水环式真空泵汽蚀问题及消除汽蚀措施分析

李俊宏

摘要：对于水环式真空泵而言，其运行过程中通常会出现水温过高而导致汽蚀问题，进而对设备的运行造成不良影响。水环式真空泵在新建大功率设备、机组中的应用有着较大优势，所以消除水环式真空泵的汽蚀问题有着十分重要的现实意义。基于此，文章通过读相关文献研究以及结合笔者多年工作经验情况下，首先就水环式真空泵发生汽蚀的原因展开分析，然后结合真空泵的运行原理探讨了消除水环式真空泵汽蚀的有效措施。

关键词：水环式；真空泵；汽蚀；原因分析：消除措施

在符合标准设置的要求下以及在设计范围之内，真空泵得以正常地运行。而若是真空泵机组处于长期满负荷运行状态，又或者是在夏季时冷却系统中的水温过高或者流量过小，都会造成真空泵散热不良的问题，此时真空泵处于高真空状态，且极为接近憋死状态下运行，不利于真空泵的稳定运行。就物理原理分析，基于一定水温，真空的程度越高，水温也就会越高，真空泵内的水发生同时会生成大量气泡，而气泡在形成与破裂的过程中，将会使叶轮发生汽蚀性损伤，对叶轮的平衡运行造成破坏，进而导致真空泵体发生剧烈振动，使得压力开关、气门反馈装置以及压力真空表等真空泵附属设备发生损坏，并且产生极大的汽蚀噪声，不利于真空泵的安全运行，进而导致汽轮发电机系统的运行瘫痪，甚至会引发严重的安全事故。

一、水环式真空泵的工作原理

在泵体内盛入适量的水充当工作液作用，在叶轮发生旋转过程中，在离心力的作用下，使得真空泵内部产生一个接近泵腔厚度的封闭式圆环，泵腔的形状决定了圆环的大小与形状。对于水环的位置以及与叶轮的联系主要是其上部分内表面相切语叶轮轮毂，其下部分内表面与叶片顶端发生接触，通常是叶片有一部分插入水环内。因为叶轮偏心形态，所以使得叶轮轮毂和水之间，形成了月牙形状的空间，而叶片将这一空间分成了干个小腔，水环与叶片发生相对运动，导致了相邻叶片之间的空间容积发生规律的周期性改变。空间容积发生由小变大过程中气体则由外界吸入；当容积出现由大变小时，空间力的气体受到压缩，当压力比外界的大气压略高时，气体从水中分離出来，然后排到分离器中，分离出的水经过冷却系统的冷却作用后，在真空泵自吸作用下从泵壳下方进入泵内。

另外，将一级前置抽气器以串联的方式置于水环式真空泵进口管道上，使用空气作为前置抽气器的工作介质。凝汽器中形成真空前，水环式真空泵直接通过泵组的进气口，隔离阀门气口，以及抽气器旁边的阀口，向凝汽器进行抽真空，此时应关闭抽气器空气隔离阀。若是真空泵组的进口隔离阀前的真空状态形成一定程度，此时前置抽气器空气进气隔离阀则会自动地进行开启，同时在旁边的隔膜阀会自动关闭，前置抽气器进入了串联的工作状态。

二、大气喷射器的设计原理

大气喷射器运作原理是，在水环真空泵启动之后，喷嘴进、排气口间出现压力差，空气经喷嘴进入到泵内，若是压力差到达大气压强的一半时，空气在经过喷嘴的收缩段时得到了大幅提速，到达喉部时获得了初步加速，在扩张段获得进一步加速，可达到声速，之后加速后的空气介质射向扩散器，形成高速空气介质流，同时导致吸气室内压力低于被抽容器内的压力，此时被抽容器内的气体在压力作用下进入吸气室。两股介质混合后发生能量交换，动力能损失的空气介质速度慢慢减小，在压力作用下进入扩散器喉部，速度降低到声速以下，进入护张段时速度进一步降低，同时压力也在不停提升，最终达到大气喷射器对于排气压力的要求，此时水环泵将气体吸入泵内再排出泵外，这就完成了吸气与排气的整个过程。

三、水环式真空泵汽蚀原因分析

当真空泵出现异常导致运转停止时，蒸汽外泄使泵内工作水温迅速增加至接近沸腾，同时生成大量气泡。气泡的形成至破裂的过程都会对引发叶轮形成汽蚀性损坏，使叶轮的动平衡遭到破坏进而导致泵体发生剧烈振动，使真空泵的附属设备遭到破坏，同时造成极大汽蚀问题。随着真空状态的提升，泵内压力不断降低，振动与汽蚀问题进一步加剧，导致水环不断增大，大幅增加了叶片负荷，极易导致叶片断裂，尤其是叶轮铸造存在缺陷之处特别容易发生叶片断裂。

本次发生汽蚀现象的主要原因是由于蒸发器停车，使得蒸汽阀门发生内漏，蒸汽经抽气管道进入到真空泵内，水环真空泵内剩余的水温度快速升高，负压蒸发系统再次启动时水温进一步升高至沸腾，形成大量气泡，真空泵在叶轮带动下进入到高压压缩腔体内，气泡挤压破裂进而造成叶轮气蚀损坏。

四、消除措施

鉴于此次气蚀发生的原因是由于蒸汽发生内漏，使得真空泵剩余的工作液温度升高，下次启动时水环真空泵内的工作液的温度在短时间内快速升高，直至沸腾。因此，通过改变控制程序，在真空泵再次启动之前置换掉真空泵内剩余的高温工作液，真空泵再次启动时工作液发生由于温度过高而产生气泡，导致叶轮汽蚀的问题。

五、具体操作步骤

当水环式真空泵启动后，压力开关对泵内压力测量值小于10kPa的情况下（具体的参考压力值可结合季节不同情况下的运行情况进行设定），关闭大气喷射器的切换阀，开启大气喷射器的驱动气动阀，此时大气喷射器处于运行状态。当泵内压力大于14kPa时，先关闭驱动气动阀，再开启切换阀，此时大气喷射器处于停车状态。不用改变原来机组中，针对泵组抽汽气动蝶阀压力、压差开关设定值。

六、改造结果

通过以上改措施造，避免了水环式真空泵汽蚀问题，轴承处的振动幅度与噪声都明显降低，延长了真空泵的使用寿命。经过改造措施之后，叶轮运行良好，没有出现振动过大、温度过高以及叶片断裂问题。对于高真空阶段的泵组抽气性能而言，加装大气喷射器之后其性能明显较单泵更好，同时能够使得凝汽器真空保持在较为理想的水平（2～6kPa），使得机组的带负荷率的提高有了较为良好条件。大气喷射器安装之后，降低了汽蚀引起的振动对叶轮表计以及轴承等其他附属的损伤，使得泵的检修周期与使用寿命得到了有效延长，大大节约了维护成本。同时提高了水环式真空泵的稳定性与安全性。

七、结束语

水环式真空泵发生汽蚀问题，振动故障会导致叶轮叶片出现裂纹、断裂，导致真空泵运行故障，对机组安全稳定运行造成不良影响。通过加装大气喷射装置进行改造之后，大大降低了真空泵轴承振动幅度与频率，降低了运行过程中的噪音影响，避免可出现叶片断裂故障，此外还可以通过提高机组的真空状态降低能耗。通过改造措施使得真空泵轴承、叶轮的使用寿命与运行稳定性得到了大幅提升，此外还延长了真空泵及辅助设备的检修周期，大大节约了维护成本。

参考文献：

[1]吴世恩.水环式真空泵汽蚀的原因分析及消除措施研究[J].建筑工程技术与设计，2017.

[2]张斌仉国明，戈春鹏武翔.水环式真空泵汽蚀原因分析及改造措施[J].河北电力技术，2012.

[3]吴世恩.水环式真空泵汽蚀的原因分析及消除措施研究[J]. 建筑工程技术与设计，2017.