透平真空設(shè)備在造紙行業(yè)應(yīng)用

造紙真空系統(tǒng)中兩種常見(jiàn)的真空發(fā)生設(shè)備-水環(huán)真空泵和透平風(fēng)機(jī)的綜合比較水環(huán)真空泵和透平風(fēng)機(jī)是現(xiàn)代造紙真空系統(tǒng)中最常見(jiàn)的兩種真空發(fā)生設(shè)備，通過(guò)比較兩者的發(fā)展歷史、工作原理、結(jié)構(gòu)特征和在造紙真空系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)，總結(jié)兩者的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，希望能給造紙行業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員選用真空發(fā)生設(shè)備時(shí)提供參考。1、前言水環(huán)真空泵是造紙真空系統(tǒng)最普遍使用的設(shè)備，為造紙行業(yè)技術(shù)人員所熟知。而透平風(fēng)機(jī)在中國(guó)的造紙行業(yè)應(yīng)用引入比較晚，從2007年才開(kāi)始正式有投入使用，造紙行業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員了解甚少，常被視為是“新技術(shù)”。事實(shí)上這兩種真空發(fā)生設(shè)備發(fā)明的時(shí)間非常接近，在造紙行業(yè)中使用都有較長(zhǎng)的歷史。兩者各有優(yōu)劣，不能相互取代，故一直在造紙行業(yè)共存，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，水環(huán)真空泵更具優(yōu)勢(shì)，仍占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。2、發(fā)展歷史的比較水環(huán)真空泵分別于1903年由美國(guó)人HouisNash和1905年由西門子公司在相互不了解的情況下發(fā)明出來(lái)。現(xiàn)時(shí)在中國(guó)造紙行業(yè)中常見(jiàn)的水環(huán)真空泵有幾種，其中2BE1系列和2BE3系列平板泵分別于上世紀(jì)70年代末和80年代由西門子公司設(shè)計(jì)制造，CBF系列平板泵由廣東省佛山水泵廠有限公司于1999年設(shè)計(jì)制造;CL系列和904系列錐體泵分別于1962年和1984年由納氏公司研制。水環(huán)真空泵在造紙真空系統(tǒng)有超過(guò)80年的應(yīng)用歷史，世界上90%的造紙廠均采用水環(huán)真空泵組建真空系統(tǒng)。現(xiàn)時(shí)國(guó)內(nèi)外都有大量生產(chǎn)用于造紙真空系統(tǒng)水環(huán)真空泵的廠家。透平風(fēng)機(jī)同樣出現(xiàn)在20世紀(jì)初，最初作為壓縮機(jī)使用。1900年由法國(guó)拉托廠首先制造出第一臺(tái)透平壓縮機(jī)。瑞士的蘇爾壽公司從1903年開(kāi)始研制透平壓縮機(jī)，是最早生產(chǎn)透平真空風(fēng)機(jī)的廠家之一，2001年蘇爾壽公司并入德國(guó)曼集國(guó)，組建成現(xiàn)在的曼透平公司。曼透平公司是現(xiàn)時(shí)在中國(guó)能提供造紙真空泵系統(tǒng)用透平真空風(fēng)機(jī)的主流廠家，該公司生產(chǎn)的透平風(fēng)機(jī)在造紙真空系統(tǒng)有超過(guò)60年的應(yīng)用歷史，主要有RC、RCL和RT三個(gè)系列的透平真空風(fēng)機(jī)。根據(jù)國(guó)外的造紙工藝教材介紹，美國(guó)德萊賽公司原來(lái)也生產(chǎn)用于造紙真空系統(tǒng)的透平風(fēng)機(jī)，但現(xiàn)在該公司已經(jīng)不涉足該類應(yīng)用。我國(guó)現(xiàn)有陜西鼓風(fēng)機(jī)廠、沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠和上海鼓風(fēng)機(jī)廠等多家生產(chǎn)透平風(fēng)機(jī)的廠家，均不涉足造紙行業(yè)?？梢?jiàn)水環(huán)真空泵和透平風(fēng)機(jī)起源于同一時(shí)期，在造紙真空系統(tǒng)中的應(yīng)用都有較長(zhǎng)的歷史，但水環(huán)真空泵在該領(lǐng)域得到蓬勃的發(fā)展，而透平風(fēng)機(jī)在該領(lǐng)域發(fā)展滯緩。3、工作原理的比較水環(huán)真空泵的工作原理是：葉輪與泵體呈偏心配置，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水在離心力的作用下沿泵體內(nèi)壁形成近乎等厚的旋轉(zhuǎn)水環(huán)，水環(huán)內(nèi)表面與葉輪輪轂外表面構(gòu)成月牙形的工作腔，并被葉輪葉片分割成大小不等的空腔。前半轉(zhuǎn)空腔的容積逐漸擴(kuò)大，氣體從外界吸入;后半轉(zhuǎn)空腔的容積逐漸縮小，氣體被壓縮后排出外界。從而完成吸氣、壓縮、排氣三個(gè)工作階段。通常在紙廠中使用的是單級(jí)水環(huán)真空泵，它可以提供全范圍的真空容量。透平風(fēng)機(jī)的工作原理是利用葉片和氣體的相互作用，葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，提高氣體壓力和動(dòng)能，并利用相繼的通流元件使氣流減速，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Φ奶岣?。通常使用多?jí)組合壓縮獲得最終需要的壓力。作為真空發(fā)生器使用時(shí)，排出的最終壓力為大氣壓，吸入壓力則為負(fù)壓。通常在紙廠中使用較多的是多級(jí)離心式透平風(fēng)機(jī)，壓力逐級(jí)升高，各級(jí)均有吸入口，每個(gè)吸入口有不同的真空度。若使用單級(jí)的透平風(fēng)機(jī)，則只能在單個(gè)較小的真空范圍內(nèi)工作。由于工作原理上不相同，要求有不相同的轉(zhuǎn)速，水環(huán)真空泵要求的工作轉(zhuǎn)速較低，一般的葉輪線速度為14~24m/s，透平風(fēng)機(jī)要求的工作轉(zhuǎn)速較高，一般葉輪線速度為300~500m/s，是水環(huán)真空泵的二十倍以上。由于氣體在水環(huán)真空泵內(nèi)的流速較低，并且會(huì)被水環(huán)泵內(nèi)的水冷卻，因此吸入與排出的氣體溫度近乎不變。而氣體在透平風(fēng)機(jī)內(nèi)的流速很高，由于摩擦和壓縮均產(chǎn)生熱量會(huì)讓氣體溫度急劇升高，往往需要在中間級(jí)增加冷卻裝置。透平風(fēng)機(jī)為干式真空發(fā)生設(shè)備，相比需要帶動(dòng)水環(huán)工作的水環(huán)真空泵，效率會(huì)更高一些，但是這樣的干式真空設(shè)備對(duì)于水比較敏感，較多水進(jìn)入到透平風(fēng)機(jī)內(nèi)可能會(huì)直接導(dǎo)致其損壞。此外，當(dāng)吸入流量小于透平風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)值時(shí)，氣流可能脫離風(fēng)機(jī)的葉片，出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速的現(xiàn)象。隨著失速的產(chǎn)生和發(fā)展，可能出現(xiàn)另一種不穩(wěn)定工況現(xiàn)象，風(fēng)機(jī)的氣體流量和排氣壓力周期性地低頻率、大振幅波動(dòng)，引起機(jī)器的強(qiáng)烈振動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為透平風(fēng)機(jī)的喘振。4、結(jié)構(gòu)特征的比較水環(huán)真空泵一般為單級(jí)葉片，如圖1所示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，葉輪與泵體之間通過(guò)工作水密封，沒(méi)有剛性機(jī)械接觸，可抽吸含水份或粉塵的氣體。由于工作轉(zhuǎn)速較低，工作負(fù)荷不大，只需使用最簡(jiǎn)單的滾子軸承結(jié)構(gòu)。進(jìn)入到透平風(fēng)機(jī)溫度會(huì)進(jìn)一步升高，氣體膨脹而會(huì)對(duì)透平風(fēng)機(jī)的性能造成負(fù)面影響。透平風(fēng)機(jī)獲得熱回收的同時(shí)，也造成了其內(nèi)部的高溫工作環(huán)境，會(huì)增加透平風(fēng)機(jī)零件變形而產(chǎn)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。水環(huán)真空泵雖然要以水為工作液，但一般都是循環(huán)使用的，水的實(shí)際損耗量不會(huì)很大。此外由于透平風(fēng)機(jī)工作的不穩(wěn)定，容易造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定而需重復(fù)生產(chǎn)，造成其他能源的浪費(fèi)。6、總結(jié)盡管透平風(fēng)機(jī)在設(shè)備能耗、熱回收和節(jié)約水方面相比水環(huán)真空泵更具優(yōu)勢(shì)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、投產(chǎn)成本大，在使用維護(hù)的可操作性