水环式真空泵

一、真空系统作用

热力发电厂汽轮机的启动及正常运行中，需要将凝汽器和相关管路中的不凝结气体及时抽出，以维持凝汽器的真空，改善传热效果，使蒸汽的更多热焓转变成机械能，从而达到提高汽轮机设备的热经济性。因此，由抽气器、汽水管道和阀门等组成的抽气设备就成了凝汽设备中必不可少的一个重要组成部分。

二、真空泵分类

按不同结构可分成如下几种类型

（1）、射水抽气器

（2）、水环真空泵

（3）、罗茨泵：罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低。 

（4）、旋片式真空泵：旋片式真空泵(简称旋片泵)是一种油封式机械真空泵。其工作压强范围为101325~1.33×10-2(Pa)属于低真空泵。它可以单独使用，也可以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。它已广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。 

电厂中采用的一般是射水抽气器和水环真空泵。较早的机组上多采用射水抽气器，但由于水环真空泵具有结构简单，制造精度要求不高，容易加工，操作简单，维修方便等优点，在300MW以上的大机组中，已经被水环式真空泵所取代。

三、水环真空泵简介

1、水环真空泵是液环式真空泵中常见的一种。液环式真空泵是带有多叶片的转子心装在泵壳内。当它旋转时，把液体抛向泵壳并形成与泵壳同心的液环，液环同转子叶片形成了容积周期变化的旋转变容真空泵。当工作液体为水时，称水环真空泵。

2、水环真空泵主要用于粗真空、抽气量大的工艺过程中。在化工、石油、轻工、医药及食品工业中得到了广泛地应用，如真空过滤、真空送料、真空浓缩、真空脱气等。 

四、水环真空泵的工作原理 

1、水环真空泵(简称水环泵)是一种粗真空泵，它所能获得的限真空为2000～4000Pa，串联大气喷射器可达270~670Pa。水环泵也可用作压缩机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围为1～2×105Pa表压力。

2、水环泵初用作自吸水泵，而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中，如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等，水环泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展，水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。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，因此，水环泵应用日益增多。

3、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。

如上图所示，叶轮 1，偏心地装在泵体 2 内，起动前，向泵内注入一定高度的水，因此当叶轮旋转时，水受离心力的作用而在泵体壁上形成一旋转水环 3，水环上部内表面与轮毂相切，沿箭头方向旋转，在前半转的过程中，水环内表面逐渐与轮毂脱离，因此在叶轮叶片间形成真空状态的空间并逐渐扩大，这样就在吸气口吸入空气，在后半转的过程中，水环的内表面逐渐与轮毂靠近，叶片间的空间容积逐渐缩小，叶片间的空气因此被压缩而排出。如此，叶轮每转动一周，叶片间的空间容积改变一次，每个叶片间的水好像活塞一样往复一次，泵就连续不断地抽吸和排出气体。

4、水环泵和其它类型的机械真空泵相比有如下优点：

（1）、结构简单，制造精度要求不高，容易加工。 

（2）、结构紧凑，泵的转数较高，一般可与电动机直联，无须减速装置。故用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，占地面积也小。 

（3）、压缩气体基本上是等温的，即压缩气体过程温度变化很小。 

（4）、由于泵腔内没有金属磨擦表面，无须对泵内进行润滑，而且磨损很小。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。 

（5）、吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。 

5、水环泵也有其缺点：

（1）、效率低，一般在30%左右，较好的可达50%。

（2）、真空度低，这不仅是因为受到结构上的限制，更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制。用水作工作液，限压强只能达到2000~4000Pa。用油作工作液，可达130Pa。 

6、由于水环泵中气体压缩是等温的，故可以抽除易燃、易爆的气体。由于没有排气阀及摩擦表面，故可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体和气水混合物。有了这些突出的特点，尽管它效率低，仍然得到了广泛的应用。下图为真空抽气系统的连接示意图。 

根据上图 ，汽轮机凝汽器的抽汽总管从图示N1接入系统，经阀门2和射气抽气器3及止回阀4进入真空泵5。气体在水环真空泵内经一级和二级压缩、升高压力，与部分密封水一起进入气水分离器11。在分离器喷嘴中，水与气体分离，大部分气体经上部的排气管排至大气，小部分进入射气抽气器的喷嘴，并被压送至真空泵入口；有分离器分离出来的水从下部管道引出，送至冷却器14，冷却后又回到真空泵循环使用。

7、真空泵冷却水：冷却水源一路闭冷水，一路凝补水。

真空泵的工作水用闭冷水作冷却水，经过冷却后的工作水温度小于 40 度，如果工作水温度太高会引起真空泵内工作水的汽化从而导致真空泵产生汽蚀。

8、真空泵补充水：凝结杂用水，压力2.0～3.5MPa。

当汽水分离器内水位下降到一定高度，补水阀自动打开。当分离器内水位上升到一定高度补水阀自动关闭。当分离器水位超过限制水位时，溢流管开始工作，放掉多余的水。

五、设备性能

1、真空泵为水环式旋转泵，该泵在前述的设备运行条件下，能连续自动运行，无人值班，正常运行二台泵就能维持凝汽器真空，另一台处于备用状态。起动时，三台泵并联运行，且凝汽器抽真空至4.0KPa(a)（压力）时的时间不超过45分钟。

2、二台真空泵运行时，能满足汽轮机在各种运行工况下抽出凝汽器内的空气及不凝结气体的需要。

3 、真空泵在考核工况下运行时，应使其运行效率处于率点，且抽吸性能（空气量、真空度、效率等）均予以保证。

4 、设备具有抵抗水击而不产生有害影响的能力。

5  、真空泵在设计时已充分考虑到了真空泵在各种条件下的抽气能力，能完全满足机组要求的各种工况，真空泵入口不需设置冷却喷嘴。

6 、真空泵入口口设置逆止阀，防止设备停运或故障时大气倒入凝汽器而破坏真空。 

六、真空泵的运行

1、系统的联锁及保护

（1）、当运行泵进气控制阀前真空压力开关动作（>？KPa，规程规定），备用真空泵自启；

（2）、当运行泵进气控制阀前真空压力开关动作（<？KPa，规程规定），备用真空泵自停；

（3）、汽水分离器水位达低限时，自动开启补水电磁阀；

（4）、汽水分离器水位达高限时，自动关闭补水电磁阀。

2、系统启动前检查

（1）、确认开式循环冷却水系统、凝结水系统、（轴封系统投入正常）；

（2）、影响建立真空的所有系统检查正常；

（3）、确认真空泵电机绝缘合格后送电，送上就地柜控制电源；

（4）、确认真空泵气水分离器液位正常，干扰信号已复归，就地盘遥控/就地控制开关切“遥控”位置；

（5）、确认系统各手动阀均处于启动前的状态；

（6）、确认凝汽器真空泵入口电动隔离阀已开启；

（7）、确认系统各热工表计均已投入正常；

（8）、确认真空泵热交换器已投入，真空泵气水分离器水位自动控制正常。

3、系统启动

（1）、确认真空泵表计、凝汽器真空变送器投入正常；

（2）、启动一台真空泵，真空泵进口气动阀应自动开启；

（3）、现场检查真空泵的声音、振动、温度等正常，并记录其电流；

（4）、检查真空泵气水分离器水位正常；

（5）、检查其它真空泵正常后投“自动”备用，运行泵投手动。

4、系统停止

（1）、真空系统停运应具备以下条件：

（a）、汽机转速到零；

（b）、凝结水泵小循环，凝结水精处理已退出运行；

（c）、汽机排汽温度<47℃。

（2）、破坏真空：

（a）、停止真空泵运行，开启真空破坏阀破坏真空；

（b）、在机组紧急停运时，应迅速破坏真空缩短停机惰走时间。

（c）、机组运行中，停止运行真空泵应检查并确认真空泵进口气动阀关闭、凝汽器真空正常，若停运真空泵需检修，做好相应的隔离措施。

5、运行监视与维护:

（1）、检查真空泵振动正常，无磨擦、无异音、电机电流正常；

（2）、监视真空泵汽水分离器水位正常，冷却器工作正常；

（3）、监视凝汽器真空正常，检查凝汽器真空破坏阀水封水位正常。

6、系统故障处理：凝汽器真空下降

（1）、现象：

（a）、CRT、就地各凝汽器真空指示下降；

（a）、排汽温度升高，凝结水温度升高；

（a）、机组在同一负荷下，蒸汽流量增加，调节级压力升高；

（a）、真空降至－84.5KPa，报警发出。

（2）、可能原因：

（a）、循环水泵工作失常或跳闸，循泵出口碟阀开度减小或全关，凝汽器循环水进、出水阀被误关等致使循环水量减少或中断；

（b）、凝汽器不锈钢管脏污；

（c）、机械真空泵工作不正常或跳闸；

（d）、真空破坏阀误开或未关严，真空系统管道和其它设备系统损坏或泄漏，真空系统阀门外漏故障；

（e）、轴封供汽压力明显降低，轴加水位及负压异常；

（f）、凝汽器热井水位过高；

（g）、小机真空系统泄漏；

（h）、大小机低压缸防爆门破裂。

（3）、事故处理:

（a）、发现凝汽器真空下降，应迅速核对各真空表指示，对比排汽温度上升情况，确准真空下降。

（b）、对循环水系统进行下列检查：

（b1）、循环水压力是否正常，若压力低检查循环水系统是否泄漏和堵塞；

（b2）、检查循泵入口水位是否正常，若水位低应及时启动旋转滤网；

（b3）、检查循环水温度是否升高；

（b4）、若凝汽器进水压力增大，出口水温升高，则管系脏污，此时应对凝器进行反冲洗；

（b5）、检查循环水泵运行是否正常，否则启动备用泵。

（b6）、对真空系统进行下列检查并做相应的隔离处理：

（c）、真空泵工作是否正常；

（c1）、真空系统是否有泄漏点；

（c2）、检查真空系统管道及低加连续放气管道是否损坏；

（c3）、真空破坏门是否严密关闭，密封水是否正常。

（d）、轴封供汽压力是否正常；检查轴封进汽阀、分流阀、泄载阀是否正常，轴加水封是否正常，轴加风机故障或轴加负压低，可启动备用风机；

（e）、检查小机排汽系统是否正常，必要时可启动电泵，停小机，关闭排汽蝶阀。

（f）、检查凝泵密封水是否正常，凝泵是否漏空；凝汽器水位是否过高。

（h）、凝器真空下降至-84.5KPa，备用真空泵自启，否则手动投入，真空如继续下降，应开始减负荷；真空下降至-84KPa，减负荷至零；若真空降至-79.7KPa，跳机保护应动作，否则，手动打闸停机。

（i）、真空下降过程中，应密切注意低压缸排汽温度，当排汽温度升高到？？℃时，低缸喷水开始投入；到？？℃，喷水阀全开，继续上升到？？℃时，跳机保护动作停机(按规程规定的温度处置）。

 （j）、真空降到-30KPa，小机跳闸，否则手动停机。