水环真空泵能效评价方法分析

水环真空泵能效评价方法分析给出了水环真空泵能效值的3种表示方法和计算公式,分析了能效考核点确实定方法。通过比较研究,提出了水环真空泵产品的能效评价方法及判定体系:采用单位功率的抽气量表示水环真空泵的能效,依据水环真空泵极限真空度的不同分别设定能效考核点,叶轮转速作为参考因素。通过能效值考核和评价,可以有效地推动和引导水环真空泵行业节能技术的发展,促进相关产业过程的节能及可持续发展。

水环真空泵具有构造简单、使用维修方便、气体等温压缩、适宜抽吸和压缩易燃易爆气体、可抽除含尘、含水气体等特点。水环真空泵在化工、煤矿、制药、轻工、造纸、冶金、石化、矿山、发电、食品以及废气的回收利用等行业中已成为最广泛应用的真空获得设备,特别是在航空、航天工业模拟试验中,运行安全、稳定。目前,单台水环真空泵机组的气量到达70000m3/h以上,功率到达1700kW以上。近年来,随着国家对真空获得设备需求的发展,水环真空泵正向大型化、成套化、高真空、大抽气量方向发展[1]。水环真空泵已发展成为成熟的、各行业发展所必需的通用设备,但目前有关水环真空泵(包括水环压缩机)实际能效值的研究很少。为了能不断地促进我国水环真空泵设备的技术进步,更好地贯彻落实国家节能减排的重大决策,推广高效节能的真空泵产品,本文对水环真空泵的能效评价、考核的方法和途径开展了研究。

1、水环真空泵的工作原理

水环真空泵是一种粗真空泵,它所能获得的极限真空受制于构造和工作环境,一般为3~50kPa。水环真空泵主要由叶轮、泵体、圆盘(设有吸气口、排气口)等几部分组成。如图1所示,叶轮偏心安装在泵体中,当叶轮旋转时,水被抛向泵体并形成与泵体同心的水环,水环和叶轮形成一个月牙形的空间。随着叶轮的旋转,叶轮轮毂、叶片和水环形成的空腔由小变大,通过吸气口吸气,再由大变小,通过排气口排气。

图1水环真空泵原理图

2、水环真空泵能效值的表示方法和计算公式

国内外很多企业、科研单位都致力于水环真空泵的节能研究,探讨有效的能效表示方法。水环真空泵的能效表示方法有多种,一般有单位功率抽气量法、单位气量消耗功率法、效率值法等几种。

2.1、单位功率抽气量表示法

采用单位功率的抽气量表示水环真空泵的能效时,计算公式为

式中,KQ为泵在一定入口压力下的单位功率抽气量,单位为m3/(kW.h);Qis为该入口压力时泵入口处的气量,单位为m3/h;Wa为该入口压力时的轴功率,单位为kW。

2.2、单位气量消耗功率表示法

采用单位气量消耗功率表示水环真空泵的能效时,计算公式为

式中,KW为泵在一定入口压力下的单位气量消耗功率,单位为(kW.h)/m3。

根据式(1)和式(2)可知,KQ和KW互为倒数。

2.3、效率值表示法

效率值表示法是以百分比表示的气体等温压缩功率占总消耗功率的比值。

一般情况下,经过水环真空泵压缩,气体从入口到出口的温升为2~5度,所以,水环真空泵抽送气体的过程可认为是等温压缩过程。水环真空泵的等温压缩效率(泵的效率)为

式中,Wis为该入口压力时泵的等温压缩功率,单位为kW,其中,等温压缩功率Wis的计算公式为

式中,p1为泵入口绝对压力,单位为kPa;p2为泵排口绝对压力,单位为kPa。

3、水环真空泵能效评价方法

3.1、水环真空泵能效表示方法的比较

水环真空泵是一种将动能(机械能)转化为势能(气体压缩能)的能量转化设备,而不是一般的能量传递设备(如减速机等)。在水环真空泵的生产和使用过程中,更多关注的是泵在一定入口压力下的气量、轴功率等,水环真空泵的性能表征也是指气量、轴功率相对于入口压力变化的两条曲线。因此,采用单位轴功率的抽气量KQ表示水环真空泵在某个入口压力点的能效,便于计算和使用,能直观地反映水环真空泵的性能。

目前,也有专家提出采用单位气量消耗功率KW表示方法对水环真空泵开展能效分析和评价,采用该方法时,其计算值越小,说明水环真空泵的等温压缩效率越高,即泵的能效越高,这种表示方法有悖于常规思维。

如果采用效率值g计算方法开展水环真空泵的能效分析和评价,则计算比较复杂,并且不能直观地表达气量这一水环真空泵的主要指标,会造成选型错觉。

5、结论

采用单位功率抽气量表示法对水环真空泵开展能效评价、考核,能直观地反映真空泵的性能,防止了繁杂的计算,有利于泵的生产和使用。将极限真空压力加5kPa作为单级水环真空泵的能效考核点,极限真空压力加2kPa作为两级水环真空泵的能效考核点,同时将水环真空泵的规格、叶轮圆周线