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透平真空泵與水環泵效率淺析
中國紙業網造紙廠設備:2019-8-23 18:04:27 造紙機械|衛生紙機|銅版紙|瓦楞紙|透平真空泵
  最近幾年,透平式真空泵在紙機成紙脫水中已經廣泛取代了水環式真空泵。但對于透平真空泵和水環泵效率比較問題,有人提出,由于透平式真空泵和水環式真空泵工作原理不一樣,通常效率的提法也不一樣,因此不能以透平泵銘牌效率與水環泵銘牌效率做簡單的差值比較,來說明透平泵比水環泵效率高多少。下面針對這一問題做簡單闡述。

 

關于透平真空泵與水環真空泵效率表述

透平真空泵的效率有三種表述方式:等溫效率(ηT)、等熵效率S)、多變效率(ηpol)。對于單級透平真空泵來說,工廠試驗效率一般指的是多變效率(ηpol)。

水環真空泵在氣體的壓縮過程中,氣體的熱量大部分傳給了水,因此可把水環真空泵的壓縮過程看作是等溫壓縮過程,因此效率也是采用等溫效率。

 

透平真空泵多變效率與等溫效率的轉換

為了便于對比,可把透平真空泵的多變效率轉換成等溫效率進行比較。對于同一臺透平真空泵,其內部功率是一樣的。

Pin=Ppolpol+Pα+PL=PTT+Pα+PL        (1)

其中,氣體的多變壓縮功率Ppol=Qm×Wpol/(6×104)  

氣體的等溫壓縮功率PT=Qm×WT/(6×104)   

因此,Wpolpol=WTT                               (2)

式中,多變過程的比壓縮功Wpol=[m/(m-1)]×R×T1×[ε(m-1)/m-1]  

等溫過程的比壓縮功WT=R×T1×lnε    

ε—壓比,透平真空泵或水環真空泵進出口全壓之比

m/(m-1)=[k/(k-1)]ηpolk為絕熱指數,空氣為1.4)

以壓比ε=2(入口真空度約50kPa)、多變效率ηpol=83%為例,代入方程(1),可得此時對應的等溫效率ηT=73.5%。

對于透平真空泵,其效率曲線如圖1。

 


根據以上的換算方法,透平真空泵的等溫效率在60%~75%左右(這也是粗略的估算法,在不同壓比下,同樣的多變效率、等溫效率也會有差異)。

另外從圖1也可以看出,在喘振點流量以上,效率呈連續下降趨勢。如果透平真空泵實際運行中流量偏大,會出現效率明顯下降,這時與水環泵比較會出現節能效果不顯著的現象。

 


水環真空泵效率

如前所述,水環真空泵的效率指的是等溫效率ηT。通常水環泵的效率在30%~60%之間,圖2是2BE705-1水環泵的性能曲線。

圖2上的性能是基于進氣溫度20℃、進水溫度15℃、排氣壓力101.3kPa的條件下,被吸入氣體為飽和空氣。

但實際工程使用中,水環真空泵的供水溫度、供水量、進氣溫度、水質等使用條件都較難把控,實際使用的效率會低于工廠測試效率。

 

水環泵的結構及其葉輪腐蝕情況

透平真空泵等溫效率與水環真空泵等溫效率的比較

由上面的推算可知,透平真空泵的等溫效率通常會在60%~75%之間,水環真空泵的效率通常在30%~60%之間(一般轉速低、泵型號大,效率高),因此,在選型都比較合理的前提下,水環泵也按要求工作在正常工況下,實際上透平真空泵比水環真空泵等溫效率高25%~30%比較正常。至于在改造中出現40%以上的節電率,往往是水環真空泵使用年限較長,出現了腐蝕或結垢現象,也可能是液環水量、水溫控制不到位。

透平真空泵的核心部件及其外形

 

合理選型和管道布置對真空系統的能耗影響很大

隨著企業管理的精細化,越來越重視工藝性節能,對于真空系統來說,提升氣水分離的效果,優化真空管道布置,使管道損失控制在3kPa以內(有些資料介紹,甚至把真空管道系統最大壓降要求在175~350Pa),在現場改造中,經常出現水環泵的真空比現場真空高10~20kPa的現象。以15kPa為例,假如水環真空泵上的流量為200m3/min、真空度為60kPa,實際使用點的真空為45kPa,并滿足了生產要求,根據氣體狀態方程P1V1=P2V2(假設溫度從使用點至水環泵入口保持不變),這時從使用點流出的流量V2=200×40/55=145.5m3/min。假使管道損失能控制在3kPa,這時實際水環真空泵可按流量154m3/min、真空度48kPa選型。從水環真空泵等溫壓縮功計算公式:PT=38.37×P1×QV×lg(P2/P1)可知,等溫壓縮功正比lg(P2/P1),這樣壓縮功將近相差40%。這是一個很可觀的數字。

 

結束語

(1)不能簡單地依據銘牌效率去比較透平真空泵與水環真空泵的效率,通常兩者的表述方式不一樣。要比較也需通過換算。

(2)在水環泵和透平真空泵都能合理選型與布置的前提下,透平真空泵比水環泵節電率在20%30%是比較正常的。

(3)工藝選型和管道布置的不合理,是紙機真空系統比較普遍的現象。如在改造成透平真空泵時加以消除,可使節電率上升至40%左右甚至更高。

(4)透平真空泵的使用能大大減少甚至消除水環真空泵排氣中的白煙以及隨白煙夾帶的異味,有一定的環境效益。

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