對水環真（zhēn）空泵的現狀、發展趨勢及設計

眾所周知，由於水環（huán）式真空泵和水環壓縮機具有結構簡單、使用維修方便的特點，因而在各行各業得到了廣泛的應用。特別是具有等（děng）溫壓縮（suō）的特點，極易抽（chōu）吸、壓縮易燃易爆的氣體。下麵就其發展及設計開發談幾（jǐ）點粗淺的看法。

1 大型化

    由於（yú）煤礦、化工、製藥、造紙等行業的發展，對水環真空泵（bèng）的要求越來越（yuè）向大型化方麵發展。在2000年以前，我國能生產抽氣量在100m³／min以上的水環真空泵僅3-4個企業，全國年產（chǎn）量也不過幾十台。而僅過了三（sān）年（nián），到2003年全國能生產100m³／min以上的大泵的（de）廠家達10多家(其中僅淄博地區就有7--8家)，據不完全（quán）統計，全國的大泵的產量達幾百台以（yǐ）上，這些產品主要應用於：
    (1)煤礦行業
    由於國家加強（qiáng）了對煤（méi）礦的（de）安全要求，因而用水環式（shì）真（zhēn）空泵（bèng），特別（bié）是大型水環式真空泵抽除瓦斯氣體已成為煤礦行業必須的安全要求（qiú），例如去年陝西某礦（kuàng）務局訂購的多台抽氣量達400m³／min的特大型（xíng）水（shuǐ）環真空（kōng）泵就是用以抽（chōu）除瓦斯氣體，有的一個大型煤礦使（shǐ）用100m³／min以上的大泵就達7--8台。隨（suí）著國家對安全工作進一步加強，大型、特大型水環式（shì）真空泵將在煤礦係（xì）統得到越來越廣（guǎng）泛的應用。
    此外，由於煤炭產量的飛速增加，煤礦的洗、選煤所用的真空過濾機也向大型化（huà）方麵（miàn）發展，在八十（shí）年代（dài）大多配（pèi）抽氣量為27m³／min的SZ-4型水環式真空泵，這在當（dāng）時也是較大的。而近幾年煤礦（kuàng）的過（guò）濾（lǜ）機都選配抽氣量為80--150m³／min的大型水（shuǐ）環（huán）真空泵，有的達到200m³／min以上，而且還有氣量繼續增大的趨勢。
    (2)化工行業
    a)氯堿行（háng）業
    近幾年來（lái）我國啟動了（le）許多大型的基本建設和技術改造項目（mù），這些項目的實童都需要大量（liàng）的聚氯乙烯材料（liào），特別是房地產的興旺，更加推動（dòng）了聚氯乙烯行業的發展，據氯堿行業的統計，我國去年生產了410萬（wàn）噸聚氯乙烯，進口了200可（kě）噸。據該行業的預測，2005年的全國需（xū）求量將達800萬噸（dūn），而（ér）到了2010年將達到1500萬噸，正是因為（wéi）需求量高速增加（jiā），使得我國的（de）氯堿行業的企業加改造擴產（chǎn），並且（qiě）近一、二年新上了許多企業。氯（lǜ）堿企（qǐ）業的發（fā）展，必須配套水（shuǐ）陝空泵和水環壓（yā）縮機j用以（yǐ）抽除和壓縮乙炔和氫氣（qì）的水環（huán）真空泵和水環壓縮機過（guò）去大也不過30m³／min，而（ér）現在年產10萬噸燒堿和10萬噸聚氯乙（yǐ）烯的企業，需要的水環真空泵（bèng）和水環壓縮機達70m³／min以上。
    在這裏需要特別介紹的是，正是由（yóu）於這個行業的發展，推動和加快了較高I力水環壓縮（suō）機的開（kāi）發和生（shēng）產。
    長期以來（lái），我國的水（shuǐ）環壓縮機一般是當（dāng）吸入壓力為1個大氣壓或略低於呔氣壓時，排除（chú）壓力為O．1MPa，即壓縮比為（wéi）2，個別企（qǐ）業（yè）生產過排除壓（yā）力（lì）達25MPaG的水環壓縮機，而且（qiě）僅1--2個規格。為了適應聚氯乙烯的生產，91原國務院重大裝備辦公（gōng）室在（zài）“八五”重大技術裝（zhuāng）備攻關項目--年產（chǎn）4噸低（dī）聚合度（dù）聚氯乙烯（xī）裝置設備研製中提出了氯乙烯回收水環壓縮機的研製攻（gōng）關（guān）課題，這種回收氯乙烯單體的水環壓縮機要求在吸入壓力為常壓或微負壓的情況下（xià），排出壓力要達到O.55-0.6MPaG，而且排氣（qì）量要達到700m³／min。經過幾年的努力，我公司（sī）於96年（nián）12月通過了由原國家機械部組織（zhī）的技術鑒定（dìng），客項技術酥達到了攻關要求。在（zài）此產品的基礎上，我公司又開發了係列產品，排（pái）氣量由90m³／min到2000m。／h。由於該設備是聚氯乙（yǐ）烯（xī）行業的關鍵設備（bèi）之一，因而（ér）在近幾年全國大上聚（jù）氯乙烯項目的形勢下，這種水環壓（yā）縮機得到了推廣和應用，完全替（tì）代了進口。
    b)化肥行（háng）業
    化（huà）肥行業特別是磷肥的生產也是我國經濟宏觀調控（kòng）中（zhōng）重點支持（chí）的產業，由於（yú）新上項目及老企業的技術改造均以上水平（píng）、上規模為主（zhǔ），因而大型、特大型水環真空泵在此也得到了應（yīng）用，如雲南某磷肥企業一次（cì）改造就新增抽氣量為300m³／min的特大型水環泵3台。
    此外，還有許多（duō）磷肥企業工藝要求在壓力為絕壓80--lOOhPa時，仍要有較大的抽氣能力，因而兩級水環真空泵及帶大（dà）氣噴（pēn）射器的兩級（jí）水（shuǐ）環真空泵用在（zài）這種工況下，就具有獨特（tè）的優勢，許多（duō）化肥企業淘汰了振動噪聲大而真空度較高的往複真空泵，用兩級水環式（shì）真空泵替代，並收（shōu）到了較好的效（xiào）果，可以說兩（liǎng）級水環（huán）式真空泵在該行業應用將會越來越廣（guǎng）泛（fàn）。
c)造紙行業
    上世紀末和本世紀初，我國的國債（zhài）投入造紙行業占有較大的比例（lì），全國各地的造紙廠爭先恐後地改造上水（shuǐ）平、上規模（mó），這大大地拉動（dòng）了大型水環真空泵的開發生產，東北某造紙廠一次改造抽氣量為400IIl3／min的特大型水環式真空泵(目前我國生產的大規格的水環真空泵)6台（tái），總配動力為400kW。可以（yǐ）說近幾年來的抽氣量在100m³／min以上的（de）大型（xíng）水環真空泵的50％是用在造紙（zhǐ）行業，而且這種發展趨勢有增無減。
    d)製藥行業
    真空濃縮脫水、幹燥、蒸餾是（shì）製藥企業的主要工藝過程（chéng），製藥企（qǐ）業的技（jì）術改造也同樣是（shì）上水平、上規模，這在一些大型製藥企業更為明顯。過去，大多用（yòng）10m³／min以下的小泵（bèng），而現在，在這些企業的項目招標中，抽氣量在20m³／min以上（shàng）的中、大型泵已占（zhàn）多數。此外，製藥行業的許多（duō）廠過去使用抽氣量為（wéi）6--12m³／min的兩級水環（huán）真空泵較多，而現（xiàn）在都配20-30m³／min的兩級水環真空泵，有的還達到60m³／min，如四川某（mǒu）合資製藥（yào）廠去年一次招標買抽（chōu）氣量為60m³／min的泵達到10台。
    除以上行（háng）業外，輕工（gōng）行（háng）業的食品、啤酒企業以及冶金、發電、石化、建（jiàn）材等行業的真空係統均向大型方麵發（fā）展，如山東（dōng）某鋁（lǚ）廠長期使用多台抽氣量為85m³／min的水環真空泵，而去年的技改項目（mù）設備招標要求的水（shuǐ）環真空泵泵抽氣量要達到140m³／min。

2 成套性

    應當說，在2000年以前（qián）國內的水環真空泵的生產廠家幾乎全是以銷售單泵為主，極少有用戶訂成套設備，而近兩年來，化工、製藥行業的技改項目設備招標中成套設備占的比（bǐ）例越來越大（dà），一般是要求配分離（lí）器、冷卻器（qì）(換熱器)、補液泵、閥門、儀表、管件以及控製裝置，形（xíng）成閉式循環，並且要求與企（qǐ）業的OCS係統相連，對液位、壓（yā）力、力量等進行在線控製。
    對這種機（jī）電一體化成套設備的要求在許多行業越（yuè）來（lái）越普遍。

較高（gāo）真空下要求較大的抽氣量

    許多化工、製藥行業的真空蒸餾、濃縮、脫水、幹燥以（yǐ）及發電（diàn）廠的抽除尾（wěi）氣都要求在吸入壓力為3--8kPa之間有較大的抽氣量，單級水環真空泵在（zài）這一區間抽氣能力已相當弱，而兩級水環真（zhēn）空泵和帶一級大（dà）氣噴射器（qì）的兩級水環真空泵的特點是在該區間有較大的吸氣量，在（zài）2000年以前對於兩級泵的需求大多是15m³／min以下，而現（xiàn）在（zài）達40-50m³／min。此外，還應當指出，單級水環真空泵帶（dài）一級大氣噴射器時（shí），如果設計合理，在吸入（rù）壓力（lì）為4--5kPa時仍有較大的抽氣量，這大大擴大了單級水環真空泵的使用範圍，如我（wǒ）國某飛機研究所就使用該類泵多台（tái）。
    綜上所（suǒ）述（shù），可以看出，水環真空泵及水環壓縮機作為基本的粗低真空獲得設備在各行業得到了廣泛的應用，也可以說國民經濟各行業的迅（xùn）速發展（zhǎn）推動了水環真空泵和水環壓縮機的開發生（shēng）產。因此為使其更好地適應各行業的發展，現就該泵的研製開發提出以（yǐ）下幾點粗淺的看法。
    (1)用可（kě）行性（xìng）設計和（hé）高性能的密封件，提高整機的平均（jun1）無故障運行期（MTBF）
   水環真空泵及水環壓縮機的工作可靠性，即（jí）平均無故障運行期，應當說與其它的（de）粗低真空獲得設備相比還是較高的，平均無故障運（yùn）行期可達10000小時以上。但隨著各行業技術進步工作的加強和對整個真空係統的可靠性（xìng）要求的提高，因而對其可靠性要求也相應更高了。特別是在化工和煤礦（kuàng）抽瓦斯氣體的這（zhè）樣對安（ān）全要求（qiú）嚴格的工況下（xià），泵（bèng）要長期持（chí）續運轉，國際先進水（shuǐ）平可達（dá）幾萬小時以上。所以水環真空泵和水環壓縮機的設計工作的開發情況和製造條件的限製以（yǐ）及密封件（特別是機械（xiè）密封件（jiàn））的質量現狀，要真正提（tí）高整機的可靠性尚需進一步對以上幾方麵的工作進一步加強。
    (2)采用優化設計方法（fǎ），努力提高泵的（de）效（xiào）率，降低（dī）能（néng）耗
    水環真空泵和水環（huán）壓縮機是耗（hào）能高，效率低的產品，這是公認（rèn）的（de）事實，小泵一般為30-35%，大泵達40%或略高，這樣低的效率與國家對機電產品的要求及我國目前能源緊張的現狀是（shì）極不相適應的。因此應（yīng）盡快采用優化設計方法（fǎ），對影響泵的效率關鍵的葉輪（lún）的各幾何參數及吸排氣孔的起始位置、麵積等建立數學模型，進（jìn）行優化（huà）設計，選擇（zé）各參數的佳組合方案，並采用汽液兩（liǎng）相流的有關理論及計（jì）算公式進行設計，盡量減少水環的渦流損失，達到提高效率的目的。所以說（shuō）盡快設計（jì）開發成功高效節能的水環真空（kōng）泵及壓縮機以淘汰耗能高、效率低的落後（hòu）產品是擺在水環（huán）真空（kōng）泵的設計（jì）開發、生產企業麵前的一項重要（yào）工作。
3)提高帶大氣噴射器時的工況點的氣量
    國（guó）外無論單級水環真空泵還是兩級水環（huán）真空泵配大氣噴射器以提高在較低吸入壓力下（xià）的（de）抽氣量的情況還是（shì）較多的。從國（guó）外技術先進的企業的技術資料上可以看出，單級水環（huán）真空泵帶一級大氣噴（pēn）射器時，在吸入壓力為（wéi）5kPa點，抽氣速率可達該泵不（bú）帶大（dà）氣噴射時吸入壓力為400hPa點的抽（chōu）氣速率（用戶（hù）常用的單級水環真空泵的共況點）的65--70%，兩級水（shuǐ）環真空泵帶一級大氣（qì）噴射器時，在吸入壓力為1.5kPa點抽氣速率可達該泵不（bú）帶大氣噴射器時（shí）吸入（rù）壓力為8kPa點的抽氣速率（兩級水環真空泵常用（yòng）的工況（kuàng）點）的70--75%，這樣便大大擴大（dà）了水環真空（kōng）泵的應用範圍，即滿足了化工、製藥、輕工、儀器、冶金、發電等行業要求在吸入壓力為1.5--5kPa點大抽氣速率的工藝條件。但目前國內一是水環真空泵帶（dài）大氣噴射器的應用不夠廣（guǎng）泛；二是在1.5--5kPa點的抽氣速率（lǜ）較小，與國外先進廠家技術水平有一定差距。為進一步推廣應用，應（yīng）當研究改進（jìn）大氣噴（pēn）射（shè）器的設計與水環真空泵的佳配比，由於氣流在大氣噴射器的噴嘴（拉（lā）伐爾噴管）與擴壓器的漸縮段流動是超音速氣流，並且大氣與被抽氣體兩股氣流的混合過程中的動量交換較為複雜，無法完全依靠理論計算的方（fāng）法進行設計（jì），必須進行多次試驗（yàn），但（dàn）從擴大水環真空泵的應用及提高其效率的角度（dù）出發應當加強試驗研究（jiū），努力提高其抽氣效率。