水环式真空泵加装大气喷射器的改造

我厂为电厂提供的一套水环真空泵机组，自投产后发现真空泵在极限真空下运行噪音超标，并导致真空泵叶轮损坏，对电厂的正常生产造成影响，所以决定对凝汽器真空泵进行技术改造，加装大气喷射器，以期降低运行噪音，防止再次出现由于汽蚀造成的叶轮断裂损坏，延长水环式真空泵的使用寿命，确保电厂正常安全生产。

1． 水环式真空的结构及工作原理

泵体与其两侧的前配气盘、后配气盘组成一个腔体。叶轮安放在腔体内，其轴与泵体轴平行并有一定的偏心距。前后配气盘上开有吸排气孔。

启动泵前先向泵体内注入一定量的工作水，水量由自动排水阀控制。由于叶轮下部的叶片浸在水中，当叶轮旋转时，叶片便带动水运动，水受离心力的作用形成一紧贴壳壁的旋转水环，水环的轴线与泵体同线基本同轴，因而水环内表面与叶轮轮毂表面及两侧盖端面之间形成1个月牙形工作空间，该空间被叶片分隔成若干个腔室，腔室容积随叶轮回转不断地改变。

叶轮顺时针转动，在前半转，工作小腔容积由小变大形成真空。于是，外界的气体通过进气口入前、后泵盖的吸气腔，再通过配气盘的吸气孔进入工作腔室。在后半转，工作小腔容积由大变小，气体被压缩，压力升高，经配气盘的排气口排出。

2． 真空泵叶轮损坏情况及解决方法

通过对真空泵进行解体检修，详细观察真空泵的损坏情况：一片叶片掉块、叶片出现断裂、加强环与叶片连接处都有断裂现象、泵体损环、分配板有刮痕，说明这是典型的真空泵运行当中叶片疲劳断裂造成的破坏。

2．1 真空泵叶轮发生汽蚀的原因分析

真空泵产生汽蚀是一种物理现象，当在一定的水温及真空下，汽蚀就会发生，因机组的严密性存在不确定性，一般情况下设计选型以及真空泵选型都会有较大裕量，这样当机组的严密性较差时也能达到设计的要求。但当机组的精密性很好时，真空泵又有一定的裕量，这样，凝汽器的真空会较高，虽然这对机组的发电效率有好处，但不可避免地使真空泵面临汽蚀的影响。工作水温的升高降低了抽气设备的性能，给凝汽器真空产生不利影响。

单级真空泵压缩比大，对工作水温尤其敏感，当工作水温升高时导致叶轮因汽蚀而损坏。防止汽蚀对真空泵的破坏是一项很关键的技术。通过对真空泵叶轮损坏的原因进行分析，主要有以下几点：

（1）真空泵选型偏大，导致真空泵产生汽蚀，不能满足工作需要。

（2）工作环境、工作状况发生变化，实际工作状况与设计工况不符，使真空泵产生汽蚀。凝汽器气密性好，系统的真空度较高。从而导致真空泵在极限状态下运行，发生汽蚀现象。

（3）换热器的热交换效果对泵的性能有很大影响。冷却水温度偏高，热交换器的换热效果较差，冷却液温度升高导致泵的汽蚀产生。

（4）真空泵设计不尽合理，有效气蚀余量不足，使真空泵产生汽蚀。

2．2 真空泵叶轮汽蚀的解决方法

从以上对真空泵叶轮发生汽蚀的原因分析可知，要想根本解决真空泵产生汽蚀的问题，一是降低冷却水温，但这样一来成本很大，二是降低真空度，也就是让凝汽器背压上升，这样的方法更不可行，这将严重影响机组的带负荷能力和机组的经济性，理想的办法是在原水温、凝汽器真空不变的情况下能彻底解决汽蚀的产生，目前最佳的办法就是给真空泵加装大气喷射器，这样可以改变整个真空泵组的抽汽性能，而且凝汽器的真空仍可保证改造前的水平或更高，因此采用水环--喷射器的真空泵机组可以有效避免汽蚀的产生，因为当凝汽的真空在3~5kPa时，水环--喷射器真空泵机组的第一级(喷射器)的吸入压力也在3~5kPa，但作为第二级的真空泵其吸入压力在12kPa左右，这样，同样的工作水温，完全没有可能产生汽蚀现象，彻底解决产生汽蚀的原因，而且当机组严密性较好时，水环--喷射泵比单一采用真空泵可以达到更高的真空。

3． 大气喷射泵的原理

水环喷射泵作为一种很成熟的产品，在各个行业已广泛应用，同样作为抽凝汽器真空的设备也得到广泛的应用。与水环式真空泵配合的喷射器成套装置，是针对所配套的真空泵性能进行设计，可以使效率达到最佳状态。相对比单一真空泵，凝汽器真空有可能达到更高。大气喷射器又叫大气喷射真空泵，可以直接利用常压大气作介质，可以按一有、二级、三级串联工作。

大气喷射器作用是利用大气压相对于真空泵的压差，产生空气射流，在喷射器内获得比真空泵更低的抽吸压力，从而消除真空泵的极限压力，防止真空泵产生汽蚀，起到保护真空泵的作用。当压缩空气进入到拉法尔喷嘴喉部最小断面处，其压力达到临界值PK，此时空气流速达到音速VK。在拉法尔喷嘴的扩张段，速度逐渐上升，而压力继续下降。当达到喷嘴出口切面时，速度达到超音速，压力为P/0。压缩空气流出喷嘴后，继续膨胀到P//0。这时压缩空气的压力才与被抽气体的压力相等，即P/0=P//0。被抽气体从P1到P//1的压力差，使被抽气体得到显著的加速。压缩空气和被抽气体两股气流在混和室内相互混和进行动量和能量交换，把压缩空气由压力能转变来的动能传给被抽气体，从而使压缩空气速度V0逐渐降低被抽气体速度V1逐渐增高，两者速度逐步接近。最后，在扩压器喉部某处两者速度达到一致V/3，并产生正激波，使得混合气流速度下降，从激波前的超音速下降到激波后的亚音速V3，同时压力上升到P3。

在实际应用中，大气喷射泵是作为水环泵的前级泵组成水环--大气喷射泵机组，来提高水环泵的极限压力和扩大其工作范围。由于水环泵受到水温限制，在极限真空下其抽气速率大量减少以及水环泵内部容易产生汽蚀，这时配带大气喷射泵就有很大的好处。汽蚀是一种物理现象，当真空高到一定值时，真空泵内的工作水会不断产生气泡破裂的现象，当这种现象出现时会导致真空泵噪声剧增，出现这种情况并不是泵的质量问题，只要是用水作工作液的真空泵就会出现这种情况；但出现汽蚀现象对真空泵来说也是一种非正常状态，经常在这种状态运行会影响到真空泵的使用寿命；为避免在这种情况下运行的最佳选择就是给真空泵加装大气喷射泵。加上大气喷射泵后，当发电机组在冬季运行时，整个真空泵组抽气性能会与日俱增，因此凝汽器真空泵可保证在目前水平或者更高，但真空泵本体其内部真空度在12kPa左右这样就有效避免汽蚀的产生。