水环式真空泵出力低原因分析及解决方案

国家能源费县发电有限公司 王统志

1 水环式真空泵的结构和工作原理

环式真空泵由叶轮、壳体组成，叶片和轮毂构成了叶轮。泵体内组成了一个类似圆柱体的空间，叶轮被偏心地安装在泵体内，

水同时泵体上装设了吸气口和排气口。叶轮侧面壳体的气体分配器上装设排气口和吸气口，形成了泵吸气及排气的通道[1]。壳体是叶轮的工作空间，还有一个比较大的作用是影响泵内水的运动，从而达到影响泵内能量的转换过程。

水环式真空泵启动之前，泵内需要注入合适的水，这些水起到传递能量和密封作用。电机驱动叶轮旋转时，由于叶片的推力水获得了圆周速度，在离心力的作用下水向外部运动，因而在泵壳内表面处形成一个运动水环。但是叶轮与壳体是偏心安装的，水环内表面与叶轮也是偏心的。由水环内表面、叶片表面、轮毂表面、壳体侧盖表面共同围成了多个互不联通的小腔室。

由于水环与叶轮是偏心安装的，所以不同位置的腔室的体积是不一样的。所有小腔室随着叶轮的旋转，它的容积是一直变化的。如果在小腔室的容积由小逐渐变大的过程中使之与吸入的气体相联通，就会不停的吸入气体。当小腔室的容积由大逐渐变小时，封闭该腔室，吸入的气体就会不断的被压缩。压缩气体达到一定程度后，让该腔室与排气口相联通，就可以排出被压缩的气体[2-3]。

对水环式真空泵的工作原理进行归纳：在泵体内装入合适的水作为工作液。当叶轮按照图1所示顺时针方向进行旋转时水被叶轮甩向四周，在离心力的作用下水形成了一个类似泵腔形状的封闭水环。叶轮轮毂与水环的下部分内表面恰好相切，叶片顶端与水环的上部内表面接触。此时叶轮轮毂与水环之间的部分形成一个类似月牙形空间，而这个空间又因叶轮和叶片的存在被分割成若干个小腔。如将叶轮的下部0°作为起点，那么叶轮在旋转过程中，前180°时小腔的容积由小逐渐变大且与吸气口相通，气体被吸入泵内，当吸气完毕时小腔与吸气口隔绝；当叶轮继续转动时小腔逐渐由大变小，使气体不停的被压缩；当小腔与排气口联通时气体被排出泵体外。

图1 水环式真空泵

费县电厂2×650MW超临界汽轮机是由上海汽轮机厂设计制造。汽轮机的型式：超临界、三缸四排汽、一次中间再热、双背压、单轴、凝汽式。凝汽器抽真空系统有两台水环式真空泵和两台双级罗茨真空维持泵组成，机组启动时两台真空泵同时投入运行，以加快抽真空过程；正常运行过程中两台水环真空泵或真空维持泵运行，其余停运备用。运行中出现了2B真空泵出力低、2B缸真空低的异常状况。2B真空泵手动补水至高水位，B缸真空上升2kPa，手动关补水，B缸真空同时下降2kPa。本文对水环式真空泵出力低的具体原因进行了详细分析，并提出了相应的解决办法。

2 真空泵出力低的原因及解决方案

水环式真空泵的轴端密封效果不好，轴承端盖盘根的总数不够或盘根压兰力距不够，空气在轴端处漏入真空泵，降低了真空泵实际出力；阀片密封效果变差，真空泵两侧的阀片长周期运行，易造成阀片损伤而导致裂纹。单侧阀片断裂，该侧进气管温度会下降同时引起真空泵振动。两侧阀片同时断裂会造成真空严重下降；工作液水位过高、过低的影响。如水位过高，工作液过多会影响泵芯排水，水位过低泵体内水环形成困难，均会对真空造成影响；工作液温度过高，工作液温度已经达到该真空下相对应的饱和温度，部分工作液气化，影响水环形成，吸入和排出气体变得困难。

就地对真空泵轴端进行检查，未发现有漏空气现象。对真空泵液位计进行了更换，水位未发生变化；就地测量2B真空泵冷却器，工作液进、出口温度41.7℃，39.7℃；冷却水进、出口温度22.3℃，32.7℃。泵体温度45℃，端差17.4℃；就地测量2A真空泵冷却器，工作液进、出口温度40℃，27.7℃。冷却水进、出口温度21.4℃，28.7℃。泵体温度41.4℃。端差6.3℃。具体数据见表1。

表1 两台水环式真空泵运行参数对比

经查询饱和蒸汽、温度对照表，B缸真空在91.36kPa时对应饱和温度43℃。2B真空泵泵体温度45℃。2A真空泵泵体温度41.4℃。2B真空泵工作液已经达到饱和温度之上，存在汽化现象，影响真空泵内水环形成。因真空泵补水直接进入真空泵泵体内，手动补水时工作液温度下降，2B真空泵出力增加。关补水时工作液温度回升，2B真空泵出力下降。对2B真空泵冷却器进行清理后，2B真空泵出力恢复正常。

通过对真空泵出力低的原因进行分析，逐项排查，发现真空泵冷却器冷却效果差。对冷却器进行清理检查，真空泵出力低得已解决。同时在定期工作中增加真空泵冷却器端差测量定期工作，端差（工作液出口温度—冷却水入口温度）＞5℃行冷却器清理，确保了真空泵长周期正常运行。