馬培良

【摘 要】水環(huán)真空泵節(jié)能的根本方法是優(yōu)化水環(huán)真空泵的結(jié)構(gòu)，提高制造精度;但在短時(shí)間內(nèi)，迅速提高國產(chǎn)水環(huán)真空泵的設(shè)計(jì)、制造水平是很難的。造成水環(huán)真空泵能耗大、效率低的另一個(gè)非常重要的原因是對水環(huán)真空泵缺乏精心操作，嚴(yán)重影響了水環(huán)真空泵的節(jié)能效果;同時(shí)轉(zhuǎn)速、水量等工作參數(shù)不能隨泵吸氣壓力的變化及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，也會對水環(huán)真空泵的節(jié)能效果產(chǎn)生很大的影響。因此，加強(qiáng)對水環(huán)真空泵運(yùn)行的精心控制，是當(dāng)前改變水環(huán)真空泵粗放式操作，快速提高水環(huán)真空泵的總效率，降低能耗的最有效方法。

【關(guān)鍵詞】真空循環(huán);水系統(tǒng);水消耗;改造

1水環(huán)真空泵的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)

水環(huán)真空泵是變?nèi)菔匠檎婵赵O(shè)備，靠改變泵腔容積的來實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣的，從需達(dá)到抽出氣體效果。泵體中充有適量的水作為工作液。當(dāng)葉輪在泵體中旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，水被葉輪拋向四周，并形成了一個(gè)取決于泵腔形狀且近似于等厚度的封閉圓環(huán)。水環(huán)的上部分內(nèi)表面恰好與葉輪輪轂相切，水環(huán)的下部內(nèi)表面剛好與葉片頂端接觸（實(shí)際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度）。此時(shí)葉輪輪轂與水環(huán)之間形成一個(gè)月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成葉片數(shù)目相等的若干個(gè)小腔。如果以葉輪的正上部為起點(diǎn)，那么葉輪在旋轉(zhuǎn)至正下部前，小腔的容積由小變大，且因與端面上的吸氣口相通，此時(shí)氣體就被吸入，當(dāng)吸氣終了時(shí)小腔則與吸氣口隔絕。當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，小腔由大變小，氣體被壓縮;當(dāng)小腔與排氣口相通時(shí)，氣體便被排出泵外。水環(huán)真空泵優(yōu)點(diǎn)如下：（1）結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)簡單，制造精度要求不高，易加工。（2）真空泵的轉(zhuǎn)速高，可與電動機(jī)直聯(lián)，中間需設(shè)置減速裝置。結(jié)構(gòu)尺寸小，占地面積也小。（3）以電力作驅(qū)動能源，因此由水環(huán)真空泵組成的抽真空系統(tǒng)，系統(tǒng)組成簡單，吸氣均勻，工作平穩(wěn)可靠，操作簡易，維修方便。（4）水環(huán)真空泵，尤其是雙級錐體泵效率較高。水環(huán)真空泵也有其缺點(diǎn)，水環(huán)真空泵受制于冷卻水的溫度，當(dāng)冷卻水的溫度高于30℃，真空泵的效率會急速下降，因此當(dāng)水環(huán)真空泵的冷卻水溫度高于30℃，應(yīng)另外考慮低溫冷卻水源。

2真空循環(huán)水系統(tǒng)水消耗方面的技術(shù)難點(diǎn)

2.1水力損失功率無法計(jì)算

根據(jù)水環(huán)真空泵的現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)，水環(huán)真空泵壓縮氣體的功率只占軸功率的30%-45%左右，這部分功率為有用功率。換言之，還有55%-70%左右的功率為無用功率，這包括容積損失功率、水力損失功率以及機(jī)械損失功率等?，F(xiàn)如今，對水環(huán)真空泵功率損失類型的研究已比較全面，但是缺乏對具體功率損失的分析和計(jì)算，尤其是水環(huán)真空泵水力損失功率尚沒有一個(gè)明確的公式可以計(jì)算，只能依據(jù)水環(huán)真空泵的使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算，這對提高水環(huán)真空泵的工作效率、降低能耗以及分析水環(huán)真空泵的功率特性都是十分不利的。

2.2最佳補(bǔ)充水流量難以確定

以往對水環(huán)真空泵補(bǔ)充水流量的研究基本都是單純的分析其對吸氣量、軸功率等有哪些影響，得到的基本都是補(bǔ)充水流量越大，軸功率就越大，減小補(bǔ)充水流量可以降低能耗等籠統(tǒng)的結(jié)論，對節(jié)水的研究也都是以水的循環(huán)使用為主。水環(huán)真空泵在不同吸氣壓力下所需的最佳補(bǔ)充水流量仍沒有一個(gè)量化的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場對補(bǔ)充水流量的調(diào)節(jié)也都是依據(jù)固定的使用說明書。這也是為什么對水環(huán)真空泵節(jié)水降耗等方面的研究已經(jīng)很多，但實(shí)際應(yīng)用效果卻不高的原因之一。綜上所述，加強(qiáng)對水環(huán)真空泵水力損失功率以及最佳補(bǔ)充水流量的研究，對水環(huán)真空泵理論的發(fā)展與技術(shù)的進(jìn)步都有十分重要的作用。

3真空循環(huán)水系統(tǒng)水消耗改造

3.1預(yù)抽真空

為便于對水環(huán)真空泵的工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，先使泵在初始設(shè)定參數(shù)下運(yùn)行一段時(shí)間，以確定泵的運(yùn)行狀態(tài)是否良好，同時(shí)使吸氣壓力達(dá)到設(shè)定值以下?？刂屏鞒蹋侯A(yù)先設(shè)定轉(zhuǎn)速、吸氣壓力、水量控制閥的開度和時(shí)間等參數(shù)，然后使泵在額定轉(zhuǎn)速下啟動并控制水量閥開至額定最大值，持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間直至泵入口處的吸氣壓力小于初始設(shè)定壓力，整個(gè)預(yù)抽真空過程結(jié)束。經(jīng)過預(yù)抽真空后，此時(shí)泵的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，補(bǔ)充水流量控制閥的開度最大，泵入口處的吸氣壓力小于初始設(shè)定壓力。下一步進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊對泵的工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

分析水環(huán)真空泵水力損失功率的計(jì)算公式可得，轉(zhuǎn)速大小對泵的功耗有直接影響。轉(zhuǎn)速越大，泵的功耗就越大。因此，為了得到水環(huán)真空泵在當(dāng)前吸氣壓力下的最佳工作轉(zhuǎn)速，在預(yù)抽真空過程結(jié)束后，需要對水環(huán)真空泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了使轉(zhuǎn)速值更加精確，每一次轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后都增加調(diào)節(jié)的精度，再進(jìn)行下一次的調(diào)節(jié)，直至調(diào)節(jié)的精度滿足要求。這樣調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)速即為當(dāng)前吸氣壓力下泵的最佳工作轉(zhuǎn)速。為了更好地理解水環(huán)真空泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊的調(diào)節(jié)過程，將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊分為兩部分：吸氣壓力小于初始設(shè)定壓力的調(diào)節(jié)（降低轉(zhuǎn)速）和吸氣壓力大于初始設(shè)定壓力的調(diào)節(jié)（升高轉(zhuǎn)速）。

（1）吸氣壓力小于初始設(shè)定壓力的調(diào)節(jié)

控制流程：預(yù)抽真空過程結(jié)束后，此時(shí)泵的吸氣壓力小于初始設(shè)定壓力。先設(shè)定一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的精度，而后使泵的工作轉(zhuǎn)速按當(dāng)前調(diào)節(jié)精度降低，運(yùn)行一段時(shí)間后監(jiān)測吸氣壓力的變化，若吸氣壓力繼續(xù)減小，則再按當(dāng)前調(diào)節(jié)精度降低轉(zhuǎn)速，直至吸氣壓力不再減小，而后停止降低轉(zhuǎn)速，讓泵運(yùn)行一段時(shí)間，此時(shí)吸氣壓力會逐漸增大，當(dāng)吸氣壓力大于初始設(shè)定壓力時(shí)，判斷此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的精度是否滿足要求，若是則整個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程結(jié)束;若否則提高轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的精度，而后升高轉(zhuǎn)速繼續(xù)調(diào)節(jié)。經(jīng)過降低轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)后，此時(shí)水環(huán)真空泵的轉(zhuǎn)速小于最佳值。而后提高轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的精度，對泵的轉(zhuǎn)速作進(jìn)一步的調(diào)節(jié)。

（2）吸氣壓力大于初始設(shè)定壓力的調(diào)節(jié)

控制流程：經(jīng)過轉(zhuǎn)速降低的調(diào)節(jié)過程后，此時(shí)泵的吸氣壓力大于初始設(shè)定壓力，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的精度提高。而后使泵的工作轉(zhuǎn)速按當(dāng)前調(diào)節(jié)精度升高，運(yùn)行一段時(shí)間后監(jiān)測吸氣壓力的變化，若吸氣壓力繼續(xù)增大，則再按當(dāng)前調(diào)節(jié)精度升高轉(zhuǎn)速，直至吸氣壓力不再增大，而后停止升高轉(zhuǎn)速，讓泵運(yùn)行一段時(shí)間，此時(shí)吸氣壓力會逐漸減小，當(dāng)吸氣壓力小于初始設(shè)定壓力時(shí)，判斷此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的精度是否滿足要求，若是則整個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程結(jié)束;若否則提高轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的精度，而后降低轉(zhuǎn)速繼續(xù)調(diào)節(jié)。經(jīng)過升高轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)后，此時(shí)水環(huán)真空泵的轉(zhuǎn)速大于最佳值。而后提高轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的精度，再對泵的轉(zhuǎn)速作進(jìn)一步的調(diào)節(jié)。

3.3補(bǔ)充水流量調(diào)節(jié)

分析水環(huán)真空泵水力損失功率的計(jì)算公式以及水環(huán)真空泵的工作特性試驗(yàn)可得，補(bǔ)充水流量的大小對泵的效率和功耗也有直接的影響。補(bǔ)充水流量越大，泵的功耗越大。因此，為了得到當(dāng)前吸氣壓力和轉(zhuǎn)速下的最佳補(bǔ)充水流量，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，需要對水環(huán)真空泵的補(bǔ)充水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了使補(bǔ)充水流量值更加精確，每一次水量調(diào)節(jié)后都增加調(diào)節(jié)的精度，再進(jìn)行下一次的調(diào)節(jié)，直至調(diào)節(jié)的精度滿足要求。調(diào)節(jié)后的水量即為當(dāng)前吸氣壓力和轉(zhuǎn)速下泵的最佳補(bǔ)充水流量。為了更好地理解水環(huán)真空泵水量調(diào)節(jié)模塊的調(diào)節(jié)過程，將水量調(diào)節(jié)模塊也分為兩部分：減小水量控制閥開度的調(diào)節(jié)和增大水量控制閥開度的調(diào)節(jié)。

4結(jié)束語

通過對真空系統(tǒng)進(jìn)行改造有效解決了真空管網(wǎng)進(jìn)水問題，保障了負(fù)壓的穩(wěn)定供應(yīng)。此外，對經(jīng)過實(shí)踐證實(shí)的有效措施進(jìn)行總結(jié)，將修改和完善后的真空泵保養(yǎng)規(guī)程、操作規(guī)程納入《真空泵作業(yè)指導(dǎo)書》Q/HBZY-BS/BY211052-2015，形成標(biāo)準(zhǔn)化。日后要繼續(xù)遵循科學(xué)的PDCA循環(huán)過程，不斷解決工作中的問題。

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（作者單位：河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心）