低温泵常见故障分析及其解决措施.pdf

第31卷第5期
航天器坏境工.程
2014年10月
PACECRAFT ENGINEERING
531
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H-mail:htqhigc(@126.com
lcl:(O10)68116407,68116408,68116544
低温泵常见故障分析及其解决措施
许忠旭,杜春林,武越
(北京卫星环境工程研究所,北京100094
摘要:文章对低温泵运行过程中所发生的冷头及氮压缩机典型故障进行了原因分析,并提出了解决措施
最后提出了使低温泵可靠稳定运行的建议
关键词:低温泵;典型故障;解决措施;二级冷板;压缡机
中图分类号:TB752.53
文献标志码:A
文章编号:1673-1379(2014)05-0531-05
DO:10.39691iss.1673-1379.2014.05.014
Analysis of typical troubles in the cryopump and related trouble-shooting measures
Xu Thongxu, Du Chunlin, Wu Yuc
(Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering, Beijing 100094, China)
Abstract: This paper mainly analy/es the possible causes of typical trouble about cold head and helium
compressor in the course of using the refrigerator cryopumps. The paper proposes sevcral Lroublc-shooting mcasures [or
the refrigerator cryopump's stable and reliable operation
Key words: cryopump; typical trouble: trouble-shooter second cold plate; helium compressor
0引
液氮给冷屏及障板提供冷量。
低温泉是20世纪70年代木发展起来的一种新型
高真空法兰一
抽气设备,其利用低温表面对被抽气体分了进行冷
凝、吸附和捕集,可以获得高真空和超高真空?
张的売体
具有无污染、抽速较大、运行平稳、操作简单等优
点?,是日前卒间环境模拟设备的主要真空获得设
备。本文结合各口径低温泵的使用经验,总结了冷
气低压接头
) OL Vat:系統
(绿色
真空表T9
头和氨压缩机所发生的各类典型故障,并提出了解
短气高下接头
前级真空V
(红色
冷头电札
决措施
头也机接义
1低温泵组成及工作原理
图1莱宝 COOLVAC低温泵组成
低温泵通常由氮压缩机、泵的売体(泵腔)、
Tig. 1 The makeup of Leybold COOLVAC cyropump
冷头(含一级及二级冷头)、冷屏(一级冷板口径
低温泵通常采用G-M两级制冷循环。其制冷工
大丁500m的一级冷板通常使用液氮冷屏代替)、作原理可以简述为:氮压缩机将米自于冷头的低压
二级冷板、障板、冷头测温传感器、真卒规、安全低温氮气压缩为高压高温的氮气后,经冷却、油
阀等组成,如图1所示。低温泉的抽气口径为160~分离,変成高压常温的纯浄氮气进入冷头,在冷
1320mm不等。口径小于等丁500mm的低温泉,其头的一、二气缸内绝热膨胀制冷,変成低压低
级冷板及障板由一级冷头提供冷量:大于500mm温的氨气后再返回压缩机。如此反复循环,使各
的低温泉,通常不使用一级冷板,而由外界输入的级冷板冷却。
收稿日期:2014-(05-19:修回日期:2014-09-25
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航天器坏境工程
第31卷
2典型故障及可能原因分析
音。当发出不规律的、分贝偏高的运行声音时,表
2.1冷头典型故障及原因分析
明冷头出了问题,此类声音多由冷头活塞变形导致
2.1.1冷头组成及功能简介
与气缸的摩擦增大、间隙改变所致。图4为某型号
温泉在使用过程中出现运行声音异常后,打开冷
低温泵冷头的内部结构如图2所示,主要由
头发现活塞开裂。当冷头内含油或氮气不纯时也可
气缸、活塞组成。活塞通过密封环与气缸密封连接
能导致冷头运行声音异常。
形成一、二に级冷头,分别包含一级蓄冷器及二级蓄
冷器
级冷板对应女装在一、二级冷头上
活塞由电机或配气楹米驱动,在气缸内做往复运
动,确保进入到冷头内的高长气在一、に级冷头
(布置有测温传感器)内进行绝热膨胀制冷,逐渐
降低一、二级冷头温度
图4低温泵冷头内活寒开裂变形
Iig. 4 The crack in the piston of the cryopump cold head
2.1.4
级冷板温度尢法降到要求值
密封环
冷器
低温泵正常工作过程中,一级冷板温度可以降
低到65K以下,二数冷板温度降低到15K以下。
二级密环
当出现故障时,会发生一、二级冷板的温度同时或
二级畜冷
单独降不到要求值的情况。图5所示为某型号低温
泵的一级、二级冷板温度变化。
图2制冷机低温泵冷头内部结构
S(H)
2 The internal structure of refrigerator cryopump
2.1.2二:级冷板活性炭脱落的问题
级冷头
二级冷板安装在泵腔内,因此与二级冷板有
关的故障不易发现,其中最容易发生的问题是活
性炭的脱洛,如图3所示。活性炭脱落有种情
况況:一是完全脱落,活性炭颗粒或粘结在一起的
活性炭块掉落在屏蔽板上;二是虚脱,表面上看
三后言示司系司言言
活性炭颍粒还是粘接在二级冷板上,但是稍用外
图5低温泉异常后的一、二级冷头温度曲线
力触碰就会脱落。活性炭脱落会影响低温泵对氢
Fig. 5 The temperature curves of the first and second cold
heads of abnormal cryopump
气、氮气的抽速,严重时,脱落的活性炭因振动
出现一、二级冷板温度降不到要求值的主要原
等原因运动到屏蔽板与狠売之间,在其间搭起一
?有:1)冷头活塞上的密封环黁损严重,导致
座“热桥”导致一、二级冷板的温度降不下来或
级冷头と间串气;2)氢压缩机、氮管漏气等原
泵壳外表结严重。
因导致氮气压力不足:3)氢压縮机内部的油气分
离器、吸附器等失效导致冷头活塞内部进油。
2.1.5冷头测温传感器失效
低温泵的一、二级冷板通常都布置有1~-2个测
图3低温泵二级冷板活性炭脱落
温传感器,足最重要的测温点,用以检测压缩机冷
Fig 3 The active carbon desquamation Instance of cryopump
second cold plate
头的工作