透平真空設(shè)備在造紙行業(yè)應(yīng)用

造紙真空系統(tǒng)中兩種常見的真空發(fā)生設(shè)備-水環(huán)真空泵和透平風機的綜合比較水環(huán)真空泵和透平風機是現(xiàn)代造紙真空系統(tǒng)中最常見的兩種真空發(fā)生設(shè)備，通過比較兩者的發(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，總結(jié)兩者的優(yōu)點和缺點，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。而透平風機在中國的造紙行業(yè)應(yīng)用引入比較晚，從2007年才開始正式有投入使用，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)”。事實上這兩種真空發(fā)生設(shè)備發(fā)明的時間非常接近，在造紙行業(yè)中使用都有較長的歷史。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，仍占據(jù)市場主導(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?，F(xiàn)時在中國造紙行業(yè)中常見的水環(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70年代末和80年代由西門子公司設(shè)計制造，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)?，F(xiàn)時國內(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。透平風機同樣出現(xiàn)在20世紀初，最初作為壓縮機使用。1900年由法國拉托廠首先制造出第一臺透平壓縮機。瑞士的蘇爾壽公司從1903年開始研制透平壓縮機，是最早生產(chǎn)透平真空風機的廠家之一，2001年蘇爾壽公司并入德國曼集國，組建成現(xiàn)在的曼透平公司。曼透平公司是現(xiàn)時在中國能提供造紙真空泵系統(tǒng)用透平真空風機的主流廠家，該公司生產(chǎn)的透平風機在造紙真空系統(tǒng)有超過60年的應(yīng)用歷史，主要有RC、RCL和RT三個系列的透平真空風機。根據(jù)國外的造紙工藝教材介紹，美國德萊賽公司原來也生產(chǎn)用于造紙真空系統(tǒng)的透平風機，但現(xiàn)在該公司已經(jīng)不涉足該類應(yīng)用。我國現(xiàn)有陜西鼓風機廠、沈陽鼓風機廠和上海鼓風機廠等多家生產(chǎn)透平風機的廠家，均不涉足造紙行業(yè)?？梢娝h(huán)真空泵和透平風機起源于同一時期，在造紙真空系統(tǒng)中的應(yīng)用都有較長的歷史，但水環(huán)真空泵在該領(lǐng)域得到蓬勃的發(fā)展，而透平風機在該領(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，當葉輪旋轉(zhuǎn)時，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、排氣三個工作階段。通常在紙廠中使用的是單級水環(huán)真空泵，它可以提供全范圍的真空容量。透平風機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，提高氣體壓力和動能，并利用相繼的通流元件使氣流減速，將動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Φ奶岣?。通常使用多級組合壓縮獲得最終需要的壓力。作為真空發(fā)生器使用時，排出的最終壓力為大氣壓，吸入壓力則為負壓。通常在紙廠中使用較多的是多級離心式透平風機，壓力逐級升高，各級均有吸入口，每個吸入口有不同的真空度。若使用單級的透平風機，則只能在單個較小的真空范圍內(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，透平風機要求的工作轉(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。而氣體在透平風機內(nèi)的流速很高，由于摩擦和壓縮均產(chǎn)生熱量會讓氣體溫度急劇升高，往往需要在中間級增加冷卻裝置。透平風機為干式真空發(fā)生設(shè)備，相比需要帶動水環(huán)工作的水環(huán)真空泵，效率會更高一些，但是這樣的干式真空設(shè)備對于水比較敏感，較多水進入到透平風機內(nèi)可能會直接導(dǎo)致其損壞。此外，當吸入流量小于透平風機的設(shè)計值時，氣流可能脫離風機的葉片，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，風機的氣體流量和排氣壓力周期性地低頻率、大振幅波動，引起機器的強烈振動，這種現(xiàn)象稱為透平風機的喘振。4、結(jié)構(gòu)特征的比較水環(huán)真空泵一般為單級葉片，如圖1所示，結(jié)構(gòu)簡單，葉輪與泵體之間通過工作水密封，沒有剛性機械接觸，可抽吸含水份或粉塵的氣體。由于工作轉(zhuǎn)速較低，工作負荷不大，只需使用最簡單的滾子軸承結(jié)構(gòu)。進入到透平風機溫度會進一步升高，氣體膨脹而會對透平風機的性能造成負面影響。透平風機獲得熱回收的同時，也造成了其內(nèi)部的高溫工作環(huán)境，會增加透平風機零件變形而產(chǎn)生故障的風險。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，水的實際損耗量不會很大。此外由于透平風機工作的不穩(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。6、總結(jié)盡管透平風機在設(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，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、投產(chǎn)成本大，在使用維護的可操作性