水環式真空泵真空度不足問題分析及處理措施

李長嶺

【摘 要】水環真空泵屬于變容積真空泵，依靠泵內水環、輪轂、葉片間的基元容積的體積變化完成吸氣、壓縮以及排氣過程，由于工作液為水，整個過程近似等溫。又由于其結構簡單，維修管理方便，水環真空泵在石油化工、造紙、煤礦等行業應用十分廣泛。本文在此基礎上主要就水環式真空泵真空度的相關內容進行簡要的分析和研究。

【關鍵詞】水環式真空泵;真空度不足;問題分析;處理措施

1水環真空泵介紹

水環真空泵是內部裝有帶固定葉片的偏心轉子，將水或其他液體拋向定子壁，并與定子形成同心的液環，轉子葉片與液環一起構成可變容積的一種旋轉變容積真空泵。水環真空泵是一種粗真空泵，它能達到的極限真空約為2000-4000Pa，與羅茨真空泵組成機組時極限真空可達到1-600Pa。水環真空泵壓縮氣體的過程近似為等溫過程。正因如此，水環真空泵可以用來抽吸或壓縮易燃、易爆的氣體，并能適應排水量大，載荷沖擊波動等惡劣的工況;在造紙、石化、化肥、煤炭、冶金、建材、電器、制藥、醫療、環保、印刷、紡織、塑料、包裝、海運等行業都得到了廣泛的應用;在真空消毒、真空蒸餾、真空濃縮、真空蒸發、真空脫氣和真空回潮等工藝過程中也發揮著重要的作用。由于真空應用技術的飛速發展，水環真空泵在粗真空獲得方面受到人們越來越多的重視。水環真空泵的主要結構包括泵體、葉輪、圓盤、軸承體、軸承壓蓋、氣體分配器、進水口、放水口、吸氣口、排氣口和軸封部分等。殼體分為前殼體和后殼體兩部分;吸、排氣口均在圓盤上。水環真空泵的葉輪葉片為前彎型，可以使工作液體獲得較大的動能，有利于水環的形成。水環真空泵工作時，水以一定的壓力進入泵腔，形成水環。同時水還在氣體的夾帶作用下不斷地從排氣口排出。經過氣液分離器分離后，氣體排出，水可經冷卻后循環使用。

2水環式真空泵真空度不足問題分析及處理措施

2.1水量對真空度的影響

水環真空泵正常工作時為保證水量的充足需要有一個進水口，當進水量足夠大時，水環真空泵內的水總是充足的。這里主要基于水環真空泵簡化模型探究當人為限制水環真空泵水量時，水環真空泵工作性能的變化，即在水量充足和水量不足條件下水環真空泵工作性能的對比。

如圖1所示為水量不足情況下水環真空泵的水環邊界圖，從圖中可以看出，此時水環邊界的形狀與水量充足時相比有較大的改變，水環已經不能與輪轂相切，水環邊界與輪轂之間的徑向間隙較大，說明在排氣段氣體沒有被完全排除，降低了排氣量，同時這部分氣體進入吸氣段時，由于正常工作情況下吸氣段壓力較低，因此會極大地降低吸氣量，甚至會降低水環真空泵所等達到的極限真空度。為計算在當前水環真空泵工作水量的減少量，需要將水量不足和水量充足情況下的水環邊界導入CAD中進行對水環面積對比分析。經計算，當前情況下，與水量充足情況下相比，水環真空泵工作水量的減少量約為14%。再結合水量減少14%

時不同入口壓力條件下的吸氣量圖中可以看出，在入口絕對壓力較高（50000Pa以上）時，水環真空泵的氣量要略高于水量充足情況下的氣量，但是當入口絕對壓力較低（小于40000Pa）時，可以發現水環真空泵的氣量開始急劇下降，接近10000Pa時氣量已經將至0，不能完成正常的抽氣工作，而正常情況下，水環真空泵的入口絕對壓力可以達到2000～4000Pa。可見，在入口真空度較高的情況下，水量不足會嚴重降低水環真空泵的氣量。

2.2工作水溫度對真空度的影響

水環真空泵工作時，工作液體一般是水，水的溫度對泵的功耗會產生明顯的影響。水環真空泵的極限真空取決于泵本身的壓縮能力以及工作水所對應的飽和蒸汽壓。水的溫度越高，其飽和蒸汽壓就越大，極限真空就越低。水溫過高還會造成泵的吸氣量減小，效率降低。因此，必須保證工作水維持在一個較低的溫度，這也是要源源不斷地補充工作液體的原因之一。在水環真空泵的標準中，對工作液的物理狀態有了較為詳細地規定。在實驗時，吸氣溫度應為20℃，工作液的溫度應為15℃。而在實際的生產過程中，并不能保證泵的運行工況處于上述條件，所以吸氣量也就達不到標準規定的氣量。在夏季，環境溫度較高，這就給水環真空泵的工作液溫度造成了更大的影響。在實際生產過程中，水環真空泵的效率在夏季明顯低于其他季節，其原因就是工作液的溫度較高導致水環真空泵的真空度降低，吸氣量減小。所以在夏季更需要對工作液進行冷卻降溫，以保證水環真空泵高效工作。綜上所述，工作液的溫度對水環真空泵的吸氣量、真空度均有一定的影響。因此，必須使工作液保持較低的溫度才能有效地減少泵的能量損失，提高泵的效率，充分發揮泵的最大性能。

2.3皮帶脫水系統對真空度的影響

真空皮帶石膏脫水系統運行過程中，常會出現石膏脫水達不到要求，檢查時習慣首先從泵入口真空表讀數檢查真空度，當發現讀數低時，判斷真空泵出力不夠。其實這樣判斷不準確，判斷真空泵吸入壓力的方法是將泵入口與完全密封的容器相通，才能測出準確數值。但皮帶脫水系統與真空泵相連的是皮帶、氣水分離器、真空室等，不是一個完全密封的容器，如這些裝置出現泄漏會造成漏真空，因此真空度不夠的原因可能是系統泄漏。

2.4真空泵切換過程對真空度的影響

運行中真空泵正常切換過程;（1）解除真空泵聯鎖;（2）啟動備用真空泵，檢查確認備用真空泵啟動后其進口抽空門自開正常;（3）檢查確認備用泵啟動正常、凝汽器真空度正常后停用原運行泵，檢查確認原運行真空泵停用后其進口抽空門自關正常;（4）投用真空泵聯鎖。整個切換過程中，真空度突降現象發生在第3步，即停原運行泵步驟。檢查運行邏輯，進口抽空門自關邏輯為：真空泵停止后，延時2s自動關真空泵進口門。現場檢查分析發現，在真空泵的氣水分離器與排氣管間有一個逆止閥，閥后管道連通大氣，該逆止閥的關閉動力為閥前、后壓差。切換過程中，在停用原運行真空泵的瞬間，出口壓力降低，逆止閥由于存在關閉時間差還未關閉或閥門卡澀時，大氣會流經排氣口→逆止閥→氣水分離器→真空泵泵體內→真空泵進口抽空母管，導致聯備泵內工作環境被破壞，聯備真空泵出力下降，影響凝汽器真空度，威脅機組安全運行。在原運行泵分離器逆止閥完全關閉或原運行泵進口抽空門經延時關閉后，真空度逐步恢復。

3結束語

水環式真空泵作為工業生產中的主要抽氣設備，是工業生產操作的重要設備。依托生產實踐經驗，從制作原理出發，對真空泵運行及安裝過程中真空度不足的問題進行研究分析，提出技術改進措施。整改后提高了生產效率。

參考文獻：

[1]王西龍，許濤，羅根松，王超.變容真空泵真空度的測量與誤差分析[J].真空，2010，4704：65-68.

（作者單位：河南中煙工業有限責任公司黃金葉生產制造中心）