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水环真空泵系统的原理及常见故障分析
信息来源:大路通官网 日期:2019-12-17

1.1 水环真空泵系统简介和工艺流程示意图

水环真空泵是真空泵系统的常用设备,某装置采用的水环真空泵为生产工序提供一定的真空(绝压:66~77 kPa),工艺流程示意图如图 1 所示:该泵将空气捕集器中的空气介质吸出,形成真空,供生产工序使用;将废气排出至气液分离器。该泵型号:2BE1253-0,转速:740 转/分,功率:75 kW;介质:水,空气,少量物料。


水环真空泵系统简介和工艺流程示意图

1.2 水环真空泵的原理

水环真空泵系统的工作原理如图 2 所示。叶轮 1 偏心地装在泵体内,在叶轮上装有许多叶片。水环泵启动以前在泵内注入一定量的水。当叶轮达到一定转速时,泵内的水被叶片搅动,在离心力的作用下甩向周围壳壁而形成一个具有一定厚度的水环。水环上部内表面与叶轮轮毂 2 相接触,当叶轮沿顺时针方向转动时,在前半转的过程中,水环内表面逐渐与轮毂脱离,相邻两叶片之间所形成的空腔逐渐增大,被抽气体通过泵进气管,经月牙形吸气孔不断被吸入空腔内;在后半转的过程中,水环内表面逐渐与轮毂接近,两相邻叶片之间空腔逐渐缩小,气体被压缩,当压力增加到大于外界压力时,气体排出,从而不断地抽走气体,使其形成一定的真空。

水环真空泵的原理

2  应用技术分析

2.1 工作液过多或不足引起的故障现象

泵在运行时,源源不断地供给补充水是必不可少的条件。补充水对水环泵的主要作用是:排出压缩气体所产生的压缩热;补充水环随气体流出排气孔的损失;冷却机械密封等零件。工作中,过大或过小的工作液量,对泵的工作都会产生不良的影响。

(1)真空度下降。水量供应不足直接影响到泵体内液环的形成,叶轮两叶片之间将无法产生密闭的容腔,更无容腔大小的变化过程而形成真空。

(2)泵体振动或轴功率上升。若供水不足导致水环内径变大,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,同时增加泵的功耗导致了轴功率的上升;

为保持合适的水量需在进水管路上安装阀门和水表,当发现水量不足或过多时,及时补充水量。表1为不同吸入压力与补充水量之间的关系。

不同吸入压力与补充水量之间的关系

2.2 阀片断裂

水环真空泵系统两个排气口分配器旁各装有一个阀片,作用是消除真空泵工作中可能发生的过压缩或压缩不足,避免泵的功耗增加和效率下降。阀片能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而紧贴在分配器上,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,使阀片上部摆开一个角度,以便于气体顺利排放出去。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,产生疲劳破坏从中间断裂。阀片断裂后,会产生以下影响:

(1)轴承发热,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。

(2)轴功率上升,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入工作小腔,反复压缩、排放,引起能量损失,电机负荷升高。

(3)真空度下降,当两侧阀片都断裂时,真空泵系统真空将急剧下降。阀片断裂后,必须及时更换,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。

2.3 泵体振动或产生异响

水环真空泵系统的正常振动,是水环涡流造成的,泵体振动过大时,若基础及底座振动不大,则可以排除因地脚螺栓松动造成的振动原因,而主要原因出自泵体本身。

(1)联轴器橡胶垫损坏:橡胶缓冲垫易磨损甚至被磨成粉末甩出,导致联轴器两对轮副直接碰磨,加剧转子振动。工作中使用质量好的缓冲垫并经常检查其磨损情况。

(2)在极限真空时运转:泵内产生的汽蚀现象将会导致泵体振动和出现噪音,并对泵内的零件产生严重的破坏作用。向泵进气口充气,可以有效的防止泵在极限真空下运转而产生汽蚀破坏现象。

(3)轴承损坏或两边轴承不对中,需及时检查,更换轴承或调节轴承。

2.4 轴承过热

轴承应有良好的工作条件,其工作温度不得超过周围环境温度35~40 ℃,但最高温度(不管周围环境温度如何)不得超过75 ℃,引起轴承发热的原因主要有以下几种:

(1)轴端密封失效:当轴端密封损坏,将有空气被吸入到泵内,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。

(2)轴承预紧力过大:预紧力的调整不宜过,否则使轴承的游隙减小或无游隙,容易引起轴承发热。

(3)润滑不当: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 。

2.5 吸气量减少或真空度下降

出现这种现象主要有两种原因:泵本身有了故障或者由于管道系统密封性不好而泄露了气体。图3为抽气速率与吸入压力的性能曲线。


(1)真空泄露:主要有管路系统泄漏和机械密封泄漏两个方面:管道系统密封性不好而泄露了气体,可以通过对管道进行加压试验,找出漏气的地方,消除漏点;机械密封泄露,当轴端密封损坏,将有空气经机械密封与轴套的间隙被吸入到泵内,影响泵的吸气性能,导致真空度下降;

(2)水环发热:过高的水温将使水产生汽化蒸发,而负压的工况条件又进一步加剧汽化蒸发的发生,使泵体内产生过多的水蒸汽。这样,泵在吸气时吸人的是过多的水蒸汽,而很少对外吸气,造成真空泵系统真空度很低。防止水温过高的措施:降低供水温度;保持水的进出通道畅通;从工艺上进行调整,尽可能地降低主机工作物料温度,以降低真空泵的吸气温度;

(3)轴承歪斜:这种现象使叶轮倾斜地装在泵体中,导致轴向间隙不均匀。叶轮旋转时必然会有一部分与侧盖摩擦,擦伤侧盖和叶轮端面,使轴向间隙增大。压缩腔气体在通过增大了的间隙时,大量地泄露到吸入腔里去,使真空度或排气压力降低。这时必须将轴承拆下来进行修理,然后再进行正确地安装。

该泵:抽气速率35 m 3 /min,转速740 r/min,在特定的使用条件下,吸入压力(绝压):54 kPa左右,提供真空(绝压):47.3 kPa左右,满足66~77 kPa的使用要求。

注:图3、图4所示性能基于进气温度20 ℃,进水温度15 ℃,排气压力101.3 kPa的条件,被吸入气体为饱和蒸汽;性能允差±10 %。

2.6 轴功率上升

轴功率上升(电流表显示值偏大),主要有以下几种原因,图4为轴功率与吸入压力的性能曲线 。

(1)叶轮与分配板间隙过小,受热后容易摩擦;增加分配板与叶轮之间的垫片厚度,调整至合适的间隙,可以有效的防止摩擦;(2)轴承损坏或两边轴承不对中;及时检查,更换轴承或调节轴承。

(3)泵内结垢:分配板结垢后,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;泵壳结垢、锈蚀后,水环的沿程阻力系数增大,损失增加。各项损失的叠加,增加了电机的工作负荷。部件结垢,需要定期检查,及时清理:沉积在排气通道内的水垢和杂质;每次停车或酸洗完后,要将通道内的积水、积酸和污垢排放干净。

3  结论

为维护水环真空泵系统的正常运转,应经常观察真空度、排气压力和轴功率是否正常和稳定,补充水水量和泵运转声音是否正常等多个方面,通过对水环真空泵系统的运行监测,可以及时发现问题,采取相应的处理及维修措施,保证其稳定运行;同时,加强对泵停运后的维护和保养工作,使泵处于完好备用状态;水环真空泵系统各种故障是相互联系的,每一故障现象涉及多方面因素,在具体处理时,必须根据设备的日常使用情况、故障的具体现状来采取具体措施。


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