论水环式真空泵在自动控制泵站

1、论水环式真空泵在自动控制泵站应用中循环补水的控制兴平市自来水公司 杨森科前言：水环式真空泵引水，是吸入式水泵站的水泵引水最为高效、易实现自动化引水启动水泵的常见方法。但在实际应用中，不同程度的存在着真空泵启泵时水位过高，导致水泵启泵时过长，连锁系统失灵的现象，笔者在某工程实践中解决了真空泵平衡循环补水的控制措施，使水环式真空泵在自动化控制系统规定的连锁时间内完成抽真空引水启动水泵，保证引水启泵自动化系统的正常运行。经过多年探讨，从理论上证明了用循环水箱水位控制水环式真空泵水位的正确性。并对“循环水箱溢流管安装在一定高度”之说，给予了一个科学、定量的结论。1、循环水箱水位对真空泵工作室容积的影响

2、水环式真空泵的抽气量、 抽气时间均取决于工作室的有效容积，而工作室的有效容积正常与否，则取决于真空泵水位高低，真空泵水位的高低又直接受循环水箱水位的控制。所以，要解决水环式真空泵的抽气量、抽气时间问题，必须解决对循环 1、叶轮 2、泵壳 3、进气口水箱水位的控制问题。 4、进气孔 5、排气孔 6、排气口1.1补水量大的危害 图1 水环式真空泵工作原理示意图真空泵补水量大，致使运转状态下的工作室的有效容积减小，抽气量下降。这是由于过量的水占据了真空泵的工作室，真空泵总处于边排气边抽水的工作状态，延长了对水泵的抽气时间，对于自控连锁系统来说，水泵启动时间已到，而水泵并没有充满水，水泵启动后或不出水

3、，或瞬间出水，继而断流，即水泵启动失败。同时，真空泵中水量过大，加大了真空泵的负载，还会产生振动易造成机械损坏，降低真空泵的使用寿命，也造成电能的浪费。1.2补水量小的危害真空泵的补水量过小，真空泵的水循环得不到保证，导致由机械运转产生的摩擦热，将泵腔内有限的水加热，当水温高于泵腔内压强所对应的汽化温度时，便产生汽化现象。此时，真空泵排出的是汽化后的水蒸气与由水泵抽来的少量空气的混合气体，从而降低了对水泵的抽气量，延长了对水泵的抽气引水时间，导致连锁控制系统失灵。当补水量严重不足时，水环会脱离叶轮轮毂，导致真空泵空转而停止对水泵的抽气引水，其结果，连锁控制系统失灵。2、补水量小的控制方法如图2

4、所示，水环式真空 泵引水启泵系统，是由循环水箱、真空泵和连接管道组成。要控制真空泵静态时的水位，首先要控制循环水箱水位，使其达到等势能，即循环水箱水 位与真空泵静态时的水位的一 图2 水环式真空泵抽真空引水系统图致（如图3所示）。其结果是真空泵启动后，泵腔内的水 直接形成水环，使真空泵形成一个有效的工作室（抽气空间），启动后即刻对水泵进行抽真空引水。在真空泵的运动中由于机械摩擦热而导致少量水量的消耗，也得到平 图3 等势能水位示意图衡补给。在完成对水泵抽真空引水的整个过程中，始终维持一个恒定的水环与一个恒定的有效容积的工作室，从而保证在自动控制系统连锁时间内完成引水启动水泵的目的。3、真空泵静

5、态水位的计算为使真空泵启动后能直接进 入工作状态，就必须保证静态水量与运行时水环水量的相等（如图4所示）即：Q水环=Q弓形ACB （1）式中：Q水环运行时的水环水量；Q弓形ACB静态时的水量。 图4 水环与水位线示意图在真空泵泵腔厚度一定的条件下，水量的相等就是面积的相等。即：S水环=S弓形ACB （2）式中：S水环运行时水环的面积；S弓形ACB 静态时水位线以下的弓形面积。设泵壳的内半径为R；水环内半径为r；静态时水位线高度（即AB弦高）为h。当h值确定后循环水箱的水位高度也就相应确定下来了。这就是我们要研究的主要问题。水环的面积为：S水环=（R²-r²） （3）静态时水

6、环高度为弓形的面积为：S弓形ACB= (4由（2）式得：（R²-r²）= = - - (5式中：R真空泵泵腔半径（mm）；r水环内半径（叶轮轮毂半径 +叶轮偏心量e）（mm）；h静态时水位高度（mm）。由（5）式知：h=f（R-r）是一个高次方程的隐函数，h值不易显化，故对（5）式变化为：1- = - （ - 1） - （6）令： = f = 得： 1- = - (7= (8根据推导结果，我们可以确定等步长的 =f值，计算出相对应的 相应值如下表：表1h/Rr/Rh/Rr/Rh/Rr/Rh/Rr/R0.001.0000.550.8811.100.6611.650.3430.

7、050.9970.600.8651.150.6361.700.3070.100.9910.650.8481.200.6111.750.2690.150.9830.700.8301.250.5851.800.2280.200.9740.750.8111.300.5591.850.1850.250.9630.800.7921.350.5311.900.1370.300.9520.850.7711.400.5021.950.0820.350.9390.900.7511.450.4732.000.0000.400.9260.950.7291.500.4420.450.9121.000.7071.550

8、.4100.500.8971.050.6841.600.377由于R、r为已知值，故根据 = 与 f = 关系，即可求出水位高度 h值。即：h = R X f4、水环式真空泵静态水位高度与泵轴顶面高度一致的证明根据理论推导而知，h = R X f 的计算方法，但实际应用时，需要对真空泵的泵腔半径R、泵轴直径d、轮毂直径D、偏心量e等诸多参数进行实际测量，显得太麻烦了，不便于实际应用。按照工程应用的惯例，只要找出规律，求得结果，满足应用即可。证明过程如下：以SZB-4型水环式真空泵为例。泵腔半径R=104mm、泵轴直径d=24 mm、轮毂直径D=48 mm、叶轮偏心量e=15 mm。1）求真空泵

9、静态水位高度h经过查表计算所得： = = 0.5768 = =1.2653则：h = R X f=131.59 mm计算结果所得，SZB型水环式真空泵的静态水位高度为131.59 mm。2）求真空泵轴顶面高度h如图1所示，泵轴顶面高度h=泵腔半径R+叶轮偏心量e+泵轴半径d/2。即：h= 104+15+12=131.59 mm结果显示：h = h经过理论分析与精确计算，证明了水环式真空泵的静态水位高度与泵轴顶面高度一致。事实上，在某工程循环泵站的自动化控制系统中，采用这个结论，对循环水箱水位进行控制，获得了系统调试成功，充分证明了此理论分析与计算的正确性。5、循环水箱水位的控制措施根据水环式真空泵的静态水位高度与泵轴顶面高度一致的结论，就能实现循环水箱与真空泵静态水位等势能控制的设想。循环水箱水位靠溢流管高度来控制，只要把溢流管安装在与真空泵泵轴顶面一致的高度上，就满足了循环水箱水位与真空泵静态水位一致的要求。这样，真空泵的循环平衡补水就得到了有效的控制，从而达到了始终保持真空泵在高效率状态下工作，保证了水泵在自动连锁规定时间内完成启动任务，实现真空泵引水启动的泵站