對水環(huán)真空泵發(fā)展和設(shè)計的幾點看法

眾所周知，由于水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機具有結(jié)構(gòu)簡單、使用維修方便的特點，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，極易抽吸、壓縮易燃易爆的氣體。

下面就其發(fā)展及設(shè)計開發(fā)談幾點粗淺的看法。

1 大型化    由于煤礦、化工、制藥、造紙等行業(yè)的發(fā)展，對水環(huán)真空泵的要求越來越向大型化方面發(fā)展。在2000年以前，我國能生產(chǎn)抽氣量在100m3／min以上的水環(huán)真空泵僅3-4個企業(yè)，全國年產(chǎn)量也不過幾十臺。而僅過了三年，到2003年全國能生產(chǎn)100m3／min以上的大泵的廠家達(dá)10多家(其中僅淄博地區(qū)就有7--8家)，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國的大泵的產(chǎn)量達(dá)幾百臺以上，這些產(chǎn)品主要應(yīng)用于：    (1)煤礦行業(yè)    由于國家加強了對煤礦的安全要求，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)必須的安全要求，例如去年陜西某礦務(wù)局訂購的多臺抽氣量達(dá)400m3／min的特大型水環(huán)真空泵就是用以抽除瓦斯氣體，有的一個大型煤礦使用100m3／min以上的大泵就達(dá)7--8臺。隨著國家對安全工作進(jìn)一步加強，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，由于煤炭產(chǎn)量的飛速增加，煤礦的洗、選煤所用的真空過濾機也向大型化方面發(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)時也是較大的。而近幾年煤礦的過濾機都選配抽氣量為80--150m3／min的大型水環(huán)真空泵，有的達(dá)到200m3／min以上，而且還有氣量繼續(xù)增大的趨勢。    (2)化工行業(yè)    a)氯堿行業(yè)    近幾年來我國啟動了許多大型的基本建設(shè)和技術(shù)改造項目，這些項目的實童都需要大量的聚氯乙烯材料，特別是房地產(chǎn)的興旺，更加推動了聚氯乙烯行業(yè)的發(fā)展，據(jù)氯堿行業(yè)的統(tǒng)計，我國去年生產(chǎn)了410萬噸聚氯乙烯，進(jìn)口了200可噸。據(jù)該行業(yè)的預(yù)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，正是因為需求量高速增加，使得我國的氯堿行業(yè)的企業(yè)加改造擴產(chǎn)，并且近一、二年新上了許多企業(yè)。氯堿企業(yè)的發(fā)展，必須配套水陜空泵和水環(huán)壓縮機j用以抽除和壓縮乙炔和氫氣的水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機過去z*大也不過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)壓縮機達(dá)70m3／min以上。    在這里需要特別介紹的是，正是由于這個行業(yè)的發(fā)展，推動和加快了較高I力水環(huán)壓縮機的開發(fā)和生產(chǎn)。    長期以來，我國的水環(huán)壓縮機一般是當(dāng)吸入壓力為1個大氣壓或略低于呔氣壓時，排除壓力為O．1MPa，即壓縮比為2，個別企業(yè)生產(chǎn)過排除壓力達(dá) 25MPaG的水環(huán)壓縮機，而且僅1--2個規(guī)格。為了適應(yīng)聚氯乙烯的生產(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)壓縮機的研制攻關(guān)課題，這種回收氯乙烯單體的水環(huán)壓縮機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)過幾年的努力，我公司于96年12月通過了由原國家機械部組織的技術(shù)鑒定，客項技術(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。由于該設(shè)備是聚氯乙烯行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一，因而在近幾年全國大上聚氯乙烯項目的形勢下，這種水環(huán)壓縮機得到了推廣和應(yīng)用，完全替代了進(jìn)口。    b)化肥行業(yè)    化肥行業(yè)特別是磷肥的生產(chǎn)也是我國經(jīng)濟宏觀調(diào)控中重點支持的產(chǎn)業(yè)，由于新上項目及老企業(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。    此外，還有許多磷肥企業(yè)工藝要求在壓力為絕壓80--lOOhPa時，仍要有較大的抽氣能力，因而兩級水環(huán)真空泵及帶大氣噴射器的兩級水環(huán)真空泵用在這種工況下，就具有獨特的優(yōu)勢，許多化肥企業(yè)淘汰了振動噪聲大而真空度較高的往復(fù)真空泵，用兩級水環(huán)真空泵替代，并收到了較好的效果，可以說兩級水環(huán)真空泵在該行業(yè)應(yīng)用將會越來越廣泛。    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)占有較大的比例，全國各地的造紙廠爭先恐后地改造上水平、上規(guī)模，這大大地拉動了大型水環(huán)真空泵的開發(fā)生產(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(目前我國生產(chǎn)的z*大規(guī)格的水環(huán)真空泵)6臺，總配動力為400kW。可以說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)更為明顯。過去，大多用 10m3／min以下的小泵，而現(xiàn)在，在這些企業(yè)的項目招標(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)的許多廠過去使用抽氣量為6--12m3／min的兩級水環(huán)真空泵較多，而現(xiàn)在都配20-30m3／min的兩級水環(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。    除以上行業(yè)外，輕工行業(yè)的食品、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抽氣量為85m3／min的水環(huán)真空泵，而去年的技改項目設(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年以前國內(nèi)的水環(huán)真空泵的生產(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)、補液泵、閥門、儀表、管件以及控制裝置，形成閉式循環(huán)，并且要求與企業(yè)的OCS系統(tǒng)相連，對液位、壓力、力量等進(jìn)行在線控制。    對這種機電一體化成套設(shè)備的要求在許多行業(yè)越來越普遍。   

3 較高真空下要求較大的抽氣量    許多化工、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，單級水環(huán)真空泵在這一區(qū)間抽氣能力已相當(dāng)弱，而兩級水環(huán)真空泵和帶一級大氣噴射器的兩級水環(huán)真空泵的特點是在該區(qū)間有較大的吸氣量，在2000年以前對于兩級泵的需求大多是 15m3／min以下，而現(xiàn)在達(dá)40-50m3／min。此外，還應(yīng)當(dāng)指出，單級水環(huán)真空泵帶一級大氣噴射器時，如果設(shè)計合理，在吸入壓力為4-- 5kPa時仍有較大的抽氣量，這大大擴大了單級水環(huán)真空泵的使用范圍，如我國某飛機研究所就使用該類泵多臺。    綜上所述，可以看出，水環(huán)真空泵及水環(huán)壓縮機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)濟各行業(yè)的迅速發(fā)展推動了水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機的開發(fā)生產(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)提出以下幾點粗淺的看法。(1)用可行性設(shè)計和高性能的密封件，提高整機的平均無故障運行期（MTBF）    水環(huán)真空泵及水環(huán)壓縮機的工作可靠性，即平均無故障運行期，應(yīng)當(dāng)說與其它的粗低真空獲得設(shè)備相比還是較高的，平均無故障運行期可達(dá)10000小時以上。但隨著各行業(yè)技術(shù)進(jìn)步工作的加強和對整個真空系統(tǒng)的可靠性要求的提高，因而對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安全要求嚴(yán)格的工況下，泵要長期持續(xù)運轉(zhuǎn)，國際先進(jìn)水平可達(dá)幾萬小時以上。所以水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機的設(shè)計工作的開發(fā)情況和制造條件的限制以及密封件（特別是機械密封件）的質(zhì)量現(xiàn)狀，要真正提高整機的可靠性尚需進(jìn)一步對以上幾方面的工作進(jìn)一步加強。(2)采用優(yōu)化設(shè)計方法，努力提高泵的效率，降低能耗    水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機是耗能高，效率低的產(chǎn)品，這是公認(rèn)的事實，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機電產(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)計方法，對影響泵的效率z*關(guān)鍵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，選擇各參數(shù)的z*佳組合方案，并采用汽液兩相流的有關(guān)理論及計算公式進(jìn)行設(shè)計，盡量減少水環(huán)的渦流損失，達(dá)到提高效率的目的。所以說盡快設(shè)計開發(fā)成功高效節(jié)能的水環(huán)真空泵及壓縮機以淘汰耗能高、效率低的落后產(chǎn)品是擺在水環(huán)真空泵的設(shè)計開發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)面前的一項重要工作。