水環式真空泵的典型故障分析及預防

程奎龍

摘要：汽輪機組生產過程中需在汽輪機排汽缸和凝汽器（排汽裝置）建立一定真空，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，真空泵就是用來建立和維持機組低背壓和凝汽器的真空。其選擇的類型結構簡單、維修方便、安全、不易發生危險。

關鍵詞：真空泵；結構與原理；事故分析；對策及解決

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水環真空泵的工作原理

真空泵葉輪偏心裝在接近圓形的泵體內，葉輪旋轉時因離心力作用，流入泵體內的水沿著泵殼形成漩流的水環。因偏心水環內表面與葉輪輪廓形成一個月牙形的空間。葉片從近壁點轉到遠壁點，2個相鄰葉片之間所包圍的容積逐漸增大，氣體由外界吸入。相反的對側，相應的容積由大變小，使原先吸入的氣體受到壓縮，當壓力達到或略大于大氣壓時，氣體被抽出。隨著葉輪穩定轉動，吸、排汽過程連續不斷地進行，因此可以連續不斷地抽吸氣體。

2水環真空泵的結構組成

泵殼：外簡體+前后泵蓋。

轉子：由葉輪、軸熱裝組成，泵軸配有護套。

分配板：前后分配板裝在泵體與前后側蓋之間。

閥板部件：由阻水板和柔性閥板組成，安裝在分配板的排氣口，具有自動調節排氣角度的作用。柔性閥板為四氟易損件，損壞后影響真空，須及時更換。

軸封部件：采用填料密封，為內供水冷卻方式。

軸承：泵的驅動端裝有一盤圓柱滾子軸承，自由端分別裝有一盤圓柱滾子軸承和兩盤圓錐滾子軸承。

3常見的故障及預防措施

3.1真空度或容量不足：主要表現在管道密封不嚴、漏汽；密封填料不足；葉輪與端蓋間隙過大；水環溫度過大、供水不足；泵體腐蝕、水環結構變形；密封水不夠、主件磨損或腐蝕；

防范措施：采用堵漏措施；更換填料、連續工作的泵每月更換1-2次；拆開調整間隙；增加水量并降低水溫（檢查冷卻器是否堵塞、查冷卻水溫度）供足水量；檢修防腐；注入正確數量的密封水（檢查密封水壓力、檢查在管線內是否堵塞）；拆卸修理并更換。

3.2電機超負荷：密封水過量、電路故障；電子儀器不準確，轉動件損壞或失靈；真空泵排出側有背壓。

防范措施：調整閥門流量；檢查是否由于電壓下降而造成電流過量；檢查安培計或伏特計；拆卸并檢查滑動面是否接觸，軸承是否損壞必要時進行修理或更換；檢查閥門開度比以及管路阻力，然后消除背壓原因。

3.3噪音和振動：密封水過量，吸入壓力太低；轉動備件損壞或失靈；安裝或管路不正確。

防范措施：調整閥門的流量；可能產生氣穴，消除壓力下降原因，拆卸并檢查滑動面是否接觸，軸承是否損壞必要時進行更換；調查原因并修理。

3.4殼體過熱：密封水不充分；密封水溫度高。

防范措施：注入規定的密封水（還應檢查密封水壓力、以及管道是否有堵塞）；把密封水溫度降到正常值，并檢查冷卻水溫度。

3.5軸承溫度過熱：聯軸器調整不當；真空泵安裝不正確；潤滑脂加入過量或不足；潤滑油脂有雜物或異物；軸承損壞。

防范措施：重新組裝，安裝“潤滑油一覽表”調節油脂量；拆開并清洗軸承、加入新潤滑脂；拆卸并更換。

3.6汽蝕：壓力低于工作水溫下的飽和壓力，引起一部分液體汽化，產生汽泡，汽泡進入壓力較高的區域時，受壓突然凝結，于是四周的液體就向此處補充，造成水力沖擊，可使金屬表面局部剝落，這種現象稱為汽蝕現象。

3.7液環真空泵在汽蝕狀態下長時間工作，會造成泵的噪聲、振動變大，甚至對泵造成損壞，因此應盡量避免液環真空泵在汽蝕狀態下工作，可通過以下方法：

（1）降低工作液的溫度在液環真空泵工作點為固定值的前提下，降低工作液的溫度可以達到防止汽蝕的效果。

（2）使真空泵運行在安全區域，提高選型的準確性這要求在選型階段，選擇液環真空泵吸入壓力及工作液溫度時盡量避開液環泵容易發生汽蝕的壓力范圍。

（3）安裝汽蝕保護管路或單向閥汽蝕過程中產生的氣泡在壓縮過程中破裂時，從外部引入壓力較高的不凝氣體能夠及時補充因氣泡破裂而出現的空間，這樣可以大大減輕汽蝕對泵的損害及降低汽蝕引起的噪聲和振動。在泵發生汽蝕現象時，從泵排氣側的汽蝕保護接口充入不凝氣體即可消除汽蝕噪聲，并大大減輕汽蝕對泵的損害。

（4）配大氣噴射器如液環真空泵吸氣口配有大氣噴射器，則液環泵不易發生汽蝕現象。

（5）采用具有更低的飽和蒸汽壓的液體作為工作液。

（6）泵的葉輪、分配圓盤采用防汽蝕能力較強的材質。

4一起典型的葉片斷裂案例分析及處理

2017年6月11日21：17，某真空泵運行正常，運行人員巡檢時發現某真空泵泵體內有異音，隨即通知機組長將某真空泵停運，21：38檢修人員到位后重新啟動，確認某真空泵筒體內確實存在很大異音，但電流沒有較大變化，始終是25.7A左右。根據以前曾發生過葉片脫落，初步判斷葉片有脫落的可能，機組真空度一直維持在一83KPa左右。經過專業初步分析，準備馬上對1A真空泵進行解體檢修。2011年6月12日上午，某真空泵解體完畢，并且發現轉子葉片斷裂了約150mm×150mm并脫落到泵簡體內。

此臺真空泵在2016年8月15日曾經發生過葉片脫落事件，當時真空泵停運較晚，轉子損壞嚴重，隨后更換了一臺修復好的轉子，一直運行到現在，并且一直按設備定期輪換方式運行的，運行一直比較穩定，電流在25.7A左右，振動最大0.019mm，未見有異音。機組真空度一直維持在一83KPa左右。2016年8月16日解體某真空泵時轉子葉片斷裂的裂紋未發現銹蝕等痕跡，葉片材料為CrNi不銹鋼。此次某真空泵葉片斷裂的裂紋也未發現銹蝕等痕跡，說明真空泵葉片疲勞性因素，屬于突發性的斷裂。

處理方法：

（1）修前測量：對轉子兩側軸頸進行跳動量測量；對轉子彎曲度進行測量；對葉輪兩端面筋板加工面進行瓢偏度測量；以監視轉子處理后的變形情況。

（2）對轉子上較明顯的裂紋用角向砂輪機進行打磨，將裂紋全部清理掉，并對焊口處進行磨光、打磨焊口園角，防止在焊接過程中產生應力集中，保證焊接質量。

（3）將無明顯裂紋但有可能出現裂紋的部位，用著色法對該部位進行檢查，有裂紋處進行打磨后補焊處理。

（4）對葉片表面較粗糙的部位用磨光機進行打磨，提高葉片表面光潔度；對密集氣孔及表面類似夾渣狀部位用磨光機或電鉆將其全部挖掉，然后進行堆焊處理。

結束語：通過日常的維護和檢查，及時發現真空泵前期故障，采取一定適合的措施從而避免真空泵進一步損壞而導致設備事故的發生，所以相關的工作人員要定期對真空泵進行維護和檢查，在保證機器正常運行的同時，也能夠防止安全隱患發生。