水環式真空泵的原理及運行

倪波

摘要：本文運用真空泵的工作原理分析一起水環式真空泵無法建立真空的故障，并就水環式真空泵的運行提出須注意的幾點注意事項。

關鍵詞：水環式；真空泵；原理；運行

1前言

對于凝汽式汽輪機組，需要在汽輪機的氣缸內和凝汽器中建立一定的真空，正常運行時也需要不斷地將不同途徑漏入的不凝結氣體從汽輪機及凝汽器內抽出，真空系統就是用來建立和維持汽輪機組的低背壓和凝汽器的真空，因此，抽氣系統工作好壞直接影響整個機組的熱經濟性和可靠性。

在熱力發電廠中，凝汽器抽真空的傳統設備主要是采用射水（汽）抽氣器。我廠6B機組即采用射水抽氣器，其原理是利用高速工作水流進入抽氣器噴嘴后射流，工作水降壓增速，將吸入室形成真空，這樣就把凝汽器里的空氣及非凝結氣體抽出，然后高流速的水和空氣在混合室混合，并進行能量交換，壓力逐漸升高，動能轉化為壓力能，到擴壓管繼續擴壓，最后高于大氣壓力排至射水箱。射水（汽）抽氣器因存在效率低、噪聲大，真空建立緩慢以及系統復雜的缺點逐步被淘汰，而具有使用安全、操作簡單、運行經濟，工作可靠、動靜部分接觸面積小、無需油潤滑、運行噪音低，結構緊湊等優點的水環式真空泵在大容量機組及部分中小機組中得到了廣泛的應用，我廠9E機組采用水環式真空泵，型號為BW4253-OEK4，生產廠家是佛山水泵廠。

2 事件回顧

2009年10月28日機組小修后開機過程中，運行人員發現水環式真空泵無法建立真空。 正常開機，采用兩臺真空泵抽真空，15分鐘左右即可建立-93Kpa左右的真空，但當日用了半個多小時也只能建立到-45Kpa左右，導致#6機高低壓旁路不能投入，在汽包壓力升高后只能通過開向排來卸壓，大量汽水無法回收，同時因除鹽水系統故障無法給鍋爐補水，致使除氧器水位、凝汽器熱井水位、汽包水位接近低水位停機臨界值，機組差點被迫停機。通過對真空系統的排查，沒有發現漏點，真空泵的電流只有78A左右（正常運行約100A），判斷為真空泵出力不足所致，經再次檢查，確認為真空泵工作水流失導致真空無法建立，給真空泵組補水至正常后真空建立，旁路投入，除氧器、汽包等水位得以恢復，機組并網。為何水環式真空泵工作水流失會導致真空泵無法抽真空？以下從水環式真空泵的原理來進行分析：

3 水環式真空泵的工作原理及不能抽真空原因分析

水環泵是由葉輪、泵體、吸排氣盤、水在泵體內壁形成的水環、吸氣口、排氣口、輔助排氣閥等組成，其原理圖如下：

水環式真空泵其葉輪偏心地安裝在接近圓形的泵體內，進入水環泵泵體的工作水受離心力的作用形成一個旋轉的水環。水環的上部其內側與葉輪輪轂相切，水環的下部其內側與葉片頂端接觸，這樣葉輪輪轂與水環之間就形成了一個月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成與葉片數目相等的若干個小腔。葉輪旋轉，小腔的容積逐漸由小變大，壓強不斷的降低，其與吸排氣盤上的吸氣口相通，當小腔空間內的壓強低于凝汽器內的壓強時，凝汽器內的不凝結氣體不斷地被抽進小腔，此時處于吸氣過程。吸氣完成時與吸氣口隔絕，隨著葉輪的轉動，小腔的容積正逐漸減小，壓力不斷地增 大，小腔處于壓縮過程。當壓縮的氣體提前達到排氣壓力時，從輔助排氣閥（柔性閥板）提前排氣。葉輪繼續轉動，小腔的容積進一步地減小壓強進一步的升高。當小腔旋轉至與排氣口相通時因小腔內氣體的壓強大于排氣壓強時，小腔內的不凝結氣體從排氣口被排出。在泵的連續運轉過程中，不斷地進行著吸氣、壓縮、排氣過程，從而達到連續抽氣的目的。

因真空泵的抽吸壓力必須低于凝汽器的壓力，才能把凝汽器內的不凝結氣體抽走，故真空泵的工作水溫度必須低于凝汽器排氣壓力對應的飽和溫度，否則就會真空惡化，還會導致真空泵葉輪汽蝕損壞。此外在工作過程中工作水做功產生熱量，會使工作水環發熱，導致一部分汽化的水和氣體及少部分水一起被排走，在泵排汽口上接有汽水分離器，廢汽和所帶的部分水排入汽水分離器后，汽水分離，氣體由排氣管排出，水經回水管供至泵內繼續使用。隨著工作時間的延長，工作水溫度會不斷地升高，部分工作水因汽化被排出，因此，在工作過程中，工作水需經板式換熱器進行冷卻，同時必須不斷地給泵補充工作水。

從上述真空本原理可知若水環式真空泵工作水量不夠，泵體內形成不了水環，就無法從吸氣及建立真空，而若工作水溫度太高，將導致真空惡化甚至無法建立真空。10月28日即是因工作水量不夠致使真空達不到運行要求。工作水量不夠的原因為小修期間真空泵解體檢修時打開真空泵體排水閥放盡泵體內的積水，在真空泵檢修完畢后此閥門未正確關閉。機組啟動檢查時又因啟動檢查票上真空系統檢查項目中沒有包含此閥門，故此問題未得到及時發現。

4 水環式真空泵運行的注意事項

從真空泵的原理可知要建立并維持一定的真空，需要給泵體持續補充一定壓力和溫度的清潔工作水，因此在水環式真空泵的運行中需要注意以下幾點：

a、完善啟動檢查操作票，將真空泵系統各閥門特別是真空泵泵體放水閥，補水閥等重要閥門都列入操作票，在啟動檢查時即為泵體補水并確認汽水分離器水位正常。

b、因真空泵入口為氣動閥，操作氣源來自全廠壓縮空氣系統。故運行中須注意監視壓縮空氣系統的壓力須在氣動閥要求的0.4---0.7Mpa之間。

c、為防止真空泵內積垢降低真空泵的效率和腐蝕，磨損，盡量采用自來水作為真空泵工作水。自來水工作狀況由壓力變送器PT2505監視，在自來水斷水或壓力下降，壓力變送器數值下降后及時切換至工業水運行。

d、為防止真空泵放水閥內漏或誤開致使真空泵工作水流失，考慮在真空泵泵體放水閥后A點處加裝壓力表來監視真空泵系統的排水水壓（正常此壓力為汽水分離器溢流壓力，若泵體排水閥誤開或內漏則此排水壓力會升高）。

e、為提高真空泵效率，降低工作水的溫度，可采用增加系統中板式換熱器的換熱面積的方法來降低工作水的溫度，并密切監視板式換熱器工作水出口溫度，發現換熱效果惡化，及時清洗（廠家建議換熱器工作水出口溫度與循環水溫度差值不超過2℃）。

參考文獻：

[1]電廠水環式真空泵冷卻系統的問題及其對機組出力的影響[J].王興平 黃功文 張林 《動力工程》2004（08）.

[2] 水環式真空泵抽氣系統在中小型機組中的應用[J].趙炬明 《吉林電力》2003（12）.

（作者單位：浙能金華燃機發電有限責任公司）