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水环真空泵辅助冷却技术

能源动力与机械工程学院
田松峰
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水环真空泵辅助冷却技术简介

1水环式真空泵工作原理

水环式真空泵是目前大、中型机组中广泛采用的凝汽器抽气设备，作用是抽除凝汽
器内的不凝性气体，保证和维持凝汽器真空。其叶轮偏心地安装在泵体内，起动时向泵
内注入一定高度的水作为工作液，当叶轮旋转时，水受离心力的作用在泵体内壁形成一旋
转的封闭水环，水环上部内表面与轮毂相切，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与叶片数目相等的
若干个小腔。在叶轮旋转过程中，各个小腔分别进行吸气、压缩和排气等过程。叶轮每旋
转一周，叶片间空间（小腔）吸、排气一次，若干小腔不停地工作，如此往复，泵就连续
不断地抽吸或压送气体，如下图所示。

图1水环真空泵工作原理图
水环泵在排气时，工作液也不可避免地要和气体一起被排出一部分，因此水环泵的
工作液必须连续不断地加以补充，以保持稳定的水环厚度。而且在水环泵中，水环除起
抽吸和压缩气体的“活塞”作用外，还起密封工作腔和冷却气体等作用。

2水环式真空泵设计工作条件

工作介质：水（液环）
被抽气体：空气
气体温度：20℃
排气压力：101325Pa(标准大气压)
工作液温：15℃
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相对湿度：70％
3影响水环真空泵工作性能的因素

水环真空泵的性能与所抽吸气体的状态（压力、温度）和工作液的温度等有关。
1）抽气压力影响
抽气压力是以水环泵的吸入口压力是以凝汽器压力为基础的，并且随着凝汽器压力
的变化而变化的。（凝汽器抽气口压力一般在3.39kPa到12kPa范围内变化）

在一定条件下的抽气量Vs、泵轴功率Pp、等温总效率hp与抽气压力px之间的关系
曲线即为水环真空泵的特性线。

图2水环真空泵性能曲线
从图中可以看出，真空泵抽气量、轴功率和等温总效率随着抽气压力的变化趋势。
2）抽气温度影响
对应抽气压力，抽气温度在25℃到49℃范围内变化（不考虑抽气过冷度），下图是
不同抽气温度下真空泵的特性曲线。

图3不同的抽气温度对真空泵的特性曲线
从图中可以看出，抽气温度越低，抽气量越大，但是根据凝汽器运行工况，一般情

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况下抽气温度都会高于设计抽气体温度（20℃），但是因为抽气压力一般在10kPa一下，
因此从图中看出，抽气温度对抽气量影响不太明显。
3）工作液温度影响

图4不同工作水温度的真空泵特性曲线
从图中可以看出，工作液温度对真空泵性能影响较大，特别是在抽气压力比价低的
情况下影响更加明显，而电厂中真空泵的抽气压力刚好在此范围之内。因此提高真空泵
工作性能从改变工作液温度着手切实可行，且效果明显。

4水环式真空泵系统存在的问题

随着工作时间的延长，由于做功和水蒸气释放气化潜热会造成工作液温度不断升
高，而工作液温度会造成真空泵抽气能力下降，凝汽器真空变差，影响机组经济性，同
时还会引起真空泵气蚀，影响安全运行。
工作液设计温度15℃，实际运行中均高于这一温度，目前真空泵工作液通常由循
环水冷却，但循环冷却水温度受气候影响，特别是夏天随着循环水温度升高，真空泵工
作液温度将远高于设计值。
工作液温度升高会造成以后后果：
1）破坏真空，降低机组经济性
随着工作液温度升高，对应的饱和压力不断升高，比如30℃的汽化压力为
4.241kPa，40℃的汽化压力为7.35kPa，当水环真空泵抽吸压力小于或等于工作液温对
应的饱和压力时，将使部分工作液汽化，真空泵因抽吸自身工质汽化产生的气体挤占真
空泵抽气量造成真空泵出力严重不足，不凝性气体将造成传热恶化并在凝汽器内积聚破
坏凝汽器真空，水蒸气中质量含量占1%的空气能使表面传热系数降低60%，从而降低

机组经济性。

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对某国产引进型300MW机组所配凝汽器在设计参数下，计算空气积聚对凝汽器压
力的影响。如下表所示。
表1空气积聚对凝汽器压力影响

空气与蒸汽质量比蒸汽分压力，Pa空气分压力，Pa凝汽器压力，Pa
0.00014.91×1030.304.91×103
0.0014.96×1033.084.97×103
0.015.03×10331.235.06×103
0.15.09×103316.525.41×103
15.15×1033200.558.35×103
某600MW机组为亚临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽
轮机组采用带双曲线自然通风冷却塔的二次循环闭式供水系统。真空泵型号为改进型
2BW4353-0EK4。
表2工作液温度与凝汽器真空试验结果1

图5工