水环式真空泵的工作原理及影响因素分析

1、第 43卷第 21期 2015年 11月 广 州 化 工Guangzhou Chemical Industry Vol. 43No. 21Nov. 2015化工机械水环式真空泵的工作原理及影响因素分析马磊 1, 崔芙红 2(1兰州蓝星纤维有限公司, 甘肃 兰州 730071; 2兰州石化职业技术学院,甘肃兰州 730060摘要:在工业生产的许多工艺过程中,如真空过滤 、 真空脱气 、 真空蒸馏 、 真空吸液 、 真空浓缩 、 真空干燥 、 真空冶炼等,水环泵得到广泛的应用 。 通过对水环式真空泵工作原理的介绍,说明了水环液补水方法,及气水分离器和换热器在水环液流 量节约方面的应用, 重点分析了

2、影响真空泵工作能力, 如水环液介质的选择 、 水环液流量的大小,水环液的温度,真空辅助系统, 最后对真空泵的一些常见故障和启停注意事项作了简单说明 。关键词:水环式真空泵; 汽水分离器; 汽蚀保护; 极限真空 中图分类号:TQ342+.39文献标志码:B文章编号:10019677(2015 021016203 第一作者:马磊 (1986 ,男,助理工程师,主要从事化工生产技术工作 。 通讯作者:崔芙红 (1985 ,女,大学助教,主要从事化工教学工作 。Working Principle and Influence Factors of Water ingVacuum PumpMA Lei 1

3、, CUI Fu hong 2(1Lanzhou BLUESTAFiber Co , Ltd. , Gansu Lanzhou 730071;2Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology , Gansu Lanzhou 730060, China Abstract :In many industrial production processes , such as vacuum filter , vacuum degassing , vacuum distillation , vacuum suction , vacuum co

4、ncentration , vacuum drying , vacuum smelting , water ring pumps are widely used. Through the introduction about the water ring vacuum pump working principle , the way of replenishing for water ring , the application of gas water separator and heat exchanger in saving the water ring liquid flow were

5、 introduced , analysis of the affect of working ability about vacuum pumps , such as selecting of the water ring liquid medium , water ring liquid flow rate , the temperature of water ring liquid , and some auxiliary system , was emphasized on. A brief description about vacuum pump faults was given

6、, and some tips when start up or stop a water ring vacuum pump were provided.Key words :water ring vacuum pump ; steam water separator ; cavitation protection ; limiting vacuum水环式真空泵是用来抽吸空气和其他无腐蚀性 、 不溶于 水 、 不含有固体颗粒的气体的机泵,以便在密闭容器中形成真 空,满足工艺流程要求 1。1水环式真空泵的工作原理如图 1所示,启动前,通过水环液补水管线给真空泵腔体 加适量的水作为工作液,启动泵后

7、当叶轮顺时针旋转时,水被 叶轮抛向四周,由于离心力的作用,水形成了一个决定于泵腔 形状的近似于等厚度的封闭圆环 。 水环的上部分内表面恰好与 叶轮轮毂相切,水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触 (实际 上叶片在水环内有一定的插入深度 。 此时叶轮轮毂与水环之 间形成一个月牙形空间,而这一空间又被叶轮分成与叶片数目 相等的若干个小腔 。 如果以叶轮的上部 0 为起点,那么叶轮在 旋转前 180 时小腔的容积由小变大,且与端面上的吸气口相 通,此时气体被吸入,当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝; 当 叶轮继续旋转时,小腔由大变小,使气体被压缩; 当小腔与排 气口相通时,气体便被排出泵外 。 水环泵是靠泵

8、腔容积的变化 来实现吸气 、 压缩和排气的,因此它属于变容式真空泵 2。图 1工作原理Fig. 1Working principle真空泵工作时,在水环的作用下,气体由吸气管路进入泵 内,泵在排气时连同水一起排出,由于吸入的气体压缩产生的 热量,使水环液的温度不断升高,这对泵的性能影响较大 。 而 且泵填料处也需要冷却,因此,在真空泵工作过程中,必须不 断地给泵供水,以冷却和补充泵内消耗的水 。 在不缺水源或废 水可回收再利用的情况下,水环液可直接排放 。 在许多装置 中,为节约用水,真空泵一般都配有气液分离器 。 例如 2BV 系第 43卷第 21期 马磊,等:水环式真空泵的工作原理及影响因

9、素分析 163列真空泵,以 15 水做水环液,配气液分离器和部分工作液 循环连 接 的 情 况 下,实 际 补 水 量 为 未 配 分 离 器 时 的 1/2左 右 3。 在真空泵排气一端接有汽水分离器,真空泵排出的气体 和所带的部分水排入汽水分离器后,汽水分离,气体由排气管 排出后直接进入大气或通过回收装置回收,留下的水经气液分 离器底部回水管供至真空泵内继续使用,随着工作时间的延 长,循环使用的工作液温度会不断的升高,这时需从汽水分离 器的补水处供给一定的冷水,以降低工作液的温度,保证泵能 达到设计的技术要求和性能指标,多出的水则通过汽水分离器 的溢水口排出 。 汽水分离器与真空泵之间设计

10、有换热器时,气 水分离器液位一般通过浮球阀等自动控制,液位降低后浮球阀 开启补水,一定液位后浮球阀自动关闭,液位超过溢水口部分 溢流排出,操作简单 。当水环真空泵在吸气压力接近极限真空下长期工作时,应 在排水管路或汽水分离器与泵盖之间联接气蚀保护管,以对泵 进行保护并消除气蚀声 。 泵不带汽蚀保护时,吸气压力不得低 于 8000Pa ,这是为了避免在水温 15 ,抽除 20 干空气时引 起汽蚀,更高水温时,允许的最低吸气压力会相应高些,泵带 汽蚀保护时,泵可抽气至最大真空度 4。2极限真空的影响因素液环真空泵的极限真空由工作液饱和蒸汽压决定,主要取 决于以下几个方面:2. 1液环所选用的介质用

11、水作工作液,极限压强只能达到 2000 4000Pa ,用油作 工作液,可达 130Pa 2。 由于油的成本较高以及直排后污染环 境,用油做水环液相对较少,一般只在确实真空需求较高的情 况下使用,而且需加装气液分离器,并在气液分离器循环补液 给真空泵的管路中加装换热器进行冷却,确保油可以循环使 用,降低成本 。 工业生产中大多使用自来水 、 工业水 、 生产 水 、 循环水 、 脱盐水等作为工作液,价格相对便宜,成本较 低,可以选择做水环液后直接排入污水系统,如化工厂中用于 物料冷却的循环水,需要定期排掉一部分,补加药剂并使用新 水置换,用来做水环液后以一定量连续直排非常经济 。 若水环 液需

12、要回收,一般使用脱盐水做水环液,这样不会带入其他杂 质离子 。 在一些装置中也会选择用其它参与生产或反应的有机 或无机溶剂做水环液,回收气相组分后可直接利用,既环保又 经济,但真空泵设计时需注意泵腔 、 叶轮等可能接触到溶剂部 分材质的选择 。2. 2水环液的工作温度水环液的工作温度对真空泵的大小影响也较为明显,工作 液温度太高,会降低泵的抽气量 。 一定情况下,水环液的温度 越低,所能形成的真空越大,一般要求工作液最高温度不能超 过 65 。 当抽除高温气体或 80 以上蒸汽时,需在真空泵吸 气管路中加装冷凝器 。 工作液直排时,可维持水环液在较低的 温度,循环使用的工作液,由于真空泵的做功

13、放热使工作液温 度升高,可选择加装换热器在汽水分离器与真空泵之间的连接 管路上,利用冷却水来冷却 。 对需要精确控制真空大小的装 置,可使用水环液温度的自动控制,根据真空大小设定需要的 水环液工作温度后,通过与冷却水进料阀门开度大小的联锁调 节来确保水环液温度稳定,从而确保真空稳定; 另外一种控制 方式是确保冷却水的温度在一定范围,换热器进出口手动阀门 固定在一定开度,如全开,通过自动控制开度大小的真空吸气 阀门同样可以起到稳定真空的作用,对真空大小精度确实要求 较高的时候也可以考虑使用水环液温度自动控制与真空自动控 制相结合的方式 。2. 3水环液的流量真空泵水环液供水流量的大小,对泵的真空

14、度 、 抽气量以 及功率消耗均有影响 。 在工作液温度相同的情况下,真空泵的 吸气量越大,所需要消耗的水也越多 。 如果水环液流量过低, 会造成真空泵真空能力的下降,但是如果水环液流量过大,也 会导致泵的功率消耗增大,甚至过电流跳车 。 因此,供水量的 大小应严格控制在规定范围内 。 不管是直进直排还是通过气液 分离器循环使用的工作液补水管路上,一般都设计有流量计和 阀门,同时确保进水管路上的压力稳定在一定范围,精确控制 真空时使用水环液补水的流量与自控阀门联锁调节,这样就可 以通过阀门开度大小来调整真空泵的补水量,或者是汽水分离 器的补水量以及汽水分离器向泵的供水量 。 以便用最小的水耗 量

15、,确保泵在要求的技术条件下运转,使功率消耗最小,并且 达到性能指标 。 当抽除高温气体或 80 蒸汽时,建议使用前 置冷凝器或使用 2倍于标准流量的工作液 3。2. 4真空辅助系统在工业生产的一些过程中,如真空脱气 、 真空蒸发浓缩 等,除水环式真空泵工作产生真空以外,还经常在真空泵的吸 气管路上设计有辅助的喷淋系统 、 冷凝系统等,其主要目的一 是回收脱出的气体,二是冷却真空泵的进气,即能有效的利用 热量又起到保护真空泵的作用 。 这些装置中较低温度液体的持 续喷淋循环 、 气体冷凝成为液体时体积的骤缩,都能产生一定 程度的负压,也等于是增大了系统的真空,或者是要求控制一 定真空的条件下,减

16、小了真空泵的功率消耗 。 实践证明,一定 范围内,如果喷淋循环流量越大,喷淋液温度越低,持续的喷 淋循环所能形成的真空也越大,在一些化工设计中,真空泵可 只作为开车初始迅速达到要求真空度使用,随后通过喷淋循环 就可以维持真空稳定,这样就可以停止真空泵,节约能源,而 且所有可能的有毒有害气体都通过溶解性能良好的喷淋回收 掉,十分环保 。3启停注意事项长期停车的真空泵在启动前,必须先进行盘车,检查泵有 无卡涩或损坏,然后打开真空泵水环液补水阀门,观察流量计 读数,通过阀门调节到要求流量 。 一般真空泵的瞬时允许吸水 量稍大于连续运转时设计的允许吸水量 。 启动真空泵前需保证 泵腔工作液处于一定的液

17、位,一般在真空泵腔体容积的 1/2处 左右,若真空泵腔水位偏高甚至充满水,真空泵瞬间启动后, 由于水的密度远远大于空气的密度,会造成真空泵发出较大声 响乃至过载跳车 。 真空泵启动前要确保排气阀门完全打开,一 般吸气阀门处于关闭状态,启动真空泵后迅速再打开,停止时 关闭吸气阀然后迅速停止真空泵,然后关闭排气阀门,关闭水 环液补水阀门,这样启停时都确保真空泵在最小负荷下运行, 起到保护泵的作用 。 若停车时间较长,必须将泵及汽水分离器 内的水全部排掉,以防结垢或发生锈蚀 。水环式真空泵在极限压力下工作时,泵内可能由于物理作 用而发出喘振的声音,但检测电机运转电流可能会发现实际功 率并没有变大,这

18、是由于泵已经处于极限吸气压力之下,长时 间运转在低于最低允许吸气压力下会使泵受到损坏,设计及实 际操作时需要避免此现象的发生,如果泵开始喘振,可将进气 管路上的手动或自动真空 调节阀门打开,使 之进入少量空气, (下转第 202页202广 州 化 工 2015年 11月校 、 教师和学生都提出了更高的要求,目前,国内高校开设的 综合与设计性实验项目大多还处在建设期 。 笔者的实践也表 明,在应用型本科院校要想顺利和成功的开展应用化学综合与 设计性实验,需要从多方面进行配套和协调 。4. 1现代分析测试平台的开放建设应用化学综合与设计性实验包括合成 、 表征和应用性能测 试等环节,特别是结构表征

19、和性能测试,仅仅通过滴定等常规 分析手段无法达到目的,必须借助现代分析测试技术来完成 。 而现代分析测试仪器都较为贵重,各学校的分析测试中心一般 都有自己严格的管理制度和要求,特别是在应用性本科院校, 还无法完全做到为学生开放 。 因此,对于应用性本科院校,综 合与设计性实验的开展之前还应建设好为学生开放的现代分析 测试平台 。 这里,可以借鉴有关国内重点高校的经验,可以平 时对学生进行培训,取得相应地仪器使用资格证书后,对学生 实行开放 。4. 2师资队伍的搭配和协调综合与设计性实验在锻炼学生的同时,对教师也提出了更 高的要求 。 对于学生设定的实验方案,教师要把握其科学性和 可行性; 对于

20、实验中涉及的学生遗忘的综合理论知识,教师需 要耐心的讲解; 对于实验中出现的意想不到的状况,教师需要 提前准备预案等等 。 因此,综合与设计性实验的指导教师个人 需要扎实的理论基础,更需要较好的师德修养,整个实验教学 团队也需要注意专业的搭配和协作配合 。4. 3新型合理的考核和评价体系的建立综合与设计性实验是对学生创新能力和综合素质能力的锻 炼和提高,因此,传统的验证性和演示性实验的考核和评价体 系对综合与设计性实验教学是不适用的 。 根据综合与设计性实 验的特点和目标,新的考核和评价体系应当包括实验方案的设 计和可行性 、 实验综合操作过程 、 实验结果以及综合素质能力 等多部分 。 对于

21、综合与设计性实验不能只顾实验结果,否则在 撰写实验报告时抄袭严重,而应当更加注重对学生自主设定方 案的考核和评价以及实验中操作过程体现出的综合理论水平和 能力的评价 。 笔者实践中发现,在实验过程的空余时间里,分 别与各实验小组人员讨论实验项目得到的综合信息会准备的帮 助考核和评价学生的综合能力 。4. 4实验室开放平台的建设和管理应用化学综合与设计性实验通常需要较长的时间,且实验 带有探索性质,加之实验的综合性 、 设计性和应用性,完成整 个实验过程需要的仪器 、 设备种类也较传统实验多,因此,综 合与设计性实验应在实验室开放的基础上进行 。 这就要求充分 挖掘实验室资源建设学生实验室开放平

22、台,没有开放的实验室 平台,学生的实验时间和实验教学效果就得不到保证 。 此外, 开放实验室平台的建设涉及实验员 、 管理人员 、 设备 、 场地等 多方面,因此,还需要进一步提高管理水平和健全相应的管理 制度,切实做好应用化学综合与设计性实验开展过程中的服务 工作 。5结 语对于应用化学专业来说,综合与设计性实验在选题上需要 体现其综合性和设计性的同时,还应注重其应用性 。 通过几年 的探索,我们深刻认识到应用型本科院校的综合与设计性实验 项目需与自身定位 、 社会生产实践接轨,并从实验资源和师资 力量等多方面给予配套和保障 。 应用型本科院校应用化学专业 开设符合本校学生综合能力的综合与设

23、计性实验,必定能进一 步提高学生创新能力和综合素质,为社会培养具有高素质和高 创新能力的复合应用型人才 。参考文献1李利军, 兰辉 理工科专业开设综合性 、 设计性实验思考与实践 J 内蒙古工业大学学报:社会科学版, 2006, 15(2 :1071102陈爽, 苏育志, 赵建华, 等 地方高校应用型人才培养模式下化学 专业实验课程体系研究 J 实验技术与管理, 2012, 29(3 :143毕淑云 综合与设计化学实验课程实践探索 J 长春师范学院学 报:自然科学版, 2013, 32(6 :1381394种国清, 霍冀川, 叶旭, 等 化学综合设计实验精品课程建设的研 究与实践 J 大学化学, 2011, 26(1 :16195张小林, 周美华, 李茂康 综合性 、 设计性实验教学改革探索与实 践 J 实验技术与管理, 2007, 24(7 :94966田