水環式真空泵出力低原因分析及解決方案

國家能源費縣發電有限公司 王統志

1 水環式真空泵的結構和工作原理

環式真空泵由葉輪、殼體組成，葉片和輪轂構成了葉輪。泵體內組成了一個類似圓柱體的空間，葉輪被偏心地安裝在泵體內，

水同時泵體上裝設了吸氣口和排氣口。葉輪側面殼體的氣體分配器上裝設排氣口和吸氣口，形成了泵吸氣及排氣的通道[1]。殼體是葉輪的工作空間，還有一個比較大的作用是影響泵內水的運動，從而達到影響泵內能量的轉換過程。

水環式真空泵啟動之前，泵內需要注入合適的水，這些水起到傳遞能量和密封作用。電機驅動葉輪旋轉時，由于葉片的推力水獲得了圓周速度，在離心力的作用下水向外部運動，因而在泵殼內表面處形成一個運動水環。但是葉輪與殼體是偏心安裝的，水環內表面與葉輪也是偏心的。由水環內表面、葉片表面、輪轂表面、殼體側蓋表面共同圍成了多個互不聯通的小腔室。

由于水環與葉輪是偏心安裝的，所以不同位置的腔室的體積是不一樣的。所有小腔室隨著葉輪的旋轉，它的容積是一直變化的。如果在小腔室的容積由小逐漸變大的過程中使之與吸入的氣體相聯通，就會不停的吸入氣體。當小腔室的容積由大逐漸變小時，封閉該腔室，吸入的氣體就會不斷的被壓縮。壓縮氣體達到一定程度后，讓該腔室與排氣口相聯通，就可以排出被壓縮的氣體[2-3]。

對水環式真空泵的工作原理進行歸納：在泵體內裝入合適的水作為工作液。當葉輪按照圖1所示順時針方向進行旋轉時水被葉輪甩向四周，在離心力的作用下水形成了一個類似泵腔形狀的封閉水環。葉輪輪轂與水環的下部分內表面恰好相切，葉片頂端與水環的上部內表面接觸。此時葉輪輪轂與水環之間的部分形成一個類似月牙形空間，而這個空間又因葉輪和葉片的存在被分割成若干個小腔。如將葉輪的下部0°作為起點，那么葉輪在旋轉過程中，前180°時小腔的容積由小逐漸變大且與吸氣口相通，氣體被吸入泵內，當吸氣完畢時小腔與吸氣口隔絕；當葉輪繼續轉動時小腔逐漸由大變小，使氣體不停的被壓縮；當小腔與排氣口聯通時氣體被排出泵體外。

圖1 水環式真空泵

費縣電廠2×650MW超臨界汽輪機是由上海汽輪機廠設計制造。汽輪機的型式：超臨界、三缸四排汽、一次中間再熱、雙背壓、單軸、凝汽式。凝汽器抽真空系統有兩臺水環式真空泵和兩臺雙級羅茨真空維持泵組成，機組啟動時兩臺真空泵同時投入運行，以加快抽真空過程；正常運行過程中兩臺水環真空泵或真空維持泵運行，其余停運備用。運行中出現了2B真空泵出力低、2B缸真空低的異常狀況。2B真空泵手動補水至高水位，B缸真空上升2kPa，手動關補水，B缸真空同時下降2kPa。本文對水環式真空泵出力低的具體原因進行了詳細分析，并提出了相應的解決辦法。

2 真空泵出力低的原因及解決方案

水環式真空泵的軸端密封效果不好，軸承端蓋盤根的總數不夠或盤根壓蘭力距不夠，空氣在軸端處漏入真空泵，降低了真空泵實際出力；閥片密封效果變差，真空泵兩側的閥片長周期運行，易造成閥片損傷而導致裂紋。單側閥片斷裂，該側進氣管溫度會下降同時引起真空泵振動。兩側閥片同時斷裂會造成真空嚴重下降；工作液水位過高、過低的影響。如水位過高，工作液過多會影響泵芯排水，水位過低泵體內水環形成困難，均會對真空造成影響；工作液溫度過高，工作液溫度已經達到該真空下相對應的飽和溫度，部分工作液氣化，影響水環形成，吸入和排出氣體變得困難。

就地對真空泵軸端進行檢查，未發現有漏空氣現象。對真空泵液位計進行了更換，水位未發生變化；就地測量2B真空泵冷卻器，工作液進、出口溫度41.7℃，39.7℃；冷卻水進、出口溫度22.3℃，32.7℃。泵體溫度45℃，端差17.4℃；就地測量2A真空泵冷卻器，工作液進、出口溫度40℃，27.7℃。冷卻水進、出口溫度21.4℃，28.7℃。泵體溫度41.4℃。端差6.3℃。具體數據見表1。

表1 兩臺水環式真空泵運行參數對比

經查詢飽和蒸汽、溫度對照表，B缸真空在91.36kPa時對應飽和溫度43℃。2B真空泵泵體溫度45℃。2A真空泵泵體溫度41.4℃。2B真空泵工作液已經達到飽和溫度之上，存在汽化現象，影響真空泵內水環形成。因真空泵補水直接進入真空泵泵體內，手動補水時工作液溫度下降，2B真空泵出力增加。關補水時工作液溫度回升，2B真空泵出力下降。對2B真空泵冷卻器進行清理后，2B真空泵出力恢復正常。

通過對真空泵出力低的原因進行分析，逐項排查，發現真空泵冷卻器冷卻效果差。對冷卻器進行清理檢查，真空泵出力低得已解決。同時在定期工作中增加真空泵冷卻器端差測量定期工作，端差（工作液出口溫度—冷卻水入口溫度）＞5℃行冷卻器清理，確保了真空泵長周期正常運行。