罗延民

深圳市第二人民医院，广东 深圳 518035

深圳市第二人民医院现有3台山东淄博齐真机械有限公司生产的SK-12水环式真空泵，主要用于病人吸痰所用，单台最大抽气速率为12m3/min，使用真空度范围为-400mmHg～-600mmHg之间，抽气速率为11m3/min，极限压力为-700mmHg（-0.093MPa），真空泵配备的电机功率为18.5kW。该设备在投入运行的初步阶段，整体运行较平稳，真空度及抽气量均可满足要求。但在运行多年后，发现水环式真空泵工作效率出现逐渐降低的现象，一般在30%左右，较好的也仅能达到50%左右，整个装置工作效率非常低。从实际检修维护来看，造成水环式真空泵效率偏低的原因除了受到泵自身结构限制外，还受到诸如工作液饱和蒸气压、长期运行产生水垢等因素的影响[1]。真空泵在出厂后，其机械结构已经确定定，也就是说通过改变泵内部结构来提高真空泵运行效率的方法是不现实的，本文将对实际设计选型、统计计算、运行维护等过程中的一些提高水环式真空泵运行效率的技术措施进行详细分析研究，以便与其它同类型工作人员进行学习探讨。

1 水环式真空泵工作原理简介

当水环式真空泵在停止运行时，泵体内会存在一定量的工作液（水环泵工作液为水）；真空泵正常运行时，电机通过联轴器带动轴及叶轮旋转，工作液（水）在叶轮高速旋转形成的离心力作用下，不断甩向泵体的内壁，从而沿泵体内壁形成一个旋转的封闭水环[2]，水环与两叶片及圆盘形成一封闭空间，被抽气体即在封闭空间内，叶轮的不断旋转，达到抽送气体的目的。

水环式真空泵的具体结构如图1所示:

图1 水环式真空泵结构图

从图1可知，由于真空泵叶轮是偏心地安装在泵体内，且水环旋转速度与叶轮旋转速度间存在一定的速度差，这就使得水环相对于泵叶轮叶片做相对运动，在相邻2个叶片间的空间容积内呈现周期性的往复变化，类似简单的往复式活塞工作一样。在图示的右半部分，随着叶轮的顺时针旋转，水环与两叶片及圆盘形成的封闭空间逐渐增大，压力逐渐降低，吸气口的气体不断地被吸入；在图示的左半部分，随着叶轮的顺时针旋转，水环与两叶片及圆盘形成的封闭空间逐渐减小，压力逐渐增大，压力高于排气口处的压力时，气体被不断地排出，如此循环，吸气口处就会形成一定的真空度，从而满足工作要求。在实际检修维护过程中发现，随着真空泵运行时间的延长，真空泵的运行效率会逐步降低，主要原因大致包括：1）水环式真空泵在运行过程中，叶轮叶片与水环间会不断发生撞击摩擦，从而会使水环的温度不断上升，温度上升，造成水的饱和蒸汽压降低，会引起真空泵的真空度下降；2）真空泵运行时，工作水随被抽气体排放到气水分离水箱中，一部分工作液（水）蒸汽随气体一并排出，这就要求在真空泵的运行过程中，运行人员要经常给真空泵水箱进行补给水，否则工作液不足，导致泵体内形成不了封闭的水环，造成被抽气体的反流，也会降低真空泵的工作效率；3）真空泵与病人吸痰的负压吸引瓶，真空罐通过软管及管道连接，在真空泵运行中，在负压吸引瓶吸痰以及真空罐抽真空的过程中，偶尔会有病人的痰液被吸入真空泵内部，影响泵的高效稳定工作；4）整个真空系统对密封性能要求很高，要将吸痰真空罐抽成真空，就必须时刻保持罐与泵、罐与罐、吸引甁与吸引接头之间连接管道密封件具有良好的密封性能和较高工作强度[3]。

2 水环式真空泵工作介质性能影响因素分析

由于水环式真空泵在很多工程领域作为主要的动力部件得到广泛的推广应用，为了提高水环式真空泵的综合应用功能效益，我国颁布了国标GB/T13929-92，即《水环式真空泵和水环式压缩机试验方法》。在规范中明确规定，水环式真空泵的性能测试曲线为真空泵在温度为15℃的水作为工作液，相应吸气介质为20℃的饱和空气，且排气压力为1个大气压时所测得的真空泵运行特性波动曲线。真空泵在医疗机械领域实际应用过程中，由于工作液介质温度、吸气介质温度和饱和度、以及排气压力不可能与GB/T13929-92正好完全吻合，也就是说在实际选型设计和更新改造过程中，需要将相应的参数数据进行修正，以提高医用吸痰真空泵系统的整体工作效率[4]。

2.1 吸气介质对水环式真空泵性能的影响

1）吸气介质温度

整个真空系统吸入介质的温度越高，水环式真空泵的吸气能力就会变得越差。

2）吸气介质饱和度

真空泵在运行过程中，因为吸气介质中的可冷凝部分会在水环式真空泵内发生冷凝，加上真空泵所排出的气体是在常压状态下的饱和气体，这样如果吸气介质的饱和度越大，其在真空泵内内部的冷凝量将会越大。因此，在实际运行过程中，应该考虑真空系统的吸入介质饱和度，一般饱和度大于50%的，在真空泵系统运行方式调节时，应按饱和气体来计算；对于饱和度小于或等于50%的吸气介质而言，应该按照干气来计算。

2.2 工作液介质和温度

当工作液的饱和蒸汽压越大时，真空泵的极限压力也会随之增大，其实际吸气量就会越小，运行效率就会降低。反之，当工作液的饱和蒸汽压越小时，真空泵的极限压力就会随之减小，其实际吸气量就会越大，运行效率就会越高。因此，在实际真空系统检修维护过程中，要严格参照国标GB/T13929-92中，相关工作液介质和温度要求进行详细的计算分析，对于不合格的工作液应该立即更换，以保障真空系统处于最佳工作状态，有效提高其综合运行机械效率。

2.3 排气压力

从图1中可知，真空泵在工作时，会不断将空气排出泵体，以在吸气口形成工作需求的真空度，也就是说排气压力也是影响水环式真空泵运行效率的另一主要因素。排气压力会对真空泵吸气量和轴运转功耗带来巨大的影响。当真空泵系统在运行时，如果其排气压力越大时，真空泵的吸气量就会越小，相应轴运转功耗就会越大。相反，当系统排气压力越小时，真空泵的吸气量就会越大，相应轴运转功耗就会越小。因此，在实际运行维护过程中，应该实时观察真空泵系统的排气压力数据，当出现异常排气压力数据时，应该立即采取相应的措施对整个真空系统进行更新改造，使得真空系统排气压力长期维持在国家标准或厂家推荐范围值内，保证真空泵始终处于最优工况条件下，有效提高水环式真空泵整体运行机械效率。

3 真空泵工作液液位或流量对其效率的影响

在实际使用过程中，如果真空泵的工作液液位过低或者流量太小时，真空泵内部将不能形成封闭的液环，工作时将达不到正常运行所需的真空度，从而大大降低了真空泵的运行效率；如果真空泵工作液流量太大，则会造成真空泵运行功率损耗增加，导致大约80%以上的能量全部消耗在液环与泵体内壁的摩擦过程中，使得系统能耗增加，降低了真空泵的运行效率。水环式真空泵是容积泵中的一种，正常运行时，其吸入的气体是可以压缩的，而当真空泵在内部充满工作液的情况下启动时，由于液体不能像空气那样被压缩，这样就可能造成真空泵在启动过程中出现损坏叶轮叶片的情况，从而影响真空泵的使用寿命[5]。因此，在真空泵运行过程中，必须严格巡查工作液的液位和流量值，防止出现工作液状态剧烈变化，有效提高水环式真空泵运行机械效率。

4 水垢对真空泵机械效率的影响

由于工作液（水）中通常含有钙、镁等碳酸盐物质，当泵在正常运行过程中，工作液在受热温升作用下，水中相应的碳酸盐物质的溶解度就会降低，在泵长期运行后，该类物质就会逐步结晶析出，附着在圆盘、叶轮、泵体等部件上。水环式真空泵在长期运行后，泵体内部结垢就会变得十分严重，常常导致圆盘与叶轮之间间隙减小，水环式真空泵运行时出现异声、启动电流过大、吸气量明显降低、真空度下降等现象，造成真空泵效率降低。此时可以扳动转子采用10%的草酸对真空泵进行全面除垢，然后采用清水进行冲洗。如果发现泵体内水垢较厚时，就有必要采取对泵进行解体，局部详细清除手段，彻底清除水垢，增大真空泵内部容积量，提高其运行效率。

5 结论

对于水环真空泵而言，影响其实际运行效率的因素很多。因此，在日常运行维护过程中，要从吸入介质的温度和饱和度、工作液的种类和温度、排气压力、工作液（水）液位和流量以及工作水的水质等多个方面建立完善的真空泵设计、改造选型、以及运行维护等制度措施，保证真空系统始终工作在最优工况条件，在为医院节省大量的检修维护经费的同时，有效提高真空系统实际运行过程中的机械效率。

[1]强成银.水环式真空泵的维护[J].中国设备工程，2008(8)：46.

[2]贾宗谟，穆界天，范宗霖.漩涡泵液环泵射流泵[M].北京：机械工业出版社，1993.

[3]祁曾青.水环真空泵叶轮最佳圆周速度[J].水泵技术，2001(3)：10-13.

[4]张淑芹.水环式真空泵和水环式压缩机试验方法[M].北京：国家技术监督局，1992.

[5]吴泰忠.液环真空泵的汽蚀防护[J].化工设备与管道，2006，43(2)：45-47.