真空泵异常问题.docx

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真空泵异常问题

水环式真空泵分析

水环式真空泵原理

在泵体中装有适量的水作为工作液，当叶轮旋转时，由于离心力的作用，泵内形成一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环，水环的上部分内表面与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。

由于叶轮是偏心的，叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，这一空间被叶片分成若干个小腔。

水环相对于叶片作相对运动，使相邻2个叶片之间的空间容积呈周期性变化，此空间容积由小变大时，气体从外界吸入，容积由大变小时，原来吸入的气体受到压缩，当压力达到略高于大气压时，气体由水中分离出来排到分离器，分离出的水经冷却器冷却后，靠真空泵的自吸能力从泵壳的下部进入到泵内。

结构说明

1.泵壳---外筒体+前后泵盖

2.转子---由叶轮、轴热装组成，泵轴配有护套

3.分配板---前后分配板装在泵体与前后侧盖之间

4.阀板部件---由阻水板和柔性阀板组成，安装在分配板的排气口，具有自动调节排气角度的作用。

柔性阀板为四氟易损件，损坏后影响真空，须及时更换

5.轴封部件---采用填料密封，为内供水冷却方式

6.轴承：

泵的驱动端装有一盘圆柱滚子轴承（NU226），非驱动端装有两盘圆锥滚子轴承（30226）

注：

NU型及N型均为圆柱滚子轴承，NU为外圈有两个挡圈，内圈无挡圈，N型为内圈有两个挡圈，外圈无挡圈

阀片工作原理：

泵的两个排气口分配器处各有一个阀片，阀片的作用是消除真空泵在运行过程中可能发生的过压缩或压缩不足，进而避免泵的耗功增加和效率下降。

阀片可以在分配器和挡板之间沿轴向小距离移动，当泵内被压缩气体的压力小于泵出口的压力时，阀片向叶轮方向移动，紧贴在分配器上，阻止泵出口的空气进入小空腔，保证气体继续被压缩。

当被压缩气体的压力大于泵出口压力时，气体通过排气口冲开阀片，使阀片的上部摆开一个角度，从而及时的将气体排放出去。

这样，阀片经常是下部紧贴在分配器上，上部摆开一个角度，被扭曲成“S”型，长时间扭曲，导致阀片中间应力集中，疲劳破坏，最后从中间断裂。

阀片损害危害：

若单侧的阀片断裂，则该侧的进气口管线温度比另一侧低，同时伴有泵体振动增大及轴功率上升现象，可以直观判断。

当两侧阀片都断裂时，系统真空将急剧下降，振动、噪音加剧，功耗增加较多。

阀片通常是采用塑性材料聚四氟乙烯做成，阀片断裂后，必须更换为新件。

新件需要有良好的塑性，不能太硬，若太硬，不易变形，不能对分配器形成合适的覆盖度，影响泵的功耗及效率，新阀片极容易断裂。

若一片阀片断裂后未及时更换，另一片阀片的使用寿命会大大缩短，短时期内也会发生断裂。

泵体振动大

泵体振动大时，与其相连的进排气管线振动也较大，基础及底座振动不大，可以排除基础固定松动等原因，主要原因出于泵体本身。

（1）阀片断裂：

当阀片断裂时，泵体振动厉害，噪音很大，一般表现为轴向振动较大。

（2）转子叶片结垢：

叶片结垢后，造成转子质量不平衡，旋转时产生振动。

此种因素一般影响较小。

（3）联轴器橡胶垫损坏：

橡胶缓冲垫损坏甚至被磨成粉末甩出，造成联轴器的两个对轮副直接碰磨，加剧转子振动。

工作中一定要使用质量好的缓冲垫并经常检查。

（4）水环变化：

若水环内径变大（供水不足所致），则叶片顶端将与水环内壁发生碰撞，产生振动。

若水环内径变小（供水过量所致），其对叶轮的扰流及阻力损失增加，引发振动，同时增加泵的功耗。

工作中，一定要保证合适的工作水供水量，若进水管发生结垢及堵塞现象。

只凭进水压力不能准确衡量进水供应情况，一般可通过观察泵的排水量来判断水环的工作情况。

轴承发热

该泵由两个圆柱滚子轴承（212）来支撑转子，由两个对装的角接触向心球轴承（6208）来承受轴向力，一般发生球轴承发热现象，主要原因有以下几点：

（1）阀片断裂：

当一个阀片断裂时，叶轮两侧的压力将不平衡，转子产生轴向力，使球轴承负载加重，长时间运行会引起轴承温度升高。

当两个阀片都断裂时，断裂的位置不完全一样，叶轮两侧的压力也有少量的不平衡。

轴向力较一个阀片断裂时会有所减小，轴承温度有所下降，但仍较高。

发生这种现象时必须及时更换阀片。

（2）轴端密封失效：

当轴端密封盘根损坏或密封水孔道被堵塞后，将有空气经盘根与轴套的间隙被吸入到泵内，影响泵的吸气及排气性能。

若单侧密封失效，则会造成叶轮两侧的压力不平衡，转子产生轴向力，球轴承因负载加重而发热。

当单侧密封失效时，也会表现出两个进气口管线的温度不相等，但要比阀片断裂的表现更为明显。

运行中一定要保证盘根密封及水封的工作性能良好。

一般以密封水的泄漏量为5～10滴／分比较合适。

（3）轴承预紧力过大：

使轴承的游隙减小或无游隙，容易引起轴承发热。

预紧力的调整不宜过大。

（4）振动影响：

一般泵体及轴承振动较大时都伴随轴承发热现象，消除振动，轴承温度恢复正常。

（5）润滑影响：

润滑脂添加量过大或过小、润滑脂型号不符、润滑脂使用时间较长变质及润滑脂被污染等都会引起轴承发热。

（6）轴承损坏：

轴承滚动体及保持架损坏后都会伴随轴承发热现象，损坏后应更换新轴承。

轴功率上升及系统真空度下降

一般轴功率上升时都伴有系统真空度下降现象。

泵部件发生故障时，泵的有效做功量减少，引起系统真空度下降。

（1）阀片断裂：

阀片不能按正确状态实现对分配器的合适覆盖度，将会有部分已排出的气体回流重新流人工作小腔，反复压缩、排放引起能量损失，电机负荷升高。

泵的有效做功量减少，系统真空度下降。

（2）密封不良：

轴端密封失效或密封不良的情况下，将有外部空气被吸入泵内，泵的有效做功量减少，造成系统真空度下降，伴有泵的两个进气管温度不相等现象。

有时发生密封水泄漏量偏大现象，误认为盘根压紧力不足，将盘根进一步压紧后，会引起摩擦力增大。

进而导致轴功率上升。

此时的泄漏量增大可能是因为工作水量过大所致，不应盲目压紧盘根。

（3）损失增加：

端板结垢后，泵的吸、排气口面积发生变化，偏离设计工况引起气道局部损失增加；供水管结垢引起供水不足时，水环偏离设计工况，叶轮以外的水环速度和方向与叶片出口处的水环速度和方向产生较大偏差，水环撞击损失增加；泵壳结垢、锈蚀后，水环的沿程阻力系数增大，损失增加。

各项损失的增加，将增加电机的工作负荷。

部件结垢，可以通过检修措施加以清除，但泵壳内壁锈蚀成凹坑一般较难维修，采取措施是改善工作水水质，把腐蚀性降至最低；泵停运后，将泵内的水放掉，减少结垢及腐蚀。

（4）进口单向阀失效：

该泵采用单片式单向阀，当阀片发生卡涩吸不上去或密封面结垢、锈蚀而密封不严时，将会发生串气现象，即从备用泵的入口吸入空气进入工作泵，使泵功耗增加，系统真空度下降。

（5）水环不稳：

进水管结垢及进口电磁阀堵塞引起泵工作水供应不足，水环工作不稳定，使泵偏离设计工况运行，出力下降，系统真空度下降。

（6）当泵工作正常而系统真空度因其它原因降低时，实际吸入压力高于设计吸入压力。

排气口分配器处腔内气体压力将大于外部压力。

阀片全部打开，产生过压缩现象，引起能量损失。

电机负荷升高。

系统真空度恢复正常后，轴功率也恢复正常。

泵体温度高

（1）工作水量不足：

供水量减少，使水在泵内的相对停留时间变长，各项损失最终转变为热能升温这部分工作水，使水温上升较多，泵的排气口含汽量较大，排水温度也偏高。

加大水量后，温度降低。

（2）机组真空度恶化：

真空度恶化后，汽轮机排汽温度升高，进入真空泵的汽气混合物温度升高，引起泵体温度升高。

此时略加大供水量后，可使泵体温度有所下降，但解决问题的根本措施是使系统真空度恢复正常水平。

电机电流波动大

案例：

某泵曾发生电机电流在60～90A之间往复波动且轴承温度较高现象，检修时发现前端的密封盘根已硬结成型，轴套有严重磨损现象，轴向有多道沟痕，最深处沟痕约0．3mm。

由于轴端密封失效要产生轴向力，轴向力引发转子产生轴向串动趋势，根据轴套与盘根的磨损情况看，虽然径向存在间隙，但轴套磨损的沟痕与硬结成型的盘根在轴向已形成了多个不规则的“梳齿型密封”，一旦转子串动，就会产生轴套与盘根的“密封齿”摩擦，导致轴功率上升，电机电流增大。

“密封齿”相互摩擦的同时，“密封齿”沿轴向结合就变得紧密，此时形成良好的密封，空气无法从轴套处进入泵内，相当于泵的吸人口压力降低，向真空度升高的趋势发展，转子向恢复平衡的方向发展，电流降低。

转子恢复到平衡位置时，轴套与盘根的轴向“密封”作用失效，空气又沿轴套进入泵内，开始了一个新的轴串循环。

故电机的输出功率随轴串循环进行周而复始的变化，表现为电机电流往复波动。

参考泵的性能曲线，轴功率的最大点进气压力在24～30kPa之间。

若以额定工况下进气压力为8kPa，由于轴端漏人空气而使真空泵人口实际压力升高至26kPa计算，查泵功率曲线得，进口压力为26kPa时的功率是进口压力为8kPa时功率的1．2—1．3倍，则电机输出电流为额定电流的1．2—1．3倍，即80—87A（电机额定电流计算值为67A），与运行工况下所观察到的电机电流波动情况基本相符。

电机电流波动过程中，因有轴向力存在，所以轴承温度就升高。

更换轴套及盘根，消除轴端漏气后，电流维持在55～60A之间稳定运行，轴承温度恢复正常。

汽蚀

汽蚀：

压力低于工作水温下的饱和压力，引起一部分液体汽化，产生汽泡，汽泡进入压力较高的区域时，受压突然凝结，于是四周的液体就向此处补充，造成水力冲击，可使金属表面局部剥落，这种现象称为汽蚀现象。

在真空泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是真空泵中的汽蚀过程。

真空泵产生汽蚀后除了对过流部件产生破坏作用，还会产生噪声和振动并导致泵的性能下降，严重时会使泵中液体中断，不能正常工作。

水环泵的汽蚀损坏都是在气泡产生和破裂的部位，金属表面出现点蚀现象，严重的会出现蜂窝状损坏。

如果真空泵叶轮在汽蚀部位有较大的残余应力，还会引起应力释放，产生裂纹。

液环真空泵汽蚀现象的预防措施及消除方法:

液环真空泵在汽蚀状态下长时间工作，会造成泵的噪声、振动变大，甚至对泵造成损坏，因此应尽量避免液环真空泵在汽蚀状态下工作，可通过以下方法：

1.降低工作液的温度

在液环真空泵工作点为固定值的前提下，降低工作液的温度可以达到防止汽蚀的效果。

2.使真空泵运行在安全区域，提高选型的准确性。

这要求在选型阶段，选择液环真空泵吸入压力及工作液温度时尽量避开液环泵容易发生汽蚀的压力范围。

3.安装汽蚀保护管路或单向阀

汽蚀过程中产生的气泡在压缩过程中破裂时，从外部引入压力较高的不凝气体能够及时补充因气泡破裂而出现的空间，这样可以大大减轻汽蚀对泵的损害及降低汽蚀引起的噪声和振动。

在泵发生汽蚀现象时，从泵排气侧的汽蚀保护接口充入不凝气体即可消除汽蚀噪声，并大大减轻汽蚀对泵的损害。

4.配大气喷射器

如液环真空泵吸气口配有大气喷射器，则液环泵不易发生汽蚀现象。

真空泵加装大气喷射器：

1）.加装大气喷射器作用：

降低噪声，减小振动，防止叶轮汽蚀。

2）.大气喷射器工作原理

电厂系统由于其它原因（如凝汽器漏气量过小/冷却水压过小导致供真空泵换热器冷却水量过少）真空泵则会运行在较高真空下，相当于在接近或处于憋死状态下运行时。

由于固有的物理现象，在水温一定的情况下，真空越高，水温越高，泵内的水越接近沸腾，并会产生大量气泡，气泡的生产与破裂的过程会对叶轮造成汽蚀损坏，而且会发出非常大的汽蚀噪声。

目前最佳的解决办法就是在真空泵上加装大气喷射器。

这样真空泵本体其内部真空度仅在12KPa左右（此时系统真空在3~8KPa范围之内），这样就可有效避免气蚀的产生。

大气喷射器又叫大气喷射真空泵，可以直接利用常压大气作介质，在实际应用中，大气喷射泵是作为水环泵的前级泵组成水环—大气喷射泵机组，来提高水环泵的极限压力和扩大其工作范围。

大气喷射泵由喷嘴、吸气室和扩压器组成。

其排气口与水环泵进气口相连，如下图示：

喷射器原理：

先起动水环泵，使喷嘴进气口与排气口间形成压力差，大气便从喷嘴进入泵内。

当压力差为大气压力的二分之一时，空气介质经喷嘴收缩段得到加速，到喉部时可达到声速，到扩张段再进一步加速到超声速，射向扩散器，形成高速射流，并造成吸气室内的压力比被抽容器内的压力低，因此将被抽气体吸入室内。

由于二股气流在吸气室内混合，动量交换产生的损失使气流速率逐渐减慢，当进入扩散器喉部时则降到声速以下。

经扩散器扩张段时，速度进一步降低，压力不断升高，最后达到大气喷射泵排气压力，即水环泵吸气压力，则由水环泵把气体吸入，再排出泵外，即完成了吸气、排气过程。

3）.机械改动部分

●机械部分的改动主要是将原来真空泵组的进气三通拆除，装上本次提供的喷射器组件。

由于泵组进气管路长度比原来增加了~700mm，因此在原来系统出口母管及各泵出口分别截取350mm管段，以便喷射器组件有足够的安装位置。

●安装好喷射器管路后的结构如下：

5.采用具有更低的饱和蒸汽压的液体作为工作液。

6.泵的叶轮、分配圆盘采用防汽蚀能力较强的材质。

如果要解决真空泵的汽蚀问题，降低水温成本较大，降低真空度也就是让凝汽器背压上升这样更不可能，这将严重影响机组的带负荷能力，理想的办法是在原水温、系统真空不变的情况下能解决汽蚀的产生，目前最佳的选择就是给真空泵加装大气喷射器，整个真空泵组的抽汽性能会更好，因此凝汽器的真空仍可保证目前水平或更高，但真空泵体内部真空度仅在12Kpa（此时系统真空在3－8Kpa范围之内），这样可有效避免汽蚀的产生。

真空泵供水管路

总窜测量

总窜测量除泵回装前立装测量外，还须组装轴承后水平测量（因为转子水平为正常运行状态），测量方法：

第一种：

用自由端轴承端盖螺丝/顶丝水平测量，测量时须将转子分别顶到两侧，松开螺丝，使转子处于自由状态（若数值变小说明分配板变形），百分表测量总窜符合规程要求0.80~0.90mm，并以此数据的一半来调整两侧分配板间隙。

第二种：

轴箍安装在传动侧盘根压兰处，左右撬动转子，百分表读数差值。

要求后端盖螺丝预留总窜空间。

分配板间隙调整

●总窜过大影响出力，需车薄外筒体相等厚度；间隙过小需在分配板与筒体结合面加垫。

●两侧分配板与叶轮间隙须调整到总窜的一半（传动端可稍大）。

调整以百分表测量为主（塞尺测量为辅），加补偿垫将叶轮定于中间位置，两边剩余间隙：

总窜/2—轴承游隙/2须大于0.30mm。

●调整垫厚度为将转子顶到中心后轴承室法兰与后端盖间隙（对称测4个点的平均值）

●将8组同等厚度的补偿垫分别加在后压盖法兰螺丝处，对称紧固螺丝，百分表测量转子半窜（自由端叶轮与分配板间隙）为总窜一半。

其测量方法同前述第一种or第二种。

水环真空泵发现问题检查事项

真空降低时设备检查事项

运行状态下：

1.真空泵入口各个连接处看是否漏空气。

2.汽水分离器排汽逆止阀是否正常排汽。

3.真空泵补水是否正常，检查水位计，压差阀能正常动作。

4.真空泵密封水以及密封水冷却水温度是否正常，可以和其它泵比较。

（泵停运时可以感受冷却水出口管由热变凉时间，粗略判断密封水冷却水流量）。

5.真空泵泵体温度、振动及其声音。

6.检查泵的两个进汽管温度是否相同，若不同可能存在单侧轴端密封不良或失效。

停运状态：

7.真空泵气蚀保护管是否堵塞或开度大。

8.真空泵柔性阀板是否碎了。

9.若密封水温度不正常，可以解体板式换热器和冷却水入口滤网，查看是否严重结垢堵塞。

10.真空泵解体检查内部结构，盘根套磨损情况，进汽室和排汽时是否联通等。

停机

11.真空泵入口电动阀、气动阀开度是否正常，阀板是否脱落，影响进汽。

12.真空泵入口滤网是否堵塞，影响进汽量。

检查运行参数

电流真空负荷