水環真空泵的現狀、發展趨勢及設計

由於煤礦、化工、製藥、造紙等行業的發展，對水環真空泵的要求越來越向大型化方面發展。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，全國年產量也不過幾十台。而僅過了三年，到2003年全國能生產100m3／min以上的大泵的廠家達10多家(其中僅淄博地區就有7--8家)，據不完全統計，全國的大泵的產量達幾百台以上，這些產品主要應用於：

(1)煤礦行業

由於國家加強了對煤礦的安全要求，因而用水環真空泵，特別是大型水環真空泵抽除瓦斯氣體已成為煤礦行業必須的安全要求，例如去年陝西某礦務局訂購的多台抽氣量達400m3／min的特大型水環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7--8台。隨著國家對安全工作進一步加強，大型、特大型水環真空泵將在煤礦系統得到越來越廣泛的應用。

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方面發展，在八十年代大多配抽氣量為27m3／min的SZ-4型水環真空泵，這在當時也是較大的。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)氯鹼行業

近幾年來我國啟動了許多大型的基本建設和技術改造項目，這些項目的實童都需要大量的聚氯乙烯材料，特別是房地產的興旺，更加推動了聚氯乙烯行業的發展，據氯鹼行業的統計，我國去年生產了410萬噸聚氯乙烯，進口了200可噸。據該行業的預測，2005年的全國需求量將達800萬噸，而到了2010年將達到1500萬噸，正是因為需求量高速增加，使得我國的氯鹼行業的企業加改造擴產，並且近一、二年新上了許多企業。氯鹼企業的發展，必須配套水陝空泵和水環壓縮機j用以抽除和壓縮乙炔和氫氣的水環真空泵和水環壓縮機過去最大也不過30m3／min，而現在年產10萬噸燒鹼和10萬噸聚氯乙烯的企業，需要的水環真空泵和水環壓縮機達70m3／min以上。

在這裡需要特別介紹的是，正是由於這個行業的發展，推動和加快了較高I力水環壓縮機的開發和生產。

長期以來，我國的水環壓縮機一般是當吸入壓力為1個大氣壓或略低於呔氣壓時，排除壓力為O.1MPa，即壓縮比為2，個別企業生產過排除壓力達25MPaG的水環壓縮機，而且僅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室在“八五”重大技術裝備攻關項目--年產4噸低聚合度聚氯乙烯裝置設備研製中提出了氯乙烯回收水環壓縮機的研製攻關課題，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，排出壓力要達到O.55-0.6MPaG，而且排氣量要達到700m3／min。經過幾年的努力，我公司於96年12月通過了由原國家機械部組織的技術鑒定，客項技術酥達到了攻關要求。在此產品的基礎上，我公司又開發了系列產品，排氣量由90m3／min到2000m。／h。由於該設備是聚氯乙烯行業的關鍵設備之一，因而在近幾年全國大上聚氯乙烯項目的形勢下，這種水環壓縮機得到了推廣和應用，完全替代了進口。

b)化肥行業

化肥行業特別是磷肥的生產也是我國經濟宏觀調控中重點支持的產業，由於新上項目及老企業的技術改造均以上水平、上規模為主，因而大型、特大型水環真空泵在此也得到了應用，如雲南某磷肥企業一次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氣噴射器的兩級水環真空泵用在這種工況下，就具有獨特的優勢，許多化肥企業淘汰了振動雜訊大而真空度較高的往複真空泵，用兩級水環真空泵替代，並收到了較好的效果，可以說兩級水環真空泵在該行業應用將會越來越廣泛。

c)造紙行業

上世紀末和本世紀初，我國的國債投入造紙行業佔有較大的比例，全國各地的造紙廠爭先恐後地改造上水平、上規模，這大大地拉動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的特大型水環真空泵(目前我國生產的最大規格的水環真空泵)6台，總配動力為400kW。可以說近幾年來的抽氣量在100m3／min以上的大型水環真空泵的50%是用在造紙行業，而且這種發展趨勢有增無減。

d)製藥行業

真空濃縮脫水、乾燥、蒸餾是製藥企業的主要工藝過程，製藥企業的技術改造也同樣是上水平、上規模，這在一些大型製藥企業更為明顯。過去，大多用10m3／min以下的小泵，而現在，在這些企業的項目招標中，抽氣量在20m3／min以上的中、大型泵已佔多數。此外，製藥行業的許多廠過去使用抽氣量為6--12m3／min的兩級水環真空泵較多，而現在都配20-30m3／min的兩級水環真空泵，有的還達到60m3／min，如四川某合資製藥廠去年一次招標買抽氣量為60m3／min的泵達到10台。

除以上行業外，輕工行業的食品、啤酒企業以及冶金、發電、石化、建材等行業的真空系統均向大型方面發展，如山東某鋁廠長期使用多台抽氣量為85m3／min的水環真空泵，而去年的技改項目設備招標要求的水環真空泵抽氣量要達到140m3／min。

2成套性

應當說，在2000年以前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、儀錶、管件以及控制裝置，形成閉式循環，並且要求與企業的OCS系統相連，對液位、壓力、力量等進行在線控制。

對這種機電一體化成套設備的要求在許多行業越來越普遍。

3較高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、乾燥以及發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，單級水環真空泵在這一區間抽氣能力已相當弱，而兩級水環真空泵和帶一級大氣噴射器的兩級水環真空泵的特點是在該區間有較大的吸氣量，在2000年以前對於兩級泵的需求大多是15m3／min以下，而現在達40-50m3／min。此外，還應當指出，單級水環真空泵帶一級大氣噴射器時，如果設計合理，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真空泵的使用範圍，如我國某飛機研究所就使用該類泵多台。

綜上所述，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速發展推動了水環真空泵和水環壓縮機的開發生產。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下幾點粗淺的看法。

(1)用可行性設計和高性能的密封件，提高整機的平均無故障運行期(MTBF)

水環真空泵及水環壓縮機的工作可靠性，即平均無故障運行期，應當說與其它的粗低真空獲得設備相比還是較高的，平均無故障運行期可達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系統的可靠性要求的提高，因而對其可靠性要求也相應更高了。特別是在化工和煤礦抽瓦斯氣體的這樣對安全要求嚴格的工況下，泵要長期持續運轉，國際先進水平可達幾萬小時以上。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制以及密封件(特別是機械密封件)的質量現狀，要真正提高整機的可靠性尚需進一步對以上幾方面的工作進一步加強。

(2)採用優化設計方法，努力提高泵的效率，降低能耗

水環真空泵和水環壓縮機是耗能高，效率低的產品，這是公認的事實，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極不相適應的。因此應儘快採用優化設計方法，對影響泵的效率最關鍵的葉輪的各幾何參數及吸排氣孔的起始位置、面積等建立數學模型，進行優化設計，選擇各參數的最佳組合方案，並採用汽液兩相流的有關理論及計算公式進行設計，盡量減少水環的渦流損失，達到提高效率的目的。所以說儘快設計開發成功高效節能的水環真空泵及壓縮機以淘汰耗能高、效率低的落後產品是擺在水環真空泵的設計開發、生產企業面前的一項重要工作。

(3)提高帶大氣噴射器時的工況點的氣量。

國外無論單級水環真空泵還是兩級水環真空泵配大氣噴射器以提高在較低吸入壓力下的抽氣量的情況還是較多的。從國外技術先進的企業的技術資料上可以看出，單級水環真空泵帶一級大氣噴射器時，在吸入壓力為5kPa點，抽氣速率可達該泵不帶大氣噴射時吸入壓力為400hPa點的抽氣速率(用戶常用的單級水環真空泵的共況點)的65--70%，兩級水環真空泵帶一級大氣噴射器時，在吸入壓力為1.5kPa點抽氣速率可達該泵不帶大氣噴射器時吸入壓力為8kPa點的抽氣速率(兩級水環真空泵常用的工況點)的70--75%，這樣便大大擴大了水環真空泵的應用範圍，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大氣噴射器的應用不夠廣泛；二是在1.5--5kPa點的抽氣速率較小，與國外先進廠家技術水平有一定差距。為進一步推廣應用，應當研究改進大氣噴射器的設計與水環真空泵的最佳配比，由於氣流在大氣噴射器的噴嘴(拉伐爾噴管)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法進行設計，必須進行多次試驗，但從擴大水環真空泵的應用及提高其效率的角度出發應當加強試驗研究，努力提高其抽氣效率。