探索真空循環水系統水消耗及改造

馬培良

【摘 要】水環真空泵節能的根本方法是優化水環真空泵的結構，提高制造精度;但在短時間內，迅速提高國產水環真空泵的設計、制造水平是很難的。造成水環真空泵能耗大、效率低的另一個非常重要的原因是對水環真空泵缺乏精心操作，嚴重影響了水環真空泵的節能效果;同時轉速、水量等工作參數不能隨泵吸氣壓力的變化及時進行調節，也會對水環真空泵的節能效果產生很大的影響。因此，加強對水環真空泵運行的精心控制，是當前改變水環真空泵粗放式操作，快速提高水環真空泵的總效率，降低能耗的最有效方法。

【關鍵詞】真空循環;水系統;水消耗;改造

1水環真空泵的工作原理及優缺點

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

2真空循環水系統水消耗方面的技術難點

2.1水力損失功率無法計算

根據水環真空泵的現場使用經驗，水環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械損失功率等。現如今，對水環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算，尤其是水環真空泵水力損失功率尚沒有一個明確的公式可以計算，只能依據水環真空泵的使用經驗進行估算，這對提高水環真空泵的工作效率、降低能耗以及分析水環真空泵的功率特性都是十分不利的。

2.2最佳補充水流量難以確定

以往對水環真空泵補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，得到的基本都是補充水流量越大，軸功率就越大，減小補充水流量可以降低能耗等籠統的結論，對節水的研究也都是以水的循環使用為主。水環真空泵在不同吸氣壓力下所需的最佳補充水流量仍沒有一個量化的數據，現場對補充水流量的調節也都是依據固定的使用說明書。這也是為什么對水環真空泵節水降耗等方面的研究已經很多，但實際應用效果卻不高的原因之一。綜上所述，加強對水環真空泵水力損失功率以及最佳補充水流量的研究，對水環真空泵理論的發展與技術的進步都有十分重要的作用。

3真空循環水系統水消耗改造

3.1預抽真空

為便于對水環真空泵的工作參數進行調節，先使泵在初始設定參數下運行一段時間，以確定泵的運行狀態是否良好，同時使吸氣壓力達到設定值以下。控制流程：預先設定轉速、吸氣壓力、水量控制閥的開度和時間等參數，然后使泵在額定轉速下啟動并控制水量閥開至額定最大值，持續運行一段時間直至泵入口處的吸氣壓力小于初始設定壓力，整個預抽真空過程結束。經過預抽真空后，此時泵的轉速為額定轉速，補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定壓力。下一步進入轉速調節模塊對泵的工作轉速進行調節。

3.2轉速調節

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

（1）吸氣壓力小于初始設定壓力的調節

控制流程：預抽真空過程結束后，此時泵的吸氣壓力小于初始設定壓力。先設定一個轉速調節的精度，而后使泵的工作轉速按當前調節精度降低，運行一段時間后監測吸氣壓力的變化，若吸氣壓力繼續減小，則再按當前調節精度降低轉速，直至吸氣壓力不再減小，而后停止降低轉速，讓泵運行一段時間，此時吸氣壓力會逐漸增大，當吸氣壓力大于初始設定壓力時，判斷此時轉速調節的精度是否滿足要求，若是則整個轉速調節過程結束;若否則提高轉速調節的精度，而后升高轉速繼續調節。經過降低轉速的調節后，此時水環真空泵的轉速小于最佳值。而后提高轉速調節的精度，對泵的轉速作進一步的調節。

（2）吸氣壓力大于初始設定壓力的調節

控制流程：經過轉速降低的調節過程后，此時泵的吸氣壓力大于初始設定壓力，轉速調節的精度提高。而后使泵的工作轉速按當前調節精度升高，運行一段時間后監測吸氣壓力的變化，若吸氣壓力繼續增大，則再按當前調節精度升高轉速，直至吸氣壓力不再增大，而后停止升高轉速，讓泵運行一段時間，此時吸氣壓力會逐漸減小，當吸氣壓力小于初始設定壓力時，判斷此時轉速調節的精度是否滿足要求，若是則整個轉速調節過程結束;若否則提高轉速調節的精度，而后降低轉速繼續調節。經過升高轉速的調節后，此時水環真空泵的轉速大于最佳值。而后提高轉速調節的精度，再對泵的轉速作進一步的調節。

3.3補充水流量調節

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

4結束語

通過對真空系統進行改造有效解決了真空管網進水問題，保障了負壓的穩定供應。此外，對經過實踐證實的有效措施進行總結，將修改和完善后的真空泵保養規程、操作規程納入《真空泵作業指導書》Q/HBZY-BS/BY211052-2015，形成標準化。日后要繼續遵循科學的PDCA循環過程，不斷解決工作中的問題。

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（作者單位：河南中煙工業有限責任公司黃金葉生產制造中心）