关于排气机真空度的技术研究

关于排气机真空度的技术研究

张修波

（佛山电器照明股份有限公司，佛山 528000）

摘要：

真空度对于一台排气机来说是十分重要的，也是排气机的重要性能指标，排气机真空度的高低直接影响成品灯的寿命。

在1879年白炽灯的出现后，真空的应用和研究才被人们重视，特别是二十世纪以来的广泛应用于科学的研究和工业生产的各个领域，真空技术的基本内容才逐渐的形成，并成为一门独立的科学技术，从而促进各种真空设备和工具制造方面迅速发展，特别是真空设备在电光源生产中的应用，所以电光源是真空器件使用领域中的一个分支。如对生产ECO50卤素灯的排气机（圆排）真空度的应用与研究，由于ECO50卤素灯要求的光效高、寿命长，所以对排气机的真空度要求十分高，下面重点探讨为开发ECO50卤素灯产品而提高排气机真空度所进行的技术研究。

关键词：

排气工位、排气中心盘（分上下盘二盘）、分气盘、分子泵、扩散泵、真空接头、真空胶管、真空度、胶粒、气密性、加热除气。

一、改进ECO50卤素灯排气机工位的结构和功能，提高真空度：

不同排气机由于对真空度的要求不同，排气工位的设计结构也不相同。排气机的工位要达到高真空度要求（注：改进后的真空度可以保持在0.0E-4 Pa～1.5E-4 Pa之间），必须选择性能良好的不锈钢材质, 而且需要对选择该材料进行加热锻打、表面氮化处理或碳化处理，增加表面硬度，确保加工好后的耐磨性、气密性，防止串气或漏气。对排气工位的结构设计也必须做到合理、适用。

排气工位的加工精度和表面光洁度也十分重要，要确保排气工位同接头和连接管的密封性要好、不能出现漏气等情况。由于工位—中心盘—真空泵之间共96条连接管和相应的大量接头连接，所以出现漏气的概率也很高，有任何一处出现漏气都会造成排气机真空系统的真空度达不到成品灯要求的真空度，严重影响成品灯的质量，造成成品灯的寿命大幅下降。

排气工位锁头要选择密封性能和耐热性能优良的硅胶生产的硅胶粒，同时硅胶粒的硬度要适中、延展性要好，胶粒中间孔的大小要与排气管的大小相匹配。选购材质优良、结构合理的密封圈及其真空脂（如：蓖麻油等既是密封材料，又是润滑剂）进行密封和润滑，使排气机的真空系统达到成品灯对真空度的要求。

基于上述具体要求，对原排气机的排气工位进行了技术研究和改进。如下图（一）所示，是最初的ECO50排气机的排气工位立体图及其零配件明细，排气机工位与抽气管、充气管是用真空胶管连接，止气方式为紧压胶管进行阻断。由于真空胶管的密度等原因，造成气密性不一致，并且时间长容易产生老化，很难确保真空度的一致性，严重影响成品灯的内在质量。经过多次测试，原排气机真空度达不到ECO50卤素灯的要求，生产出来的成品灯在寿试500小时左小就开始出死灯情况（注：ECO50卤素的寿命要求在1500小时以上）。

（1）头子连接三通、（2）头子连接三通、（3）旧式头子、（4）10X14密封胶圈、（5）头子垫片、（6）3.2X15XL10硅胶粒、（7）头子轴承装配体、（8）排气机头子锁母、（9）锁母拨臂、（10）真空胶管、（11）胶管下压挡条、（12）胶管压管、（13）压块侧板、（14）压块阻挡套、（15）抽气阀杆、（16）626ZZ轴承、（17）充气阀杆、（18）夹紧限位板

原旧排气工位图（一）

为提高ECO50卤素灯的寿命，经过对排气机旧排气工位的认真分析和研究，针对旧排气工位存在有不足，设计了一套全新的排气工位，如下图（二）是改进后的提排气工位，改进后利用压簧压高密度真空胶拍，密封各抽气和充气孔，由于工件接触面经过镜面抛光处理，密封一致性很好。与旧的排气工位对比，真空度得到极大提高，改进后的真空度可以保持在0.0E-4 Pa～1.5E-4 Pa之间。并且结构紧凑、开夹方便。初抽、半精抽和精抽的速度都大大加快，生产效率和产品内在质量得到明显提高。经公司品质部多次测试，改进后所生产出来的ECO50卤素的寿命均达到1500小时以上。

（1）排气机压帕式工位、（2）密封胶帕、（3）充气压帕安装套、（4）抽气压簧轴、（5）胶帕压簧、（6）充气压簧垫片、（7）充气阀压臂、（8）3X26.5定位销、（9）2.5X7X6滚轮、（10）2.5X11.5滚轮轴销、（11）3X10X4滚轮、（12）3X11.5滚轮轴销、（13）3.2X14.5定位销、（14）抽气阀曲臂、（15）曲臂固定件、（16）抽气压簧垫片、（17）抽气压帕安装套、（18）3X20定位销、（19）抽气阀压臂、（20）5X14X5滚轮、（21）头子堵头、（22）卧式头子、（23）头子轴承装配体、（24）排气机头子锁母、（25）锁母拨臂、（26）工位板、（27）4X16.5定位销

改进后排气工位图（二）

同时为了进一步提高ECO50排气机真空度，加多了两个工位的烤灯火和四个工位的点灯测试，其效果有两方面，第一是检测对应排气工位的ECO50卤素灯是否完好；第二是对灯进行加热，使灯中的气体受热膨胀，同时加热后的空气中的氧气和水蒸气立即被抽走，这样进一步提高了排气真空度。这是工位功能分布运用的范畴。

二、改进ECO50卤素灯排气机的分气盘结构，提高真空度：

ECO50排气机的分气盘是一套由分气中心轴等组成的圆形盘，安装在排气机大盘的上面，分气盘对排气机真空度有着十分重要的影响。如分气盘的材料、结构、加工工艺、表面光洁度和表面的硬度对提高排气机真空度均有直接的影响。材料和热处理工艺影响分气盘的硬度和耐磨性，材质越好，材料锻打和热处理工艺越到位，分气盘的硬度和耐磨性就越好，排气真空度提高的效果就越好。

分气盘接头采用接嘴紧压铜套进行密封，使用前必须严格的用火除气，而且接嘴紧压铜套的上下两个面的光洁度要高，让分气盘的接头与连接管的连接不出现漏气，确保每根连接管的气密性好并定期做好检测工作。

如下图（三）所示，原旧分气盘只分上下两层结构，上层为卤气下层为氢气。传统的工艺是从中心盘把氮气冲进灯腔进行冲洗，容易将油蒸汽带进灯腔造成污染，严重影响ECO50卤素灯的内在质量。

（1）旧式分气盘、（2）旧式分气盘主轴、（3）6910ZZ（50X72X12）、（4）43X51密封胶圈、（5）分气盘垫脚、（6）分气盘主轴固定块、（7）主轴下固定套、（8）接嘴垫片、（9）分气盘接嘴、（10）接嘴锁母、（11）接嘴紧压铜套

原旧分气盘及其接管分布图（三）

经过对旧分气盘的认真分析和研究，对ECO50卤素灯排气机的旧分气盘按如下图（四）进行改进。分气盘由原来两层结构改进成三层结构，工位的改进后，上层为卤气，中层为氮气，下层为氢气。这样氮气直接从分气盘充进灯腔，保证了气体的纯度，极大提高了ECO50卤素灯的内在质量和使用寿命。

（1）分气盘主轴、（2）43X51密封胶圈、（3）6910ZZ（50X72X12）、（4）分气盘、（5）分气盘主轴固定块、（6）主轴下固定套、（7）分气盘接嘴、（8）接嘴紧压铜套、（9）接嘴锁母、（10）充气管、（11）分气盘垫脚

现改进三层分气盘及其接管分布图（四）

三、在ECO50排气机的精抽位使用高真空度的分子泵，提高真空度：

真空泵的运用对真空度的提高及其重要，真空泵的发展也很快，如现在常用的德国的莱宝泵、成都的蓝光泵、浙江的飞越泵，一般的的机械泵的极限真空度只能抽到5x10-2Pa左右，但是分子泵的极限真空度可达到10-3~10-8Pa。

不同的泵的抽气速率是不同，抽速快的，可以缩短抽气时间，提高生产效率。先用抽速快的真空泵把从零件放出来的气体及时抽走，才能维持系统中所需的真空度。所以，现实生产中使用时分为三个阶段，分别为粗抽、半精抽和精抽。改进后，对ECO50卤素灯排气机精抽位增加了2台高真空分子泵，确保了排气系统的真空度，保证了成品灯质量达到技术标准要求。

四、加强对ECO50排气机真空管道的日常检测，防止慢漏气：

排气机的真空管道要定期进行检查和清洗，同时定期检测真空管道的气密性，确认气密性的一致与稳定，确保真空管道的密封性能达到要求。

如发现在真空度不稳定时，要立即对真空系统（由各种真空元件组成，如真空泵、零件、连接胶管、真空计、真空阀等等）进行查漏，及时排除故障。常采用真空检测仪，或采用打高频来判断是有泄露。

结论：

电光源用排气机的发展，从单工位发展为多工位，但是对真空度的需求和工艺都是相近的。控制好零配件原材料的选用，真空系统各个环节的清洗、防漏与检测，密封与润滑，工位功能的合理分配。排气机真空系统的高真空度最终得到了实现，ECO50卤素灯排气机的真空度终于实现保持在0.0E-4 Pa～1.5E-4 Pa之间的效果，为提高ECO50卤素灯内在质量和生产效率提供了有力保障。

参考文献

【1】真空技术基础张爱堂冯新三编轻工业出版社1992年

【2】机械制图郑爱云机械工业出版社        2017 年

【3】机械设计（第九版）濮良贵、陈国定编高等教育出版社 2013年

【4】公差配合与测量技术黄云清机械工业出版社         2019年

【5】电光源材料与工艺张爱堂、冯新三编轻工业出版社   1986年

【6】机械原理孙恒、葛文杰编高等教育出版社  2021年

【7】电真空工艺莫纯昌等编国防工业出版社1980年

【8】真空系统设计张以忱等著冶金工业出版社  2013年

【9】真空工程设计张玉魁主编国防工业出版社2016年