水環式真空泵汽蝕問題解決方法探析

摘 要：介紹了水環式真空泵的工作原理，由于汽蝕引起葉片裂紋及損壞的故障，并針對防止真空泵汽蝕加裝的大氣噴射器的工作原理及運行過程中的注意事項。

關鍵詞：真空泵 汽蝕 噴射器

水環式真空泵以其效率高維修方便的優點在大型新建電廠中廣為采用，逐漸替代了射水抽氣器和射汽抽氣器。但是，水環式真空泵由于其在運行過程中在泵體內產生較高的真空度，導致真空泵在運行過程中由于真空度過高導致轉子汽蝕頻繁葉片裂紋和損壞的故障，國華定州電廠在原真空泵的基礎上加裝大氣噴射器以解決轉子汽蝕問題。

1、水環式真空泵工作原理

在泵體中裝有適量的水作為工作液。當葉輪按圖中指示的方向順時針旋轉時，水被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，水形成了一個決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環。水環的上部分內表面恰好與葉輪輪轂相切，水環的下部內表面剛好與葉片頂端接觸（實際上葉片在水環內有一定的插入深度）。此時葉輪輪轂與水環之間形成一個月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成葉片數目相等的若干個小腔。如果以葉輪的上部0°為起點，那么葉輪在旋轉前180°時小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時氣體被吸入，當吸氣終了時小腔則與吸氣口隔絕；當葉輪繼續旋轉時，小腔由大變小，使氣體被壓縮；當小腔與排氣口相通時，氣體便被排出泵外。（如圖1所示）

2、水環式真空泵汽蝕

由于在發電企業中，水環式真空泵應用于抽除凝汽器內不凝結氣體，以保證凝汽器的真空和傳熱良好。由于凝汽器的真空度一般較高，絕對壓力一般約在6KPa（隨季節溫度有變化），真空泵從如此低的壓力區間內抽取氣體以略高于大氣的壓力排入大氣，這就需要水環式真空泵泵體內的壓力要低于或略接近于凝汽器內部壓力才能完成抽吸工作。于是造成，真空泵內部的工作液汽化，對葉輪產生汽蝕，導致真空泵轉子出現裂紋或損壞。

3、大氣噴射器工作原理

大氣噴射器是為了在泵入口壓力接近于形成真空泵水環的水的汽化壓力時，提高水環式真空泵的出力。大氣噴射器可以認為是真空泵串連一射氣抽氣器，從氣水分離器來的空氣至真空泵作為大氣噴射器的動力介質。

大氣噴射器入口與汽水分離器相連，射氣器頭部與吸氣口相連，擴壓管出口與真空泵相連。射氣噴嘴和擴壓管形成了一個連續的流道，為動力氣流提供了一個擴散區。噴嘴將氣流的壓能變成動能，擴壓管又把動能轉變成壓能。在動力氣流流過射氣噴嘴時，動力氣流壓力與擴散段出口背壓存在壓差，這樣在噴嘴和擴壓管前的空間由于氣流高速射入形成了一個靜壓遠低于動力氣流壓力的區域。凝汽器的不凝結氣體通過入口法蘭引入真空區并被噴嘴噴出的高速射流帶走。噴嘴噴出的高速氣流與凝汽器的低速氣流之間進行動量交換，混合后的氣流在擴壓管中減速，混合氣流被壓縮并被排至真空泵入口聯管。

這樣既提高了抽吸真空的能力，又增加了真空泵的抽吸流量，從而使真空泵的真空度由1.0-8.0KPa提升至9.0-15KPa，從而大大消除汽蝕，降低噪音。

4、改造后的效果及注意事項

（1）改造后的效果

經過加裝大氣噴射器的改造后，真空泵的汽蝕問題得到明顯改善，安全運行的周期大大加強，從之前的運行半年后解體檢查是就會發現轉子由于汽蝕產生的裂紋，改造后運行半年后解體檢查發現轉子沒有任何由于汽蝕產生的裂紋，狀況良好。

另外，在真空泵周圍改造前由于汽蝕導致運行噪音很高，改造后噪聲下降20分貝，運行狀況明顯改善。

（2）改造后的注意事項：

由于所加裝的大氣噴射器是縮放噴嘴，尤其在喉部由于氣流正是由動能轉化成為壓能的部位，噴嘴喉部產生局部阻力，產生節流冷效應，造成噴嘴喉部低溫，即使在夏季也會在喉部發現結露甚至結霜現象，屬于正常現象，為防止噴嘴喉部內部由于結霜過多堵塞喉管會導致真空度下降，需要在喉部加裝伴熱裝置或調節大氣噴射器的投運時間。以避免此現象。

參考文獻：

[1] 沈維道.工程熱力學

[2] 沈士一，康松等.汽輪機原理，1991

[3] ELMO-F 2BE1 353-OMY4型真空泵使用說明書

[4] 河北國華定州電廠汽機專業檢修記錄文件

[5] 河北國華定州電廠運行規程

作者簡介：

姜占文（1984.09-），男，籍貫：吉林省德惠市，學歷：本科學歷，工程師，研究方向：電力工程。