平面式與錐體式水環(huán)真空泵在造紙行業(yè)中的利舊使用案例

張 猛 汪文祥 左重寶

（中國海誠工程科技股份有限公司，上海，200031）

造紙機的真空系統(tǒng)是重要的耗能部位，隨著國內外造紙企業(yè)對節(jié)能降耗的重視度越來越高，許多企業(yè)逐漸將原有的水環(huán)真空泵改換成透平機[1]，如何再利用這些淘汰的水環(huán)真空泵成為了需要解決的問題。本文對國外某工程利舊水環(huán)真空泵的案例進行了介紹和經(jīng)驗分享。

1 利舊水環(huán)真空泵的類型

利舊的水環(huán)真空泵共有9 種型號，如表1 所示。按結構可將水環(huán)真空泵分為兩種，即平面式（2BE-）和錐體式（CL-∕904-），兩者結構如圖1所示。

2 平面式與錐體式水環(huán)真空泵的比較

2.1 進排氣口截面積

平面式水環(huán)真空泵的進排氣口在葉輪端面，受限于水環(huán)的形成和葉輪向上偏心的位置，截面積較小；錐體式水環(huán)真空泵的進排氣口在錐體柱面上，截面積遠大于平面泵。

2.2 性能恢復[2]

真空泵在運行中的磨損會導致抽氣量下降。平面式水環(huán)真空泵依靠泵頭和葉輪之間的平面接觸來維持葉輪之間的氣密性，磨損會造成間隙增加，抽氣量下降。若平面式水環(huán)真空泵要恢復其抽氣性能，需要更換泵頭和葉輪，維修費用較高。而錐體式水環(huán)真空泵要恢復其抽氣性能，僅需在錐體和泵頭之間增加墊片，使錐體內移以減少間隙，維修費用相對較低，性能恢復較為容易。

表1 利舊的水環(huán)真空泵參數(shù)

圖1 平面式與錐體式水環(huán)真空泵的結構示意圖

2.3 軸承壽命

平面式水環(huán)真空泵的葉輪向上偏心安裝，排氣口在泵體上部。葉輪轉動時，平面式水環(huán)真空泵的壓縮力從上往下，軸所受的力等于葉輪自身重力和壓縮力之和。錐體式水環(huán)真空泵的葉輪向下偏心安裝，排氣口在泵體下部。葉輪轉動時，錐體式水環(huán)真空泵的壓縮力從下往上，軸所受的力等于葉輪自身重力和壓縮力之差。因此，錐體式水環(huán)真空泵的軸承壽命更長。

2.4 啟動電流負荷

錐體式水環(huán)真空泵葉輪中心線在泵體中線以下，排液口在泵的下部，停機時工作液的液位低；平面式水環(huán)真空泵葉輪中心線在泵體中線以上，排液口在泵的上部，停機時工作液的液位較高。因此，再次啟動時，平面式水環(huán)真空泵的電流負荷比錐體式水環(huán)真空泵大。

3 案例分析

因新舊系統(tǒng)的工藝參數(shù)不同，舊真空泵的轉速、皮帶輪尺寸和電機功率均不符合新工況，故僅能利用舊真空泵的泵體部分。舊真空泵原先為皮帶傳動，本項目仍依此來配置相關部件，按以下步驟完成真空泵的選型及皮帶輪的配置。

3.1 舊真空泵的信息與新工藝參數(shù)對比

參考表1 中舊真空泵的信息，與新工藝參數(shù)（見表2）的要求進行對比，步驟如下。

（1）表2的新工藝參數(shù)中共26個抽吸點，總抽氣量為1958 m3∕min（工況下）。

（2） 表1 中抽氣量為 150～250 m3∕min 的真空泵占比大，故排除型號為CL-701、CL-3001、CL-4001 和2BE-405的中小抽氣量泵型。

（3）以真空泵組合數(shù)量最少為原則，按照每臺抽氣量約200 m3∕min 對新真空抽吸點進行排列組合。在選擇真空泵時，中真空共用1臺，網(wǎng)部的高真空共用1 臺，抽氣量較大的伏輥按高低室分開選擇，上下毛布分開選擇，真空使用點和真空泵的配置原則盡量是單點對單泵，或同一真空度對同一真空泵[3]，配置結果如表2所示。

（4） 根據(jù)各抽吸點的真空度，依次確定VP#1～VP#17B 的真空度。按設備運行5 年（年損耗2%），根據(jù)工作液進水溫度和進氣溫度修正抽氣量[4]，結果如表3所示。

3.2 確定每臺真空泵的型號及總裝機功率

（1）將表格按照相近工藝參數(shù)（真空度和抽氣量）進行合并，依次對照各型號真空泵的性能曲線，填入真空泵轉速和軸功率，并以軸功率最低為基本原則，將差值在10 kW 以內的數(shù)據(jù)用斜體字標注出來，結果如表4所示。

表2 新真空抽吸點的工藝參數(shù)及真空泵配置（工況）

表3 新真空抽吸點工藝參數(shù)及真空泵配置（標況）

（2）按如下步驟分析表4：①對比發(fā)現(xiàn)，任何真空泵在選用904-R2 型號真空泵時，軸功率均較高，故排除使用此型號；②相較于其他型號，VP#6A 和VP#6B 在選用904-S2 型號真空泵時的軸功率最小，故確定VP#6A 和VP#6B 選用真空泵型號，用加粗字體標注；③因904-S1型號的真空泵數(shù)量僅為1臺，可優(yōu)先確定這臺泵的選用。VP#2 和VP#5B 在選用904-S1 型號真空泵時的軸功率均低于其他型號真空泵。對比VP#2 和VP#5B 分別選用904-S1 型號真空泵時，VP#2的軸功率更低，故確定VP#2和VP#5B選用真空泵型號，用加粗字體標注；④在軸功率相近的情況下，因本項目為利舊設備，考慮到舊設備恢復性能的便捷程度，優(yōu)先使用904型號真空泵，故確定VP#7A、VP#7B 和VP#4 選用真空型號，用加粗字體標注；⑤VP#3、VP#5A 和VP#1 按不同型號選型各自重新排列組合后，結果如表5所示。仍以總軸功率最低為原則，故確定VP#3、VP#5A和VP#1選用真空泵型號。

（3）綜合投資費用，最終確定電機的極數(shù)和功率，結果如表6所示。

3.3 確定每臺泵的皮帶輪相關配置

根據(jù)《機械設計手冊》第二卷相關規(guī)定[5]，以VP#1真空泵為例，計算結果如表7所示。

表4 真空泵轉速/軸功率分析表

表5 不同方案比選

表6 比選后確定的真空泵型號及轉速

表7 真空泵皮帶及皮帶輪計算

表8 利舊真空泵配置表

3.4 確定所有利舊真空泵的配置

參照VP#1 格式，確定所有真空泵的皮帶輪相關配置，結果如表8所示。

4 結 論

通過比較分析，錐體式水環(huán)真空泵比平面式水環(huán)真空泵更具技術優(yōu)勢，利舊選配時應優(yōu)先選擇錐體式水環(huán)真空泵。紙機真空系統(tǒng)的配置方案，需要優(yōu)化組合，以能耗最低為基本原則，兼顧備品備件的通用性，同時考慮系統(tǒng)整體運行的穩(wěn)定性，綜合比選后得到最優(yōu)配置。本文通過此改造案例，以期為真空泵的利舊提供思路，也為其他類似項目的改造提供參考。