水环真空泵振动异常分析及预防措施

水环真空泵振动异常分析及预防措施
摘要：加氢装置水环真空泵在运行中出现振动异常升高的现象，直接影响设
备平稳运行，并造成真空度下降，无法满足正常生产要求。

对设备进行解体检修，分析其振动异常原因，并提出解决及预防措施。

关键词：水环真空泵；振动；叶轮；汽蚀
0 前言
水环真空泵因具有运行安全、结构紧凑、节能效果显著等特点，通常被用于
粗真空的形成过程。

成套的水环真空泵机组由水环真空泵、电机、冷换设备、气
液管路、气液分离器、排污设备以及仪器仪表等监测设备组成。

1 水环真空泵的工作原理
水环真空泵属于容积式泵，其核心部件是叶轮和壳体，叶轮偏心地安装在泵
体内。

当叶轮旋转时，水在离心力的作用下被抛向周围，从而泵内表面会形成一
个圆形水环，水环真空泵工作原理示意图如图1所示。

由于叶轮是偏心的安装的，水环内表面相对于叶轮也是偏心的，因此，水环与叶片、轮毂之间形成许多独立、互不相通并且容积不等的空间。

当气体被吸入叶轮，空间较小，随着叶轮的旋转，空间是不断变化的，空间由小变大，而起始的小空间又与入口相连通，气体就会
源源不断进入泵体内。

在叶轮后半程，叶轮与水环形成的空间由大变小，气体又
会被压缩，叶轮最后的小空间与排气口相连，当气体被压缩升压到足够程度后，
即可排出气体[1]。

图1 水环真空泵工作原理示意图
2 振动异常诊断分析
加氢装置现有一台为减压塔提供负压的水环真空泵，为独生子设备，型号为
2BW
5253-OBD
2
，由广东佛山水泵厂有限公司制造，输送介质为空气、饱和水蒸汽、
不凝油气，介质温度为50-70℃，转速740r/min,进口压力为-0.0896MPa,出口压力为0.01MPa,设计排量为3.4-12.5m³/h。

2.1泵振动异常情况简介
此台水环真空泵自10月份起泵驱动端与非驱动端振动异常，并且非驱动端振动更要高于驱动端，如表1所示，泵体振动速度有效值趋势如图2所示。

泵非驱动端垂直方向振动已达到5.8mm/s，泵处于C区运行状态。

同时，水环真空泵真空度下降，无法满足正常生产要求。

表1 水环真空泵检修前泵振动监测
2.2泵振动异常原因分析
为查明振动原因，对水环真空泵进行了拆卸检修，拆卸检查水环真空泵转子、机封、轴承，发现机封和轴承均为正常磨损，对泵体振动影响较小，而水环真空泵叶轮汽蚀严重，形成大面积的蜂窝、麻点，如图3所示。

图3 叶轮汽蚀情况
泵振动高原因分析：（1）水环真空泵叶轮汽蚀，形成大面积的蜂窝、麻点，叶轮被严重破坏，造成磨损其两侧的分配盘，泵体产生振动并伴有发热现象。

（2）在汽蚀发生过程中，所产生高频水锤撞击叶轮亦可引起振动。

（3）叶轮质量偏心，平衡受到破坏，叶轮旋转时受力不均产生振动[2]。

2.3叶轮腐蚀原因分析
（1）水环真空泵运转时，如果泵内某一区域的压力低于当时温度工况下的水的饱和蒸汽压力，水将会被汽化，进而形成气泡。

这些气泡跟随水环的流动，来到高压区域。

在高压环境下，气泡又易发生破裂，释放出的气体重新聚集，形成空穴，周围的液体迅速聚向空穴，这样就形成了破坏力极强的高频水锤，这种频率甚至可达到上万赫兹，压力可以达到几千兆帕，足以导致泵内部件表面被破坏，同时伴随着振动和噪音。

（2）因水环式真空泵所用水虽为除氧水，但经多次循环后，水流在工作和运输中可与一氧化碳充分接触，造成水呈酸性，进而造就了电化学腐蚀条件，水环真空泵的过流部件，在碳酸溶液作用引起不均匀腐蚀，也就造成了叶轮等过流部件的腐蚀。

（3）还有就是水环真空泵叶轮材质为铸铁，因其抗磨性以及耐蚀性都比较差，也就造成叶轮耐腐蚀效果差，叶轮易受损[3]。

2.4水环真空泵性能降低原因分析
水环真空泵叶轮汽蚀，不仅会使泵体振动升高，同时会使真空泵的扬程下降，性能降低。

具体表现为：（1）叶轮与泵壳之间的间隙加大，会使叶轮与水环所
形成的容积变化缩小，水环增加在泵壳内的旋转，影响其沿叶轮径向的移动，真空的形成机理受到破坏。

（2）叶轮与分配盘之间的间隙加大，叶轮与分配盘的间隙的增大会直接造成分配盘上进气口和排气口的相通，从而使大量带正压的气液混合物改变轨迹，不从排气口流向气液分离器，而是流向本应由外正常进气的进气口，气液流程发生了内部短路，真空的产生受到破坏[4]。

3 解决及预防措施
水环真空泵经过检修更换了新的叶轮、分配盘、机封以及轴承，试运发现泵体振动明显下降，具体数值如表2及图4所示，泵处于B区状态运行。

表2 水环真空泵检修后泵振动监测
预防叶轮汽蚀措施：（1）提高泵进气口处的过流面积，降低水流流速，增大进气口的压力。

（2）保证气液分离器水侧的水位稳定，防止堵塞换热器，确保真空泵内水环液体的提供。

（3）为提高抗腐蚀能力，泵内部件尽可能采用抗汽蚀材质。

如受条件限制，或是不可能完全避免汽蚀发生时，应尽可能使叶轮采用抗腐蚀性能好的材料制造，或在泵壳内、叶轮的流道表面上喷涂抗腐蚀涂层，
以延长叶轮的使用寿命。

（4）发现水管真空泵有汽蚀现象后，须及时停泵并对叶轮进行补焊修补或涂防腐涂层，以免进一步恶化。

5、总结水环真空泵故障将直接影响产品质量，加强水环真空泵的机泵状态监测，及时准确的发现问题，并能快速判断故障原因，采取正确的处理措施。

以保持水环真空泵能可靠、安全、高效、长期的运行。

参考文献
[1]李必强.某燃机电厂水环真空泵振动故障的精密诊断[J].中国设备工程，2021(02)：152-154.
[2]季利平，翁旭霞.水环式真空泵常见故障的分析[J].矿山机械，2009(16)：60-61.
[3]刘杉.水环真空泵常见故障分析及对策[J].技术研究，2019(05)：38-39.
[4]向冬枝.纸厂水环真空泵常见故障与排除[J].中华纸业，2008(24)：86-89.。