水环式真空泵真空度不足问题分析及处理措施

水环式真空泵真空度不足问题分析及处理措施
作者：李长岭
来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第18期
【摘要】水环真空泵属于变容积真空泵，依靠泵内水环、轮毂、叶片间的基元容积的体积变化完成吸气、压缩以及排气过程，由于工作液为水，整个过程近似等温。

又由于其结构简单，维修管理方便，水环真空泵在石油化工、造纸、煤矿等行业应用十分广泛。

本文在此基础上主要就水环式真空泵真空度的相关内容进行简要的分析和研究。

【关键词】水环式真空泵;真空度不足;问题分析;处理措施
1水环真空泵介绍
水环真空泵是内部装有带固定叶片的偏心转子，将水或其他液体抛向定子壁，并与定子形成同心的液环，转子叶片与液环一起构成可变容积的一种旋转变容积真空泵。

水环真空泵是一种粗真空泵，它能达到的极限真空约为2000-4000Pa，与罗茨真空泵组成机组时极限真空可达到1-600Pa。

水环真空泵压缩气体的过程近似为等温过程。

正因如此，水环真空泵可以用来抽吸或压缩易燃、易爆的气体，并能适应排水量大，载荷冲击波动等恶劣的工况;在造纸、石化、化肥、煤炭、冶金、建材、电器、制药、医疗、环保、印刷、纺织、塑料、包装、海运等行业都得到了广泛的应用;在真空消毒、真空蒸馏、真空浓缩、真空蒸发、真空脱气和真空回潮等工艺过程中也发挥着重要的作用。

由于真空应用技术的飞速发展，水环真空泵在粗真空获得方面受到人们越来越多的重视。

水环真空泵的主要结构包括泵体、叶轮、圆盘、轴承体、轴承压盖、气体分配器、进水口、放水口、吸气口、排气口和轴封部分等。

壳体分为前壳体和后壳体两部分;吸、排气口均在圆盘上。

水环真空泵的叶轮叶片为前弯型，可以使工作液体获得较大的动能，有利于水环的形成。

水环真空泵工作时，水以一定的压力进入泵腔，形成水环。

同时水还在气体的夹带作用下不断地从排气口排出。

经过气液分离器分离后，气体排出，水可经冷却后循环使用。

2水环式真空泵真空度不足问题分析及处理措施
2.1水量对真空度的影响
水环真空泵正常工作时为保证水量的充足需要有一个进水口，当进水量足够大时，水环真空泵内的水总是充足的。

这里主要基于水环真空泵简化模型探究当人为限制水环真空泵水量时，水环真空泵工作性能的变化，即在水量充足和水量不足条件下水环真空泵工作性能的对比。

如图1所示为水量不足情况下水环真空泵的水环边界图，从图中可以看出，此时水环边界的形状与水量充足时相比有较大的改变，水环已经不能与轮毂相切，水环边界与轮毂之间的径向间隙较大，说明在排气段气体没有被完全排除，降低了排气量，同时这部分气体进入吸气段时，由于正常工作情况下吸气段压力较低，因此会极大地降低吸气量，甚至会降低水环真空泵所等达到的极限真空度。

为计算在当前水环真空泵工作水量的减少量，需要将水量不足和水量充足情况下的水环边界导入CAD中进行对水环面积对比分析。

经计算，当前情况下，与水量充足情况下相比，水环真空泵工作水量的减少量约为14%。

再结合水量减少14%
时不同入口压力条件下的吸气量图中可以看出，在入口绝对压力较高（50000Pa以上）时，水环真空泵的气量要略高于水量充足情况下的气量，但是当入口绝对压力较低（小于40000Pa）时，可以发现水环真空泵的气量开始急剧下降，接近10000Pa时气量已经将至0，不能完成正常的抽气工作，而正常情况下，水环真空泵的入口绝对压力可以达到2000～4000Pa。

可见，在入口真空度较高的情况下，水量不足会严重降低水环真空泵的气量。

2.2工作水温度对真空度的影响
水环真空泵工作时，工作液体一般是水，水的温度对泵的功耗会产生明显的影响。

水环真空泵的极限真空取决于泵本身的压缩能力以及工作水所对应的饱和蒸汽压。

水的温度越高，其饱和蒸汽压就越大，极限真空就越低。

水温过高还会造成泵的吸气量减小，效率降低。

因此，必须保证工作水维持在一个较低的温度，这也是要源源不断地补充工作液体的原因之一。

在水环真空泵的标准中，对工作液的物理状态有了较为详细地规定。

在实验时，吸气温度应为20℃，工作液的溫度应为15℃。

而在实际的生产过程中，并不能保证泵的运行工况处于上述条件，所以吸气量也就达不到标准规定的气量。

在夏季，环境温度较高，这就给水环真空泵的工作液温度造成了更大的影响。

在实际生产过程中，水环真空泵的效率在夏季明显低于其他季节，其原因就是工作液的温度较高导致水环真空泵的真空度降低，吸气量减小。

所以在夏季更需要对工作液进行冷却降温，以保证水环真空泵高效工作。

综上所述，工作液的温度对水环真空泵的吸气量、真空度均有一定的影响。

因此，必须使工作液保持较低的温度才能有效地减少泵的能量损失，提高泵的效率，充分发挥泵的最大性能。

2.3皮带脱水系统对真空度的影响
真空皮带石膏脱水系统运行过程中，常会出现石膏脱水达不到要求，检查时习惯首先从泵入口真空表读数检查真空度，当发现读数低时，判断真空泵出力不够。

其实这样判断不准确，判断真空泵吸入压力的方法是将泵入口与完全密封的容器相通，才能测出准确数值。

但皮带脱水系统与真空泵相连的是皮带、气水分离器、真空室等，不是一个完全密封的容器，如这些装置出现泄漏会造成漏真空，因此真空度不够的原因可能是系统泄漏。

2.4真空泵切换过程对真空度的影响
运行中真空泵正常切换过程;（1）解除真空泵联锁;（2）启动备用真空泵，检查确认备用真空泵启动后其进口抽空门自开正常;（3）检查确认备用泵启动正常、凝汽器真空度正常后停用原运行泵，检查确认原运行真空泵停用后其进口抽空门自关正常;（4）投用真空泵联锁。

整个切换过程中，真空度突降现象发生在第3步，即停原运行泵步骤。

检查运行逻辑，进口抽空门自关逻辑为：真空泵停止后，延时2s自动关真空泵进口门。

现场检查分析发现，在真空泵的气水分离器与排气管间有一个逆止阀，阀后管道连通大气，该逆止阀的关闭动力为阀前、后压差。

切换过程中，在停用原运行真空泵的瞬间，出口压力降低，逆止阀由于存在关闭时间差还未关闭或阀门卡涩时，大气会流经排气口→逆止阀→气水分离器→真空泵泵体内→真空泵进口抽空母管，导致联备泵内工作环境被破坏，联备真空泵出力下降，影响凝汽器真空度，威胁机组安全运行。

在原运行泵分离器逆止阀完全关闭或原运行泵进口抽空门经延时关闭后，真空度逐步恢复。

3结束语
水环式真空泵作为工业生产中的主要抽气设备，是工业生产操作的重要设备。

依托生产实践经验，从制作原理出发，对真空泵运行及安装过程中真空度不足的问题进行研究分析，提出技术改进措施。

整改后提高了生产效率。

参考文献：
[1]王西龙，许涛，罗根松，王超.变容真空泵真空度的测量与误差分析[J].真空，2010，4704：65-68.
（作者单位：河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心）。