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水环式真空泵常见故障及解决方法研究马培良

发表时间：2020/7/15 来源：《电力设备》2020年第5期作者：马培良

[导读] 摘要：近年来，随着我国工业化的发展，真空工艺逐渐被应用在了工业生产中，由于水环式真空泵具有明显的作用，其应用范围逐渐较广，但是缺点也比较明显，特别是水常见的故障和专业的维修方式，让水环泵使用人员受到困扰。

        （河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心河南郑州 450000）
        摘要：近年来，随着我国工业化的发展，真空工艺逐渐被应用在了工业生产中，由于水环式真空泵具有明显的作用，其应用范围逐渐较广，但是缺点也比较明显，特别是水常见的故障和专业的维修方式，让水环泵使用人员受到困扰。本文就对水环式真空泵常见故障及解决措施进行深入探讨。
        关键词：水环式；真空泵；故障；解决措施
        水环真空泵属于粗放型真空泵，在采矿、选矿、氧化铝厂、石油、电力、造纸、制药等领域应用广泛。水环真空泵在真空泵销售领域约占14%的市场份额。设备加工制造精度低，有利于规模化生产。水环真空泵压缩气体过程基本等温的，可抽除易燃、易爆气体，还可以抽除含尘、含水气体，应用范围广泛。
        1、水环式真空泵工作原理
        水环式真空泵其叶轮在泵腔内偏心安装，通过与水环间的容积变化完成吸气、压缩、排气工作过程。在泵腔内补充适量的水作为介质，当叶轮旋转时。水在离心力的作用下，在泵体内表面形成近似等厚度的封闭水环，叶片和水环包围空间形成多个空腔。旋转前180°，叶片和逐步和水环内表面分离，此时两个叶片间的空间逐步增大，空间内的气体压力下降，当与吸气口连通时，在大气压的作用下，气体吸入泵腔内。随即该空腔与吸气口脱离。在后180°，因叶轮偏心，叶轮叶片与水环内表面形成的空间缩小，空气被压缩，压力提升，当压力大于泵出口时，空腔与排气口连通时，压缩气体排出。再进人下一个工作循环。
        2、剖析水环真空泵常见运行影响因素
        2.1源自水环液流量影响
        据了解，真空泵水环液的供水流量大小在一定程度上影响着泵的功率消耗、真空度和抽气量。如果工作液温度一致，那么真空泵吸气量变得，需消耗的水量也会增多；若水环液的流量偏低，那么真空泵的真空能力也会随之下降；若水环液的流量偏大，那么泵功率消耗也会随之增大，严重时出现过电流跳车问题。基于此，应严格控制供水量大小。无论是在气液分离器中，还是在直进直排管路上，均会安装阀门与流量计。此外，为保证进水管路上稳定的压力，便需要控制好阀门（自控）联锁调节以及真空状态时水环液补水流量，如此便能在阀门开度大小的利用下控制住真空泵补水量，有时也能够在阀门开度大小的利用下控制好汽水分离器输送给泵的供水量（又或者控制好汽水分离器补水量），最终目的是为了用最小水耗量维持泵正常运转条件，并将功率消耗控制到最小，以达到最佳性能指标。诸如：若需要抽除80℃蒸汽或者高温气体时，按照相关要求需使用标准流量工作液或者前置冷凝器。
        2.2源自液化使用介质影响
        结合已有经验，如果用水作为工作液，那么极限压强最多能达到4000OPa；如果用油作为工作液，那么极限压强最大能达到130Pa。因油成本偏高，加之直排后易对环境造成污染，因而极少有人用油作为水环液。但需注意的是，若真空需求较高，便需使用到油，并加装气液分离器，为保证油能够被循环使用，控制经济成本，还应当将换热器安装到真空泵管路中。通常情况下，工业生产中应用最多的工作液有生产水、脱盐水、自来水、循环水和工业水，它们相同特征在于价格便宜，成本低廉，使用后可直接向污水系统中排放。需注意的是，若是被化工厂用作冷却物料的循环水，则需按相关要求定期排掉一部分水，再视情况补加药剂，而后再同新水置换，如此才能确保经济性。
        2.3源自水环液工作温度影响
        真空泵大小受水环液工作温度影响较大，若工作液的温度偏高，则会使泵的抽气量下降。一般而言，水环液温度越低，形成的真空就越大，按照相关要求工作液最高温度应当控制在65℃；如果抽除80℃以上蒸汽或者高温气体时，应将冷凝器安装在真空泵吸气管路之中；若直排工作液，则需将水环液控制在低温度范围，利于循环运用工作液。

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真空泵做功过程会释放出热量，进而升高工作液温度，此时应在真空泵和汽水分离器间的管路连接出加装换热器，目的在于利用冷却水冷区工作液。
        3、水环式真空泵常见故障及应对措施
        3.1异常振动
        振动是旋转设备常见故障之一。真空泵振动较大时，进排气管线振动振幅较大，泵基座、基础振动不大，可排除基础故障，振源应为真空泵。1）阀片断裂。阀片一旦断裂，泵体振动较为严重，伴随很大噪声，且轴向振动较显著。应对措施：立即更换损坏阀片。2）水环变化。供水不足时，叶片顶部与水环内壁碰撞，出现振动；供水过量，水液对叶轮的扰流、阻力加大，出现振动，泵的能耗增加。应对措施：控制合理的进水量。不能仅仅依靠进水压力判定进水流量，一旦进水管有水垢或堵塞现象，压力虽然变化不大，但水量却减少了。要通过真空泵的排水量判定水环情况。3）转子不平衡。转子部件出现缺损，使得转子质量偏心；转子叶片长时间运行，叶片结水垢，造成转子质量偏心[1]。应对措施：拆开泵体，检查叶轮，出现缺损，立即更换。若叶轮外观完好，水垢较大，除去水垢。再次检查叶轮完好情况。如无异常，回装即可。
        3.2阀片断裂
        阀片作用是消除泵体运行中对气体产生过压缩或压缩不足，避免泵耗能过大、效率低。阀片在分配器与挡板间可沿轴向小范围移动，当压缩气体压力低于泵出口压力时，阀片向叶轮方向移动，防止泵出口的空气进入泵腔，使气体再次进行压缩。当压缩气体大于泵出口压力时，压缩气体通过排气口冲开阀片，使阀片打开角度，气体随之排出。由于每次排气都会造成阀片变形，阀片中间部位因长期应力集中，而发生疲劳断裂。单侧阀片断裂，进气口的管道温度较排气口温度低，且泵的能耗加大（电流上升）。可以直观判断，若两侧阀片全部断裂，系统的真空度会迅速下降，噪音、能耗增加明显。应对措施：更换损坏阀片，加强点巡检工作。
        3.3轴承温度高
        1）阀片断裂。若一个阀片损坏，叶轮两端的压力不一致，转子产生轴向力，导致轴承负荷加大，温升较快。若两个阀片都损坏，叶轮两端的压力会有轻微压力波动，轴承温升较缓，但如高于正常运转温度。应对措施：及时更换新的阀片。2）轴端密封受损。当填料受损后，密封性能失效，空气沿填料与轴套的间隙吸入泵腔，干扰吸、排气性能。若单侧填料受损，会引发叶轮两端压力不均，转子产生轴向力，轴承负荷加大，从而发热。有时还会表现出两个进气口管线温度不一致。因此，真空泵在运行中，必须保证填料密封可靠，通常以密封水泄漏量5~10滴/min比较适宜。应对措施：检查密封水孔道，保证孔道通畅。其次，检查填料，发现损坏，立即更换。3）轴承预紧力过大或轴承损坏。轴承安装中施加的预紧力过大，造成轴承的游隙缩小，影响散热，引起轴承温度过高；轴承滚动体或保持架损坏，使得滚动体转动摩擦力增加或滚动体转动受阻，从而造成轴承温度过高。轴承损坏，通常伴有异响。应对措施：轴承润滑为脂润滑，对密封性要求不大。在安装过程中，不得施加过大的预紧力。轴承温度高，伴有异音，对轴承进行更换。4）润滑脂不合要求。润滑脂添加量过大或不足、油脂型号选型错误、油脂变质、油脂有杂质等。应对措施：首先，拆开端盖，检查油质是否正常，如变质或污染，需立即更换。若油脂正常：润滑脂过量时，去除一部分油脂即可；润滑脂量不足，进行补充同型号的油脂。
        4、小结
        水环式真空泵的应用广泛，但是较大的体积和较高的定期检修成本让水环式真空泵的故障频出，想要解决这些问题，并不是很难。但是想要从根本上解决这些问题，提高水环式真空泵的工作效率，延长其工作寿命，需要的不仅仅是在故障时的准确判断和及时维修，定期的检查和保养也是必不可少的。
        参考文献：
        [1]马磊，崔芙红.水环式真空泵的工作原理及影响因素分析[J].广州化工，2015（21）：162-163，202.
        [2]张瑞霞，张瑞强.水环真空泵故障分析及处理方案[J].河南科技，2014（23）：87.
        [3]鲍鹏.水环真空泵浅析[J].城市建设理论研究（电子版），2014（36）：3884-3885