗茨泵的配比不合理。
在螺杆真空泵与罗茨真空泵选型过程中，有些参数是必须考虑的，其中最主要的是干式螺杆泵与上游罗茨真空泵的配比，亦就是容积流率之比：

SR = S1 / S2

S1 / S2 = P2 / P1

其中，S1为罗茨泵容积流率，S2为螺杆泵容积流率，P1为罗茨泵的入口压力，P2为螺杆泵的入口压力，SR为级比。

由于S1 通常大于S2，所以P2 大于P1，当气体通过罗茨泵以后，其排出的气体温度会升高，当进入螺杆泵的气体温度超出允许值后，就会造成泵的过热甚致卡死。
为了可靠起见，一般SR 取2～4之间。

（2）泵腔内存在积液现象，造成振动和噪音增大

当螺杆真空泵抽除可凝性气体时，在泵的排气口会堆积被冷凝的液体，一旦泵停车时，这些液体就返回到泵腔内，造成泵再启动困难，振动和噪声增加大。
如果这些液体具有腐蚀性，长时间残留在泵腔内，则会腐蚀螺杆和泵腔。

所以在设计真空装置时，泵的排气管道要低于泵的排气口的位置，或者在泵的排气口处安装一台单向阀，当泵停车时，阀门自动关闭，以防止被冷凝的液体倒流到泵腔内。

（3）油箱内的润滑油变质

螺杆真空泵大都用于抽除可凝性气体或腐蚀性气体。
虽然泵腔和油箱之间设有机械密封或迷宫密封，而且在密封处还有气障保护，以防止工艺气体进入到油箱。
但是仍然会有少量工艺气体进入到油箱，当积累到一定程度，润滑油就会变质。

所以油箱里的润滑油还是需要根据不同工艺，在3~6个月进行更换。
如果被抽气体腐蚀性很强，则需要采用耐腐蚀的氟油，以确保泵的正常运行。

（4）电机电流过高

造成这个问题的原因有：

❶ 过高的排气压力（背压）。

❷ 由于冷却水和入口气体温度过高，而造成螺杆之间的相互接触。

❸ 工艺物质堆积在泵内。

上述❶和❷己经在前面讨论过，现在重点讨论工艺物质堆积问题。

众所周知，许多真空工艺都含有化学物质，它们在高温下具有粘性，很容易堆积并烧结在螺杆的表面，见图7所示，当堆积的厚度不断增加时，就会在螺杆与螺杆之间出现一个零间隙，造成相互接触，于是在泵轴上产生一个附加扭矩，导致泵的运行电流增加。

▲ 图7 工艺物质堆积在螺杆表面

关于工艺物质堆积问题的解决方案，可以作如下选择：方案1，在螺杆泵的上游设置分离罐或过滤器；方案2，用水蒸汽冲洗。

方案1对于延长泵的寿命是非常有利，然而这些过滤器是很昂贵，亦需要经常维护，另外当过滤器堵塞时，会导致螺杆泵对容器的有效抽速下降。

方案2用水蒸汽冲洗，虽然无需过滤器，但操作不当，亦有可能造成对泵的损害和不能确保冲洗后的效果。
冲洗时，泵要停止运行，关闭泵的入口阀门，打开泵的排气口，从泵的入口通入水蒸汽，直到螺杆泵可以灵活转动为止。
冲洗完成后，螺杆泵仍需空转运行20分钟，使泵腔内部始终保持干燥状态。

结论

随着真空技术的迅速发展，真空应用领域愈来愈宽，而且有些应用场合如：半导体、光伏产业、化工、制药等领域，它的工作条件十分苛刻。
所以真空工作者必须根据不同的真空工艺来选择和设计不同类型和不同性能参数的真空系统。
当真空系统出现故障时，对故障进行分析、诊断和釆取正确的纠正措施同样亦是十分重要。