水環(huán)真空泵的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及設(shè)計(jì)

眾所周知，因?yàn)樗h(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡樸、使用維修利便的特點(diǎn)，因而在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。特別是具有等溫壓縮的特點(diǎn)，極易抽吸、壓縮易燃易爆的氣體。下面就其發(fā)展及設(shè)計(jì)開發(fā)談幾點(diǎn)粗淺的看法。 

1、大型化 

 因?yàn)槊旱V、化工、制藥、造紙等行業(yè)的發(fā)展，對(duì)水環(huán)真空泵的要求越來越向大型化方面發(fā)展。在2000年以前，我國能出產(chǎn)抽氣量在100m3／min以上的水環(huán)真空泵僅3-4個(gè)企業(yè)，全國年產(chǎn)量也不外幾十臺(tái)。而僅過了三年，到2003年全國能出產(chǎn)100m3／min以上的大泵的廠家達(dá)10多家，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國的大泵的產(chǎn)量達(dá)幾百臺(tái)以上，這些產(chǎn)品主要應(yīng)用于： 

(1) 煤礦行業(yè) 

 因?yàn)閲壹訌?qiáng)了對(duì)煤礦的安全要求，因而用水環(huán)真空泵，特別是大型水環(huán)真空泵抽除瓦斯氣體已成為煤礦行業(yè)必需的安全要求，例如去年陜西某礦務(wù)局訂購的多臺(tái)抽氣量達(dá)400m3／min的特大型水環(huán)真空泵就是用以抽除瓦斯氣體，有的一個(gè)大型煤礦使用100m3／min以上的大泵就達(dá)7--8臺(tái)。跟著國家對(duì)安全工作進(jìn)一步加強(qiáng)，大型、特大型水環(huán)真空泵將在煤礦系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

此外，因?yàn)槊禾慨a(chǎn)量的飛速增加，煤礦的洗、選煤所用的真空過濾機(jī)也向大型化方面發(fā)展，在八十年代大多配抽氣量為27m3／min的SZ-4型水環(huán)真空泵，這在當(dāng)時(shí)也是較大的。而近幾年煤礦的過濾機(jī)都選配抽氣量為80--150m3／min的大型水環(huán)真空泵，有的達(dá)到200m3／min以上，而且還有氣量繼承增大的趨勢。 

(2) 化工行業(yè) 
  a)氯堿行業(yè) 

 近幾年來我國啟動(dòng)了很多大型的基本建設(shè)和技術(shù)改造項(xiàng)目，這些項(xiàng)目的實(shí)童都需要大量的聚氯乙烯材料，特別是房地產(chǎn)的興旺，更加推動(dòng)了聚氯乙烯行業(yè)的發(fā)展，據(jù)氯堿行業(yè)的統(tǒng)計(jì)，我國去年出產(chǎn)了410萬噸聚氯乙烯，入口了200可噸。據(jù)該行業(yè)的猜測，2005年的全國需求量將達(dá)800萬噸，而到了2010年將達(dá)到1500萬噸，恰是由于需求量高速增加，使得我國的氯堿行業(yè)的企業(yè)加改造擴(kuò)產(chǎn)，并且近一、二年新上了很多企業(yè)。氯堿企業(yè)的發(fā)展，必需配套水陜空泵和水環(huán)壓縮機(jī)j用以抽除和壓縮乙炔和氫氣的水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機(jī)過去大也不外30m3／min，而現(xiàn)在年產(chǎn)10萬噸燒堿和10萬噸聚氯乙烯的企業(yè)，需要的水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機(jī)達(dá)70m3／min以上。

 在這里需要特別先容的是，恰是因?yàn)檫@個(gè)行業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)和加快了較高I力水環(huán)壓縮機(jī)的開發(fā)和出產(chǎn)。

長期以來，我國的水環(huán)壓縮機(jī)一般是當(dāng)吸入壓力為1個(gè)大氣壓或略低于呔氣壓時(shí)，排除壓力為O.1MPa，即壓縮比為2，個(gè)別企業(yè)出產(chǎn)過排除壓力達(dá)25MPaG的水環(huán)壓縮機(jī)，而且僅1--2個(gè)規(guī)格。為了適應(yīng)聚氯乙烯的出產(chǎn)，91原國務(wù)院重大裝備辦公室在“八五”重大技術(shù)裝備攻關(guān)項(xiàng)目--年產(chǎn)4噸低聚合度聚氯乙烯裝置設(shè)備研制中提出了氯乙烯回收水環(huán)壓縮機(jī)的研制攻關(guān)課題，這種回收氯乙烯單體的水環(huán)壓縮機(jī)要求在吸入壓力為常壓或微負(fù)壓的情況下，排出壓力要達(dá)到O.55-0.6MPaG，而且排氣量要達(dá)到700m3／min。經(jīng)由幾年的努力，我公司于96年12月通過了由原國家機(jī)械部組織的技術(shù)鑒定，客項(xiàng)技術(shù)酥達(dá)到了攻關(guān)要求。在此產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，我公司又開發(fā)了系列產(chǎn)品，排氣量由90m3／min到2000m。／h。因?yàn)樵撛O(shè)備是聚氯乙烯行業(yè)的樞紐設(shè)備之一，因而在近幾年全國大上聚氯乙烯項(xiàng)目的形勢下，這種水環(huán)壓縮機(jī)得到了推廣和應(yīng)用，完全替換了入口。 
 b)化肥行業(yè) 

 化肥行業(yè)特別是磷肥的出產(chǎn)也是我國經(jīng)濟(jì)宏觀調(diào)控中重點(diǎn)支持的工業(yè)，因?yàn)樾律享?xiàng)目及老企業(yè)的技術(shù)改造均以上水平、上規(guī)模為主，因而大型、特大型水環(huán)真空泵在此也得到了應(yīng)用，如云南某磷肥企業(yè)一次改造就新增抽氣量為300m3／min的特大型水環(huán)泵3臺(tái)。 

此外，還有很多磷肥企業(yè)工藝要求在壓力為絕壓80--lOOhPa時(shí)，仍要有較大的抽氣能力，因而兩級(jí)水環(huán)真空泵及帶大氣噴射器的兩級(jí)水環(huán)真空泵用在這種工況下，就具有獨(dú)特的上風(fēng)，很多化肥企業(yè)淘汰了振動(dòng)噪聲大而真空度較高的往復(fù)真空泵，用兩級(jí)水環(huán)真空泵替換，并收到了較好的效果，可以說兩級(jí)水環(huán)真空泵在該行業(yè)應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。 

c)造紙行業(yè) 

上世紀(jì)末和本世紀(jì)初，我國的國債投入造紙行業(yè)據(jù)有較大的比例，全國各地的造紙廠爭先恐后地改造上水平、上規(guī)模，這大大地拉動(dòng)了大型水環(huán)真空泵的開發(fā)出產(chǎn)，東北某造紙廠一次改造抽氣量為400IIl3／min的特大型水環(huán)真空泵(目前我國出產(chǎn)的大規(guī)格的水環(huán)真空泵)6臺(tái)，總配動(dòng)力為400kW?？梢哉f近幾年來的抽氣量在100m3／min以上的大型水環(huán)真空泵的50%是用在造紙行業(yè)，而且這種發(fā)展趨勢有增無減。

 d)制藥行業(yè) 
真空濃縮脫水、干燥、蒸餾是制藥企業(yè)的主要工藝過程，制藥企業(yè)的技術(shù)改造也同樣是上水平、上規(guī)模，這在一些大型制藥企業(yè)更為顯著。過去，大多用10m3／min以下的小泵，而現(xiàn)在，在這些企業(yè)的項(xiàng)目招標(biāo)中，抽氣量在20m3／min以上的中、大型泵已占多數(shù)。此外，制藥行業(yè)的很多廠過去使用抽氣量為6--12m3／min的兩級(jí)水環(huán)真空泵較多，而現(xiàn)在都配20-30m3／min的兩級(jí)水環(huán)真空泵，有的還達(dá)到60m3／min，如四川某合資制藥廠去年一次招標(biāo)買抽氣量為60m3／min的泵達(dá)到10臺(tái)。 
 除以上行業(yè)外，輕工行業(yè)的食物、啤酒企業(yè)以及冶金、發(fā)電、石化、建材等行業(yè)的真空系統(tǒng)均向大型方面發(fā)展，如山東某鋁廠長期使用多臺(tái)抽氣量為85m3／min的水環(huán)真空泵，而去年的技改項(xiàng)目設(shè)備招標(biāo)要求的水環(huán)真空泵抽氣量要達(dá)到140m3／min。 
 2、成套性 

應(yīng)當(dāng)說，在2000年以前的水環(huán)真空泵的出產(chǎn)廠家?guī)缀跞且凿N售單泵為主，極少有用戶訂成套設(shè)備，而近兩年來，化工、制藥行業(yè)的技改項(xiàng)目設(shè)備招標(biāo)中成套設(shè)備占的比例越來越大，一般是要求配分離器、冷卻器(換熱器)、補(bǔ)液泵、閥門、儀表、管件以及控制裝置，形成閉式輪回，并且要求與企業(yè)的OCS系統(tǒng)相連，對(duì)液位、壓力、氣力等進(jìn)行在線控制。 
對(duì)這種機(jī)電一體化成套設(shè)備的要求在很多行業(yè)越來越普遍。 
 3、較高真空下要求較大的抽氣量 
 很多化工、制藥行業(yè)的真空蒸餾、濃縮、脫水、干燥以及發(fā)電廠的抽除尾氣都要求在吸入壓力為3--8kPa之間有較大的抽氣量，單級(jí)水環(huán)真空泵在這一區(qū)間抽氣能力已相稱弱，而兩級(jí)水環(huán)真空泵和帶一級(jí)大氣噴射器的兩級(jí)水環(huán)真空泵的特點(diǎn)是在該區(qū)間有較大的吸氣量，在2000年以前對(duì)于兩級(jí)泵的需求大多是15m3／min以下，而現(xiàn)在達(dá)40-50m3／min。此外，還應(yīng)當(dāng)指出，單級(jí)水環(huán)真空泵帶一級(jí)大氣噴射器時(shí)，假如設(shè)計(jì)公道，在吸入壓力為4--5kPa時(shí)仍有較大的抽氣量，這大大擴(kuò)大了單級(jí)水環(huán)真空泵的使用范圍，如我國某飛機(jī)研究所就使用該類泵多臺(tái)。

 綜上所述，可以看出，水環(huán)真空泵及水環(huán)壓縮機(jī)作為基本的粗低真空獲得設(shè)備在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，也可以說國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的迅速發(fā)展推動(dòng)了水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機(jī)的開發(fā)出產(chǎn)。因此為使其更好地適應(yīng)各行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)就該泵的研制開發(fā)提出以下幾點(diǎn)粗淺的看法。
 (1)用可行性設(shè)計(jì)和高機(jī)能的密封件，進(jìn)步整機(jī)的均勻無端障運(yùn)行期(MTBF) 
 水環(huán)真空泵及水環(huán)壓縮機(jī)的工作可靠性，即均勻無端障運(yùn)行期，應(yīng)當(dāng)說與其它的粗低真空獲得設(shè)備比擬仍是較高的，均勻無端障運(yùn)行期可達(dá)10000小時(shí)以上。但跟著各行業(yè)技術(shù)提高工作的加強(qiáng)和對(duì)整個(gè)真空系統(tǒng)的可靠性要求的進(jìn)步，因而對(duì)其可靠性要求也相應(yīng)更高了。特別是在化工和煤礦抽瓦斯氣體的這樣對(duì)安全要求嚴(yán)格的工況下，泵要長期持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，國際提高前輩水平可達(dá)幾萬小時(shí)以上。所以水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)工作的開發(fā)情況和制造前提的限制以及密封件(特別是機(jī)械密封件)的質(zhì)量現(xiàn)狀，要真正進(jìn)步整機(jī)的可靠性尚需進(jìn)一步對(duì)以上幾方面的工作進(jìn)一步加強(qiáng)。 
(2)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，努力進(jìn)步泵的效率，降低能耗 
水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機(jī)是耗能高，效率低的產(chǎn)品，這是公認(rèn)的事實(shí)，小泵一般為30-35%，大泵達(dá)40%或略高，這樣低的效率與國家對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的要求及我國目前能源緊張的現(xiàn)狀是極不相適應(yīng)的。因此應(yīng)盡快采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對(duì)影響泵的效率樞紐的葉輪的各幾何參數(shù)及吸排氣孔的起始位置、面積等建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇各參數(shù)的佳組合方案，并采用汽液兩相流的有關(guān)理論及計(jì)算公式進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡量減少水環(huán)的渦流損失，達(dá)到進(jìn)步效率的目的。所以說盡快設(shè)計(jì)開發(fā)成功高效節(jié)能的水環(huán)真空泵及壓縮機(jī)以淘汰耗能高、效率低的落后產(chǎn)品是擺在水環(huán)真空泵的設(shè)計(jì)開發(fā)、出產(chǎn)企業(yè)眼前的一項(xiàng)重要工作。 
 (3)進(jìn)步帶大氣噴射器時(shí)的工況點(diǎn)的氣量。 
 國外不管單級(jí)水環(huán)真空泵仍是兩級(jí)水環(huán)真空泵配大氣噴射器以進(jìn)步在較低吸入壓力下的抽氣量的情況仍是較多的。從國外技術(shù)提高前輩的企業(yè)的技術(shù)資料上可以看出，單級(jí)水環(huán)真空泵帶一級(jí)大氣噴射器時(shí)，在吸入壓力為5kPa點(diǎn)，抽氣速率可達(dá)該泵不帶大氣噴射時(shí)吸入壓力為400hPa點(diǎn)的抽氣速率(用戶常用的單級(jí)水環(huán)真空泵的共況點(diǎn))的65--70%，兩級(jí)水環(huán)真空泵帶一級(jí)大氣噴射器時(shí)，在吸入壓力為1.5kPa點(diǎn)抽氣速率可達(dá)該泵不帶大氣噴射器時(shí)吸入壓力為8kPa點(diǎn)的抽氣速率(兩級(jí)水環(huán)真空泵常用的工況點(diǎn))的70--75%，這樣便大大擴(kuò)大了水環(huán)真空泵的應(yīng)用范圍，即知足了化工、制藥、輕工、儀器、冶金、發(fā)電等行業(yè)要求在吸入壓力為1.5--5kPa點(diǎn)大抽氣速率的工藝前提。但目前一是水環(huán)真空泵帶大氣噴射器的應(yīng)用不夠廣泛；二是在1.5--5kPa點(diǎn)的抽氣速率較小，與國外提高前輩廠家技術(shù)水平有一定差距。為進(jìn)一步推廣應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)研究改進(jìn)大氣噴射器的設(shè)計(jì)與水環(huán)真空泵的佳配比，因?yàn)闅饬髟诖髿鈬娚淦鞯膰娮?/span>(拉伐爾噴管)與擴(kuò)壓器的漸縮段活動(dòng)是超音速氣流，并且大氣與被抽氣體兩股氣流的混合過程中的動(dòng)量交換較為復(fù)雜，無法完全依賴?yán)碚撚?jì)算的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，必需進(jìn)行多次試驗(yàn)，但從擴(kuò)大水環(huán)真空泵的應(yīng)用及進(jìn)步其效率的角度出發(fā)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)試驗(yàn)研究，努力進(jìn)步其抽氣效率。