李長嶺

【摘 要】水環(huán)真空泵屬于變?nèi)莘e真空泵，依靠泵內(nèi)水環(huán)、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(jié)構(gòu)簡單，維修管理方便，水環(huán)真空泵在石油化工、造紙、煤礦等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。本文在此基礎(chǔ)上主要就水環(huán)式真空泵真空度的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行簡要的分析和研究。

【關(guān)鍵詞】水環(huán)式真空泵;真空度不足;問題分析;處理措施

1水環(huán)真空泵介紹

水環(huán)真空泵是內(nèi)部裝有帶固定葉片的偏心轉(zhuǎn)子，將水或其他液體拋向定子壁，并與定子形成同心的液環(huán)，轉(zhuǎn)子葉片與液環(huán)一起構(gòu)成可變?nèi)莘e的一種旋轉(zhuǎn)變?nèi)莘e真空泵。水環(huán)真空泵是一種粗真空泵，它能達(dá)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(dá)到1-600Pa。水環(huán)真空泵壓縮氣體的過程近似為等溫過程。正因如此，水環(huán)真空泵可以用來抽吸或壓縮易燃、易爆的氣體，并能適應(yīng)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(yī)療、環(huán)保、印刷、紡織、塑料、包裝、海運等行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用;在真空消毒、真空蒸餾、真空濃縮、真空蒸發(fā)、真空脫氣和真空回潮等工藝過程中也發(fā)揮著重要的作用。由于真空應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，水環(huán)真空泵在粗真空獲得方面受到人們越來越多的重視。水環(huán)真空泵的主要結(jié)構(gòu)包括泵體、葉輪、圓盤、軸承體、軸承壓蓋、氣體分配器、進(jìn)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(huán)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(huán)的形成。水環(huán)真空泵工作時，水以一定的壓力進(jìn)入泵腔，形成水環(huán)。同時水還在氣體的夾帶作用下不斷地從排氣口排出。經(jīng)過氣液分離器分離后，氣體排出，水可經(jīng)冷卻后循環(huán)使用。

2水環(huán)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(huán)真空泵正常工作時為保證水量的充足需要有一個進(jìn)水口，當(dāng)進(jìn)水量足夠大時，水環(huán)真空泵內(nèi)的水總是充足的。這里主要基于水環(huán)真空泵簡化模型探究當(dāng)人為限制水環(huán)真空泵水量時，水環(huán)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(huán)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(huán)真空泵的水環(huán)邊界圖，從圖中可以看出，此時水環(huán)邊界的形狀與水量充足時相比有較大的改變，水環(huán)已經(jīng)不能與輪轂相切，水環(huán)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(jìn)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?xí)档退h(huán)真空泵所等達(dá)到的極限真空度。為計算在當(dāng)前水環(huán)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(huán)邊界導(dǎo)入CAD中進(jìn)行對水環(huán)面積對比分析。經(jīng)計算，當(dāng)前情況下，與水量充足情況下相比，水環(huán)真空泵工作水量的減少量約為14%。再結(jié)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(huán)真空泵的氣量要略高于水量充足情況下的氣量，但是當(dāng)入口絕對壓力較低（小于40000Pa）時，可以發(fā)現(xiàn)水環(huán)真空泵的氣量開始急劇下降，接近10000Pa時氣量已經(jīng)將至0，不能完成正常的抽氣工作，而正常情況下，水環(huán)真空泵的入口絕對壓力可以達(dá)到2000～4000Pa。可見，在入口真空度較高的情況下，水量不足會嚴(yán)重降低水環(huán)真空泵的氣量。

2.2工作水溫度對真空度的影響

水環(huán)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(chǎn)生明顯的影響。水環(huán)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(yīng)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(huán)真空泵的標(biāo)準(zhǔn)中，對工作液的物理狀態(tài)有了較為詳細(xì)地規(guī)定。在實驗時，吸氣溫度應(yīng)為20℃，工作液的溫度應(yīng)為15℃。而在實際的生產(chǎn)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(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的氣量。在夏季，環(huán)境溫度較高，這就給水環(huán)真空泵的工作液溫度造成了更大的影響。在實際生產(chǎn)過程中，水環(huán)真空泵的效率在夏季明顯低于其他季節(jié)，其原因就是工作液的溫度較高導(dǎo)致水環(huán)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(jìn)行冷卻降溫，以保證水環(huán)真空泵高效工作。綜上所述，工作液的溫度對水環(huán)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(fā)揮泵的最大性能。

2.3皮帶脫水系統(tǒng)對真空度的影響

真空皮帶石膏脫水系統(tǒng)運行過程中，常會出現(xiàn)石膏脫水達(dá)不到要求，檢查時習(xí)慣首先從泵入口真空表讀數(shù)檢查真空度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)讀數(shù)低時，判斷真空泵出力不夠。其實這樣判斷不準(zhǔn)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(zhǔn)確數(shù)值。但皮帶脫水系統(tǒng)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(xiàn)泄漏會造成漏真空，因此真空度不夠的原因可能是系統(tǒng)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(lián)鎖;（2）啟動備用真空泵，檢查確認(rèn)備用真空泵啟動后其進(jìn)口抽空門自開正常;（3）檢查確認(rèn)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(rèn)原運行真空泵停用后其進(jìn)口抽空門自關(guān)正常;（4）投用真空泵聯(lián)鎖。整個切換過程中，真空度突降現(xiàn)象發(fā)生在第3步，即停原運行泵步驟。檢查運行邏輯，進(jìn)口抽空門自關(guān)邏輯為：真空泵停止后，延時2s自動關(guān)真空泵進(jìn)口門?，F(xiàn)場檢查分析發(fā)現(xiàn)，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(guān)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(guān)閉時間差還未關(guān)閉或閥門卡澀時，大氣會流經(jīng)排氣口→逆止閥→氣水分離器→真空泵泵體內(nèi)→真空泵進(jìn)口抽空母管，導(dǎo)致聯(lián)備泵內(nèi)工作環(huán)境被破壞，聯(lián)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(guān)閉或原運行泵進(jìn)口抽空門經(jīng)延時關(guān)閉后，真空度逐步恢復(fù)。

3結(jié)束語

水環(huán)式真空泵作為工業(yè)生產(chǎn)中的主要抽氣設(shè)備，是工業(yè)生產(chǎn)操作的重要設(shè)備。依托生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，從制作原理出發(fā)，對真空泵運行及安裝過程中真空度不足的問題進(jìn)行研究分析，提出技術(shù)改進(jìn)措施。整改后提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王西龍，許濤，羅根松，王超.變?nèi)菡婵毡谜婵斩鹊臏y量與誤差分析[J].真空，2010，4704：65-68.

（作者單位：河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心）