Порядок поиска причин падения быстроты откачки

Падение быстроты откачки вакуумного насоса на практике часто сразу принимают за “насос вышел из строя”; на деле после разборки корпуса насоса доля случаев, когда неисправности не находят, немала: газ поступает из другого места или быстрота откачки вообще не доходит до камеры. Если идти в порядке “сначала разделить симптомы, затем измерить данные, после разбирать оборудование”, за два-три часа можно сузить область до одного места.

1. Сначала разделить симптомы на две группы

Разные симптомы указывают на совершенно разные причины; достаточно уточнить один вопрос, чтобы наполовину сократить лишние проверки:

Симптом	Критерий оценки	Указывает на
Предельное давление не достигается	После закрытия клапана установившееся давление выше предельного давления насоса	Скорость утечки, конденсируемые газы, масло, собственный предельный ресурс насоса
Давление достигается, но откачка медленная	Установившееся давление нормальное, время откачки больше прежнего	Снижение эффективной быстроты откачки: трубопровод, фильтрация, местные сопротивления, внутренние утечки насоса

Сверяйтесь со столбцом предельного давления насоса: V0025A–V0100 при закрытом газобалласте 0.1 mbar, при открытом 0.5 mbar; V0160–V0302 при закрытом газобалласте 0.1 mbar (V0250, V0302 — 0.5 mbar); V630B при закрытом газобалласте ≤8×10⁻² mbar; 2V80 при закрытом газобалласте 4×10⁻⁴ mbar. Если установившееся давление застряло на 0.08 mbar, а насос — V0160, сначала не подозревайте насос, сначала рассчитайте газовую нагрузку.

2. Сначала выполнить метод подъёма давления — так дешевле

Закройте впускной клапан, изолируйте камеру от насоса и запишите кривую роста давления во времени. Скорость утечки рассчитывается по

Подставляем: объём камеры V = 2 m³, за 300 s давление выросло с 0.02 mbar до 0.17 mbar, ΔP = 0.15 mbar, тогда Q = 0.15 × 2 ÷ 300 × 1000 = 1 mbar·L/s.

Влияние утечки такого порядка на V0160 сначала рассчитаем: 160 m³/h переводится в 44.4 L/s, только одна утечка поднимает давление на 1 ÷ 44.4 ≈ 0.023 mbar. То есть насос сам по себе может достигать 0.1 mbar, но система навсегда останавливается около 0.12 mbar, сколько ни регулируй — не опустится.

Эта же формула позволяет обратным порядком определить точность поиска утечек: для 2V80 (74 m³/h, около 20.6 L/s), который должен стабильно работать при 1×10⁻³ mbar, верхний допустимый предел скорости утечки составляет 1×10⁻³ × 20.6 ≈ 0.02 mbar·L/s, что в 48 раз меньше указанных выше 1 mbar·L/s. Такую величину метод подъёма давления не различает, необходим метод пробного газа: ISO 20485:2017 устанавливает два типа процедур (вакуумный контроль утечек при впуске газа и контроль утечек под давлением при выпуске газа), в Китае соответствует GB/T 40335-2021, применяется в модифицированном виде. Скорость сканирования щупом должна быть небольшой; быстрое сканирование пропускает малые течи.

При чтении кривой подъёма давления есть условие: сразу после закрытия клапана давление растёт быстро из-за газовыделения со стенок и остаточных газов; нужно дождаться, пока кривая войдёт в линейный участок, и только затем брать наклон, иначе рассчитанная “скорость утечки” будет скоростью газовыделения.

3. По кривой откачки обратным расчётом определить эффективную быстроту откачки

Метод подъёма давления исключил утечку, остаётся быстрота откачки. Базовое соотношение времени откачки:

Всё ещё на камере 2 m³ рассмотрим V0160 (номинал 160 m³/h): от 1013 mbar до 10 mbar, t = (2 ÷ 160) × 3600 × ln(101.3) ≈ 208 s, три с половиной минуты.

На месте измеренный тот же участок занял 210 s, выглядит неплохо; но измерялся участок от 100 mbar до 10 mbar, теоретическое значение только 104 s. Подставляем измеренное значение обратно

то есть только 49% от номинальной быстроты откачки. Насос вращается, давление снижается, но камера получает вдвое меньшую быстроту откачки — в этот момент нужно проверять “что потеряно между входом насоса и камерой”, а не пластины насоса.

4. Проводимость трубопровода: выразить потерянную быстроту откачки в числах

Эффективная быстрота откачки, быстрота откачки насоса и проводимость соединены последовательно:

Известно S_eff = 79 m³/h, S_p = 160 m³/h, обратный расчёт C:

Затем сверить с реальными размерами. DN50 (внутренний диаметр 5 cm), прямая труба 4 m, два отвода 90°, пересчитанные по 20 диаметрам трубы, в сумме дают 2 m эквивалентной длины, общая эквивалентная длина 6 m. Проводимость длинной круглой трубы в вязкостном режиме

Подставляем d = 0.05 m, L = 6 m: при 100 mbar C ≈ 1.4×10⁴ L/s, при 10 mbar около 1.4×10³ L/s, при 1 mbar 142 L/s, при 0.1 mbar остаётся только 14.2 L/s. В молекулярном режиме переходим к C = 12.1 × d³ / L (d, L в cm, результат L/s), для DN50 длиной 600 cm получается только 2.5 L/s.

Сопоставление результата прямое: около 10 mbar теоретическая проводимость трубопровода имеет порядок 5×10³ m³/h, измеренная эквивалентная проводимость только 156 m³/h, разница более чем на порядок — проблема не в диаметре трубы, а в каком-то местном сопротивлении. По вероятности: шаровой кран открыт не полностью, фильтроэлемент на входе забит пылью, шланг сжат вакуумом, обратный клапан застрял в полуоткрытом положении, проходное сечение сильфонного патрубка на один типоразмер меньше входа насоса. Этот участок также относится к часто упускаемым при монтаже: вход V0160 — G2″, при подключении трубы уменьшают диаметр, что равносильно бесполезному уменьшению входного отверстия.

Заодно объясним другой тип обратной связи с места: “ниже 1 mbar откачка замедляется”. Это не иллюзия: при 0.1 mbar проводимость той же трубы DN50 составляет только 51 m³/h, и даже более мощный насос ограничен трубопроводом. После подтверждения, что с трубопроводом проблем нет, проверять насос: уровень и состояние масла, не эмульгировано ли масло, не забит ли входной фильтр, износ пластин и пластин выпускного клапана, не забит ли фильтр масляного тумана (рост противодавления на выпуске вызывает снижение быстроты откачки на всём участке), не проскальзывает ли эластомерная муфта. Частоту вращения тоже нужно проверить: у одного и того же насоса при 50Hz и 60Hz быстрота откачки разная (V0160 — 160 / 190 m³/h), но часть моделей не подходит для регионов 60Hz; перед сменой частоты или перед экспортом необходимо уточнить у завода конфигурацию двигателя и частоты вращения, нельзя пересчитывать напрямую по каталогу.

5. Если насос и трубопровод исправны, смотреть на среду

Для режимов с водяным паром и парами растворителей насос способен отводить газ, но конденсируемые компоненты накапливаются в масле; как только масло эмульгируется, предельное давление и быстрота откачки падают вместе. Для таких режимов применяют открытие газобалласта: цена явно указана в каталоге — V0025A–V0100 при закрытом газобалласте 0.1 mbar, при открытом 0.5 mbar; V630B меняется с ≤8×10⁻² до ≤0.7 mbar. Ухудшение предельного давления после открытия газобалласта так и задумано, это не неисправность; в этот момент следует смотреть на время откачки и состояние масла, а не использовать предельное давление как критерий. Период замены масла в маслозаполненном насосе определяется режимом; конкретные критерии см. в Как часто менять масло в вакуумном насосе.

6. Сводка порядка поиска

Записать данные на месте: объём камеры, целевое давление, время откачки, установившееся давление, масло и наработку в часах.
Рассчитать скорость утечки методом подъёма давления и сравнить с допустимым значением; при превышении локализовать методом пробного газа.
По кривой откачки обратным расчётом определить эффективную быстроту откачки и сравнить с номинальной.
Обратным расчётом определить эквивалентную проводимость и сравнить с теоретической проводимостью, рассчитанной по диаметру трубы; определить, проблема в диаметре трубы или в местном сопротивлении.
Проверить степень открытия клапанов, фильтроэлемент, шланг, обратный клапан.
Проверить сам насос: масло, фильтрацию, пластины, противодавление на выпускной стороне.
Проверку подбора оставить на потом — если измеренная S_eff постоянно отстаёт от требований режима, пересчитать по калькулятору подбора по объёму камеры и времени откачки, не добавлять деньги на старую модель и менять её на насос на типоразмер больше.

Ценность этой последовательности в том, что на каждом шаге есть числа, позволяющие разложить “быстрота откачки не та” на “какова скорость утечки, какова проводимость, сколько остаётся у насоса”. Если параметры не сходятся, сначала посмотрите каталожные значения одноступенчатого маслозаполненного пластинчатого насоса V0160–V0302 и двухступенчатого маслозаполненного пластинчатого насоса 2V80 / 2V275, затем вернитесь в часто задаваемые вопросы и сверьте критерии подбора.

Смотрите также

Вопросы и ответы

При падении быстроты откачки сначала проверять насос или трубопровод?

Сначала проверять трубопровод и скорость утечки. На примере V0160: номинальная быстрота откачки 160 m³/h, измеренный участок от 100 mbar до 10 mbar занял 210 s, обратный расчёт даёт эффективную быстроту откачки всего 79 m³/h, эквивалентная проводимость 156 m³/h; при этом теоретическая проводимость трубы DN50 того же размера при 10 mbar составляет величину порядка 5000 m³/h, разница на порядок показывает, что сопротивление находится в местном элементе; перед разборкой насоса сначала проверить клапаны и фильтроэлемент.

Считать ли значение 1 mbar·L/s, измеренное методом подъёма давления, большим?

Смотреть на быстроту откачки насоса. 1 mbar·L/s при эффективной быстроте откачки 44.4 L/s поднимет давление до 0.023 mbar, для режима 0.1 mbar это ещё терпимо; но 2V80 должен работать при 1×10⁻³ mbar, допустимая скорость утечки составляет только 0.02 mbar·L/s, та же утечка превышает предел в 48 раз, необходимо локализовать её методом пробного газа.

После открытия газобалласта предельное давление ухудшилось — насос сломался?

Нет. V0025A–V0100 при закрытом газобалласте 0.1 mbar, при открытом 0.5 mbar; V630B меняется с ≤8×10⁻² mbar до ≤0.7 mbar, это проектное значение после перераспределения потока через газобалласт. Для режимов с конденсируемыми газами следует судить по времени откачки и состоянию масла, не использовать предельное давление как критерий.

Ниже 1 mbar откачка заметно замедляется — это недостаточная быстрота откачки насоса?

Скорее всего, дело в трубопроводе. Труба DN50 эквивалентной длиной 6 m при 0.1 mbar имеет проводимость около 51 m³/h; после перехода в молекулярный режим по C = 12.1×d³/L остаётся только 2.5 L/s, и даже более мощный насос будет ограничен. Сначала сократить длину трубы и увеличить проходное сечение, затем рассматривать замену насоса.