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轴承有助于降低干式真空泵的生产成本
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真空设备/泵展厅
水泵, 罗茨泵, 螺杆泵, 齿轮泵, 离心泵, ...
干式真空泵在各种工业生产环境中起着至关重要的作用。在诸如半导体、太阳能电池板、平板显示器等生产过程中,以及金属加工中的真空脱气应用都需要一个洁净的环境,以免污染物可能对生产造成不利影响。工作室里通常充满气体,因此,就需要采用干式真空泵进行排气以形成一个真空工作环境。

在半导体制造中,蚀刻工具必须在真空室里工作,以便在硅晶片上蚀刻出电子电路的微型网格。由于该生产工艺相当复杂,所以在开始工作之前,必须先清除生产室里的所有污染物。因此,在许多半导体制造厂中,经常会看到生产房的地板下安装着一排排的干式真空泵。

对于干式真空泵的终端用户来说,必须尽可能地保证泵具有最高的可靠性。在任何情况下,泵都不能因为不可靠轴承的原因而出现故障,因为这会造成生产工艺停工,代价极大。随着轴承技术革新步伐的加快,轴承在降低干式真空泵(以及其他流程泵)的全寿命成本方面发挥出更重要的作用。

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典型真空泵装配:如果轴承设计合理,组装和维护到位,它的使用寿命就会更长

通常情况下,干式真空泵需要四到八个轴承。这些轴承的平均使用寿命相差很大,从一年到五年不等。但是如果轴承设计合理,组装和维护到位,那么它们的使用寿命就会更长。

轴承解决方案

巴登公司(英国)的工程师们使用专用的轴承分析和计算软件,同时结合使用其他的设计软件,如运动学和有限元分析,来对真空泵内拟采用的轴承进行建模和仿真。这使得轴承方案能达到要求的性能、使用寿命和润滑特性,同时也充分优化了方案的成本。

巴登公司与各类干式真空泵的制造商紧密合作,其中包括螺杆式和罗茨爪型真空泵。例如,最近有一个项目,一家罗茨爪型真空泵制造商要求巴登公司设计出一套能满足多项要求的轴承方案。其中一项要求是确保泵能以更高的转速(是100赫兹而不是60赫兹)运转。此外,还要求轴承能够在润滑不佳、重度污染以及高温的情况下可靠地工作。原来的真空泵轴承采用标准钢球钢笼型设计,其平均故障间隔时间不超过三个月。对于终端用户来说,这导致了代价极大的生产停工。

为了保证轴承能够更可靠地工作在更高转速的工况下,巴登公司专门针对客户的泵设计了一套高精密轴承解决方案。该方案能提高运转精度,降低噪音和减少发热。例如,可用陶瓷材质来代替钢球,从而避免焊接,降低轴承的运转温度。这些陶瓷球能够更好地抵御污染物对球体造成的破坏。此外,还去除了原来的保持架,以便得到一种更安全的“故障保护”设计方案。

热处理

针对高温工况, 巴登公司还对钢材进行了特殊的热处理,以免钢材长期增长和软化。通过使用陶瓷球和去除保持架,得以保持奥式体含量的平衡,从而在温度性能和污染情况二者之间达到了最佳折衷。新轴承方案的效果令人惊叹:平均故障间隔时间提高了20倍,从三个月延长到五年。此外,改进后轴承方案的实际工作温度比原来的设计低了30°C。“更持久的”轴承还有助于降低功耗。

决定是否采用一项具体的轴承方案,应该在分析整体成本/效益问题后再作定夺,而不是仅仅根据购买价格来判断。今天的高科技轴承提供了具有许多更佳的特性,能降低全寿命成本,有益于泵制造商和终端用户——尽管轴承本身的价格整体较高。

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位于英国普利茅斯的巴登工厂生产线上的真空泵轴承

为一项特定应用设计和挑选轴承,其寿命周期成本(LCC)等于下列各项的总和:初始投资成本/购买价格+安装/调试费+能源成本+运营成本+维护成本(常规和计划)+停机成本+环境成本+退役/处置成本。

对于干式真空泵来说,一套先进的轴承方案的初始购买价格可能会比一个标准轴承贵三到五倍,但是它通过节能、降低维修成本和缩短停机时间等方式所为用户节省的潜在成本远远超过了其初始购买价格。

降低全寿命成本的工作始于泵的设计阶段,它充分挖掘了简化机械设计的可能性。进而又简化了泵的组装及之后的维护工作,直接和间接地节约了成本。整个设计过程中要求轴承设计者和泵制造商紧密合作。

虽然对干式真空泵轴承的转速要求比普通轴承低,但是由于温度、污染和可靠性等其他因素的影响,所以必须采用特殊的轴承设计,以满足应用要求。

干式真空泵的运转速度介于50赫兹到150赫兹之间。尽管转速较低,但是轴承必须可靠工作,并在高温下保持尺寸稳定,能够在润滑不佳的条件下继续有效地工作。

如有必要,可以为客户定制方案,对轴承进行特殊的热处理或涂覆涂层,这有助于轴承保持温度稳定性,提高抗污能力。也可以设计其他的轴承解决方案来进一步提高可靠性,例如通过用陶瓷球代替标准钢球来改善润滑度。其他定制轴承能通过降低泵的整体组装成本和减少泵的零件数量来提高自身使用价值。

在选择适合于干式真空泵(或其他流程泵)的特定轴承方案时,除了根本的技术优势外,还需要考虑全寿命成本,而不仅仅是根据轴承的采购价格来做决定。

尽管先进的轴承价格偏高,但是只要正确利用先进的轴承技术,就能实现降低成本,为泵终端用户和泵制造商带来好处。这些全寿命成本原理同样适用于其它类型的泵,包括普通真空泵和其他流程泵。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (7/17/2015)
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