1.1 水環(huán)真空泵系統(tǒng)簡(jiǎn)介和工藝流程示意圖

水環(huán)真空泵是真空泵系統(tǒng)的常用設(shè)備，某裝置采用的水環(huán)真空泵為生產(chǎn)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(zhì)吸出，形成真空，供生產(chǎn)工序使用；將廢氣排出至氣液分離器。該泵型號(hào)：2BE1253-0，轉(zhuǎn)速：740 轉(zhuǎn)/分，功率：75 kW；介質(zhì)：水，空氣，少量物料。

1.2 水環(huán)真空泵的原理

水環(huán)真空泵系統(tǒng)的工作原理如圖 2 所示。葉輪 1 偏心地裝在泵體內(nèi)，在葉輪上裝有許多葉片。水環(huán)泵啟動(dòng)以前在泵內(nèi)注入一定量的水。當(dāng)葉輪達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，泵內(nèi)的水被葉片攪動(dòng)，在離心力的作用下甩向周圍殼壁而形成一個(gè)具有一定厚度的水環(huán)。水環(huán)上部?jī)?nèi)表面與葉輪輪轂 2 相接觸，當(dāng)葉輪沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在前半轉(zhuǎn)的過程中，水環(huán)內(nèi)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(jìn)氣管，經(jīng)月牙形吸氣孔不斷被吸入空腔內(nèi)；在后半轉(zhuǎn)的過程中，水環(huán)內(nèi)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(dāng)壓力增加到大于外界壓力時(shí)，氣體排出，從而不斷地抽走氣體，使其形成一定的真空。

2  應(yīng)用技術(shù)分析

2.1 工作液過多或不足引起的故障現(xiàn)象

泵在運(yùn)行時(shí)，源源不斷地供給補(bǔ)充水是必不可少的條件。補(bǔ)充水對(duì)水環(huán)泵的主要作用是：排出壓縮氣體所產(chǎn)生的壓縮熱；補(bǔ)充水環(huán)隨氣體流出排氣孔的損失；冷卻機(jī)械密封等零件。工作中，過大或過小的工作液量，對(duì)泵的工作都會(huì)產(chǎn)生不良的影響。

(1)真空度下降。水量供應(yīng)不足直接影響到泵體內(nèi)液環(huán)的形成，葉輪兩葉片之間將無法產(chǎn)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(dòng)或軸功率上升。若供水不足導(dǎo)致水環(huán)內(nèi)徑變大，則葉片頂端將與水環(huán)內(nèi)壁發(fā)生碰撞，產(chǎn)生振動(dòng)；若水環(huán)內(nèi)徑變小(供水過量所致)，則葉輪的擾流及阻力損失增加，引發(fā)振動(dòng)，同時(shí)增加泵的功耗導(dǎo)致了軸功率的上升；

為保持合適的水量需在進(jìn)水管路上安裝閥門和水表，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水量不足或過多時(shí)，及時(shí)補(bǔ)充水量。表1為不同吸入壓力與補(bǔ)充水量之間的關(guān)系。

2.2 閥片斷裂

水環(huán)真空泵系統(tǒng)兩個(gè)排氣口分配器旁各裝有一個(gè)閥片，作用是消除真空泵工作中可能發(fā)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(dòng)。

當(dāng)泵內(nèi)被壓縮氣體的壓力小于泵出口的壓力時(shí)，閥片向葉輪方向移動(dòng)而緊貼在分配器上，阻止泵出口的空氣進(jìn)入小空腔，保證氣體繼續(xù)被壓縮；當(dāng)被壓縮氣體的壓力大于泵出口壓力時(shí)，氣體通過排氣口沖開閥片，使閥片上部擺開一個(gè)角度，以便于氣體順利排放出去。這樣，閥片經(jīng)常是下部緊貼在分配器上，上部擺開一個(gè)角度，被扭曲成“S”型，長(zhǎng)時(shí)間扭曲導(dǎo)致閥片中間應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞破壞從中間斷裂。閥片斷裂后，會(huì)產(chǎn)生以下影響：

(1)軸承發(fā)熱，當(dāng)一個(gè)閥片斷裂時(shí)，葉輪兩側(cè)的壓力將不平衡，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向力，使球軸承負(fù)載加重，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)引起軸承溫度升高。當(dāng)兩個(gè)閥片都斷裂時(shí)，斷裂的位置不完全一樣，葉輪兩側(cè)的壓力也有少量的不平衡，軸向力較一個(gè)閥片斷裂時(shí)會(huì)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(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)分配器的合適覆蓋度，將會(huì)有部分已排出的氣體回流重新流入工作小腔，反復(fù)壓縮、排放，引起能量損失，電機(jī)負(fù)荷升高。

(3)真空度下降，當(dāng)兩側(cè)閥片都斷裂時(shí)，真空泵系統(tǒng)真空將急劇下降。閥片斷裂后，必須及時(shí)更換，若一片閥片斷裂后未及時(shí)更換，另一片閥片的使用壽命會(huì)大大縮短，短時(shí)期內(nèi)也會(huì)發(fā)生斷裂。

2.3 泵體振動(dòng)或產(chǎn)生異響

水環(huán)真空泵系統(tǒng)的正常振動(dòng)，是水環(huán)渦流造成的，泵體振動(dòng)過大時(shí)，若基礎(chǔ)及底座振動(dòng)不大，則可以排除因地腳螺栓松動(dòng)造成的振動(dòng)原因，而主要原因出自泵體本身。

(1)聯(lián)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(dǎo)致聯(lián)軸器兩對(duì)輪副直接碰磨，加劇轉(zhuǎn)子振動(dòng)。工作中使用質(zhì)量好的緩沖墊并經(jīng)常檢查其磨損情況。

(2)在極限真空時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)：泵內(nèi)產(chǎn)生的汽蝕現(xiàn)象將會(huì)導(dǎo)致泵體振動(dòng)和出現(xiàn)噪音，并對(duì)泵內(nèi)的零件產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用。向泵進(jìn)氣口充氣，可以有效的防止泵在極限真空下運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生汽蝕破壞現(xiàn)象。

(3)軸承損壞或兩邊軸承不對(duì)中，需及時(shí)檢查，更換軸承或調(diào)節(jié)軸承。

2.4 軸承過熱

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

(1)軸端密封失效：當(dāng)軸端密封損壞，將有空氣被吸入到泵內(nèi)，影響泵的吸氣及排氣性能。若單側(cè)密封失效，則會(huì)造成葉輪兩側(cè)的壓力不平衡，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向力，球軸承因負(fù)載加重而發(fā)熱。

(2)軸承預(yù)緊力過大：預(yù)緊力的調(diào)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(fā)熱。

(3)潤(rùn)滑不當(dāng)：潤(rùn)滑脂添加量過大或過小、潤(rùn)滑脂型號(hào)不符、潤(rùn)滑脂使用時(shí)間較長(zhǎng)變質(zhì)及潤(rùn)滑脂被污染等都會(huì)引起軸承發(fā)熱 。

2.5 吸氣量減少或真空度下降

出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要有兩種原因：泵本身有了故障或者由于管道系統(tǒng)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(tǒng)泄漏和機(jī)械密封泄漏兩個(gè)方面：管道系統(tǒng)密封性不好而泄露了氣體，可以通過對(duì)管道進(jìn)行加壓試驗(yàn)，找出漏氣的地方，消除漏點(diǎn)；機(jī)械密封泄露，當(dāng)軸端密封損壞，將有空氣經(jīng)機(jī)械密封與軸套的間隙被吸入到泵內(nèi)，影響泵的吸氣性能，導(dǎo)致真空度下降；

(2)水環(huán)發(fā)熱：過高的水溫將使水產(chǎn)生汽化蒸發(fā)，而負(fù)壓的工況條件又進(jìn)一步加劇汽化蒸發(fā)的發(fā)生，使泵體內(nèi)產(chǎn)生過多的水蒸汽。這樣，泵在吸氣時(shí)吸人的是過多的水蒸汽，而很少對(duì)外吸氣，造成真空泵系統(tǒng)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(jìn)出通道暢通；從工藝上進(jìn)行調(diào)整，盡可能地降低主機(jī)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(xiàn)象使葉輪傾斜地裝在泵體中，導(dǎo)致軸向間隙不均勻。葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)必然會(huì)有一部分與側(cè)蓋摩擦，擦傷側(cè)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(shí)，大量地泄露到吸入腔里去，使真空度或排氣壓力降低。這時(shí)必須將軸承拆下來進(jìn)行修理，然后再進(jìn)行正確地安裝。

該泵：抽氣速率35 m 3 /min，轉(zhuǎn)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(jìn)氣溫度20 ℃，進(jìn)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(diào)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(duì)中；及時(shí)檢查，更換軸承或調(diào)節(jié)軸承。

(3)泵內(nèi)結(jié)垢：分配板結(jié)垢后，泵的吸、排氣口面積發(fā)生變化，偏離設(shè)計(jì)工況引起氣道局部損失增加；泵殼結(jié)垢、銹蝕后，水環(huán)的沿程阻力系數(shù)增大，損失增加。各項(xiàng)損失的疊加，增加了電機(jī)的工作負(fù)荷。部件結(jié)垢，需要定期檢查，及時(shí)清理：沉積在排氣通道內(nèi)的水垢和雜質(zhì)；每次停車或酸洗完后，要將通道內(nèi)的積水、積酸和污垢排放干凈。

3  結(jié)論

為維護(hù)水環(huán)真空泵系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)經(jīng)常觀察真空度、排氣壓力和軸功率是否正常和穩(wěn)定，補(bǔ)充水水量和泵運(yùn)轉(zhuǎn)聲音是否正常等多個(gè)方面，通過對(duì)水環(huán)真空泵系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，采取相應(yīng)的處理及維修措施，保證其穩(wěn)定運(yùn)行；同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)泵停運(yùn)后的維護(hù)和保養(yǎng)工作，使泵處于完好備用狀態(tài)；水環(huán)真空泵系統(tǒng)各種故障是相互聯(lián)系的，每一故障現(xiàn)象涉及多方面因素，在具體處理時(shí)，必須根據(jù)設(shè)備的日常使用情況、故障的具體現(xiàn)狀來采取具體措施。

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