陳勇

（南通大通寶富風(fēng)機(jī)有限公司，江蘇 南通226010）

1 中國純堿濾過真空機(jī)種類及使用狀態(tài)

1.1 水環(huán)式真空泵

2萬t左右純堿小廠對于過濾室和有關(guān)管道的流量及真空度要求較低，水環(huán)式真空泵正好滿足其性能需求。由于水環(huán)泵中氣體壓縮是等溫的，因此可以抽除易燃、易爆的氣體。由于沒有排氣閥及摩擦表面，可以抽除帶塵埃的氣體、可凝性氣體和氣水混合物。有了這些突出的特點(diǎn)，盡管它效率低，仍然得到了廣泛的應(yīng)用。

1.1.1 優(yōu)點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡單，制造精度要求不高，容易加工。結(jié)構(gòu)緊湊，泵的轉(zhuǎn)數(shù)較高，一般可與電動機(jī)直聯(lián)，無須減速裝置。小結(jié)構(gòu)尺寸卻可以獲得大的排氣量，占地面積也小。壓縮氣體基本上是等溫的，即壓縮氣體過程溫度變化很小。由于泵腔內(nèi)沒有金屬摩擦表面，無須對泵內(nèi)進(jìn)行潤滑，而且磨損很小。轉(zhuǎn)動件和固定件之間的密封可直接由水封來完成。吸氣均勻，工作平穩(wěn)可靠，操作簡單，維修方便。

1.1.2 缺點(diǎn)

效率低，一般在30%左右，較好的可達(dá)50%。真空度低，這不僅是因?yàn)槭芙Y(jié)構(gòu)方面的限制，更重要的是受工作液飽和蒸氣壓的限制。耗水量大，當(dāng)流量為8.33 m3/min，真空度為3 300 Pa時，每臺耗水量達(dá)到1.2 t/h；當(dāng)其流量達(dá)到目前常見的700 m3/min時，其耗水量會呈幾何倍數(shù)增長，且在其效率低情況下，功耗也與透平設(shè)備差異較大。

1.2 多級透平真空機(jī)

在國內(nèi)“放大壓小”政策驅(qū)使下，國內(nèi)起來很多60萬t及以上堿廠，包括中鹽昆山堿業(yè)、青海五彩礦業(yè)、青海昆侖堿業(yè)、青海鹽湖金屬鎂、天津堿廠等項(xiàng)目，其過濾室和有關(guān)管道的流量均要求在700 m3/min以上，真空度為70 kPa以上，如采用水環(huán)式真空泵，則需配備幾十臺真空泵來滿足工況需求，對生產(chǎn)成本及后續(xù)維護(hù)費(fèi)用帶來很大負(fù)擔(dān)。目前化一院（天辰）、化八院（成達(dá)）在該工段均采用多級透平真空機(jī)組。

第二，從學(xué)生個體因材施教。班級之間存在差異性，而學(xué)生之間同樣也是如此，具體體現(xiàn)在：個人學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)態(tài)度以及身體素質(zhì)等等方面的差異。在課堂教學(xué)過程中，教師需要充分考慮各個影響因素，盡可能照顧到每一位學(xué)生，根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，采取有針對性的教學(xué)方法激勵學(xué)生參與體育運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)高效課堂的目標(biāo)。[3]

1.2.1 優(yōu)點(diǎn)

輸送的氣體清潔、干燥且無油。低轉(zhuǎn)速機(jī)械，使用壽命長，絕無脈動，超低噪聲。效率高，多變效率一般可達(dá)80%。振動極微，穩(wěn)定區(qū)域廣，操作簡單，容易安裝，費(fèi)用低。

1.2.2 缺點(diǎn)

滿載效率高于水環(huán)式真空泵，略低于單級高速透平真空機(jī)。當(dāng)小流量運(yùn)行時易出現(xiàn)喘振現(xiàn)象（透平類真空機(jī)不可避免）。

1.3 單級透平真空機(jī)

本公司自2006年開始研發(fā)生產(chǎn)單級高速透平真空機(jī)，先后配套給天津鐵廠、大唐、華電、國電等國企、央企，應(yīng)用領(lǐng)域包括電廠脫硫、污水處理、煤氣加壓、硫磺回收、蒸汽再應(yīng)用等。相較多級透平真空機(jī)，二者的區(qū)別是單級高速透平真空機(jī)只有一組葉輪，空氣的壓縮是一次壓縮完成的，而多級透平真空機(jī)在一根主軸上有多組葉輪，空氣的壓縮是在多組葉輪間逐步完成的。由于透平真空機(jī)是依靠提高空氣的流動速度即空氣動能來壓縮空氣提高壓力，所以要獲得同樣的壓力，單級透平真空機(jī)的葉輪必須比多級真空機(jī)的轉(zhuǎn)速高數(shù)十倍。由于壓力很大程度上依靠提高轉(zhuǎn)速來提供，而轉(zhuǎn)速受平衡、潤滑及材料性能等多方面的限制，所以單級透平真空機(jī)更多被使用于低壓力場合，而高壓力工況下更多使用多級透平真空機(jī)。單級透平真空機(jī)一般依靠齒輪箱獲得極高轉(zhuǎn)速，由于轉(zhuǎn)速特別高，所以控制和維護(hù)保養(yǎng)真空機(jī)特別重要，必須配套單獨(dú)的潤滑油站，同時由于高轉(zhuǎn)速使諸多部件如葉片等磨損較大，所以單級透平真空機(jī)的壽命比多級透平真空機(jī)短。

1.3.1 優(yōu)點(diǎn)

葉輪采用先進(jìn)的空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)，整體數(shù)控銑制，效率高，一般可達(dá)83%以上。性能曲線平坦，穩(wěn)定工況范圍比較寬，采用進(jìn)口預(yù)旋器可使流量在70%～100%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。采用PLC及防喘振技術(shù)，機(jī)電一體化，自動化程度高，運(yùn)行可靠。

1.3.2 缺點(diǎn)

機(jī)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)組有潤滑油站、齒輪變速箱等輔助機(jī)構(gòu)和設(shè)置。轉(zhuǎn)速高、噪聲大。維護(hù)量大、維護(hù)難度高、真空機(jī)部件磨損快，而且對平衡、裝配要求極高。

2 純堿濾過真空機(jī)實(shí)際選用分析

2.1 功耗比較

功耗比較如圖1所示。

圖1 功耗比較

水環(huán)式真空泵效率一般在30%左右，較好的可達(dá)50%。理論上在小廠使用，所需流量、真空度不大，基數(shù)小，因此效率劣勢不是特別明顯。但如在60萬t及以上堿廠使用，其耗水量大，能耗高的缺點(diǎn)表現(xiàn)較突出，與多級透平真空機(jī)及單級高速真空機(jī)的差異較大。

多級透平真空機(jī)與單級透平真空機(jī)均為透平設(shè)備，單級高速透平真空機(jī)采用三元流理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，軸向進(jìn)氣，并在葉輪前面設(shè)有進(jìn)氣預(yù)旋裝置，減少了進(jìn)氣損失，加之單級高速透平真空機(jī)為一級結(jié)構(gòu)，流道短、損失小。綜合以上因素，傳統(tǒng)意義上單級高速透平真空機(jī)的整機(jī)效率較多級透平真空機(jī)提高5%～10%左右，如圖2所示，可以為用戶創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 單機(jī)真空機(jī)和多級真空機(jī)多變效率比較

單級透平真空機(jī)設(shè)計(jì)最高效率點(diǎn)大于多級透平真空機(jī)，但因真空機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際工況往往有一定差距，造成單級透平真空機(jī)實(shí)際工作效率、電機(jī)功耗不一定大于多級透平真空機(jī)，所謂省功率也僅在額定設(shè)計(jì)工況下節(jié)能。

2.2 安全性比較

水環(huán)式真空泵（如圖3所示）及多級透平真空機(jī)（如圖4所示）均屬低轉(zhuǎn)速機(jī)械，設(shè)備精度較單級低，從前期投入成本看，可自動化控制也可無需自動化控制，故障率低，檢修周期長，連續(xù)運(yùn)行時間短，產(chǎn)品可靠性高。運(yùn)維人員的技能要求低。機(jī)體內(nèi)部間隙大，機(jī)組對遇特殊工況抗壓性高。圖3、圖4為水環(huán)式真空泵、多級透平真空機(jī)運(yùn)行10年的狀態(tài)，考慮到輸送介質(zhì)含水蒸氣、氨氣、二氧化碳、空氣等因素，選用相應(yīng)設(shè)備材料，理論上是不會被磨損的。

圖3 水環(huán)式真空泵

圖4 多級透平真空機(jī)

單級透平真空機(jī)轉(zhuǎn)速一般達(dá)20 000 r/min，設(shè)備精度高，因轉(zhuǎn)速高需自動化控制，真空機(jī)運(yùn)行時對運(yùn)維人員的技能要求高，全自動防喘振控制及實(shí)時狀態(tài)監(jiān)控，確保設(shè)備始終處于安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，機(jī)體內(nèi)部間隙小，機(jī)組遇特殊工況，如水滴、特殊氣體造成的沖刷，短時間內(nèi)造成磨損易損傷機(jī)組。葉輪（如圖5所示）轉(zhuǎn)速為23 500 r/min，葉輪材質(zhì)為TC4，使用2年后葉輪葉片入口沖蝕情況明顯，后續(xù)可能造成轉(zhuǎn)子不平衡，使真空機(jī)振動加劇。

圖5 葉輪

2.3 噪聲分析

近年來，各級政府部門對環(huán)保越來越重視，公眾環(huán)保意識也隨之加強(qiáng)。比如水、大氣、土壤等傳統(tǒng)污染被“圍追堵截”，近年來有了很大改觀。前不久，生態(tài)環(huán)境部公布5月全國“12369”環(huán)保舉報辦理情況，噪聲污染舉報占41.4%。噪聲污染對崗位從業(yè)人員、居民的工作及生活的影響不可小覷。

水環(huán)式真空泵的正常聲響是水環(huán)渦流造成的。聲響隨著壓縮比的增加而加?。ǖS功率上升并不多）。當(dāng)達(dá)到最大壓縮比時，氣量為零，吸氣孔到排氣孔的整個水環(huán)全部形成渦流，使氣量脈動和噪聲達(dá)到最大值。這個噪聲與泵的圓周速度、吸入壓力、泵體壁厚、氣水分離器結(jié)構(gòu)以及供水盆有關(guān)。對于運(yùn)行的泵，如果適當(dāng)調(diào)節(jié)供水量，或者在進(jìn)氣管路上裝一個小閥門把部分大氣排放到泵體里面，這種聲響有可能被降低。

透平式真空機(jī)噪聲主要來源為氣動噪聲，約占45%，氣動噪聲主要包括旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲又稱離散頻率噪聲，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉輪上的葉片通道出口處的氣流壓力與氣流速度都有較大的變化。當(dāng)蝸舌與葉片出口邊緣間的間隙較小時，旋轉(zhuǎn)的葉片通道掠過蝸舌處就會出現(xiàn)周期性的壓力和速度脈動。渦流噪聲也稱旋渦噪聲，是葉輪在旋轉(zhuǎn)過程中，葉輪葉片與氣體相互作用、耦合所輻射的寬頻帶噪聲，包括來流紊流噪聲、紊流邊界層噪聲、尾緣渦流脫落噪聲和葉尖渦流噪聲。

雖然都是透平式真空機(jī)，單級高速透平真空機(jī)因其轉(zhuǎn)速為多級透平真空機(jī)的3～5倍，其造成的噪聲還是相對較高。控制真空泵（機(jī)）噪聲的方法很多，對于降噪要求高的場合，可以采用消聲隔聲房（如圖6所示）。也有設(shè)備進(jìn)、出口及放空處安裝阻性消聲器。噪聲問題，在中國基本上已可得到有效控制。

圖6 消聲隔聲房

3 結(jié)論

由于水環(huán)式真空泵氣量較小，其單臺成本較低，且機(jī)器操作維護(hù)難度較小，對于小型堿廠是最佳選擇。在大型純堿廠，水環(huán)式真空泵也因?yàn)闅饬枯^小，無法適應(yīng)大流量工況下運(yùn)行，不能與多級透平真空機(jī)、單級透平真空機(jī)放在同一平臺進(jìn)行競爭。

在600萬t以上純堿廠，排除效率最低且流量范圍小的水環(huán)式真空泵，單級、多級透平真空機(jī)比較結(jié)論如下。

單級透平真空機(jī)與多級透平真空機(jī)相比，單個葉輪效率損失少，優(yōu)勢是效率高，但也僅限在額定設(shè)計(jì)工況下省功。單級機(jī)組尺寸小，但因高速運(yùn)行設(shè)備，機(jī)組內(nèi)間隙較小，對于操作人員技能要求較高，后續(xù)維保費(fèi)用高。一旦發(fā)生機(jī)組喘振、失速、異物進(jìn)入會造成重大損失。

多級透平真空機(jī)閉式葉輪效力較高，軸位移平穩(wěn)性好，但制作工藝繁雜，單級透平真空機(jī)半開式葉輪效力較低，葉頂間隙對軸位移的變更比較敏感，但制作工藝簡略。

在純凈氣體環(huán)境中，單級透平真空機(jī)較多級透平真空機(jī)優(yōu)勢明顯。正因?yàn)槠滢D(zhuǎn)速高，因此環(huán)境介質(zhì)復(fù)雜，如純堿廠真空系統(tǒng)內(nèi)水蒸氣、氨氣、二氧化碳，高轉(zhuǎn)速機(jī)械易造成葉輪沖擊較大，機(jī)殼內(nèi)部氣流速度高，葉輪、殼體短時間被磨損腐蝕，后續(xù)備件采購量大，成本居高不下。

透平真空機(jī)入口易形成負(fù)壓，介質(zhì)內(nèi)水汽會凝結(jié)成水，對單級透平真空機(jī)轉(zhuǎn)速葉輪造成的沖蝕較明顯。