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[摘要]：针对目前国内大中型汽轮机组大部分采用水环真空泵作为主抽气设备的现状, 阐述了水环真空泵的工作流程，分析工作水温度对抽气能力的影响, 解释水环真空泵产生汽蚀的原因并提出相应的防止措施，针对现状对抽真空系统提出几点改进方案及对日常运行中可能出现的故障进行简要分析。
[关键词]：水环真空泵、工作水温、汽蚀、技术改造、故障分析
中图分类号：C35文献标识码： A
1.引言
水环式真空泵是一种性能优越的抽气设备，具有抽气量大、能量损耗小、汽水工质损失少、安全可靠、自动化程度高、对负荷变化适应强等优点，因而在大中型汽轮发电机组得到了广泛应用。水环真空泵的抽吸能力直接影响凝汽器的真空，进而直接影响机组的出力，因此水环真空泵的安全高效运行对汽轮发电机组至关重要。水环真空泵的抽吸能力主要受其工作水温度的影响。
2.水环真空泵的工作流程
水环真空泵抽真空系统主要由真空泵、汽水分离器、板式换热器、
电动机、附属的设备以及相关的管道和阀门组成。下面以本单位使用的上海鹤见水环真空泵为例对其工作流程进行说明。
水环真空泵系统接通电源后开始运行，当真空泵中真空比凝汽器真空小2-3KPa时，抽气管路进口气动控制阀打开，干气体及水蒸气经进气管进入真空泵中，压缩后从排气管排至汽水分离器中。气-汽混合物进入汽水分离器后不溶于水的气体及部分蒸汽直接从顶端排入大气，损耗的水量由冷脱盐水补充。汽水分离器出来的工作水经板式换热器冷却后分为两路：一路经节流孔板喷入水环真空泵入口，对由凝汽器抽出的气-汽混合物进行预冷却，提高真空泵的出力；另一路直接进入真空泵作为工作水，维持真空泵的水环和水环的温度。
3.工作水温度高对水环真空泵的影响
水环真空泵作为凝汽式汽轮机组的主抽气设备，负责将漏入凝汽器内的空气及不凝蒸汽及时抽出以维持凝结水系統的真空，抽出的气-汽混合物中水蒸汽约占其质量流量的三分之二。水蒸气凝结放出的汽化潜热促使真空泵内工作水温度升高，同时泵体内介质不断压缩、摩擦也会使水温升高。
水环式真空泵是利用水作为工质进行工作的，工作水温度升高对应的饱和蒸汽压力升高，泵内水环与叶片形成的各个空间小室所能达到的真空就会降低，真空泵抽吸的气体量就会相应减少，泵出力降低。当真空泵的抽气量小于凝汽器的漏气量时，凝汽器内气体不断积聚，影响凝汽器的换热效果，导致凝汽器的背压升高，汽轮机的排气压力升高，机组出力降低。因此，水环真空泵工作水温直接影响其抽吸能力，进而影响机组的出力。
4.水环真空泵汽蚀产生原因及防止措施
4.1产生原因
水环真空泵产生汽蚀主要有两个原因：工作水汽化和水环真空泵压缩不足。
（1）水环真空泵工作时，泵内局部区域的压力降至与工作水温度相应的饱和压力以下时，工作水将发生汽化，产生气泡。随着工作水的流动，这些气泡被带到高压区。压力升高后，气泡突然破裂，蒸汽重新凝结，出现空穴，四周的水将高速流向空穴，形成局部高频水击，长久将导致叶轮发生汽蚀。
（2）在水环真空泵压缩结束时，如果压力仍然达不到排气口压力，则泵腔外的未经过冷却的水将从排气口倒流回泵腔内，使得腔内的压力突然升高，发生汽蚀现象。
4.2防止措施
（1）进出水环真空泵的工作水温度足够低，能够获得所需要的真空；
（2）保持泵内有足够的工作水量，使工作水温升最小化；
（3）防止工作水冷却器被堵塞、脏污和漏空气；
（4）提高水环真空泵抽气口的压力；
5.抽真空系统改进方案
5.1降低工作水温度
前面我们已经讲到，水环真空泵工作水温度高不仅会降低泵的抽吸量，还会对泵产生汽蚀，影响泵的安全运行。因此，降低工作水的温度既能提高凝汽器的真空，也可以防止泵汽蚀。水环真空泵的工作水主要由凝汽器来的凝结水和冷脱盐水提供，温度基本确定。因此，只有通过降低循环冷却水温度，来达到降低工作水的目的。冬季工况下，循环冷却水的温度较低，能有效的冷却水环真空泵的工作水，但在夏季工况，由于夏季环境温度普遍较高，在炎热的南方循环水入口温度可以达到35℃，这样循环水的冷却效果势必很差。以下是改进措施：
（1）定期对水环真空泵板式换热器进行反冲洗，防止换热器换热面脏污结垢，影响换热效果；
（2）增加水环真空泵板式换热器的冷却面积，同时加大循环水的流量，进一步提高真空泵板式换热器的换热效果；
（3）如果上述情况下，冷却效果仍然不够理想，可在冷却水管路上加装一路冷冻水管线，专门在夏季时对真空泵工作液进行冷却。由于夏季炎热的气候，为了给工作人员创造更好的工作环境，操作车间会安装一套中央空调系统，这样就解决了冷冻水的来源；
（4）极端情况下，可通过在换热器如果增设一套制冷系统，如溴化锂吸收式制冷系统。利用制冷机组产生的低温水来冷却水环真空泵的工作水；
5.2提高真空泵抽气口压力
众所周知，饱和温度随着压力的上升而上升，如果水环真空泵的入口压力升高，在工作水的饱和温度就会升高，这样水环真空泵就能在工作水温度较高的情况下安全运行。在真空泵抽气口前端增设一台大气喷射器就能达到提高入口压力的效果。
大气喷射器结构简图如图：
大气喷射器工作原理如下：
先启动水环真空泵，使喷嘴进气口和排气口之间形成压力差，大气可从喷嘴进入泵内，当压力差达到大气压力的二分之一时，空气经过喷嘴收缩段降压节流速度得到提升，到扩张段喷出，高速气流周围形成真空，对周边气体形成卷吸作用，将被抽气体吸入室内。两股气流在吸气室内混合后进入扩压器，动能不断转化为压力能，速度降低压力增大，最终从喷射器排出进入真空泵入口。
大气喷射器的扩压段相当于一个变径件，流体由直径小的一端进入，从直径大的一端出来，这是一个增压的过程。因此连接在喷射器后的真空泵入口压力自然也就提高了。
6.水环真空泵故障分析
6.1进气管道积水
由于水环真空泵与凝汽器相连，进气管道不可避免存在部分蒸汽。当真空泵停运时，蒸汽在管道内凝结成水，堆积在进口阀前。当再次启动真空泵时，水进入真空泵，容易引起电流过大。如果水量过大，将会危及电机的安全运行。
为了避免上述危害，启动前应手动打开进口阀进行排水。对于两台真空泵一用一备的情况，应合理的设计启动顺序，防止类似情况发生。
6.2泵体强烈振动
引起泵振动异常的原因是多方面的，根本原因是泵的动态平衡被破坏，在实际运行中引起泵振动异常的原因主要有以下几个方面：
（1）水泵汽蚀。汽蚀发生时，高频水击会引起泵振动加大；
（2）转子叶片结垢。转子及叶片结垢后，会破坏泵运行的动态平衡，振动就会偏离设计值。
（3）联轴器损坏。长时间运行导致联轴器同心度变差，泵轴及电机轴在运转过程中偏心度变大，进而振动加大；
（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)，则叶轮的扰流及阻力损失增加，引发振动，同时增加泵的功耗。
（5）轴承磨损。运行中轴承润滑不良或润滑油中有杂质，会造成泵轴承磨损，轴瓦间隙增大，引发振动加大；
（6）基座松动。长时间运行导致地脚螺栓松动或者泵基座长期被水浸泡导致强度变低。
6.3轴承发热
（1） 轴承润滑不良。润滑油不足或润滑油杂质多造成轴承润滑不良，轴瓦与轴摩擦发热；
（2）密封水供应不足。当密封液压力不足时，空气经盘根或轴套间隙进入泵内，造成叶轮两侧压力不平衡，转子因此产生轴向力，加大轴承负荷；
（3）轴承损坏。轴承损坏后，泵转动不畅，动静部分摩擦发热；
（4）联轴器调整不当。联轴器未调整好，会造成轴承间隙过大或过小，轴瓦与轴之间不能形成油膜而干磨，轴承温度升高。
参考文献：
[1]中韩（武汉）石油化工有限公司80万吨/年乙烯工程基础设计文件第四卷公用工程第六分卷热电联产装置第一册总论、工艺、设备.2006.
[2]何川.泵与风机.中国电力出版社.2008.
[3]屠长环等.泵与风机的运行及节能改造.化学工业出版社.2014.
[关键词]：水环真空泵、工作水温、汽蚀、技术改造、故障分析
中图分类号：C35文献标识码： A
1.引言
水环式真空泵是一种性能优越的抽气设备，具有抽气量大、能量损耗小、汽水工质损失少、安全可靠、自动化程度高、对负荷变化适应强等优点，因而在大中型汽轮发电机组得到了广泛应用。水环真空泵的抽吸能力直接影响凝汽器的真空，进而直接影响机组的出力，因此水环真空泵的安全高效运行对汽轮发电机组至关重要。水环真空泵的抽吸能力主要受其工作水温度的影响。
2.水环真空泵的工作流程
水环真空泵抽真空系统主要由真空泵、汽水分离器、板式换热器、
电动机、附属的设备以及相关的管道和阀门组成。下面以本单位使用的上海鹤见水环真空泵为例对其工作流程进行说明。
水环真空泵系统接通电源后开始运行，当真空泵中真空比凝汽器真空小2-3KPa时，抽气管路进口气动控制阀打开，干气体及水蒸气经进气管进入真空泵中，压缩后从排气管排至汽水分离器中。气-汽混合物进入汽水分离器后不溶于水的气体及部分蒸汽直接从顶端排入大气，损耗的水量由冷脱盐水补充。汽水分离器出来的工作水经板式换热器冷却后分为两路：一路经节流孔板喷入水环真空泵入口，对由凝汽器抽出的气-汽混合物进行预冷却，提高真空泵的出力；另一路直接进入真空泵作为工作水，维持真空泵的水环和水环的温度。
3.工作水温度高对水环真空泵的影响
水环真空泵作为凝汽式汽轮机组的主抽气设备，负责将漏入凝汽器内的空气及不凝蒸汽及时抽出以维持凝结水系統的真空，抽出的气-汽混合物中水蒸汽约占其质量流量的三分之二。水蒸气凝结放出的汽化潜热促使真空泵内工作水温度升高，同时泵体内介质不断压缩、摩擦也会使水温升高。
水环式真空泵是利用水作为工质进行工作的，工作水温度升高对应的饱和蒸汽压力升高，泵内水环与叶片形成的各个空间小室所能达到的真空就会降低，真空泵抽吸的气体量就会相应减少，泵出力降低。当真空泵的抽气量小于凝汽器的漏气量时，凝汽器内气体不断积聚，影响凝汽器的换热效果，导致凝汽器的背压升高，汽轮机的排气压力升高，机组出力降低。因此，水环真空泵工作水温直接影响其抽吸能力，进而影响机组的出力。
4.水环真空泵汽蚀产生原因及防止措施
4.1产生原因
水环真空泵产生汽蚀主要有两个原因：工作水汽化和水环真空泵压缩不足。
（1）水环真空泵工作时，泵内局部区域的压力降至与工作水温度相应的饱和压力以下时，工作水将发生汽化，产生气泡。随着工作水的流动，这些气泡被带到高压区。压力升高后，气泡突然破裂，蒸汽重新凝结，出现空穴，四周的水将高速流向空穴，形成局部高频水击，长久将导致叶轮发生汽蚀。
（2）在水环真空泵压缩结束时，如果压力仍然达不到排气口压力，则泵腔外的未经过冷却的水将从排气口倒流回泵腔内，使得腔内的压力突然升高，发生汽蚀现象。
4.2防止措施
（1）进出水环真空泵的工作水温度足够低，能够获得所需要的真空；
（2）保持泵内有足够的工作水量，使工作水温升最小化；
（3）防止工作水冷却器被堵塞、脏污和漏空气；
（4）提高水环真空泵抽气口的压力；
5.抽真空系统改进方案
5.1降低工作水温度
前面我们已经讲到，水环真空泵工作水温度高不仅会降低泵的抽吸量，还会对泵产生汽蚀，影响泵的安全运行。因此，降低工作水的温度既能提高凝汽器的真空，也可以防止泵汽蚀。水环真空泵的工作水主要由凝汽器来的凝结水和冷脱盐水提供，温度基本确定。因此，只有通过降低循环冷却水温度，来达到降低工作水的目的。冬季工况下，循环冷却水的温度较低，能有效的冷却水环真空泵的工作水，但在夏季工况，由于夏季环境温度普遍较高，在炎热的南方循环水入口温度可以达到35℃，这样循环水的冷却效果势必很差。以下是改进措施：
（1）定期对水环真空泵板式换热器进行反冲洗，防止换热器换热面脏污结垢，影响换热效果；
（2）增加水环真空泵板式换热器的冷却面积，同时加大循环水的流量，进一步提高真空泵板式换热器的换热效果；
（3）如果上述情况下，冷却效果仍然不够理想，可在冷却水管路上加装一路冷冻水管线，专门在夏季时对真空泵工作液进行冷却。由于夏季炎热的气候，为了给工作人员创造更好的工作环境，操作车间会安装一套中央空调系统，这样就解决了冷冻水的来源；
（4）极端情况下，可通过在换热器如果增设一套制冷系统，如溴化锂吸收式制冷系统。利用制冷机组产生的低温水来冷却水环真空泵的工作水；
5.2提高真空泵抽气口压力
众所周知，饱和温度随着压力的上升而上升，如果水环真空泵的入口压力升高，在工作水的饱和温度就会升高，这样水环真空泵就能在工作水温度较高的情况下安全运行。在真空泵抽气口前端增设一台大气喷射器就能达到提高入口压力的效果。
大气喷射器结构简图如图：
大气喷射器工作原理如下：
先启动水环真空泵，使喷嘴进气口和排气口之间形成压力差，大气可从喷嘴进入泵内，当压力差达到大气压力的二分之一时，空气经过喷嘴收缩段降压节流速度得到提升，到扩张段喷出，高速气流周围形成真空，对周边气体形成卷吸作用，将被抽气体吸入室内。两股气流在吸气室内混合后进入扩压器，动能不断转化为压力能，速度降低压力增大，最终从喷射器排出进入真空泵入口。
大气喷射器的扩压段相当于一个变径件，流体由直径小的一端进入，从直径大的一端出来，这是一个增压的过程。因此连接在喷射器后的真空泵入口压力自然也就提高了。
6.水环真空泵故障分析
6.1进气管道积水
由于水环真空泵与凝汽器相连，进气管道不可避免存在部分蒸汽。当真空泵停运时，蒸汽在管道内凝结成水，堆积在进口阀前。当再次启动真空泵时，水进入真空泵，容易引起电流过大。如果水量过大，将会危及电机的安全运行。
为了避免上述危害，启动前应手动打开进口阀进行排水。对于两台真空泵一用一备的情况，应合理的设计启动顺序，防止类似情况发生。
6.2泵体强烈振动
引起泵振动异常的原因是多方面的，根本原因是泵的动态平衡被破坏，在实际运行中引起泵振动异常的原因主要有以下几个方面：
（1）水泵汽蚀。汽蚀发生时，高频水击会引起泵振动加大；
（2）转子叶片结垢。转子及叶片结垢后，会破坏泵运行的动态平衡，振动就会偏离设计值。
（3）联轴器损坏。长时间运行导致联轴器同心度变差，泵轴及电机轴在运转过程中偏心度变大，进而振动加大；
（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)，则叶轮的扰流及阻力损失增加，引发振动，同时增加泵的功耗。
（5）轴承磨损。运行中轴承润滑不良或润滑油中有杂质，会造成泵轴承磨损，轴瓦间隙增大，引发振动加大；
（6）基座松动。长时间运行导致地脚螺栓松动或者泵基座长期被水浸泡导致强度变低。
6.3轴承发热
（1） 轴承润滑不良。润滑油不足或润滑油杂质多造成轴承润滑不良，轴瓦与轴摩擦发热；
（2）密封水供应不足。当密封液压力不足时，空气经盘根或轴套间隙进入泵内，造成叶轮两侧压力不平衡，转子因此产生轴向力，加大轴承负荷；
（3）轴承损坏。轴承损坏后，泵转动不畅，动静部分摩擦发热；
（4）联轴器调整不当。联轴器未调整好，会造成轴承间隙过大或过小，轴瓦与轴之间不能形成油膜而干磨，轴承温度升高。
参考文献：
[1]中韩（武汉）石油化工有限公司80万吨/年乙烯工程基础设计文件第四卷公用工程第六分卷热电联产装置第一册总论、工艺、设备.2006.
[2]何川.泵与风机.中国电力出版社.2008.
[3]屠长环等.泵与风机的运行及节能改造.化学工业出版社.2014.