水环真空系统

2024-06-07

水环真空系统（精选7篇）

水环真空系统篇1

0 引言

某电厂300 MW机组2BW4353—OEK4型水环式真空泵工作液冷却器的冷却水来源于冷却水塔循环水,在夏季运行时循环水温度较高,水环真空泵冷却器的冷却效果较差,达不到使用要求,使水环真空泵的出力下降,影响机组的安全和经济运行。因此,为了改善水环真空泵内的工作环境,降低水环真空泵工作水温度,提高凝汽器的真空度,本文提出了用深井水代替开式循环冷却水冷却水环真空泵的工作水的改造方案。

1水环真空泵的工作过程及工作原理

水环真空泵由低速电动机、汽水分离器、工作水冷却器、气动控制系统、高低水位调节器、泵组内部有关连接管道、阀门及电气控制设备等组成。水环真空泵的作用是在汽轮机组启动时建立真空及抽除真空系统不严密处漏入的空气和未凝结的蒸汽,以维持凝汽器的真空度。

1.1 水环真空泵的工作过程

水环真空泵的工作过程:凝汽器中的气汽混合物经过水环真空泵的抽吸,进入气水分离器。分离出来的气体进入大气,分离出来的水与工作水补充水一起进入热交换器进行冷却。冷却后的工作水分为2路,一路经嘴喷进入水环真空泵入口,冷却从凝汽器来的气汽混合物,提高水环真空泵的抽吸能力。另一路直接进入水环真空泵作为工作水,维持真空泵的水环和水环温度。水环真空系统如图1所示。

1.2 水环真空泵的工作原理

水环真空泵主要部件是叶轮和壳体。由于叶轮偏心地装在壳体上,随着叶轮旋转,工作液体在壳体内形成运行着的水环,水环内表面与叶轮偏心。由于在壳体的适当位置开设吸气口和排气口,水环真空泵就完成了吸气、压缩和排气相互连续的过程,从而实现抽送气体的目的。在水环真空泵的工作过程中,工作介质传递能量的过程如下:在吸气区内,工作介质在叶轮推动下增加运行速度,并从叶轮中流出,同时从吸气口吸入气体;在压缩区内,工作介质速度下降,压力上升,同时向叶轮中心挤压,气体被压缩。由此可见,在水环真空泵的整个工作过程中,工作介质接受来自叶轮的机械能,并将其转换为自身的动能,然后液体动能再转换为液体的压力能,并对气体进行压缩做功,从而将液体能量转换为气体的能量。[1]

2 水环真空泵夏季运行特点

水环真空泵冷却器的冷却水原设计水源为冷却水塔来的循环水,经开式循环水泵升压后称为开式循环冷却水。当工作液体的水进入冷却器时,冷却水由冷却器的一侧水室进入冷却器后,由另一侧水室流出,这样工作液体的水就被冷却了。当冷却水温度降低时,真空泵抽吸能力增强,真空泵的出力会随之提高。当真空泵在夏季室外高温下运行时,冷却水温度较高,一方面冷却水对工作液的冷却达不到设计效果,另一方面水环真空泵的工作液温度也会升高而汽化,使密闭的月牙形空腔内有部分气体来自工作液汽化的气体,减少了对凝汽器内的不凝结气体的抽吸量,使水环式真空泵的出力下降。同时,水环真空泵内的运行工况变得极其恶劣,造成水环真空泵叶轮气蚀,严重时造成设备损坏,对机组的安全运行构成严重威胁。水环真空泵的抽吸能力直接影响到凝汽器内空气的聚集程度,而水环真空泵的抽吸能力主要受其工作水温度的影响。真空泵在夏季时,由于夏季环境温度普遍较高,开式循环冷却水温度最高达到35 ℃,此时冷却效果极差。加上泵旋转的耗功以及凝汽器内抽气混合物传递的热量,工作水的温度普遍超高,甚至达至45 ℃,导致水环真空泵的抽吸能力严重下降,空气在凝汽器内积聚,使凝汽器的真空下降。当工作水温达到42 ℃时,真空泵理想抽真空能力为93.1 kPa,真空降低,严重影响着机组的效率。

3 冷却水系统改造方案

某电厂汽轮机凝汽器水环真空泵是根据电厂发电机组的设计运行工况选型确定的,当水环真空泵在夏季冷却水温度较高或板式换热器脏污导致水环真空泵换热器冷却效果变差时,水环真空泵则会在高真空下运行,水温越高,泵内的水接近沸腾并会产生大量的气泡,气泡的产生与破裂过程会对叶轮造成汽蚀损坏,破坏叶轮的动平衡,引起泵体的强烈振动,振坏真空泵的附属设备(压力真空表、压力开关、入口气动门的反馈装置等),而且会发出非常大的汽蚀噪声,这些状况严重影响了水环真空泵组的安全运行和汽轮发电机组的安全运行。

结合水环真空泵工作水的冷却水系统运行的特点及安全性、经济性,水环真空泵工作水的冷却水系统的改造方案如下:原水环真空泵工作水的冷却水由开式循环冷却水系统提供,其水源为凝汽器的循环水,故冷却水温度较高。经过分析后,将水环真空泵工作水的冷却水系统在原来循环冷却水进口处接1根深井泵来水管,回水应回到开式水回水管。当夏季循环水温度较高时,用深井水代替循环水冷却真空泵的冷却器;当冬季循环水温度较低时,用循环水冷却真空泵的冷却器,使水环真空泵在夏季能达到较好的真空。在保证水环真空泵工作水的冷却水系统管道外形尺寸不变的情况下,在水环真空泵工作水的冷却水出入口加装深井水供水阀门,在夏季用深井水代替开式循环冷却水来冷却水环真空泵工作水的冷却水。

4 冷却水系统改造实施的效果

某电厂根据厂内实际情况,在考虑最小投资的情况下,采用深井水冷却工作水,于2010年8月在水环真空工作水的冷却水出入口处增加了1根深井水至水环真空泵工作水冷却水的入口管道,深井水泵的扬程是38.8 m,流量为480 m3/h,脱硫及其它用约80 m3/h,解决了夏季运行真空降低且影响

机组经济性的问题。

夏季深井水平均温度为12 ℃,工作水经深井水冷却后水温为21 ℃,汽水分离器内部工作水温度为27 ℃,水环真空泵理想的抽真空能力为97.8 kPa,按照理想状态,凝汽器真空能够提高4.7 kPa,由于在实际运行中受机组负荷、板式换热器结垢、脏污的影响,凝汽器真空平均提高3.5 kPa,提高率为3.45%。

水环真空工作水的冷却水系统经改造后,将深井水引至水环真空泵工作水的冷却器,降低了水环真空泵的工作水温度,从而提高了水环真空泵的抽吸能力及工作效率。实践证明,凝汽器的真空随着水环真空泵工作水的冷却水温度的升高而下降,且差值越来越小,水环真空泵工作水的冷却水温度越高,凝汽器的真空越低。水环真空泵的工作水的冷却水温度越低对凝汽器的真空影响越小,水环真空泵工作水的冷却水温度越高对凝汽器的真空影响越大。因此,在夏季运行的工况下,采用温度较高的开式循环冷却水来冷却水环真空泵工作水,将严重影响凝汽器的真空,所以降低水环真空泵工作水的冷却水温度是必要的。冷却水系统改造实施前后对比数据如表1所示。

以某电厂所在地区的气候为例,每年夏季开式循环水水温达到33 ℃左右的时间约为53 d,以此计算,采用深井水后,每年夏季节约标煤为

289.696 5 kg × 24 h × 53 d= 368.494 t。

若每吨标煤价格按800元计算,则每年夏季可节约资金为 294 795元。

5 结论

上述分析结果表明,改造后的冷却水系统解决了真空泵汽蚀的问题,延长了真空泵的使用寿命,解决了夏季真空不高限制机组带负荷的问题,提高了机组的带负荷能力。同时,也改善了水环真空泵内的工作环境,提高了凝汽器的真空,保证了机组安全运行。

参考文献

[1]孙淑红.制冷装置在提高凝汽器真空中的应用[J].华电技术,2008.

水环真空泵应用处理分析篇2

1 结构工作原理

叶轮偏心的安装在泵体内, 启动前向泵体内注入一定量的水, 叶轮旋转时, 水受离心力作用, 在泵体壁内形成一个旋转液环, 叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙空间。在前半转, 两叶片与水环之间的密封空腔容积逐渐变大, 产生真空、气体由分配板的吸入口吸入。在后半转, 密封内腔容积逐渐缩小, 气体被压缩并由分配板的排气口排出。工作液为凝补水, 除了起形成液环作用外, 还起着带走气体压缩热以及密封分配板与叶轮端面间隙的作用。运行时真空泵内的部分工作液也随气体排出, 须连续向真空泵供水。工作液温度不断的升高, 由换热器冷却, 如图1所示。

2 保养与维修

在日常生产使用过程中要经常检查进气管路上的逆止阀, 如有异常及时停车检查, 防止泵停止运转时, 被抽气体和工作液返回泵中。对工作液的补充流量要有明确显示, 以保证泵运转时有适量的工作液。轴承在运行1000h后应重新加油润滑, 每个轴承20g美孚润滑脂。密封添料应经常检查, 滴漏严重时适当压紧, 经过多次压紧后, 添料被压在一起, 不能很好密封时, 应全部更换以免影响抽真空效果。保证每天对轴承的温度、声音、振动进行检查, 有异常及时修理。制定严格的检修周期和规程, 检修类别分小修、大修两类, 并可根据点检、巡检及状态监测情况进行针对性的检修, 表1为检修间隔期。

在检修、维修装配时, 应在水平位置上用千分表确定泵的总间隙, 千分表装在传动侧, 用非传动侧方向中的安装杆把转子推至分配器上的挡板处为止, 该位置中的千分表应调至零位, 传动侧方向也是使用相同的方法, 读出千分表上的数值, 调整完后, 不能再动千分表。转子调至两个分配器之间的中心位置, 即可测出调整垫的厚度, 装配此厚度的调整垫, 满足装配技术要求总串动量小于0.80mm~0.90mm, 单边间隙0.40mm~0.45mm。

3 故障及排除

在生产实践过程中会出现各种现象、问题, 见表2, 表2中列举了一些常见故障问题及其排除解决方法。

4 紧急情况提车处理

遇到下列情况之一者, 应紧急停车处理: (a) 泵内发出异常声响和振动突然加剧。 (b) 轴承温度突然上升超过规定标准。 (c) 泵流量突然下降。 (d) 电流超过额定值持续不降。

参考文献

[1]李凤.水环真空泵的故障分析[J].水泵技术, 1998 (03) .

水环式真空泵在煤矿中的应用篇3

高山煤矿瓦斯抽放泵站于2011年建成。2013年7月正式运行, 高山煤矿使用的是湖北同方生产的2BEP62型高负压水环式真空泵和2BEP52型低负压水环式真空泵。本文将从多个方面阐述水环式真空泵在煤矿中的应用:

一、水环式真空泵的原理

泵轴上安装了对于圆柱形泵壳偏心的星形叶轮, 启动前, 向泵内注入规定高度的水。当叶轮旋时, 由于离心力的作用将水甩至泵体四壁, 形成一个和转轴同心的水环, 水环上部的内表面与轮壳相切, 水环下半部的内表面则与轮壳形成了一个气室, 这个气室的容积在右半部是递增的, 在前半圈中随着环间容积的增加而形成真空, 因此空气通过抽水管及真空泵泵壳端盖上月牙形的进气口被吸入真空泵内;在后半圈中, 随着轮壳与水环间容积的减少而空气被压缩, 经过泵壳端盖上另一个月牙形排气口被排出。叶轮不断地旋转, 水环式真空泵就能把空气抽走

二、水在水环式真空泵的作用

水在水环式真空泵起两个作用第一起水密封的作用, 从水环式真空泵的原理上就可以看出。第二方面起到降温的作用, 泵在高速旋转的过程中因为摩擦温度会越来越高, 源源不断的供给循环水, 可以保持泵体温度控制在一定的范围内

三、水环式真空泵的分类

水环式真空泵有很多型号, 在煤矿来说简单分成两大型号:高负压泵和低负压泵。

四、高负压泵和低负压泵的区别

高负压泵主要用于抽放煤层瓦斯;低负压泵主要用于抽放巷道和采空区瓦斯。高山煤矿2BEP62型泵属于高负压泵。2BEP52型低负压泵属于低负压泵, 2BEP62型高负压泵功率355KW, 转速260转/分钟, 极限压力16千帕, 最大抽速17400立方米/小时;2BEP52型低负压抽放泵功率250KW, 转速300转/分钟, 极限压力16千帕, 最大抽速12300立方米/小时。高负压抽放泵的抽放负压真空表通常在-0.04兆帕到-0.07兆帕之间, 低负压抽放泵的抽放负压真空表通常在-0.020兆帕到-0.040兆帕之间。泵体的极限负压是16KP, 说到这点需要特别强调了, 泵体的极限负压不等于泵体的最大真空度。极限负压和真空度之间有一换算公式, 极限负压换算最大真空度。高山煤矿现用的泵换算出最大真空度是0.084兆帕。

五、负压调节

泵在运行中, 为了更好的瓦斯抽放, 需要通过配风阀门调节负压, 负压 (绝对值) 过高的时候会伤害泵体, 就需要适当打开配风阀门降低负压, 负压 (绝对值) 超过0.07兆帕需要适当打开配风阀门, 负压过低时需要关闭配风阀门, 高负压泵负压 (绝对值) 小于0.040兆帕, 低负压泵负压 (绝对值) 小于0.020兆帕, 需要关闭配风阀门, 由于井下抽放的复杂性, 也需要结合实际情况, 具体情况具体分析。

六、水环式真空泵的启泵前准备工作、启泵和停泵操作

1. 启泵前的准备工作

检查泵站循环阀门、出气阀门、配风阀门、利用阀门、放空阀门, 保证其灵活且无漏气, 检查抽放泵地脚螺栓, 要求无松动, 检查水路保持良好的状态, 检查泵站测压、测瓦斯浓度装置及电压、电流、功率表均应正常工作, 无异常。检查泵站进、出气侧的安全装置要求保证完好, 要保证水封式防爆器的水位达到规定要求。转动泵轮1~2周, 要求泵内应无障碍物。

2. 启泵

启泵前的准备工作一切妥当, 打开水封式防爆器向水封式防爆器配水, 向水环式真空泵配水, 打开相应的蝶阀, 待溢水阀滴水成线后, 启动抽放泵电机, 最后打开井下总进气阀。在这个过程注意溢水阀滴水成线后, 可以把水调小, 泵启动正常后再把水调大, 泵好启动, 水过大的话, 泵一启动就可能过流。还需要注意启泵后再开启进气阀, 一方面可以防止瓦斯逆流, 一方面可以减少水环式真空泵启动时的瞬时负荷。

3. 停泵

停泵应先关闭井下总进气阀, 再停抽放泵电机, 停止供水, 最后打开排空阀。停泵时也需要注意先关进气阀, 最后停泵, 这样可以防止瓦斯逆流。

水环式真空泵由于其吸气均匀、结构简单、操作简单维修方便, 泵腔里面没有金属摩擦表面, 不需要对泵内进行润滑, 磨损相对较小, 在我国中小型矿井应用较广。了解且掌握水环式真空泵的应用, 对煤矿人来说是非常有必要的。

参考文献

[1]李春林.真空抽负装置在还原炉生产过程中的运用[J].化工管理, 2014, (20) :154, 156.

水环真空系统篇4

随着用电量的加大, 电厂技术要求越来越高, 在电厂中真空泵得到广泛使用, 其优势是主要工作介质由水组成, 维护费用低, 可在恶劣环境下工作等。但是其运行效率低下, 一般在30%左右, 最高才到达50%。本文分析水环式真空泵的工作原理, 从电厂真空泵的工作环境入手, 分析了影响真空泵运行效率的主要因素, 并提出相应措施。

1 水环式真空泵工作原理简介

270~670Pa真空泵属于粗真空泵, 2000~4000Pa是它所拥有的极限真空, 270~670Pa在串联大气喷射时实现。同时又被称为水水环式压缩机是因为它具有压缩作用, 其压力范围是1~2×105Pa, 属于低压压缩机。

如图1所示水环式真空泵是由吸气口、叶轮、泵体、吸排气盘、液环、排气孔、辅助排气阀七部分组成。

如图所示, 水贴在泵体周围旋转, 形成了闭环水流, 是由于叶轮安装位置偏离泵体中心, 当叶轮旋转时, 进入水环式真空泵中的水受离心力作用被抛向泵体四周, 旋转的水流一次次受到叶轮的冲击而多次分流, 叶轮从0°旋转到180°时, 逐渐由大到小的小腔容积, 使得泵体内压强不断减低, 将被抽容器内气体通过吸气口吸入进去, 泵体内气体体积越大, 容积变小, 根据气压平衡原理, 泵体内气压越来越大, 当压缩气体达到排气压力时, 从排气口进行排气, 从而实现连续吸气排气的工作原理。

所以, 水环泵是依靠叶片旋转, 水流分离, 使得泵体容积大小变化从而实现吸气、压缩和排气的功能, 故它属于变容式真空泵。

2 水环式真空泵运行效率影响因素分析

虽然水环式真空泵由于其结构简单, 维护费低下得到广泛使用, 但其运行效率低下, 一般在30%左右, 最高才到达50%, 下面我们根据其问题, 进行以下分析。

2.1 外部原因造成的运行效率低下

(1) 水中碳酸盐物质沉淀下来的晶体对运行效率的影响。由于水中含有钙、镁等碳酸盐物质, 而作为水环真空泵是以水作为工作介质。由于碳酸物质混的溶解性随着温度升高而减低, 水环真空泵正常运行中, 摩擦生热, 泵体内水的温度逐渐增高, 在水的高速运行中, 使得钙, 镁这些有机物形成晶体, 经过日积月累, 使得泵体内部、圆盘和叶轮上布满结垢, 严重时导致泵体和叶轮之间间隙变小、运行过程中出现噪声、启动时瞬时电流过大, 吸收量降低, 真空度下降, 造成水环真空泵工作效率过低。

(2) 真空泵里的工质水温度对运行效率的影响。大方电厂为4*300MW机组, 汽轮机真空系统采用两台水环式真空泵, 一台运行一台备用, 水环式真空泵对工质温度要求较高, 我国颁布了国际GB/T13929-92规范, 其中规定真空泵的工作液是温度为15℃的水, 与其相对应的吸气介质温度为20℃, 工质温度的高低直接影响真空泵的处理, 进而影响机组真空和经济性。而工质的温度由取决于冷却器的换热效果, 如果冷却器出现脏污现象, 换热效果较差, 就严重影响工质温度。

由于我厂真空泵冷却器为板式冷却器, 该冷却的优点为换热工质接触面积大, 效率高, 缺点为板式冷却器通流面积小, 且我厂循环水水质相对较差, 容易造成结垢, 同时我厂真空泵冷却器冷却水进水处均加装有滤网, 循环水杂质较多, 主要是冷却塔喷淋装置填料老化产生的碎沫, 长期不清洗冷却器和清理滤网就会造成冷却器换热效果差和冷却水不足, 造成真空泵出力偏低, 真空偏低, 煤耗增加, 机组经济性下降。

2.2 内部结构部件问题造成的运行效率低下

水环真空泵上起密封作用的是滑片, 泵的两侧都需要进行密封, 为了保证其密封性, 每台水环泵上有四个滑片, 每侧两片。水环泵工作原理是利用来回运动的滑片, 并且伴随着叶轮稳定转动, 保证其连续不断进行吸、排气。滑片采用的聚四氟乙烯 (ptfe) 材质, 长时间使用后容易出现, 滑片严重变形和破损, 出现水环泵的滑片不合适。

3 提高真空泵运行效率的措施

3.1 经常处理污垢, 提高真空泵运行效率

碳酸盐物质产生的污垢可以利用10%草酸对真空泵进行全面清除。如果发现污垢比较严重时, 需要将泵体解体进行局部着重清理, 比较麻烦, 这就要求我们经常对泵体污垢情况进行检查, 及时清理, 增大真空泵内部容积量, 提高其运行效率。

3.2 增强冷却器功能, 降低真空泵里的工质水温度

选用最佳清洗冷却器和及时检查滤网是否堵塞的时间。针对冷却器脏污问题, 由于板式冷却器解体清洗工作量非常大, 且频繁解体清洗重新安装后容易出现泄漏现象, 所以我厂主要采用了强碱在线清洗的方法。

3.3 加强真空泵叶轮的拉筋检查

加强真空泵叶轮的拉筋检查, 出现转子在运行过程中不稳定, 引起震动和噪声等问题时, 根据实际情况进行进行补焊处理。并进行详细修正, 找到符合叶轮要求的平衡点。

4 总结

影响水环泵实际运行效率的因素有很多, 我们要加强日常维护, 保证真空系统下工作在最佳状态, 节省维护经费的支出, 有效提高真空系统实际运行的机械效率。

摘要：本文在详细分析了水环式真空泵的工作原理后, 从电厂真空泵的工作环境入手, 分析了影响真空泵运行效率的主要因素。详细介绍了提高水环式真空泵运行机械效率的措施方法, 从而保证真空泵经济、高效、稳定的运行。

关键词：水环式真空泵,压缩,运行效率

参考文献

[1]齐复东, 贾树本, 马义伟.电站凝汽设备和冷却系统[M].北京:水利电力出版社, 1990.

[2]付昶, 武学素.凝汽式汽轮机组背压变化对机组功率影响的研究[J].热力发电, 1999 (01) :39-42、47.

[3]西安电力学校.大功率汽轮机设备及运行 (下册) [M].北京:水利电力出版社, 1986.

水环真空系统篇5

1水环式真空泵的工作原理

如图1所示,启动前,通过水环液补水管线给真空泵腔体加适量的水作为工作液,启动泵后当叶轮顺时针旋转时,水被叶轮抛向四周,由于离心力的作用,水形成了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恰好与叶轮轮毂相切,水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触( 实际上叶片在水环内有一定的插入深度) 。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间,而这一空间又被叶轮分成与叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0°为起点,那么叶轮在旋转前180 °时小腔的容积由小变大,且与端面上的吸气口相通,此时气体被吸入,当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝; 当叶轮继续旋转时,小腔由大变小,使气体被压缩; 当小腔与排气口相通时,气体便被排出泵外。水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的,因此它属于变容式真空泵［2］。

真空泵工作时,在水环的作用下,气体由吸气管路进入泵内,泵在排气时连同水一起排出,由于吸入的气体压缩产生的热量,使水环液的温度不断升高,这对泵的性能影响较大。而且泵填料处也需要冷却,因此,在真空泵工作过程中,必须不断地给泵供水,以冷却和补充泵内消耗的水。在不缺水源或废水可回收再利用的情况下,水环液可直接排放。在许多装置中,为节约用水,真空泵一般都配有气液分离器。例如2BV系列真空泵,以15 ℃ 水做水环液,配气液分离器和部分工作液循环连接的情况下,实际补水量为未配分离器时的1 /2左右［3］。在真空泵排气一端接有汽水分离器,真空泵排出的气体和所带的部分水排入汽水分离器后,汽水分离,气体由排气管排出后直接进入大气或通过回收装置回收,留下的水经气液分离器底部回水管供至真空泵内继续使用,随着工作时间的延长,循环使用的工作液温度会不断的升高,这时需从汽水分离器的补水处供给一定的冷水,以降低工作液的温度,保证泵能达到设计的技术要求和性能指标,多出的水则通过汽水分离器的溢水口排出。汽水分离器与真空泵之间设计有换热器时,气水分离器液位一般通过浮球阀等自动控制,液位降低后浮球阀开启补水,一定液位后浮球阀自动关闭,液位超过溢水口部分溢流排出,操作简单。

当水环真空泵在吸气压力接近极限真空下长期工作时,应在排水管路或汽水分离器与泵盖之间联接气蚀保护管,以对泵进行保护并消除气蚀声。泵不带汽蚀保护时,吸气压力不得低于8000 Pa,这是为了避免在水温15 ℃ ,抽除20 ℃ 干空气时引起汽蚀,更高水温时,允许的最低吸气压力会相应高些,泵带汽蚀保护时,泵可抽气至最大真空度［4］。

2极限真空的影响因素

液环真空泵的极限真空由工作液饱和蒸汽压决定,主要取决于以下几个方面:

2. 1液环所选用的介质

用水作工作液,极限压强只能达到2000 ~ 4000 Pa,用油作工作液,可达130 Pa［2］。由于油的成本较高以及直排后污染环境,用油做水环液相对较少,一般只在确实真空需求较高的情况下使用,而且需加装气液分离器,并在气液分离器循环补液给真空泵的管路中加装换热器进行冷却,确保油可以循环使用,降低成本。工业生产中大多使用自来水、工业水、生产水、循环水、脱盐水等作为工作液,价格相对便宜,成本较低,可以选择做水环液后直接排入污水系统,如化工厂中用于物料冷却的循环水,需要定期排掉一部分,补加药剂并使用新水置换,用来做水环液后以一定量连续直排非常经济。若水环液需要回收,一般使用脱盐水做水环液,这样不会带入其他杂质离子。在一些装置中也会选择用其它参与生产或反应的有机或无机溶剂做水环液,回收气相组分后可直接利用,既环保又经济,但真空泵设计时需注意泵腔、叶轮等可能接触到溶剂部分材质的选择。

2. 2水环液的工作温度

水环液的工作温度对真空泵的大小影响也较为明显,工作液温度太高,会降低泵的抽气量。一定情况下,水环液的温度越低,所能形成的真空越大,一般要求工作液最高温度不能超过65 ℃ 。当抽除高温气体或80 ℃ 以上蒸汽时,需在真空泵吸气管路中加装冷凝器。工作液直排时,可维持水环液在较低的温度,循环使用的工作液,由于真空泵的做功放热使工作液温度升高,可选择加装换热器在汽水分离器与真空泵之间的连接管路上,利用冷却水来冷却。对需要精确控制真空大小的装置,可使用水环液温度的自动控制,根据真空大小设定需要的水环液工作温度后,通过与冷却水进料阀门开度大小的联锁调节来确保水环液温度稳定,从而确保真空稳定; 另外一种控制方式是确保冷却水的温度在一定范围,换热器进出口手动阀门固定在一定开度,如全开,通过自动控制开度大小的真空吸气阀门同样可以起到稳定真空的作用,对真空大小精度确实要求较高的时候也可以考虑使用水环液温度自动控制与真空自动控制相结合的方式。

2. 3水环液的流量

真空泵水环液供水流量的大小,对泵的真空度、抽气量以及功率消耗均有影响。在工作液温度相同的情况下,真空泵的吸气量越大,所需要消耗的水也越多。如果水环液流量过低, 会造成真空泵真空能力的下降,但是如果水环液流量过大,也会导致泵的功率消耗增大,甚至过电流跳车。因此,供水量的大小应严格控制在规定范围内。不管是直进直排还是通过气液分离器循环使用的工作液补水管路上,一般都设计有流量计和阀门,同时确保进水管路上的压力稳定在一定范围,精确控制真空时使用水环液补水的流量与自控阀门联锁调节,这样就可以通过阀门开度大小来调整真空泵的补水量,或者是汽水分离器的补水量以及汽水分离器向泵的供水量。以便用最小的水耗量,确保泵在要求的技术条件下运转,使功率消耗最小,并且达到性能指标。当抽除高温气体或80 ℃ 蒸汽时,建议使用前置冷凝器或使用2倍于标准流量的工作液［3］。

2. 4真空辅助系统

在工业生产的一些过程中,如真空脱气、真空蒸发浓缩等,除水环式真空泵工作产生真空以外,还经常在真空泵的吸气管路上设计有辅助的喷淋系统、冷凝系统等,其主要目的一是回收脱出的气体,二是冷却真空泵的进气,即能有效的利用热量又起到保护真空泵的作用。这些装置中较低温度液体的持续喷淋循环、气体冷凝成为液体时体积的骤缩,都能产生一定程度的负压,也等于是增大了系统的真空,或者是要求控制一定真空的条件下,减小了真空泵的功率消耗。实践证明,一定范围内,如果喷淋循环流量越大,喷淋液温度越低,持续的喷淋循环所能形成的真空也越大,在一些化工设计中,真空泵可只作为开车初始迅速达到要求真空度使用,随后通过喷淋循环就可以维持真空稳定,这样就可以停止真空泵,节约能源,而且所有可能的有毒有害气体都通过溶解性能良好的喷淋回收掉,十分环保。

3启停注意事项

长期停车的真空泵在启动前,必须先进行盘车,检查泵有无卡涩或损坏,然后打开真空泵水环液补水阀门,观察流量计读数,通过阀门调节到要求流量。一般真空泵的瞬时允许吸水量稍大于连续运转时设计的允许吸水量。启动真空泵前需保证泵腔工作液处于一定的液位,一般在真空泵腔体容积的1 /2处左右,若真空泵腔水位偏高甚至充满水,真空泵瞬间启动后, 由于水的密度远远大于空气的密度,会造成真空泵发出较大声响乃至过载跳车。真空泵启动前要确保排气阀门完全打开,一般吸气阀门处于关闭状态,启动真空泵后迅速再打开,停止时关闭吸气阀然后迅速停止真空泵,然后关闭排气阀门,关闭水环液补水阀门,这样启停时都确保真空泵在最小负荷下运行, 起到保护泵的作用。若停车时间较长,必须将泵及汽水分离器内的水全部排掉,以防结垢或发生锈蚀。

水环式真空泵在极限压力下工作时,泵内可能由于物理作用而发出喘振的声音,但检测电机运转电流可能会发现实际功率并没有变大,这是由于泵已经处于极限吸气压力之下,长时间运转在低于最低允许吸气压力下会使泵受到损坏,设计及实际操作时需要避免此现象的发生,如果泵开始喘振,可将进气管路上的手动或自动真空调节阀门打开,使之进入少量空气,喘振声即行消失,随后检查水环液的流量及温度是否在要求的范围之内,并进行调整。如果吸入空气后喘振声不消失,且电机的功率消耗增大,则表明泵已发生故障,应停车检修。

4结语

由于水环泵中气体压缩是等温的,故可抽除易燃、易爆的气体,此外还可抽除含尘、含水的气体,吸气均匀,工作平稳可靠,操作简单,维修方便。而且真空泵与压缩机的组合,真空泵与大气喷射泵的组合,双极水环泵的应用可以达到更高的真空,因此,水环泵在工业生产中发挥着越来越重要的作用。

摘要：在工业生产的许多工艺过程中,如真空过滤、真空脱气、真空蒸馏、真空吸液、真空浓缩、真空干燥、真空冶炼等,水环泵得到广泛的应用。通过对水环式真空泵工作原理的介绍,说明了水环液补水方法,及气水分离器和换热器在水环液流量节约方面的应用,重点分析了影响真空泵工作能力,如水环液介质的选择、水环液流量的大小,水环液的温度,真空辅助系统,最后对真空泵的一些常见故障和启停注意事项作了简单说明。

水环真空系统篇6

关键词：水环式真空泵,工作液 (水) ,工作液饱和蒸气压

深圳市第二人民医院现有3台山东淄博齐真机械有限公司生产的SK-12水环式真空泵, 主要用于病人吸痰所用, 单台最大抽气速率为12m3/min, 使用真空度范围为-400mmHg~-600mmHg之间, 抽气速率为11m3/min, 极限压力为-700mmHg (-0.093MPa) , 真空泵配备的电机功率为18.5kW。该设备在投入运行的初步阶段, 整体运行较平稳, 真空度及抽气量均可满足要求。但在运行多年后, 发现水环式真空泵工作效率出现逐渐降低的现象, 一般在30%左右, 较好的也仅能达到50%左右, 整个装置工作效率非常低。从实际检修维护来看, 造成水环式真空泵效率偏低的原因除了受到泵自身结构限制外, 还受到诸如工作液饱和蒸气压、长期运行产生水垢等因素的影响[1]。真空泵在出厂后, 其机械结构已经确定定, 也就是说通过改变泵内部结构来提高真空泵运行效率的方法是不现实的, 本文将对实际设计选型、统计计算、运行维护等过程中的一些提高水环式真空泵运行效率的技术措施进行详细分析研究, 以便与其它同类型工作人员进行学习探讨。

1 水环式真空泵工作原理简介

当水环式真空泵在停止运行时, 泵体内会存在一定量的工作液 (水环泵工作液为水) ;真空泵正常运行时, 电机通过联轴器带动轴及叶轮旋转, 工作液 (水) 在叶轮高速旋转形成的离心力作用下, 不断甩向泵体的内壁, 从而沿泵体内壁形成一个旋转的封闭水环[2], 水环与两叶片及圆盘形成一封闭空间, 被抽气体即在封闭空间内, 叶轮的不断旋转, 达到抽送气体的目的。

水环式真空泵的具体结构如图1所示:

从图1可知, 由于真空泵叶轮是偏心地安装在泵体内, 且水环旋转速度与叶轮旋转速度间存在一定的速度差, 这就使得水环相对于泵叶轮叶片做相对运动, 在相邻2个叶片间的空间容积内呈现周期性的往复变化, 类似简单的往复式活塞工作一样。在图示的右半部分, 随着叶轮的顺时针旋转, 水环与两叶片及圆盘形成的封闭空间逐渐增大, 压力逐渐降低, 吸气口的气体不断地被吸入;在图示的左半部分, 随着叶轮的顺时针旋转, 水环与两叶片及圆盘形成的封闭空间逐渐减小, 压力逐渐增大, 压力高于排气口处的压力时, 气体被不断地排出, 如此循环, 吸气口处就会形成一定的真空度, 从而满足工作要求。在实际检修维护过程中发现, 随着真空泵运行时间的延长, 真空泵的运行效率会逐步降低, 主要原因大致包括:1) 水环式真空泵在运行过程中, 叶轮叶片与水环间会不断发生撞击摩擦, 从而会使水环的温度不断上升, 温度上升, 造成水的饱和蒸汽压降低, 会引起真空泵的真空度下降;2) 真空泵运行时, 工作水随被抽气体排放到气水分离水箱中, 一部分工作液 (水) 蒸汽随气体一并排出, 这就要求在真空泵的运行过程中, 运行人员要经常给真空泵水箱进行补给水, 否则工作液不足, 导致泵体内形成不了封闭的水环, 造成被抽气体的反流, 也会降低真空泵的工作效率;3) 真空泵与病人吸痰的负压吸引瓶, 真空罐通过软管及管道连接, 在真空泵运行中, 在负压吸引瓶吸痰以及真空罐抽真空的过程中, 偶尔会有病人的痰液被吸入真空泵内部, 影响泵的高效稳定工作;4) 整个真空系统对密封性能要求很高, 要将吸痰真空罐抽成真空, 就必须时刻保持罐与泵、罐与罐、吸引甁与吸引接头之间连接管道密封件具有良好的密封性能和较高工作强度[3]。

2 水环式真空泵工作介质性能影响因素分析

由于水环式真空泵在很多工程领域作为主要的动力部件得到广泛的推广应用, 为了提高水环式真空泵的综合应用功能效益, 我国颁布了国标GB/T13929-92, 即《水环式真空泵和水环式压缩机试验方法》。在规范中明确规定, 水环式真空泵的性能测试曲线为真空泵在温度为15℃的水作为工作液, 相应吸气介质为20℃的饱和空气, 且排气压力为1个大气压时所测得的真空泵运行特性波动曲线。真空泵在医疗机械领域实际应用过程中, 由于工作液介质温度、吸气介质温度和饱和度、以及排气压力不可能与GB/T13929-92正好完全吻合, 也就是说在实际选型设计和更新改造过程中, 需要将相应的参数数据进行修正, 以提高医用吸痰真空泵系统的整体工作效率[4]。

2.1 吸气介质对水环式真空泵性能的影响

1) 吸气介质温度

整个真空系统吸入介质的温度越高, 水环式真空泵的吸气能力就会变得越差。

2) 吸气介质饱和度

真空泵在运行过程中, 因为吸气介质中的可冷凝部分会在水环式真空泵内发生冷凝, 加上真空泵所排出的气体是在常压状态下的饱和气体, 这样如果吸气介质的饱和度越大, 其在真空泵内内部的冷凝量将会越大。因此, 在实际运行过程中, 应该考虑真空系统的吸入介质饱和度, 一般饱和度大于50%的, 在真空泵系统运行方式调节时, 应按饱和气体来计算;对于饱和度小于或等于50%的吸气介质而言, 应该按照干气来计算。

2.2 工作液介质和温度

当工作液的饱和蒸汽压越大时, 真空泵的极限压力也会随之增大, 其实际吸气量就会越小, 运行效率就会降低。反之, 当工作液的饱和蒸汽压越小时, 真空泵的极限压力就会随之减小, 其实际吸气量就会越大, 运行效率就会越高。因此, 在实际真空系统检修维护过程中, 要严格参照国标GB/T13929-92中, 相关工作液介质和温度要求进行详细的计算分析, 对于不合格的工作液应该立即更换, 以保障真空系统处于最佳工作状态, 有效提高其综合运行机械效率。

2.3 排气压力

从图1中可知, 真空泵在工作时, 会不断将空气排出泵体, 以在吸气口形成工作需求的真空度, 也就是说排气压力也是影响水环式真空泵运行效率的另一主要因素。排气压力会对真空泵吸气量和轴运转功耗带来巨大的影响。当真空泵系统在运行时, 如果其排气压力越大时, 真空泵的吸气量就会越小, 相应轴运转功耗就会越大。相反, 当系统排气压力越小时, 真空泵的吸气量就会越大, 相应轴运转功耗就会越小。因此, 在实际运行维护过程中, 应该实时观察真空泵系统的排气压力数据, 当出现异常排气压力数据时, 应该立即采取相应的措施对整个真空系统进行更新改造, 使得真空系统排气压力长期维持在国家标准或厂家推荐范围值内, 保证真空泵始终处于最优工况条件下, 有效提高水环式真空泵整体运行机械效率。

3 真空泵工作液液位或流量对其效率的影响

在实际使用过程中, 如果真空泵的工作液液位过低或者流量太小时, 真空泵内部将不能形成封闭的液环, 工作时将达不到正常运行所需的真空度, 从而大大降低了真空泵的运行效率;如果真空泵工作液流量太大, 则会造成真空泵运行功率损耗增加, 导致大约80%以上的能量全部消耗在液环与泵体内壁的摩擦过程中, 使得系统能耗增加, 降低了真空泵的运行效率。水环式真空泵是容积泵中的一种, 正常运行时, 其吸入的气体是可以压缩的, 而当真空泵在内部充满工作液的情况下启动时, 由于液体不能像空气那样被压缩, 这样就可能造成真空泵在启动过程中出现损坏叶轮叶片的情况, 从而影响真空泵的使用寿命[5]。因此, 在真空泵运行过程中, 必须严格巡查工作液的液位和流量值, 防止出现工作液状态剧烈变化, 有效提高水环式真空泵运行机械效率。

4 水垢对真空泵机械效率的影响

由于工作液 (水) 中通常含有钙、镁等碳酸盐物质, 当泵在正常运行过程中, 工作液在受热温升作用下, 水中相应的碳酸盐物质的溶解度就会降低, 在泵长期运行后, 该类物质就会逐步结晶析出, 附着在圆盘、叶轮、泵体等部件上。水环式真空泵在长期运行后, 泵体内部结垢就会变得十分严重, 常常导致圆盘与叶轮之间间隙减小, 水环式真空泵运行时出现异声、启动电流过大、吸气量明显降低、真空度下降等现象, 造成真空泵效率降低。此时可以扳动转子采用10%的草酸对真空泵进行全面除垢, 然后采用清水进行冲洗。如果发现泵体内水垢较厚时, 就有必要采取对泵进行解体, 局部详细清除手段, 彻底清除水垢, 增大真空泵内部容积量, 提高其运行效率。

5 结论

对于水环真空泵而言, 影响其实际运行效率的因素很多。因此, 在日常运行维护过程中, 要从吸入介质的温度和饱和度、工作液的种类和温度、排气压力、工作液 (水) 液位和流量以及工作水的水质等多个方面建立完善的真空泵设计、改造选型、以及运行维护等制度措施, 保证真空系统始终工作在最优工况条件, 在为医院节省大量的检修维护经费的同时, 有效提高真空系统实际运行过程中的机械效率。

参考文献

[1]强成银.水环式真空泵的维护[J].中国设备工程, 2008 (8) :46.

[2]贾宗谟, 穆界天, 范宗霖.漩涡泵液环泵射流泵[M].北京:机械工业出版社, 1993.

[3]祁曾青.水环真空泵叶轮最佳圆周速度[J].水泵技术, 2001 (3) :10-13.

[4]张淑芹.水环式真空泵和水环式压缩机试验方法[M].北京:国家技术监督局, 1992.

水环真空系统篇7

山西大唐国际临汾热电有限责任公司(简称大唐临汾)2×300MW单轴、双缸、双排汽、空冷供热抽汽机组,于2011年初双机投产,各配置有3台100%容量的由湖北神珑泵业有限责任公司生产的ZBE1353型水环式真空泵。参数为:允许吸入压力3.3k Pa,排汽压力101k Pa;吸入温度0~80℃;抽气量4900m3/h;轴功率160k W,转速590r/min。使用过程中工作液温度,泵体振动大、噪音大,出现叶轮汽蚀孔洞及裂纹断裂等缺陷,给真空泵安全运行带来了巨大隐患。为此对该汽蚀原因进行了专题分析,采取了针对改进方案,并委托佶缔纳士机械有限公司实施改造,改造泵通过6个月试运行,效果较好。

1 水环真空泵运行特性及汽蚀原因分析

1.1 水环真空泵的运行特性

1)水环真空泵的理论吸气容积Vth为:

式中:Vth—理论吸气容积,m3/min;R—泵体内半径,m;r2—叶片顶圆半径,m;b—叶轮轴向宽度,m;ω—叶轮角速度,1/s;e—叶轮的回转中心与泵壳中心的距离m。

水环真空泵的有效吸气容积Ve为:

式中:rH—容积修正系数,rH<1。

吸气容积的损失可分为以下几部分:

a.叶片插入工作水的深度将极大地影响吸气容积;

b.气体通过腔室顶部时,因为排气侧压力高于吸气侧;气体会从排气侧向吸气侧泄漏通过吸、排气接口的空隙时引起的溢流损失;

c.在一定的水环温度和绝对压力作用下,吸气腔内的水引起汽化。

水环真空泵工作特性曲线如图1所示。

1.2 水环真空泵汽蚀原因分析

1)真空泵选型偏大,实际工况与设计工况不符。大唐临汾现设置真空泵抽气量达到4900m3/h,相当于81.7m3/min,即相当于抽干空气量为105kg/min;经严密性试验,大唐临汾空冷凝汽器真空泄漏率为40~80Pa/min,即相当于漏入干空气量4~8kg/min,而实际抽干空气量则高达105kg/min,远远高于泄漏量,因此导致真空泵长期在极限工况下运行(极限真空高达3.3k Pa)。

2)工作液运行温度偏高。特别在夏季,工作液温度长期在38~40℃左右运行,而工作液即除盐水在7~8k Pa背压下汽化温度为39~41.5℃;而在极限真空3.3k Pa背压下,工作液即除盐水汽化温度仅为25℃;而在3.3k Pa背压下,38~40℃左右运行的工作液即除盐水,早已超过汽化温度,导致真空泵长期工作在汽蚀工况下。

综上所述,水环真空泵选型偏大,以及工作水温偏高,是使水环真空泵运行中产生汽蚀的根本原因。

2 应对措施及改造方案介绍

2.1 应对措施

针对真空泵选型偏大问题,选择较小出力泵;针对工作液即除盐水温度偏高问题,采取降水温措施,比如增加前置冷却器。

2.2 改造方案介绍

改造系统情况:根据现场情况,原真空泵设置3台,即1用2备;1号、2号机每台机改造1台。正常运行时,进行改造的真空泵运行,其余2台未改造泵备用。3台泵之间设自动切断装置,实现自动切换。

佶缔纳士机械有限公司对现场数据分析,针对现场的情况制定了改造方案,将原轴功率160k W的真空泵改造为轴功率92k W的真空泵;并增加1台换热面积为32m2的管式前置冷却器。

改造前、后设备及运行参数比较如表1所示。

设备改造后经济性分析情况如下。

a.改造后真空泵电流下降81A;年发电按5000h统计,则每年节省厂用电量为1.732×0.38×81×0.85×5000=22.657万k Wh;

上网电价按0.35元/k Wh计算,则每台改造泵每年产生的经济效益为0.35×22.657=7.93万元。

b.按照每增加1k Pa真空度,节约标准煤1.97g/k Wh计算,年发电量按每台机12亿k Wh统计计算,则每台机每年节约标煤2364t/a;标煤单价按300元/t计算;则由于真空度增加而产生的经济效益为300×2364=70.92万元。