羅延民

深圳市第二人民醫(yī)院，廣東 深圳 518035

深圳市第二人民醫(yī)院現(xiàn)有3臺山東淄博齊真機械有限公司生產(chǎn)的SK-12水環(huán)式真空泵，主要用于病人吸痰所用，單臺最大抽氣速率為12m3/min，使用真空度范圍為-400mmHg～-600mmHg之間，抽氣速率為11m3/min，極限壓力為-700mmHg（-0.093MPa），真空泵配備的電機功率為18.5kW。該設備在投入運行的初步階段，整體運行較平穩(wěn)，真空度及抽氣量均可滿足要求。但在運行多年后，發(fā)現(xiàn)水環(huán)式真空泵工作效率出現(xiàn)逐漸降低的現(xiàn)象，一般在30%左右，較好的也僅能達到50%左右，整個裝置工作效率非常低。從實際檢修維護來看，造成水環(huán)式真空泵效率偏低的原因除了受到泵自身結構限制外，還受到諸如工作液飽和蒸氣壓、長期運行產(chǎn)生水垢等因素的影響[1]。真空泵在出廠后，其機械結構已經(jīng)確定定，也就是說通過改變泵內部結構來提高真空泵運行效率的方法是不現(xiàn)實的，本文將對實際設計選型、統(tǒng)計計算、運行維護等過程中的一些提高水環(huán)式真空泵運行效率的技術措施進行詳細分析研究，以便與其它同類型工作人員進行學習探討。

1 水環(huán)式真空泵工作原理簡介

當水環(huán)式真空泵在停止運行時，泵體內會存在一定量的工作液（水環(huán)泵工作液為水）；真空泵正常運行時，電機通過聯(lián)軸器帶動軸及葉輪旋轉，工作液（水）在葉輪高速旋轉形成的離心力作用下，不斷甩向泵體的內壁，從而沿泵體內壁形成一個旋轉的封閉水環(huán)[2]，水環(huán)與兩葉片及圓盤形成一封閉空間，被抽氣體即在封閉空間內，葉輪的不斷旋轉，達到抽送氣體的目的。

水環(huán)式真空泵的具體結構如圖1所示:

圖1 水環(huán)式真空泵結構圖

從圖1可知，由于真空泵葉輪是偏心地安裝在泵體內，且水環(huán)旋轉速度與葉輪旋轉速度間存在一定的速度差，這就使得水環(huán)相對于泵葉輪葉片做相對運動，在相鄰2個葉片間的空間容積內呈現(xiàn)周期性的往復變化，類似簡單的往復式活塞工作一樣。在圖示的右半部分，隨著葉輪的順時針旋轉，水環(huán)與兩葉片及圓盤形成的封閉空間逐漸增大，壓力逐漸降低，吸氣口的氣體不斷地被吸入；在圖示的左半部分，隨著葉輪的順時針旋轉，水環(huán)與兩葉片及圓盤形成的封閉空間逐漸減小，壓力逐漸增大，壓力高于排氣口處的壓力時，氣體被不斷地排出，如此循環(huán)，吸氣口處就會形成一定的真空度，從而滿足工作要求。在實際檢修維護過程中發(fā)現(xiàn)，隨著真空泵運行時間的延長，真空泵的運行效率會逐步降低，主要原因大致包括：1）水環(huán)式真空泵在運行過程中，葉輪葉片與水環(huán)間會不斷發(fā)生撞擊摩擦，從而會使水環(huán)的溫度不斷上升，溫度上升，造成水的飽和蒸汽壓降低，會引起真空泵的真空度下降；2）真空泵運行時，工作水隨被抽氣體排放到氣水分離水箱中，一部分工作液（水）蒸汽隨氣體一并排出，這就要求在真空泵的運行過程中，運行人員要經(jīng)常給真空泵水箱進行補給水，否則工作液不足，導致泵體內形成不了封閉的水環(huán)，造成被抽氣體的反流，也會降低真空泵的工作效率；3）真空泵與病人吸痰的負壓吸引瓶，真空罐通過軟管及管道連接，在真空泵運行中，在負壓吸引瓶吸痰以及真空罐抽真空的過程中，偶爾會有病人的痰液被吸入真空泵內部，影響泵的高效穩(wěn)定工作；4）整個真空系統(tǒng)對密封性能要求很高，要將吸痰真空罐抽成真空，就必須時刻保持罐與泵、罐與罐、吸引甁與吸引接頭之間連接管道密封件具有良好的密封性能和較高工作強度[3]。

2 水環(huán)式真空泵工作介質性能影響因素分析

由于水環(huán)式真空泵在很多工程領域作為主要的動力部件得到廣泛的推廣應用，為了提高水環(huán)式真空泵的綜合應用功能效益，我國頒布了國標GB/T13929-92，即《水環(huán)式真空泵和水環(huán)式壓縮機試驗方法》。在規(guī)范中明確規(guī)定，水環(huán)式真空泵的性能測試曲線為真空泵在溫度為15℃的水作為工作液，相應吸氣介質為20℃的飽和空氣，且排氣壓力為1個大氣壓時所測得的真空泵運行特性波動曲線。真空泵在醫(yī)療機械領域實際應用過程中，由于工作液介質溫度、吸氣介質溫度和飽和度、以及排氣壓力不可能與GB/T13929-92正好完全吻合，也就是說在實際選型設計和更新改造過程中，需要將相應的參數(shù)數(shù)據(jù)進行修正，以提高醫(yī)用吸痰真空泵系統(tǒng)的整體工作效率[4]。

2.1 吸氣介質對水環(huán)式真空泵性能的影響

1）吸氣介質溫度

整個真空系統(tǒng)吸入介質的溫度越高，水環(huán)式真空泵的吸氣能力就會變得越差。

2）吸氣介質飽和度

真空泵在運行過程中，因為吸氣介質中的可冷凝部分會在水環(huán)式真空泵內發(fā)生冷凝，加上真空泵所排出的氣體是在常壓狀態(tài)下的飽和氣體，這樣如果吸氣介質的飽和度越大，其在真空泵內內部的冷凝量將會越大。因此，在實際運行過程中，應該考慮真空系統(tǒng)的吸入介質飽和度，一般飽和度大于50%的，在真空泵系統(tǒng)運行方式調節(jié)時，應按飽和氣體來計算；對于飽和度小于或等于50%的吸氣介質而言，應該按照干氣來計算。

2.2 工作液介質和溫度

當工作液的飽和蒸汽壓越大時，真空泵的極限壓力也會隨之增大，其實際吸氣量就會越小，運行效率就會降低。反之，當工作液的飽和蒸汽壓越小時，真空泵的極限壓力就會隨之減小，其實際吸氣量就會越大，運行效率就會越高。因此，在實際真空系統(tǒng)檢修維護過程中，要嚴格參照國標GB/T13929-92中，相關工作液介質和溫度要求進行詳細的計算分析，對于不合格的工作液應該立即更換，以保障真空系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)，有效提高其綜合運行機械效率。

2.3 排氣壓力

從圖1中可知，真空泵在工作時，會不斷將空氣排出泵體，以在吸氣口形成工作需求的真空度，也就是說排氣壓力也是影響水環(huán)式真空泵運行效率的另一主要因素。排氣壓力會對真空泵吸氣量和軸運轉功耗帶來巨大的影響。當真空泵系統(tǒng)在運行時，如果其排氣壓力越大時，真空泵的吸氣量就會越小，相應軸運轉功耗就會越大。相反，當系統(tǒng)排氣壓力越小時，真空泵的吸氣量就會越大，相應軸運轉功耗就會越小。因此，在實際運行維護過程中，應該實時觀察真空泵系統(tǒng)的排氣壓力數(shù)據(jù)，當出現(xiàn)異常排氣壓力數(shù)據(jù)時，應該立即采取相應的措施對整個真空系統(tǒng)進行更新改造，使得真空系統(tǒng)排氣壓力長期維持在國家標準或廠家推薦范圍值內，保證真空泵始終處于最優(yōu)工況條件下，有效提高水環(huán)式真空泵整體運行機械效率。

3 真空泵工作液液位或流量對其效率的影響

在實際使用過程中，如果真空泵的工作液液位過低或者流量太小時，真空泵內部將不能形成封閉的液環(huán)，工作時將達不到正常運行所需的真空度，從而大大降低了真空泵的運行效率；如果真空泵工作液流量太大，則會造成真空泵運行功率損耗增加，導致大約80%以上的能量全部消耗在液環(huán)與泵體內壁的摩擦過程中，使得系統(tǒng)能耗增加，降低了真空泵的運行效率。水環(huán)式真空泵是容積泵中的一種，正常運行時，其吸入的氣體是可以壓縮的，而當真空泵在內部充滿工作液的情況下啟動時，由于液體不能像空氣那樣被壓縮，這樣就可能造成真空泵在啟動過程中出現(xiàn)損壞葉輪葉片的情況，從而影響真空泵的使用壽命[5]。因此，在真空泵運行過程中，必須嚴格巡查工作液的液位和流量值，防止出現(xiàn)工作液狀態(tài)劇烈變化，有效提高水環(huán)式真空泵運行機械效率。

4 水垢對真空泵機械效率的影響

由于工作液（水）中通常含有鈣、鎂等碳酸鹽物質，當泵在正常運行過程中，工作液在受熱溫升作用下，水中相應的碳酸鹽物質的溶解度就會降低，在泵長期運行后，該類物質就會逐步結晶析出，附著在圓盤、葉輪、泵體等部件上。水環(huán)式真空泵在長期運行后，泵體內部結垢就會變得十分嚴重，常常導致圓盤與葉輪之間間隙減小，水環(huán)式真空泵運行時出現(xiàn)異聲、啟動電流過大、吸氣量明顯降低、真空度下降等現(xiàn)象，造成真空泵效率降低。此時可以扳動轉子采用10%的草酸對真空泵進行全面除垢，然后采用清水進行沖洗。如果發(fā)現(xiàn)泵體內水垢較厚時，就有必要采取對泵進行解體，局部詳細清除手段，徹底清除水垢，增大真空泵內部容積量，提高其運行效率。

5 結論

對于水環(huán)真空泵而言，影響其實際運行效率的因素很多。因此，在日常運行維護過程中，要從吸入介質的溫度和飽和度、工作液的種類和溫度、排氣壓力、工作液（水）液位和流量以及工作水的水質等多個方面建立完善的真空泵設計、改造選型、以及運行維護等制度措施，保證真空系統(tǒng)始終工作在最優(yōu)工況條件，在為醫(yī)院節(jié)省大量的檢修維護經(jīng)費的同時，有效提高真空系統(tǒng)實際運行過程中的機械效率。

[1]強成銀.水環(huán)式真空泵的維護[J].中國設備工程，2008(8)：46.

[2]賈宗謨，穆界天，范宗霖.漩渦泵液環(huán)泵射流泵[M].北京：機械工業(yè)出版社，1993.

[3]祁曾青.水環(huán)真空泵葉輪最佳圓周速度[J].水泵技術，2001(3)：10-13.

[4]張淑芹.水環(huán)式真空泵和水環(huán)式壓縮機試驗方法[M].北京：國家技術監(jiān)督局，1992.

[5]吳泰忠.液環(huán)真空泵的汽蝕防護[J].化工設備與管道，2006，43(2)：45-47.