水环式真空泵的原理及运行

倪波

摘要：本文运用真空泵的工作原理分析一起水环式真空泵无法建立真空的故障，并就水环式真空泵的运行提出须注意的几点注意事项。

关键词：水环式；真空泵；原理；运行

1前言

对于凝汽式汽轮机组，需要在汽轮机的气缸内和凝汽器中建立一定的真空，正常运行时也需要不断地将不同途径漏入的不凝结气体从汽轮机及凝汽器内抽出，真空系统就是用来建立和维持汽轮机组的低背压和凝汽器的真空，因此，抽气系统工作好坏直接影响整个机组的热经济性和可靠性。

在热力发电厂中，凝汽器抽真空的传统设备主要是采用射水（汽）抽气器。我厂6B机组即采用射水抽气器，其原理是利用高速工作水流进入抽气器喷嘴后射流，工作水降压增速，将吸入室形成真空，这样就把凝汽器里的空气及非凝结气体抽出，然后高流速的水和空气在混合室混合，并进行能量交换，压力逐渐升高，动能转化为压力能，到扩压管继续扩压，最后高于大气压力排至射水箱。射水（汽）抽气器因存在效率低、噪声大，真空建立缓慢以及系统复杂的缺点逐步被淘汰，而具有使用安全、操作简单、运行经济，工作可靠、动静部分接触面积小、无需油润滑、运行噪音低，结构紧凑等优点的水环式真空泵在大容量机组及部分中小机组中得到了广泛的应用，我厂9E机组采用水环式真空泵，型号为BW4253-OEK4，生产厂家是佛山水泵厂。

2 事件回顾

2009年10月28日机组小修后开机过程中，运行人员发现水环式真空泵无法建立真空。 正常开机，采用两台真空泵抽真空，15分钟左右即可建立-93Kpa左右的真空，但当日用了半个多小时也只能建立到-45Kpa左右，导致#6机高低压旁路不能投入，在汽包压力升高后只能通过开向排来卸压，大量汽水无法回收，同时因除盐水系统故障无法给锅炉补水，致使除氧器水位、凝汽器热井水位、汽包水位接近低水位停机临界值，机组差点被迫停机。通过对真空系统的排查，没有发现漏点，真空泵的电流只有78A左右（正常运行约100A），判断为真空泵出力不足所致，经再次检查，确认为真空泵工作水流失导致真空无法建立，给真空泵组补水至正常后真空建立，旁路投入，除氧器、汽包等水位得以恢复，机组并网。为何水环式真空泵工作水流失会导致真空泵无法抽真空？以下从水环式真空泵的原理来进行分析：

3 水环式真空泵的工作原理及不能抽真空原因分析

水环泵是由叶轮、泵体、吸排气盘、水在泵体内壁形成的水环、吸气口、排气口、辅助排气阀等组成，其原理图如下：

水环式真空泵其叶轮偏心地安装在接近圆形的泵体内，进入水环泵泵体的工作水受离心力的作用形成一个旋转的水环。水环的上部其内侧与叶轮轮毂相切，水环的下部其内侧与叶片顶端接触，这样叶轮轮毂与水环之间就形成了一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成与叶片数目相等的若干个小腔。叶轮旋转，小腔的容积逐渐由小变大，压强不断的降低，其与吸排气盘上的吸气口相通，当小腔空间内的压强低于凝汽器内的压强时，凝汽器内的不凝结气体不断地被抽进小腔，此时处于吸气过程。吸气完成时与吸气口隔绝，随着叶轮的转动，小腔的容积正逐渐减小，压力不断地增 大，小腔处于压缩过程。当压缩的气体提前达到排气压力时，从辅助排气阀（柔性阀板）提前排气。叶轮继续转动，小腔的容积进一步地减小压强进一步的升高。当小腔旋转至与排气口相通时因小腔内气体的压强大于排气压强时，小腔内的不凝结气体从排气口被排出。在泵的连续运转过程中，不断地进行着吸气、压缩、排气过程，从而达到连续抽气的目的。

因真空泵的抽吸压力必须低于凝汽器的压力，才能把凝汽器内的不凝结气体抽走，故真空泵的工作水温度必须低于凝汽器排气压力对应的饱和温度，否则就会真空恶化，还会导致真空泵叶轮汽蚀损坏。此外在工作过程中工作水做功产生热量，会使工作水环发热，导致一部分汽化的水和气体及少部分水一起被排走，在泵排汽口上接有汽水分离器，废汽和所带的部分水排入汽水分离器后，汽水分离，气体由排气管排出，水经回水管供至泵内继续使用。随着工作时间的延长，工作水温度会不断地升高，部分工作水因汽化被排出，因此，在工作过程中，工作水需经板式换热器进行冷却，同时必须不断地给泵补充工作水。

从上述真空本原理可知若水环式真空泵工作水量不够，泵体内形成不了水环，就无法从吸气及建立真空，而若工作水温度太高，将导致真空恶化甚至无法建立真空。10月28日即是因工作水量不够致使真空达不到运行要求。工作水量不够的原因为小修期間真空泵解体检修时打开真空泵体排水阀放尽泵体内的积水，在真空泵检修完毕后此阀门未正确关闭。机组启动检查时又因启动检查票上真空系统检查项目中没有包含此阀门，故此问题未得到及时发现。

4 水环式真空泵运行的注意事项

从真空泵的原理可知要建立并维持一定的真空，需要给泵体持续补充一定压力和温度的清洁工作水，因此在水环式真空泵的运行中需要注意以下几点：

a、完善启动检查操作票，将真空泵系统各阀门特别是真空泵泵体放水阀，补水阀等重要阀门都列入操作票，在启动检查时即为泵体补水并确认汽水分离器水位正常。

b、因真空泵入口为气动阀，操作气源来自全厂压缩空气系统。故运行中须注意监视压缩空气系统的压力须在气动阀要求的0.4---0.7Mpa之间。

c、为防止真空泵内积垢降低真空泵的效率和腐蚀，磨损，尽量采用自来水作为真空泵工作水。自来水工作状况由压力变送器PT2505监视，在自来水断水或压力下降，压力变送器数值下降后及时切换至工业水运行。

d、为防止真空泵放水阀内漏或误开致使真空泵工作水流失，考虑在真空泵泵体放水阀后A点处加装压力表来监视真空泵系统的排水水压（正常此压力为汽水分离器溢流压力，若泵体排水阀误开或内漏则此排水压力会升高）。

e、为提高真空泵效率，降低工作水的温度，可采用增加系统中板式换热器的换热面积的方法来降低工作水的温度，并密切监视板式换热器工作水出口温度，发现换热效果恶化，及时清洗（厂家建议换热器工作水出口温度与循环水温度差值不超过2℃）。

参考文献：

[1]电厂水环式真空泵冷却系统的问题及其对机组出力的影响[J].王兴平 黄功文 张林 《动力工程》2004（08）.

[2] 水环式真空泵抽气系统在中小型机组中的应用[J].赵炬明 《吉林电力》2003（12）.

（作者单位：浙能金华燃机发电有限责任公司）