水环式真空泵的典型故障分析及预防

程奎龙

摘要：汽轮机组生产过程中需在汽轮机排汽缸和凝汽器（排汽装置）建立一定真空，正常运行时也需要不断地将不同途径漏入的不凝结气体从汽轮机及凝汽器内抽出，真空泵就是用来建立和维持机组低背压和凝汽器的真空。其选择的类型结构简单、维修方便、安全、不易发生危险。

关键词：真空泵；结构与原理；事故分析；对策及解决

1

水环真空泵的工作原理

真空泵叶轮偏心装在接近圆形的泵体内，叶轮旋转时因离心力作用，流入泵体内的水沿着泵壳形成漩流的水环。因偏心水环内表面与叶轮轮廓形成一个月牙形的空间。叶片从近壁点转到远壁点，2个相邻叶片之间所包围的容积逐渐增大，气体由外界吸入。相反的对侧，相应的容积由大变小，使原先吸入的气体受到压缩，当压力达到或略大于大气压时，气体被抽出。随着叶轮稳定转动，吸、排汽过程连续不断地进行，因此可以连续不断地抽吸气体。

2水环真空泵的结构组成

泵壳：外简体+前后泵盖。

转子：由叶轮、轴热装组成，泵轴配有护套。

分配板：前后分配板装在泵体与前后侧盖之间。

阀板部件：由阻水板和柔性阀板组成，安装在分配板的排气口，具有自动调节排气角度的作用。柔性阀板为四氟易损件，损坏后影响真空，须及时更换。

轴封部件：采用填料密封，为内供水冷却方式。

轴承：泵的驱动端装有一盘圆柱滚子轴承，自由端分别装有一盘圆柱滚子轴承和两盘圆锥滚子轴承。

3常见的故障及预防措施

3.1真空度或容量不足：主要表现在管道密封不严、漏汽；密封填料不足；叶轮与端盖间隙过大；水环温度过大、供水不足；泵体腐蚀、水环结构变形；密封水不够、主件磨损或腐蚀；

防范措施：采用堵漏措施；更换填料、连续工作的泵每月更换1-2次；拆开调整间隙；增加水量并降低水温（检查冷却器是否堵塞、查冷却水温度）供足水量；检修防腐；注入正确数量的密封水（检查密封水压力、检查在管线内是否堵塞）；拆卸修理并更换。

3.2电机超负荷：密封水过量、电路故障；电子仪器不准确，转动件损坏或失灵；真空泵排出侧有背压。

防范措施：调整阀门流量；检查是否由于电压下降而造成电流过量；检查安培计或伏特计；拆卸并检查滑动面是否接触，轴承是否损坏必要时进行修理或更换；检查阀门开度比以及管路阻力，然后消除背压原因。

3.3噪音和振动：密封水过量，吸入压力太低；转动备件损坏或失灵；安装或管路不正确。

防范措施：调整阀门的流量；可能产生气穴，消除压力下降原因，拆卸并检查滑动面是否接触，轴承是否损坏必要时进行更换；调查原因并修理。

3.4壳体过热：密封水不充分；密封水温度高。

防范措施：注入规定的密封水（还应检查密封水压力、以及管道是否有堵塞）；把密封水温度降到正常值，并检查冷却水温度。

3.5轴承温度过热：联轴器调整不当；真空泵安装不正确；润滑脂加入过量或不足；润滑油脂有杂物或异物；轴承损坏。

防范措施：重新组装，安装“润滑油一览表”调节油脂量；拆开并清洗轴承、加入新润滑脂；拆卸并更换。

3.6汽蚀：压力低于工作水温下的饱和压力，引起一部分液体汽化，产生汽泡，汽泡进入压力较高的区域时，受压突然凝结，于是四周的液体就向此处补充，造成水力冲击，可使金属表面局部剥落，这种现象称为汽蚀现象。

3.7液环真空泵在汽蚀状态下长时间工作，会造成泵的噪声、振动变大，甚至对泵造成损坏，因此应尽量避免液环真空泵在汽蚀状态下工作，可通过以下方法：

（1）降低工作液的温度在液环真空泵工作点为固定值的前提下，降低工作液的温度可以达到防止汽蚀的效果。

（2）使真空泵运行在安全区域，提高选型的准确性这要求在选型阶段，选择液环真空泵吸入压力及工作液温度时尽量避开液环泵容易发生汽蚀的压力范围。

（3）安装汽蚀保护管路或单向阀汽蚀过程中产生的气泡在压缩过程中破裂时，从外部引入压力较高的不凝气体能够及时补充因气泡破裂而出现的空间，这样可以大大减轻汽蚀对泵的损害及降低汽蚀引起的噪声和振动。在泵发生汽蚀现象时，从泵排气侧的汽蚀保护接口充入不凝气体即可消除汽蚀噪声，并大大减轻汽蚀对泵的损害。

（4）配大气喷射器如液环真空泵吸气口配有大气喷射器，则液环泵不易发生汽蚀现象。

（5）采用具有更低的饱和蒸汽压的液体作为工作液。

（6）泵的叶轮、分配圆盘采用防汽蚀能力较强的材质。

4一起典型的叶片断裂案例分析及处理

2017年6月11日21：17，某真空泵运行正常，运行人员巡检时发现某真空泵泵体内有异音，随即通知机组长将某真空泵停运，21：38检修人员到位后重新启动，确认某真空泵筒体内确实存在很大异音，但电流没有较大变化，始终是25.7A左右。根据以前曾发生过叶片脱落，初步判断叶片有脱落的可能，机组真空度一直维持在一83KPa左右。经过专业初步分析，准备马上对1A真空泵进行解体检修。2011年6月12日上午，某真空泵解体完毕，并且发现转子叶片断裂了约150mm×150mm并脱落到泵简体内。

此台真空泵在2016年8月15日曾经发生过叶片脱落事件，当时真空泵停运较晚，转子损坏严重，随后更换了一台修复好的轉子，一直运行到现在，并且一直按设备定期轮换方式运行的，运行一直比较稳定，电流在25.7A左右，振动最大0.019mm，未见有异音。机组真空度一直维持在一83KPa左右。2016年8月16日解体某真空泵时转子叶片断裂的裂纹未发现锈蚀等痕迹，叶片材料为CrNi不锈钢。此次某真空泵叶片断裂的裂纹也未发现锈蚀等痕迹，说明真空泵叶片疲劳性因素，属于突发性的断裂。

处理方法：

（1）修前测量：对转子两侧轴颈进行跳动量测量；对转子弯曲度进行测量；对叶轮两端面筋板加工面进行瓢偏度测量；以监视转子处理后的变形情况。

（2）对转子上较明显的裂纹用角向砂轮机进行打磨，将裂纹全部清理掉，并对焊口处进行磨光、打磨焊口园角，防止在焊接过程中产生应力集中，保证焊接质量。

（3）将无明显裂纹但有可能出现裂纹的部位，用着色法对该部位进行检查，有裂纹处进行打磨后补焊处理。

（4）对叶片表面较粗糙的部位用磨光机进行打磨，提高叶片表面光洁度；对密集气孔及表面类似夹渣状部位用磨光机或电钻将其全部挖掉，然后进行堆焊处理。

结束语：通过日常的维护和检查，及时发现真空泵前期故障，采取一定适合的措施从而避免真空泵进一步损坏而导致设备事故的发生，所以相关的工作人员要定期对真空泵进行维护和检查，在保证机器正常运行的同时，也能够防止安全隐患发生。