紙機真空系統
——節能降耗解決方案

王秋景 山東天瑞重工有限公司

紙機真空系統技術發展趨勢

紙機真空系統技術迭代發展如圖1所示，第一代水環泵技術發明于19世紀80年代，現在全球仍有90%以上的紙機使用該技術，存在噪音大、高耗低效、維修費用高的問題。第二代透平機技術發明于20世紀40年代，與水環泵技術相比，透平機技術汽水分離充分，無需水環，抽真空效率提高20%～30%，依據抽真空級數，市場上的第二代真空系統又可分為單級透平機和多級透平機。第三代變速透平機技術1999年投入市場。與第一代水環泵技術相比，可節能30%～70%；與第二代定速透平機技術相比，借由變頻控制可進一步節能20%～30%。此外，變速透平機技術可以根據紙機實際生產狀況對真空度和抽氣量進行調節，顯著提高真空控制能力，同時提高紙機運行性能和效率。第四代磁懸浮透平真空泵技術采用永磁直驅變頻調速技術，比第三代紙機真空系統節能8%～10%。此外，磁懸浮透平真空泵技術采用葉輪與永磁電機主軸直連，消除了變速裝置，降低了設備體積；采用無接觸懸浮支承技術，消除了機械摩擦磨損，無需定期更換機械軸承，維護成本大大降低。

圖1 紙機真空技術的迭代

如表1所示，水環真空泵、單級透平機、變頻透平機均采用異步電機，效率較低；磁懸浮透平真空泵采用永磁變頻技術，節能效果好，效率更高，相較于其它真空系統，真空度調節范圍也比較大。

表1 小型紙機的各種真空系統技術條件比較

磁懸浮透平真空泵

天瑞重工磁懸浮透平真空泵是一款高科技綠色節能環保產品（圖2）。采用磁懸浮軸承、三元流葉輪、高速永磁同步電機、高效變頻器調速、智能化檢測控制等核心技術，與透平機械設計技術相結合研制而成。啟動時先懸浮后旋轉，無摩擦，無需潤滑，葉輪與轉子直連，傳動零損失。運轉高效可靠，可實現智能化變頻控制與遠程控制。與水環式真空泵相比，節電率40%以上，為客戶提標改造提供了優質的解決方案，具有突出的經濟效益和社會效益。

圖2 磁懸浮透平真空泵主機示意圖

磁懸浮透平真空泵——性能優勢

天瑞重工磁懸浮透平真空泵因采用第四代磁懸浮技術，具有“節能減碳、降噪環保、科技智能、免維護”四大性能優勢，已廣泛應用于紙機真空系統。四大性能優勢具體如下：

● 節能減碳，以300kW磁懸浮透平真空泵為例，與水環式真空泵相比，每臺每年節約用電150多萬kWh以上。

● 降噪環保，采用磁懸浮自平衡技術，運行時無摩擦，運行噪音降低至80dB以下，不會影響辦公及周邊居住環境。

● 科技智能，實時監控，物聯網工業大數據平臺幫助客戶監控生產環節。

● 免維護，磁懸浮軸承無摩擦，無需潤滑，不產生油污染，節約潤滑油、清潔費用。

磁懸浮透平真空泵——永磁同步電機

磁懸浮透平真空泵主機使用的高速永磁電機采用緊湊型定子與轉子組成。設備運轉時，通過“定子”與“轉子”間的相互作用力與反作用力，將電能轉化為設備轉動的動能。采用風冷形式進行冷卻，不僅冷卻效果顯著，還解決了使用水冷方式冷卻存在水泄露對電器元件造成損害的問題。

磁懸浮透平真空泵——磁懸浮軸承系統

磁懸浮軸承系統是磁懸浮透平真空泵的核心，由轉子、傳感器、控制器和功率放大器四部分組成，它們之間沒有機械接觸。其工作基本原理是通過位置傳感器檢測轉子的軸偏差信號，將該信號反饋到主控制器，控制器接收到信號后，計算輸出控制信號，通過功率放大器控制線圈電流，調節電磁力的大小，從而將轉子穩定懸浮于工作位置。磁懸浮軸承無機械摩擦，沒有震動，是磁懸浮真空泵節能降噪的重要原因。

磁懸浮透平真空泵——流體部件

葉輪采用三元流后彎式設計，CAE有限元分析，最高效率達到89.8%。葉輪是采用五軸加工中心整體銑削而成，強度、剛性可靠，并經過100%X射線探傷和115%超轉速實驗，保證高效、安全、可靠運轉。耐磨、耐腐蝕、耐紙漿纖維沖擊，穩定性強，可靠性高，壽命長達20年。

磁懸浮透平真空泵——變頻控制及斷電保護

磁懸浮透平真空泵配置了高效變頻器，同時系統配備自發電和輔助軸承多重斷電保護措施。

磁懸浮透平真空泵可在大氣壓為101kPa，環境相對濕度為70%，380V的運行環境下工作，其主要配置功能包括實時監控、防喘振、動平衡自糾正功能、安全聯鎖保護系統。

磁懸浮透平真空泵典型案例

助力雙碳目標

一臺600kW磁懸浮透平真空泵，一年估算可節約電340萬kWh，減少二氧化碳排放1,942t，節約標煤1,043t。

磁懸浮透平真空泵改造案例一

山東濰坊，某造紙集團，2020年一臺特種紙機改造升級選用TRV132磁懸浮透平真空泵替代傳統水環真空泵。改造前水環泵均時耗電110kWh，安裝磁懸浮透平真空泵后，2021年上半年均時耗電53.9kWh，實現年節電量44.9萬kWh，節電率51%；同時真空系統產生的高溫蒸汽經過回收用于紙機熱風干燥系統，實現節能31.2%，綜合節能率達82.2%。

圖3 磁懸浮透平真空泵改造案例一現場圖

磁懸浮透平真空泵改造案例二

圖4 磁懸浮透平真空泵改造案例二現場圖

四川成都，某衛生紙生產企業，一臺衛生紙機改造升級，安裝了一臺TRV90磁懸浮透平真空泵替代傳統羅茨真空泵，改造后運行穩定，噪音降低至80dB左右，綜合節電率46%。

磁懸浮動力裝備在造紙行業的其他應用

天瑞重工磁懸浮動力裝備因“節能降噪、免維護、無污染和智能化”等特點，廣泛應用于造紙行業。除了磁懸浮透平真空泵應用于紙機真空系統，磁懸浮鼓風機已在造紙污水處理及自備電廠的脫硫脫硝工藝有著大量的應用，并獲得客戶的廣泛好評。天瑞重工除了鼓風機、真空泵兩大產品在市場獲得高度關注外，后續研發的磁懸浮低溫余熱發電機組、制冷壓縮機、空氣壓縮機也相繼應用于市場。

磁懸浮鼓風機是一種節能環保的高科技產品。與傳統羅茨鼓風機相比，節電30%～40%，噪音由120dB降低至80dB以下，壽命長達20年，可使造紙污水處理的整體費用降低20%，并在造紙行業自備電廠的脫硫脫硝工藝中有著成熟的應用。

磁懸浮鼓風機——案例一

2016年山東臨沂，某造紙集團污水處理廠安裝4臺磁懸浮鼓風機。改造前每天平均用電量11,531.3kWh，改造后每天平均用電量7,180.6kWh，日均節電4,300多kWh，全年節電158萬kWh，節電率37.7%。噪音由原來的130dB降至70dB左右。

磁懸浮鼓風機——案例二

2020年6月，山東濰坊，某造紙集團熱電聯產自備電廠安裝5臺磁懸浮鼓風機，作為脫硫脫硝氧化風機使用，設備技術成熟，運行穩定。節電效果明顯，綜合節電率達50%以上。