水环真空泵叶轮产生裂纹原因与防范措施

水环真空泵叶轮产生裂纹原因与防范措施

田红杰 周建文 王智刚 李音龙 程飞

河北国华定州发电有限公司 073000

摘要：本文主要介绍了水环真空泵叶轮产生裂纹原因与及相应的防范措施，提高真空泵运行稳定性，可供出现类似问题的电厂借鉴。

关键词：水环真空泵、叶片裂纹、汽蚀

Abstract:This paper mainly introduces the reason of impeller crack of water ring vacuum pump and the corresponding preventive measures to improve the operation stability of vacuum pump, which can be used for reference by power plants with similar problems.

Key words: water ring vacuum pump、 blade crack,、cavitation

前言：国华定州电厂二期2×660MW超临界机组采用的是山东佶缔纳士机械有限公司生产的2BE1403-OMY4水环真空泵，每台机组配备3台，两备一用，正常运行时启动一台即可。该水环真空泵主要参数如下表所示

水环真空泵是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空2000~4000Pa，串联大气喷射器后可达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，在电厂中，水环真空泵起到建立和维持汽轮机组的低背压和凝汽器的高度真空作用，正常运行时不断地抽出由不同途径漏入汽轮机和凝汽器的不凝结气体，保持汽轮机真空在一定范围内，提高机组运行效率。

1、水环真空泵结构及运行原理

结构：主要部分是叶轮、分配器、阀片、壳体等组成，叶轮有径向平板式和向前弯式，壳体内部形成一个圆柱体空间，叶轮偏心安装在这泵壳内。

原理：在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中指示的方向顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，则使气体被压缩排出泵外。

2、水环真空泵叶轮产生裂纹原因

在历次真空泵检修中，都发现真空泵叶轮叶片及拉筋焊接处有不同程度的裂纹产生，严重影响机组安全稳定运行。

产生裂纹有可能是在检修时真空泵叶轮与自由端和驱动端分配板之间的间隙调整不当，导致叶轮动静部分摩擦，强大的摩擦力导致叶轮产生应力裂纹。这个一般在检修时多检查，测量数据多验证可以避免掉。本文讲的主要原因还是因为水环真空泵在运行时，容易产生汽蚀，长期汽蚀导致裂纹形成。

其中汽蚀形成的过程：真空泵是高度真空状态，当泵内工作液的绝对压力降低到化压力时，液体便在开始汽化，产生气泡附着在叶轮表面，当到达高压区时，气泡破裂，气泡周围的高压液体致使气泡急剧缩小以致破裂。在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率击打金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将壁厚击穿。在这循环往复冲击下，叶轮所受的应力会超过材料的抗疲劳强度，产生裂纹，如果不及时干预处理，最后可能发生叶片断裂不可逆的事故。

3、防范措施

（1）、降低泵内工作液的温度

当泵内工作液温度越低，其饱和蒸汽压就越低，如果水温越高，工作点的绝对压力和水的饱和蒸汽压之间的差值越小，真空泵就越容易出现汽化现象。因此，在液环真空泵工作点固定的前提下，可以通过降低工作液的温度来达到防汽蚀的效果。为此我们可以据机组状况，采用新型高效的板式换热器，换热面积要满足最大负荷需求，保证泵内工作液温度尽可能低。国华定州电厂二期水环真空泵换热器水源采用的是开冷水作为冷却水源，水质相对较差，为此每年迎峰度夏前，清理一次换热片，提高换热效率。

（2）、降低吸入气体的温度

如果吸入气体的温度太高，当气体接触泵中的液体时，压缩的热量和气体本身的热量将传递给液体，从而增加液环温度，即泵腔中液体的饱和蒸汽压。相反，降低吸入气体温度可以降低液环温度，从而降低泵室内液体的饱和蒸汽压。我们可以在真空泵的吸气端，对抽吸气体进行预冷却，增加真空泵的出力，降低汽蚀的可能性。

（3）、配装大气喷射器

如果液环真空泵形成的真空度更高，对用户的生产更有利。对于这些工况，最好的方法是在水环真空泵前安装大气喷射器，大气喷射器的入口压缩空气取自汽水分离器，空气进入喷射器后，从喷嘴中喷射出超声速气流，此时，喷射器中产生的高速气流的粘性将卷吸走来自凝汽器抽空气管道内的气体，从而在泵送系统中形成更高的真空。

有了大气喷射器，液环真空泵通常在100bar绝对压力点附近工作，在真空泵提供动力气源的前提下，喷射时要可以在60-13mbar(绝对压力)下工作，改善了液环真空泵实际工作点的绝对压力值与系腔内工作流体的饱和落汽压之间0差舜，从而达到理想的防汽蚀效果。国华定州电厂一期水环真空泵改造加装了大气喷射器，运行半年无叶轮裂纹产生，改造完后效果良好。

（4）、选用抗汽蚀性强的材料

当工作流体和泵送气体不具有腐蚀性时，如果真空泵在汽蚀区运行，实践证明铸铁材质叶轮的使用寿命比不锈钢叶轮(如304和316材料)的使用寿命低得多，所以真空泵的叶轮等重要部件应采用不锈钢材质，结构坚固耐用，具有很强的抗汽蚀能力。

参考文献：

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[2]刘文军,庞少伟,呼啸亮.浅析水环式真空泵修复方案[J].河南冶金,2020,28(05):49-52.

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