陳首挺 廣東省佛山水泵廠有限公司 廣東 佛山 (528000)

造紙過程中水對水環(huán)真空泵性能的影響和合理控制的建議

陳首挺 廣東省佛山水泵廠有限公司 廣東 佛山 (528000)

水環(huán)真空泵是紙機濕部真空系統(tǒng)最常用的真空發(fā)生裝置[1]。它以水為工作液，又是紙頁脫水的輔助設備。因此，水對它的影響不容忽視。通過對水環(huán)真空泵的工作原理和特點的分析，說明在紙的抄造過程中，不同途徑的來水對水環(huán)真空泵性能的影響，并指出現在紙廠普遍存在的使用問題。提出了合理控制各種途徑的來水，從而減少不必要的能量和水資源浪費的方法和建議。

水環(huán)真空泵；造紙；水；節(jié)能減排

1 前言

造紙過程中需要耗費大量的水和電，節(jié)能減排一直是造紙企業(yè)環(huán)境保護和提升市場競爭力的重要課題，為了減少能耗和污水排放，造紙企業(yè)需要花費大量的財力物力進行工藝改進和水處理。據了解，由水環(huán)真空泵組成的真空系統(tǒng)的能耗約占整個紙機能耗的25%～40%，其性能的好壞直接影響到紙機的工作效率。在造紙過程中，不同途徑的來水量控制不當，對水環(huán)真空泵的工作都會造成不良的影響。但現在有關水環(huán)真空泵在造紙行業(yè)應用的報道，一般都沒有針對這方面的詳細分析和說明。故此，紙廠的工作人員往往會忽略生產中不同途徑的來水對水環(huán)真空泵性能影響的嚴重性，也不了解如何合理控制不同途徑的來水。從而導致他們在生產中往往對水環(huán)真空泵不同途徑的來水控制不當，致使水環(huán)真空泵的性能下降，造成大量不必要的能量浪費，此外，還造成水質惡化、可循環(huán)利用率下降的后果。因此，合理控制從各種途徑進入水環(huán)真空泵的水量，減少浪費，是現代紙廠最簡單和直接的節(jié)能減排方法。

2 水環(huán)真空泵的工作原理和特點

水環(huán)真空泵就是以水為工作液的液環(huán)泵，其工作原理是這樣的：葉輪與泵體呈偏心配置，當葉輪旋轉時，水在離心力的作用下沿泵體內壁形成近乎等厚的旋轉水環(huán)，水環(huán)內表面與葉輪輪轂外表面構成月牙形的工作腔，并被葉輪葉片分割成大小不等的空腔。前半轉空腔的容積逐漸擴大，氣體從外界吸入；后半轉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[2-4]。

由此可見，水環(huán)真空泵就是以水作為媒介完成能量轉換的，水既是工作液又是密封液。水環(huán)泵在工作過程中，做功產生熱量，會使工作水溫上升，同時一部分水和氣體一起被排走。因此，必須不斷地給泵供水來冷卻和補充泵內消耗的水，保持正常工作水環(huán)的形成，滿足泵的工作要求[4-5]。既然需要不斷補充水，那么從抽吸的氣體中帶入一些水應該也是允許的，事實上水環(huán)真空泵也大量被應用于抽吸含水的氣體。所以，水環(huán)真空泵工作時，除了從泵供水管路中進水以外，還有可能從吸氣口進一些水。如果泵采用獨立的軸封外供水管路，那么還有可能從軸封中流入小量的水。水環(huán)真空泵用在紙廠中一般就是這種情況，從泵供水管路、進氣口和軸封處均有水進入泵內。從不同途徑進入到泵內的水并不是都能很好地作為補充水滿足泵工作需要的，非正常工作需要而進入到泵內的水都會對泵的性能造成負面影響。

3 造紙過程中不同途徑的來水對水環(huán)真空泵性能的影響

3.1 從泵供水管路的來水對水環(huán)真空泵性能的影響

一般來說，水環(huán)真空泵的正常補充水就是從泵供水管路上進行補給的。水環(huán)真空泵在不同的工況下，要求有不同的補充水量。如果補充水量較少，泵內的壓縮熱就不能充分地排出，使水環(huán)和氣體的溫度上升，氣量和真空度降低；如果水量過少，水環(huán)的損耗得不到補充，不僅進一步降低性能，還會由于水環(huán)不能形成而停止工作。如果補充水量較多，過多的水量占用了一部分氣體的空間（也可以認為是水環(huán)厚度增加之故）使氣量和排氣壓力降低。過多的水量還會增加功率的消耗，降低效率，產生噪音和振動。使泵的工作很不穩(wěn)定，并周期地、脈動地從排氣孔排出大量的水[3]。

由此看來，從泵供水管路的來水量過大或過小都會對水環(huán)真空泵工作造成不良的影響，但在一定的偏差范圍內盡管真空泵的效率下降，卻仍能保持工作，可見水環(huán)真空泵的供水量的調節(jié)彈性較大，正因為這樣，使用者往往會不注意調節(jié)最佳值，造成能量的浪費。在造紙廠中經常能看到水環(huán)真空泵供水量調節(jié)不當的現象。此外，現代紙廠一般把水環(huán)泵的工作水封閉循環(huán)使用，如果過濾和冷卻環(huán)節(jié)沒有處理好，會造成工作水的粘度加大、水溫上升，也會致使水環(huán)真空泵的效率下降[4]。

3.2 從抽吸氣體挾帶過來的水對水環(huán)真空泵性能的影響

由于水環(huán)真空泵是濕式真空泵，從抽吸氣體挾帶過來的水，只要不含對泵產生腐蝕的物質，本身對真空泵的零件沒有損害，進來一些水應該也是沒問題的，所以往往不能引起使用者的重視。但實驗證明，抽吸的氣體含有較多水分，會造成水環(huán)真空泵氣量降低、軸功率顯著增加和真空泵在一定范圍內工作不穩(wěn)定，而且水量越多影響越重。原因是抽吸的水會占據吸氣口的面積，使泵的吸氣量下降，水混入液環(huán)后又會加厚液環(huán)的厚度，跟泵供水量過大一樣，增加功率的消耗，降低效率[3]。

水環(huán)真空泵在紙機濕部使用時，如果選用的前置氣水分離器不當或有故障或不使用都會造成大量從濕部出來的白水隨氣體流入到真空泵內，使水環(huán)泵的性能下降。而且這些白水一般含有大量纖維、填料和各種化學助劑[5,8]，粘度大、溫度高，進入到水環(huán)真空泵中會增加工作液的粘度和溫度，對水環(huán)泵的性能負面影響會比清水更加嚴重。此外，含有大量纖維、填料和各種化學助劑的白水進入到水環(huán)真空泵后，會混入到水環(huán)真空泵的循環(huán)工作水系統(tǒng)中，使循環(huán)水的水質惡化，造成水環(huán)真空泵、冷卻塔、過濾器和管路的堵塞、結垢或腐蝕等不良后果[7]和工作水的可循環(huán)利用率下降，同時也浪費了白水中的貴重化學物質[8]。如果水環(huán)真空泵結垢或腐蝕嚴重，其性能會進一步下降。由此看來，在紙廠的使用過程中，從抽吸氣體挾帶過來的水對水環(huán)真空泵的影響是非常嚴重的。

3.3 從填料軸封中的來水對水環(huán)真空泵性能的影響

在紙廠中，為保證軸封效果良好，一般選用有獨立軸封供水管路的真空泵，用清水供給軸封使用。軸封水起冷卻和潤滑填料、填料壓蓋等零件以及加強密封的作用[5]。供入填料腔的水量太大，填料腔壓力太大，可能會使填料損壞，起不到密封的作用；水量太小，又起不到冷卻和密封的作用；所以供水的水量需控制在適量的范圍內。一般情況下，從軸封供水管進入水環(huán)真空泵內的水量不會很多，對真空泵的性能也沒有太大的影響，但如果水量不當造成填料密封失效，真空泵漏氣嚴重，真空泵的性能將會下降。

4 國內紙廠的水環(huán)真空泵常見的使用問題分析

4.1 氣體挾帶的來水控制問題

由上文可知，在造紙過程中從氣體挾帶過來的水對水環(huán)真空泵性能可能造成的負面影響是最大的。為確保水環(huán)真空泵的正常運行，在工作過程中必須選用合適的前置氣水分離器嚴格控制氣體挾帶的來水[6,7]。但國內紙廠的技術人員對前置氣水分離器的選用并不重視，為節(jié)省成本常常將多個真空點合用一個前置氣水分離器，一些小廠家甚至會不使用前置氣水分離器。如果把不同真空度的各個真空點在沒有把水分離出來的情況下便合并到一起，會發(fā)生相互干擾，造成氣水分離效果不佳、沿程損失變大，水環(huán)真空泵的性能下降，更不用說不使用前置氣水分離器了。此外，國內紙機廠家提供紙機的相關參數常常是不準確或不齊全，給前置氣水分離器的合理選型帶來不小難度。在實際使用過程中，紙廠的工作人員對前置氣水分離器的使用情況監(jiān)控也不夠重視，只要真空泵仍能滿足工作要求，前置氣水分離器是否正常工作，很少會有人理會。所以國內很多紙廠的真空系統(tǒng)中都存在前置氣水分離器無效或使用效果不良而無法合理控制氣體挾帶來水的問題，造成水環(huán)真空泵的效率下降。

4.2 水環(huán)真空泵供水量調節(jié)的問題

水環(huán)真空泵在紙機濕部使用時，從吸氣口和軸封處都有水進入泵內，先不考慮通過這兩種途徑進來的水是否會對泵的性能造成其他影響，這些水進入到泵內后都會混入水環(huán)中，增加水環(huán)的厚度，成為工作水的一部分。因此，在調節(jié)從泵供水量時需考慮從吸氣口和軸封處的來水量。當然從軸封處進來的水量很少，主要是考慮從抽吸氣體挾帶進來的水量。在沒有其他方法減少氣體挾帶的來水情況下，只能適當調小泵的供水量，使水環(huán)的厚度盡可能接近正常值，這樣可以避免出現嚴重超負荷的現象。所以在紙廠中水環(huán)真空泵供水量的調節(jié)不能只看生產廠家給出的常用供水量數值，可以通過“試觸法”來調節(jié)合適的水量。具體做法是當泵啟動后，先開大閥門，再慢慢調小水量至真空度出現不穩(wěn)定時，再稍往大回調一點水量為最佳的工作水量。

但必須注意的是，從抽吸氣體挾帶過來的水的流道與從泵供水口進來的水是不相同的。以平板泵為例，如圖1所示，從真空泵供水口進入到泵的水是先流入到分配板與葉輪的間隙之間，在葉輪的帶動下，甩開在分配板面上，起到密封分配板與葉輪之間的間隙作用。而從吸氣口進入到泵體的水，是從吸氣口隨氣體直接流入到水環(huán)泵月牙形工作腔內的，對葉輪輪轂與分配板的間隙起不到很好的密封作用，所以工作時真空泵的供水量調小到一定程度，由于葉輪與分配板之間的間隙無法密封好，分配板上進、排氣孔出現局部“短路”，會導致氣量下降，真空度不能提高的現象。而且由于吸氣口進水量太大會造成真空泵的性能惡化、軸功率上升和發(fā)熱量加大，加上本身從吸氣口進水的溫度就比較高，所以泵體溫度會較高，造成“補充水量不足”的假象。如果加大供水量，密封效果改善，真空度可能回升，但軸功率會嚴重超標。這種現象在真空度要求較高而脫水量又大的工作點，如真空伏輥、真空壓榨輥等會更容易出現，因為真空度要求高的點也意味著密封要求更高。椐了解，國內有不少的造紙廠都存在這種“無法調節(jié)”的問題，由于廠房布置已定，而且生產過程中不能隨便停機整改，所以難以解決。

5 結語

歸結起來，合理控制工作時不同途徑的來水，從而減少不必要的能量和水資源浪費的方法和建議有以下幾點：

1）選用質量可靠、規(guī)格合理的前置氣水分離器，最好能保證各個真空點有獨立的前置氣水分離器，網部的各濕吸箱和真空吸水箱等本身紙機上帶有水腿箱，但建議另外再帶上前置氣水分離器；

2）在紙機調試階段要注意檢查前置氣水分離器的工作情況，確保運行效果良好。調節(jié)好負壓抽水泵的流量，保證分離器內的水不會滯留，如果發(fā)現問題，應該及時整改，以免等到正式投產后難以改動；

3）軸封供水應該盡量使用清水，減少填料堵塞的可能性，如果堵塞應及時清理，根據產品使用說明書，調節(jié)好軸封供水的水壓和水量，確保填料密封狀況良好；

4）根據實際的使用情況，采用“試觸法”調節(jié)好水環(huán)真空泵的供水量，確保真空泵運行平穩(wěn)而且散熱良好；

5）定期檢查水環(huán)真空泵的工作電流是否異常，如有問題應及時整改；

6）選用高品質水環(huán)真空泵，如果使用加工精度低、裝配不良的水環(huán)真空泵，泵內漏水嚴重、性能低下，將無法調節(jié)。

[1]斯穆克.制漿造紙工程大全[M].曹邦威譯.北京：中國輕工業(yè)出版社，2001：264.

[2]機械工程手冊委員會，電機工程手冊委員會.機械工程手冊:通用設備卷 [M].北京：機械工業(yè)出版社，1997，2：119～120

[3]任德高.水環(huán)泵[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982.

[4]徐成海.真空工程技術 [M].北京：化學工業(yè)出版社，2006：53～60.

[5]王忠厚，高清河.制漿造紙設備與操作[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2006：17.

[6]Douglas f sweet.A system approach to felt conditioning[J].Tappi journal,1997,80(7):106.

[7]趙生.紙機濕部的真空系統(tǒng)的工藝設計[J].中國造紙，2002（6）：32～35.

[8]B·A·紹帕.最新紙機抄造工藝[M].曹邦威譯.北京：中國輕工業(yè)出版社，1999：86～94

Discuss on the effect of water on the water-ring vacuum pump performance during papermaking and its regulation method

Chen Shouting
(Guangdong Foshan Pump Factory Co.,Ltd.,Foshan 528000,China)

Water-ring vacuum pump is the most commonly used vacuum forming equipment for paper machine vacuum system[1].It uses water as working liquid and works for removing water from the paper sheet,so the effect of water on itself can not be neglected.To introduce the effect of different incoming water on the water-ring vacuum pump performance in the paper making process base on discussing the water-ring vacuum pump working principle and character.Simultaneously,point out the common problem in the modern paper mill.And identify ways to minimize energy and water waste by properly control the vacuum pump's incoming water.

Water-ring vacuum pump;Papermaking;Water;Reduce energy consumption and effluent discharge

陳首挺（1982-），男，廣東佛山市人，助理工程師，學士，主要從事水環(huán)泵在造紙行業(yè)的應用研究和相關產品的設計工作。

2010-01-22