真空排水在某發(fā)動(dòng)機(jī)熱試現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

黃宇航

（比亞迪汽車工業(yè)有限公司，廣東 深圳518122）

0 引言

某發(fā)動(dòng)機(jī)熱試時(shí)采用水作為冷卻液，結(jié)束時(shí)需把機(jī)體內(nèi)部積水清除出去。原清除積水方式是向發(fā)動(dòng)機(jī)水道進(jìn)水口一端注入高壓氣體，帶走機(jī)體內(nèi)部殘留積水。吹水操作分為兩個(gè)部分，一是熱試臺(tái)架設(shè)備本身的吹水操作，將發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的大部分水吹回磨合水箱；二是人工使用高壓氣槍對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各管口進(jìn)行通氣吹水，盡量將第一次吹水后的殘留水吹走。但經(jīng)對(duì)拆解磨合后的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量，熱試雙重吹水過(guò)后發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)仍有約300mL殘留的水量。發(fā)動(dòng)機(jī)在客戶部門裝車時(shí)，水會(huì)從發(fā)動(dòng)機(jī)管口流出，引起客戶部門投訴，投訴率幾乎100%，需要安排專人在裝車時(shí)進(jìn)行擦水。

根據(jù)真空度越高，水的沸點(diǎn)越低的原理[1]，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證通過(guò)將發(fā)動(dòng)機(jī)水道所有管口封堵，只留一個(gè)水泵進(jìn)水管口，按圖1所示的管路連接方式與2XZ-25B型真空泵連接，來(lái)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行抽真空的方式降低發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的氣壓，使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部積水汽化排出，可以達(dá)到清除機(jī)體內(nèi)部殘留積水的目的，多次試驗(yàn)得出真空度、溫度、時(shí)間以及殘留水量的關(guān)系如表1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部真空度維持在-0.08 MPa左右，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度在43℃ ～48℃時(shí)進(jìn)行抽真空3 min，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部積水基本上能清除干凈。但實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的殘留水會(huì)進(jìn)入泵內(nèi)的真空腔，與真空泵內(nèi)的油產(chǎn)生油水混合，導(dǎo)致真空專用油變質(zhì)，影響真空泵的真空效率及壽命。針對(duì)以上問(wèn)題，本文擬解決發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)殘留水的排放及真空泵的性能干擾因素，保證在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用抽真空的方式清除發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的積水。

圖1 實(shí)驗(yàn)管路連接方式

表1 殘留水量與溫度、真空度及時(shí)間的關(guān)系

1 問(wèn)題改善

針對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)存在的問(wèn)題點(diǎn)，從兩方面進(jìn)行改善：一是根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際需求，選擇合適類型的真空泵；二是提出在不影響真空度的情況下，將積水在進(jìn)入真空泵前排放掉。

1.1 真空泵的選型

真空泵根據(jù)其工作原理，分為動(dòng)量傳輸泵及變?nèi)菡婵毡肹2]。

動(dòng)量傳輸泵是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動(dòng)量傳輸給氣體或氣體分子，使氣體連續(xù)不斷地從泵的入口輸送到出口，此類真空泵需要介質(zhì)循環(huán)箱及高速射流，轉(zhuǎn)速及壓力較高，不適合熱試生產(chǎn)線使用。變?nèi)菡婵毡檬抢帽们蝗莘e的周期變化來(lái)完成吸氣和排氣，以達(dá)到抽氣目的，主要分為往復(fù)式真空泵及旋轉(zhuǎn)式真空泵兩種，而往復(fù)式真空泵是靠活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)將氣體吸入壓縮并排出，真空度高，但長(zhǎng)期使用時(shí)活塞磨損較快，并且隨著更換次數(shù)的增加，泵的噪音、耗油量及故障率也會(huì)隨著變大，且成本較高，不適用于熱試生產(chǎn)線。而旋轉(zhuǎn)式真空泵分為油式泵、水環(huán)泵及干式泵。油式利用真空泵油來(lái)密封泵內(nèi)各運(yùn)動(dòng)部件之間的間隙，真空泵油同時(shí)兼顧潤(rùn)滑、降溫作用，泵工作可靠，真空度高，但不能抽取含水分較高的氣體；水環(huán)泵是將帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心裝在泵殼內(nèi)，旋轉(zhuǎn)時(shí)將水拋向泵殼形成與泵殼同心的液環(huán)，液環(huán)同轉(zhuǎn)子葉片形成容積周期變化的幾個(gè)小吸排氣腔，泵體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以抽除帶塵埃的氣體、可凝性氣體及水氣混合物，但真空度一般；干式泵主要是用兩個(gè)密合轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)壓縮來(lái)完成真空作業(yè)，其真空度較高，工作腔中無(wú)油，增強(qiáng)了泵的可靠性，同時(shí)抽速范圍寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、抽氣腔元件無(wú)摩擦，壽命長(zhǎng)，能耗低，但維修需要拆解整機(jī)重新裝配[3]。各類真空泵性能對(duì)比如表2所示。

表2 各類真空泵性能對(duì)比

根據(jù)各類真空度比對(duì)，從性能的要求來(lái)看，水環(huán)泵是最適合用于熱試生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，但由于水環(huán)泵對(duì)介質(zhì)水的溫度要求在25℃～35℃之間，需要安裝冷卻水塔，但該熱試現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有條件安裝，故選用可凝性氣體適用性一般的干式泵。而德國(guó)普旭的爪式真空泵由于技術(shù)成熟，采用非接觸運(yùn)行原理，有免維護(hù)優(yōu)勢(shì)，且葉片有防腐蝕涂層，允許一定的水汽進(jìn)入到泵體，結(jié)合真空排水實(shí)驗(yàn)的參數(shù)要求，選定該品牌的MM1104BV作為真空排水的主泵如圖2所示，其技術(shù)參數(shù)如表3所示。

圖2 MM1104B V真空泵

表3 真空泵技術(shù)參數(shù)

1.2 排水方案

真空排水的原理是利用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)后的余熱，讓內(nèi)部積水處于較高溫度，通過(guò)抽真空的方式降低發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的氣壓，使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部積水汽化，變成水汽被抽出。而真空泵要求不能大量進(jìn)水，因此需要在水汽走到真空泵前要將絕大部分的水汽液化排出，考慮水汽冷凝及排出的問(wèn)題，采用原理如圖3的真空排水裝置，選用標(biāo)準(zhǔn)的真空用冷凝水分分離器作為水汽液化介質(zhì)，要求過(guò)濾效率為90%，再結(jié)合氣缸、活塞、氣控管路來(lái)組成排水裝置，按圖4所示的安裝方式安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)與真空泵之間，用于過(guò)濾排出發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的冷卻水。

圖3 真空排水原理圖

圖4 安裝示意圖

為保證工作過(guò)程真空度不受影響，冷凝水的排放采用氣缸帶動(dòng)活塞雙向施壓的方式來(lái)排放，水汽在冷凝腔經(jīng)過(guò)真空用冷凝水分分離器液化后，沿中空排水導(dǎo)桿流到排水腔，通過(guò)活塞的運(yùn)動(dòng)，將液態(tài)水經(jīng)過(guò)單向閥排出，避免排水時(shí)引起真空度的變化。

在生產(chǎn)過(guò)程中，液化水在不停產(chǎn)生，需要排水活塞不停地做往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)排液化的水，因排水活塞是通過(guò)氣缸來(lái)帶動(dòng)，故采用氣控閥加氣動(dòng)速度控制閥組合的方式來(lái)組合氣動(dòng)控制回路，通過(guò)速度控制閥控制三通氣控閥的開(kāi)啟來(lái)控制兩位五通氣控閥的換位，讓氣缸間歇性往復(fù)地運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到持續(xù)排水的目的。

在實(shí)際應(yīng)用上，通過(guò)真空泵將真空度控制在-0.085 MPa以上，時(shí)間維持在4min以上，即可滿足將水全部排出，即可達(dá)到清除發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)殘留水的要求。

2 系統(tǒng)應(yīng)用及改善

干式真空泵及活塞排水裝置組合的方式已于2017年11月在該熱試線開(kāi)始使用，爪式真空泵放置在車間外，在每個(gè)臺(tái)架旁邊均有一個(gè)真空抽氣口，發(fā)動(dòng)機(jī)磨合完成后溫度在（88±5）℃，直接在臺(tái)架旁用圖5所示的連接方式抽真空，保證機(jī)體內(nèi)的水溫；同時(shí)抽真空時(shí)間設(shè)定在5 min，與新機(jī)上臺(tái)架的時(shí)間一致，在不影響生產(chǎn)的情況下滿足試驗(yàn)時(shí)間的要求。而排水裝置設(shè)計(jì)安裝兩個(gè)，一個(gè)在臺(tái)架后端，用于過(guò)濾大量的水汽，另一個(gè)安裝在真空泵前端，水分過(guò)濾排走效率達(dá)99%。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，真空度基本能穩(wěn)定在-0.09 MPa左右，達(dá)到理論排水的真空度要求，且實(shí)施以后，客戶部門投訴裝車時(shí)管口漏水量為0。

圖5 系統(tǒng)應(yīng)用簡(jiǎn)圖

系統(tǒng)投入使用以來(lái)，也產(chǎn)生了不少問(wèn)題，除以下問(wèn)題外，均已得到解決。

（1）氣缸間歇運(yùn)動(dòng)頻率較大，受氣源及氣管內(nèi)壓力變化的影響，速度控制閥容易發(fā)生故障，容易出現(xiàn)氣缸活塞不動(dòng)作或停頓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題，排水活塞不能按設(shè)定頻率來(lái)排水，導(dǎo)致真空泵進(jìn)水量過(guò)多。針對(duì)此問(wèn)題，計(jì)劃通過(guò)將氣動(dòng)閥控制改為可編程控制器+電磁閥組合來(lái)控制，使排水頻率穩(wěn)定，且降低系統(tǒng)的耗氣量。

（2）因發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)水溫度較高，且用水未經(jīng)過(guò)軟化處理，排水腔壁內(nèi)容易長(zhǎng)水垢及生銹，活塞動(dòng)作時(shí)拉傷密封圈，影響活塞的密封性，從而影響排水效率。水垢及生銹問(wèn)題，暫定方式是每半月拆解排水裝置，更換水分分離器及清除排水腔壁上的水垢和銹跡，后續(xù)生產(chǎn)線評(píng)審是否增加磨合水軟化處理措施。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)合理的真空泵選型，選擇合適的排水方式，能將真空排水實(shí)際應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，達(dá)成產(chǎn)品質(zhì)量改善的目的。但受水垢、生銹的影響，整個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)并不完善，還需進(jìn)一步改善。