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水環真空泵系統的原理及常見故障分析
信息來源:大路通官網 日期:2019-12-17

1.1 水環真空泵系統簡介和工藝流程示意圖

水環真空泵是真空泵系統的常用設備,某裝置采用的水環真空泵為生產工序提供一定的真空(絕壓:66~77 kPa),工藝流程示意圖如圖 1 所示:該泵將空氣捕集器中的空氣介質吸出,形成真空,供生產工序使用;將廢氣排出至氣液分離器。該泵型號:2BE1253-0,轉速:740 轉/分,功率:75 kW;介質:水,空氣,少量物料。


水環真空泵系統簡介和工藝流程示意圖

1.2 水環真空泵的原理

水環真空泵系統的工作原理如圖 2 所示。葉輪 1 偏心地裝在泵體內,在葉輪上裝有許多葉片。水環泵啟動以前在泵內注入一定量的水。當葉輪達到一定轉速時,泵內的水被葉片攪動,在離心力的作用下甩向周圍殼壁而形成一個具有一定厚度的水環。水環上部內表面與葉輪輪轂 2 相接觸,當葉輪沿順時針方向轉動時,在前半轉的過程中,水環內表面逐漸與輪轂脫離,相鄰兩葉片之間所形成的空腔逐漸增大,被抽氣體通過泵進氣管,經月牙形吸氣孔不斷被吸入空腔內;在后半轉的過程中,水環內表面逐漸與輪轂接近,兩相鄰葉片之間空腔逐漸縮小,氣體被壓縮,當壓力增加到大于外界壓力時,氣體排出,從而不斷地抽走氣體,使其形成一定的真空。

水環真空泵的原理

2  應用技術分析

2.1 工作液過多或不足引起的故障現象

泵在運行時,源源不斷地供給補充水是必不可少的條件。補充水對水環泵的主要作用是:排出壓縮氣體所產生的壓縮熱;補充水環隨氣體流出排氣孔的損失;冷卻機械密封等零件。工作中,過大或過小的工作液量,對泵的工作都會產生不良的影響。

(1)真空度下降。水量供應不足直接影響到泵體內液環的形成,葉輪兩葉片之間將無法產生密閉的容腔,更無容腔大小的變化過程而形成真空。

(2)泵體振動或軸功率上升。若供水不足導致水環內徑變大,則葉片頂端將與水環內壁發生碰撞,產生振動;若水環內徑變小(供水過量所致),則葉輪的擾流及阻力損失增加,引發振動,同時增加泵的功耗導致了軸功率的上升;

為保持合適的水量需在進水管路上安裝閥門和水表,當發現水量不足或過多時,及時補充水量。表1為不同吸入壓力與補充水量之間的關系。

不同吸入壓力與補充水量之間的關系

2.2 閥片斷裂

水環真空泵系統兩個排氣口分配器旁各裝有一個閥片,作用是消除真空泵工作中可能發生的過壓縮或壓縮不足,避免泵的功耗增加和效率下降。閥片能在分配器和擋板之間沿軸向小距離移動。

當泵內被壓縮氣體的壓力小于泵出口的壓力時,閥片向葉輪方向移動而緊貼在分配器上,阻止泵出口的空氣進入小空腔,保證氣體繼續被壓縮;當被壓縮氣體的壓力大于泵出口壓力時,氣體通過排氣口沖開閥片,使閥片上部擺開一個角度,以便于氣體順利排放出去。這樣,閥片經常是下部緊貼在分配器上,上部擺開一個角度,被扭曲成“S”型,長時間扭曲導致閥片中間應力集中,產生疲勞破壞從中間斷裂。閥片斷裂后,會產生以下影響:

(1)軸承發熱,當一個閥片斷裂時,葉輪兩側的壓力將不平衡,轉子產生軸向力,使球軸承負載加重,長時間運行會引起軸承溫度升高。當兩個閥片都斷裂時,斷裂的位置不完全一樣,葉輪兩側的壓力也有少量的不平衡,軸向力較一個閥片斷裂時會有所減小,軸承溫度有所下降,但仍較高。

(2)軸功率上升,閥片不能按正確狀態實現對分配器的合適覆蓋度,將會有部分已排出的氣體回流重新流入工作小腔,反復壓縮、排放,引起能量損失,電機負荷升高。

(3)真空度下降,當兩側閥片都斷裂時,真空泵系統真空將急劇下降。閥片斷裂后,必須及時更換,若一片閥片斷裂后未及時更換,另一片閥片的使用壽命會大大縮短,短時期內也會發生斷裂。

2.3 泵體振動或產生異響

水環真空泵系統的正常振動,是水環渦流造成的,泵體振動過大時,若基礎及底座振動不大,則可以排除因地腳螺栓松動造成的振動原因,而主要原因出自泵體本身。

(1)聯軸器橡膠墊損壞:橡膠緩沖墊易磨損甚至被磨成粉末甩出,導致聯軸器兩對輪副直接碰磨,加劇轉子振動。工作中使用質量好的緩沖墊并經常檢查其磨損情況。

(2)在極限真空時運轉:泵內產生的汽蝕現象將會導致泵體振動和出現噪音,并對泵內的零件產生嚴重的破壞作用。向泵進氣口充氣,可以有效的防止泵在極限真空下運轉而產生汽蝕破壞現象。

(3)軸承損壞或兩邊軸承不對中,需及時檢查,更換軸承或調節軸承。

2.4 軸承過熱

軸承應有良好的工作條件,其工作溫度不得超過周圍環境溫度35~40 ℃,但最高溫度(不管周圍環境溫度如何)不得超過75 ℃,引起軸承發熱的原因主要有以下幾種:

(1)軸端密封失效:當軸端密封損壞,將有空氣被吸入到泵內,影響泵的吸氣及排氣性能。若單側密封失效,則會造成葉輪兩側的壓力不平衡,轉子產生軸向力,球軸承因負載加重而發熱。

(2)軸承預緊力過大:預緊力的調整不宜過,否則使軸承的游隙減小或無游隙,容易引起軸承發熱。

(3)潤滑不當:潤滑脂添加量過大或過小、潤滑脂型號不符、潤滑脂使用時間較長變質及潤滑脂被污染等都會引起軸承發熱 。

2.5 吸氣量減少或真空度下降

出現這種現象主要有兩種原因:泵本身有了故障或者由于管道系統密封性不好而泄露了氣體。圖3為抽氣速率與吸入壓力的性能曲線。


(1)真空泄露:主要有管路系統泄漏和機械密封泄漏兩個方面:管道系統密封性不好而泄露了氣體,可以通過對管道進行加壓試驗,找出漏氣的地方,消除漏點;機械密封泄露,當軸端密封損壞,將有空氣經機械密封與軸套的間隙被吸入到泵內,影響泵的吸氣性能,導致真空度下降;

(2)水環發熱:過高的水溫將使水產生汽化蒸發,而負壓的工況條件又進一步加劇汽化蒸發的發生,使泵體內產生過多的水蒸汽。這樣,泵在吸氣時吸人的是過多的水蒸汽,而很少對外吸氣,造成真空泵系統真空度很低。防止水溫過高的措施:降低供水溫度;保持水的進出通道暢通;從工藝上進行調整,盡可能地降低主機工作物料溫度,以降低真空泵的吸氣溫度;

(3)軸承歪斜:這種現象使葉輪傾斜地裝在泵體中,導致軸向間隙不均勻。葉輪旋轉時必然會有一部分與側蓋摩擦,擦傷側蓋和葉輪端面,使軸向間隙增大。壓縮腔氣體在通過增大了的間隙時,大量地泄露到吸入腔里去,使真空度或排氣壓力降低。這時必須將軸承拆下來進行修理,然后再進行正確地安裝。

該泵:抽氣速率35 m 3 /min,轉速740 r/min,在特定的使用條件下,吸入壓力(絕壓):54 kPa左右,提供真空(絕壓):47.3 kPa左右,滿足66~77 kPa的使用要求。

注:圖3、圖4所示性能基于進氣溫度20 ℃,進水溫度15 ℃,排氣壓力101.3 kPa的條件,被吸入氣體為飽和蒸汽;性能允差±10 %。

2.6 軸功率上升

軸功率上升(電流表顯示值偏大),主要有以下幾種原因,圖4為軸功率與吸入壓力的性能曲線 。

(1)葉輪與分配板間隙過小,受熱后容易摩擦;增加分配板與葉輪之間的墊片厚度,調整至合適的間隙,可以有效的防止摩擦;(2)軸承損壞或兩邊軸承不對中;及時檢查,更換軸承或調節軸承。

(3)泵內結垢:分配板結垢后,泵的吸、排氣口面積發生變化,偏離設計工況引起氣道局部損失增加;泵殼結垢、銹蝕后,水環的沿程阻力系數增大,損失增加。各項損失的疊加,增加了電機的工作負荷。部件結垢,需要定期檢查,及時清理:沉積在排氣通道內的水垢和雜質;每次停車或酸洗完后,要將通道內的積水、積酸和污垢排放干凈。

3  結論

為維護水環真空泵系統的正常運轉,應經常觀察真空度、排氣壓力和軸功率是否正常和穩定,補充水水量和泵運轉聲音是否正常等多個方面,通過對水環真空泵系統的運行監測,可以及時發現問題,采取相應的處理及維修措施,保證其穩定運行;同時,加強對泵停運后的維護和保養工作,使泵處于完好備用狀態;水環真空泵系統各種故障是相互聯系的,每一故障現象涉及多方面因素,在具體處理時,必須根據設備的日常使用情況、故障的具體現狀來采取具體措施。


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