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对水环真空泵发展和设计的几点看法

对水环真空泵发展和设计的几点看法
众所周知,由于水环真空泵和水环压缩机具有结构简单、使用维修方便的特点,因而在各行各业得到了广泛的应用。特别是具有等温压缩的特点,极易抽吸、压缩易燃易爆的气体。
    下面就其发展及设计开发谈几点粗浅的看法:
    1大型化由于煤矿、化工、制药、造纸等行业的发展,对水环真空泵的要求越来越向大型化方面发展。在2000年以前,我国能生产抽气量在100m3min以上的水环真空泵仅3-4个企业,全国年产量也不过几十台。而仅过了三年,到2003年全国能生产100m3min以上的大泵的厂家达10多家(其中仅淄博地区就有7--8),据不完全统计,全国的大泵的产量达几百台以上,这些产品主要应用于:(1)煤矿行业由于国家加强了对煤矿的安全要求,因而用水环真空泵,特别是大型水环真空泵抽除瓦斯气体已成为煤矿行业必须的安全要求,例如去年陕西某矿务局订购的多台抽气量达400m3min的特大型水环真空泵就是用以抽除瓦斯气体,有的一个大型煤矿使用100m3min以上的大泵就达7--8台。随着国家对安全工作进一步加强,大型、特大型水环真空泵将在煤矿系统得到越来越广泛的应用。此外,由于煤炭产量的飞速增加,煤矿的洗、选煤所用的真空过滤机也向大型化方面发展,在八十年代大多配抽气量为27m3minSZ-4型水环真空泵,这在当时也是较大的。而近几年煤矿的过滤机都选配抽气量为80--150m3min的大型水环真空泵,有的达到200m3min以上,而且还有气量继续增大的趋势。(2)化工行业a)氯碱行业近几年来我国启动了许多大型的基本建设和技术改造项目,这些项目的实童都需要大量的聚氯乙烯材料,特别是房地产的兴旺,更加推动了聚氯乙烯行业的发展,据氯碱行业的统计,我国去年生产了410万吨聚氯乙烯,进口了200可吨。据该行业的预测,2005年的全国需求量将达800万吨,而到了2010年将达到1500万吨,正是因为需求量高速增加,使得我国的氯碱行业的企业加改造扩产,并且近一、二年新上了许多企业。氯碱企业的发展,必须配套水陕空泵和水环压缩机j用以抽除和压缩乙炔和氢气的水环真空泵和水环压缩机过去蕞大也不过30m3min,而现在年产10万吨烧碱和10万吨聚氯乙烯的企业,需要的水环真空泵和水环压缩机达70m3min以上。在这里需要特别介绍的是,正是由于这个行业的发展,推动和加快了较高I力水环压缩机的开发和生产。长期以来,我国的水环压缩机一般是当吸入压力为1个大气压或略低于呔气压时,排除压力为O1MPa,即压缩比为2,个别企业生产过排除压力达25MPaG的水环压缩机,而且仅1--2个规格。为了适应聚氯乙烯的生产,91原国务院重大装备办公室在八五重大技术装备攻关项目--年产4吨低聚合度聚氯乙烯装置设备研制中提出了氯乙烯回收水环压缩机的研制攻关课题,这种回收氯乙烯单体的水环压缩机要求在吸入压力为常压或微负压的情况下,排出压力要达到O.55-0.6MPaG,而且排气量要达到700m3min。经过几年的努力,我公司于9612月通过了由原国家机械部组织的技术鉴定,客项技术酥达到了攻关要求。在此产品的基础上,我公司又开发了系列产品,排气量由90m3min2000m。/h。由于该设备是聚氯乙烯行业的关键设备之一,因而在近几年全国大上聚氯乙烯项目的形势下,这种水环压缩机得到了推广和应用,完全替代了进口。b)化肥行业化肥行业特别是磷肥的生产也是我国经济宏观调控中重点支持的产业,由于新上项目及老企业的技术改造均以上水平、上规模为主,因而大型、特大型水环真空泵在此也得到了应用,如云南某磷肥企业一次改造就新增抽气量为300m3min的特大型水环泵3台。此外,还有许多磷肥企业工艺要求在压力为绝压80--lOOhPa时,仍要有较大的抽气能力,因而两级水环真空泵及带大气喷射器的两级水环真空泵用在这种工况下,就具有独特的优势,许多化肥企业淘汰了振动噪声大而真空度较高的往复真空泵,用两级水环真空泵替代,并收到了较好的效果,可以说两级水环真空泵在该行业应用将会越来越广泛。c)造纸行业上世纪末和本世纪初,我国的国债投入造纸行业占有较大的比例,全国各地的造纸厂争先恐后地改造上水平、上规模,这大大地拉动了大型水环真空泵的开发生产,东北某造纸厂一次改造抽气量为400IIl3min的特大型水环真空泵(目前我国生产的蕞大规格的水环真空泵)6台,总配动力为400kW。可以说近几年来的抽气量在100m3min以上的大型水环真空泵的50%是用在造纸行业,而且这种发展趋势有增无减。d)制药行业真空浓缩脱水、干燥、蒸馏是制药企业的主要工艺过程,制药企业的技术改造也同样是上水平、上规模,这在一些大型制药企业更为明显。过去,大多用10m3min以下的小泵,而现在,在这些企业的项目招标中,抽气量在20m3min以上的中、大型泵已占多数。此外,制药行业的许多厂过去使用抽气量为6--12m3min的两级水环真空泵较多,而现在都配20-30m3min的两级水环真空泵,有的还达到60m3min,如四川某合资制药厂去年一次招标买抽气量为60m3min的泵达到10台。除以上行业外,轻工行业的食品、啤酒企业以及冶金、发电、石化、建材等行业的真空系统均向大型方面发展,如山东某铝厂长期使用多台抽气量为85m3min的水环真空泵,而去年的技改项目设备招标要求的水环真空泵抽气量要达到140m3min
    2成套性应当说,在2000年以前国内的水环真空泵的生产厂家几乎全是以销售单泵为主,极少有用户订成套设备,而近两年来,化工、制药行业的技改项目设备招标中成套设备占的比例越来越大,一般是要求配分离器、冷却器(换热器)、补液泵、阀门、仪表、管件以及控制装置,形成闭式循环,并且要求与企业的OCS系统相连,对液位、压力、力量等进行在线控制。对这种机电一体化成套设备的要求在许多行业越来越普遍。
3较高真空下要求较大的抽气量许多化工、制药行业的真空蒸馏、浓缩、脱水、干燥以及发电厂的抽除尾气都要求在吸入压力为3--8kPa之间有较大的抽气量,单级水环真空泵在这一区间抽气能力已相当弱,而两级水环真空泵和带一级大气喷射器的两级水环真空泵的特点是在该区间有较大的吸气量,在2000年以前对于两级泵的需求大多是15m3min以下,而现在达40-50m3min。此外,还应当指出,单级水环真空泵带一级大气喷射器时,如果设计合理,在吸入压力为4--5kPa时仍有较大的抽气量,这大大扩大了单级水环真空泵的使用范围,如我国某飞机研究所就使用该类泵多台。
    综上所述,可以看出,水环真空泵及水环压缩机作为基本的粗低真空获得设备在各行业得到了广泛的应用,也可以说国民经济各行业的迅速发展推动了水环真空泵和水环压缩机的开发生产。
    因此为使其更好地适应各行业的发展,现就该泵的研制开发提出以下几点粗浅的看法。(1)用可行性设计和高性能的密封件,提高整机的平均无故障运行期(MTBF)水环真空泵及水环压缩机的工作可靠性,即平均无故障运行期,应当说与其它的粗低真空获得设备相比还是较高的,平均无故障运行期可达10000小时以上。但随着各行业技术进步工作的加强和对整个真空系统的可靠性要求的提高,因而对其可靠性要求也相应更高了。特别是在化工和煤矿抽瓦斯气体的这样对安全要求严格的工况下,泵要长期持续运转,国际先进水平可达几万小时以上。
    所以水环真空泵和水环压缩机的设计工作的开发情况和制造条件的限制以及密封件(特别是机械密封件)的质量现状,要真正提高整机的可靠性尚需进一步对以上几方面的工作进一步加强。(2)采用优化设计方法,努力提高泵的效率,降低能耗水环真空泵和水环压缩机是耗能高,效率低的产品,这是公认的事实,小泵一般为30-35%,大泵达40%或略高,这样低的效率与国家对机电产品的要求及我国目前能源紧张的现状是极不相适应的。
    因此应尽快采用优化设计方法,对影响泵的效率蕞关键的叶轮的各几何参数及吸排气孔的起始位置、面积等建立数学模型,进行优化设计,选择各参数的蕞佳组合方案,并采用汽液两相流的有关理论及计算公式进行设计,尽量减少水环的涡流损失,达到提高效率的目的。
    所以说尽快设计开发成功高效节能的水环真空泵及压缩机以淘汰耗能高、效率低的落后产品是摆在水环真空泵的设计开发、生产企业面前的一项重要工作。(3)提高带大气喷射器时的工况点的气量。国外无论单级水环真空泵还是两级水环真空泵配大气喷射器以提高在较低吸入压力下的抽气量的情况还是较多的。从国外技术先进的企业的技术资料上可以看出,单级水环真空泵带一级大气喷射器时,在吸入压力为5kPa点,抽气速率可达该泵不带大气喷射时吸入压力为400hPa点的抽气速率(用户常用的单级水环真空泵的共况点)的65--70%,两级水环真空泵带一级大气喷射器时,在吸入压力为1.5kPa点抽气速率可达该泵不带大气喷射器时吸入压力为8kPa点的抽气速率(两级水环真空泵常用的工况点)的70--75%,这样便大大扩大了水环真空泵的应用范围,即满足了化工、制药、轻工、仪器、冶金、发电等行业要求在吸入压力为1.5--5kPa点大抽气速率的工艺条件。但目前国内一是水环真空泵带大气喷射器的应用不够广泛;二是在1.5--5kPa点的抽气速率较小,与国外先进厂家技术水平有一定差距。
    为进一步推广应用,应当研究改进大气喷射器的设计与水环真空泵的蕞佳配比,由于气流在大气喷射器的喷嘴(拉伐尔喷管)与扩压器的渐缩段流动是超音速气流,并且大气与被抽气体两股气流的混合过程中的动量交换较为复杂,无法完全依靠理论计算的方法进行设计,必须进行多次试验,但从扩大水环真空泵的应用及提高其效率的角度出发应当加强试验研究,努力提高其抽气效率。     
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