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    羅茨鼓風機和水環真空泵在各行業的發展趨勢

    羅茨鼓風機和水環真空泵在各行業的發展趨勢

    眾所周知,由于羅茨鼓風機和水環真空泵具有結構簡單、使用維修方便的特點,因而在各行各業得到了廣泛的應用。特別是具有等溫壓縮的特點,極易抽吸、壓縮易燃易爆的氣體。下面就其發展及設計開發談幾點粗淺的看法。

    1大型化

    由于煤礦、化工、制藥、造紙等行業的發展,對羅茨風機的要求越來越向大型化方面發展。在2000年以前,我國能生產流量在100m3/min以上的羅茨鼓風機僅3-4個企業,全國年產量也不過幾十臺。而僅過了三年,到2010年全國能生產100m3/min以上的大風機的廠家達10多家(其中僅山東就有7–8家),據不完全統計,全國的大風機的產量達幾百臺以上,這些產品主要應用于:

    (1)煤礦行業

    由于國家加強了對煤礦的安全要求,因而用羅茨鼓風機,特別是大型羅茨鼓風機抽除瓦斯氣體已成為煤礦行業必須的安全要求,例如去年陜西某礦務局訂購的多臺流量達400m3/min的特大型羅茨鼓風機就是用以抽除瓦斯氣體,有的一個大型煤礦使用100m3/min以上的風機就達7–8臺。隨著國家對安全工作進一步加強,大型、特大型羅茨鼓風機將在煤礦系統得到越來越廣泛的應用。

    此外,由于煤炭產量的飛速增加,煤礦的洗、選煤所用的真空過濾機也向大型化方面發展,在八十年代大多配流量為27m3/min的SZ-4型羅茨鼓風機,這在當時也是較大的。而近幾年煤礦的過濾機都選配流為80–150m3/min的大型羅茨鼓風機,有的達到200m3/min以上,而且還有氣量繼續增大的趨勢。

    (2)化工行業

    a)氯堿行業

    近幾年來我國啟動了許多大型的基本建設和技術改造項目,這些項目的實童都需要大量的聚氯乙烯材料,特別是房地產的興旺,更加推動了聚氯乙烯行業的發展,據氯堿行業的統計,我國去年生產了410萬噸聚氯乙烯,進口了200可噸。據該行業的預測,2010年的全國需求量將達1500萬噸,而到了2015年將達到2000萬噸,正是因為需求量高速增加,使得我國的氯堿行業的企業加改造擴產,并且近一、二年新上了許多企業。氯堿企業的發展,必須配套水陜空泵和羅茨鼓風機用以抽除和壓縮乙炔和氫氣的羅茨鼓風機和水環真空泵過去最大也不過30m3/min,而現在年產10萬噸燒堿和10萬噸聚氯乙烯的企業,需要的羅茨鼓風機和水環真空泵達70m3/min以上。

    在這里需要特別介紹的是,正是由于這個行業的發展,推動和加快了較高壓力羅茨鼓風機的開發和生產。長期以來,我國的羅茨鼓風機一般是當吸入壓力為1個大氣壓或略低于呔氣壓時,排除壓力為0.1MPa,即壓縮比為2,個別企業生產過排除壓力達25MPaG的羅茨鼓風機,而且僅1–2個規格。為了適應聚氯乙烯的生產,91原國務院重大裝備辦公室在“八五”重大技術裝備攻關項目–年產4噸低聚合度聚氯乙烯裝置設備研制中提出了氯乙烯回收羅茨鼓風機的研制攻關課題,這種回收氯乙烯單體的羅茨風機要求在吸入壓力為常壓或微負壓的情況下,排出壓力要達到0.55-0.6MPaG,而且排氣量要達到700m3/min。經過幾年的努力,我公司于96年12月通過了由原國家機械部組織的技術鑒定,客項技術酥達到了攻關要求。在此產品的基礎上,我公司又開發了系列產品,排氣量由90m3/min到2000m。/h。由于該設備是聚氯乙烯行業的關鍵設備之一,因而在近幾年全國大上聚氯乙烯項目的形勢下,這種羅茨風機得到了推廣和應用,完全替代了進口。

    b)化肥行業

    化肥行業特別是磷肥的生產也是我國經濟宏觀調控中重點支持的產業,由于新上項目及老企業的技術改造均以上水平、上規模為主,因而大型、特大型羅茨鼓風機在此也得到了應用,如云南某磷肥企業一次改造就新增流為300m3/min的特大型水環泵3臺。

    此外,還有許多磷肥企業工藝要求在壓力為絕壓80–l00hPa時,仍要有較大的抽氣能力,因而兩級羅茨鼓風機及帶大氣噴射器的兩級羅茨鼓風機用在這種工況下,就具有獨特的優勢,許多化肥企業淘汰了振動噪聲大而真空度較高的往復真空泵,用兩級羅茨鼓風機替代,并收到了較好的效果,可以說兩級羅茨鼓風機在該行業應用將會越來越廣泛。

    c)造紙行業
    上世紀末和本世紀初,我國的國債投入造紙行業占有較大的比例,全國各地的造紙廠爭先恐后地改造上水平、上規模,這大大地拉動了大型羅茨鼓風機的開發生產,東北某造紙廠一次改造流為400IIl3/min的特大型羅茨鼓風機(目前我國生產的最大規格的羅茨鼓風機)6臺,總配動力為400kW??梢哉f近幾年來的流在100m3/min以上的大型羅茨鼓風機的50%是用在造紙行業,而且這種發展趨勢有增無減。

    d)制藥行業

    真空濃縮脫水、干燥、蒸餾是制藥企業的主要工藝過程,制藥企業的技術改造也同樣是上水平、上規模,這在一些大型制藥企業更為明顯。過去,大多用10m3/min以下的小泵,而現在,在這些企業的項目招標中,流在20m3/min以上的中、大型泵已占多數。此外,制藥行業的許多廠過去使用流為6–12m3/min的兩級羅茨鼓風機較多,而現在都配20-30m3/min的兩級羅茨鼓風機,有的還達到60m3/min,如四川某合資制藥廠去年一次招標買流為60m3/min的泵達到10臺。

    除以上行業外,輕工行業的食品、啤酒企業以及冶金、發電、石化、建材等行業的真空系統均向大型方面發展,如山東某鋁廠長期使用多臺流為85m3/min的羅茨鼓風機,而去年的技改項目設備招標要求的羅茨鼓風機流要達到140m3/min。

    2成套性

    應當說,在2000年以前國內的羅茨鼓風機的生產廠家幾乎全是以銷售單泵為主,極少有用戶訂成套設備,而近兩年來,化工、制藥行業的技改項目設備招標中成套設備占的比例越來越大,一般是要求配分離器、冷卻器(換熱器)、補液泵、閥門、儀表、管件以及控制裝置,形成閉式循環,并且要求與企業的OCS系統相連,對液位、壓力、力量等進行在線控制。

    對這種機電一體化成套設備的要求在許多行業越來越普遍。

    3較高真空下要求較大的流

    許多化工、制藥行業的真空蒸餾、濃縮、脫水、干燥以及發電廠的抽除尾氣都要求在吸入壓力為3–8kPa之間有較大的流,單級羅茨鼓風機在這一區間抽氣能力已相當弱,而兩級羅茨鼓風機和帶一級大氣噴射器的兩級羅茨鼓風機的特點是在該區間有較大的吸氣量,在2000年以前對于兩級泵的需求大多是15m3/min以下,而現在達40-50m3/min。此外,還應當指出,單級羅茨鼓風機帶一級大氣噴射器時,如果設計合理,在吸入壓力為4–5kPa時仍有較大的流,這大大擴大了單級羅茨鼓風機的使用范圍,如我國某飛機研究所就使用該類泵多臺。

    綜上所述,可以看出,羅茨鼓風機及羅茨風機作為基本的粗低真空獲得設備在各行業得到了廣泛的應用,也可以說國民經濟各行業的迅速發展推動了羅茨鼓風機和羅茨風機的開發生產。因此為使其更好地適應各行業的發展,現就該泵的研制開發提出以下幾點粗淺的看法:

    (1)用可行性設計和高性能的密封件,提高整機的平均無故障運行期(MTBF)

    羅茨鼓風機及水環真空泵的工作可靠性,即平均無故障運行期,應當說與其它的粗低真空獲得設備相比還是較高的,平均無故障運行期可達10000小時以上。但隨著各行業技術進步工作的加強和對整個真空系統的可靠性要求的提高,因而對其可靠性要求也相應更高了。特別是在化工和煤礦抽瓦斯氣體的這樣對安全要求嚴格的工況下,泵要長期持續運轉,國際先進水平可達幾萬小時以上。所以羅茨鼓風機和羅茨風機的設計工作的開發情況和制造條件的限制以及密封件(特別是機械密封件)的質量現狀,要真正提高整機的可靠性尚需進一步對以上幾方面的工作進一步加強。

    (2)采用優化設計方法,努力提高泵的效率,降低能耗

    羅茨鼓風機和水環真空泵是耗能高,效率低的產品,這是公認的事實,小泵一般為30-35%,大泵達40%或略高,這樣低的效率與國家對機電產品的要求及我國目前能源緊張的現狀是極不相適應的。因此應盡快采用優化設計方法,對影響泵的效率最關鍵的葉輪的各幾何參數及吸排氣孔的起始位置、面積等建立數學模型,進行優化設計,選擇各參數的最佳組合方案,并采用汽液兩相流的有關理論及計算公式進行設計,盡量減少水環的渦流損失,達到提高效率的目的。所以說盡快設計開發成功高效節能的羅茨鼓風機及壓縮機以淘汰耗能高、效率低的落后產品是擺在羅茨鼓風機的設計開發、生產企業面前的一項重要工作。

    (3)提高帶大氣噴射器時的工況點的氣量。

    國外無論單級羅茨鼓風機還是兩級羅茨鼓風機配大氣噴射器以提高在較低吸入壓力下的流的情況還是較多的。從國外技術先進的企業的技術資料上可以看出,單級羅茨鼓風機帶一級大氣噴射器時,在吸入壓力為5kPa點,抽氣速率可達該泵不帶大氣噴射時吸入壓力為400hPa點的抽氣速率(用戶常用的單級羅茨鼓風機的共況點)的65–70%,兩級羅茨鼓風機帶一級大氣噴射器時,在吸入壓力為1.5kPa點抽氣速率可達該泵不帶大氣噴射器時吸入壓力為8kPa點的抽氣速率(兩級羅茨鼓風機常用的工況點)的70–75%,這樣便大大擴大了羅茨鼓風機的應用范圍,即滿足了化工、制藥、輕工、儀器、冶金、發電等行業要求在吸入壓力為1.5–5kPa點大抽氣速率的工藝條件。但目前國內一是羅茨鼓風機帶大氣噴射器的應用不夠廣泛;二是在1.5–5kPa點的抽氣速率較小,與國外先進廠家技術水平有一定差距。為進一步推廣應用,應當研究改進大氣噴射器的設計與羅茨鼓風機的最佳配比,由于氣流在大氣噴射器的噴嘴(拉伐爾噴管)與擴壓器的漸縮段流動是超音速氣流,并且大氣與被抽氣體兩股氣流的混合過程中的動量交換較為復雜,無法完全依靠理論計算的方法進行設計,必須進行多次試驗,但從擴大羅茨鼓風機的應用及提高其效率的角度出發應當加強試驗研究,努力提高其抽氣效率。


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