透平真空设备在造纸行业应用

造纸真空系统中两种常见的真空发生设备-水环真空泵和透平风机的综合比较水环真空泵和透平风机是现代造纸真空系统中最常见的两种真空发生设备，通过比较两者的发展历史、工作原理、结构特征和在造纸真空系统的应用特点，总结两者的优点和缺点，希望能给造纸行业的相关技术人员选用真空发生设备时提供参考。1、前言水环真空泵是造纸真空系统最普遍使用的设备，为造纸行业技术人员所熟知。而透平风机在中国的造纸行业应用引入比较晚，从2007年才开始正式有投入使用，造纸行业的相关技术人员了解甚少，常被视为是“新技术”。事实上这两种真空发生设备发明的时间非常接近，在造纸行业中使用都有较长的历史。两者各有优劣，不能相互取代，故一直在造纸行业共存，在现有的技术条件下，水环真空泵更具优势，仍占据市场主导地位。2、发展历史的比较水环真空泵分别于1903年由美国人HouisNash和1905年由西门子公司在相互不了解的情况下发明出来。现时在中国造纸行业中常见的水环真空泵有几种，其中2BE1系列和2BE3系列平板泵分别于上世纪70年代末和80年代由西门子公司设计制造，CBF系列平板泵由广东省佛山水泵厂有限公司于1999年设计制造;CL系列和904系列锥体泵分别于1962年和1984年由纳氏公司研制。水环真空泵在造纸真空系统有超过80年的应用历史，世界上90%的造纸厂均采用水环真空泵组建真空系统。现时国内外都有大量生产用于造纸真空系统水环真空泵的厂家。透平风机同样出现在20世纪初，最初作为压缩机使用。1900年由法国拉托厂首先制造出第一台透平压缩机。瑞士的苏尔寿公司从1903年开始研制透平压缩机，是最早生产透平真空风机的厂家之一，2001年苏尔寿公司并入德国曼集国，组建成现在的曼透平公司。曼透平公司是现时在中国能提供造纸真空泵系统用透平真空风机的主流厂家，该公司生产的透平风机在造纸真空系统有超过60年的应用历史，主要有RC、RCL和RT三个系列的透平真空风机。根据国外的造纸工艺教材介绍，美国德莱赛公司原来也生产用于造纸真空系统的透平风机，但现在该公司已经不涉足该类应用。我国现有陕西鼓风机厂、沈阳鼓风机厂和上海鼓风机厂等多家生产透平风机的厂家，均不涉足造纸行业。可见水环真空泵和透平风机起源于同一时期，在造纸真空系统中的应用都有较长的历史，但水环真空泵在该领域得到蓬勃的发展，而透平风机在该领域发展滞缓。3、工作原理的比较水环真空泵的工作原理是：叶轮与泵体呈偏心配置，当叶轮旋转时，水在离心力的作用下沿泵体内壁形成近乎等厚的旋转水环，水环内表面与叶轮轮毂外表面构成月牙形的工作腔，并被叶轮叶片分割成大小不等的空腔。前半转空腔的容积逐渐扩大，气体从外界吸入;后半转空腔的容积逐渐缩小，气体被压缩后排出外界。从而完成吸气、压缩、排气三个工作阶段。通常在纸厂中使用的是单级水环真空泵，它可以提供全范围的真空容量。透平风机的工作原理是利用叶片和气体的相互作用，叶轮高速转动，提高气体压力和动能，并利用相继的通流元件使气流减速，将动能转变为压力的提高。通常使用多级组合压缩获得最终需要的压力。作为真空发生器使用时，排出的最终压力为大气压，吸入压力则为负压。通常在纸厂中使用较多的是多级离心式透平风机，压力逐级升高，各级均有吸入口，每个吸入口有不同的真空度。若使用单级的透平风机，则只能在单个较小的真空范围内工作。由于工作原理上不相同，要求有不相同的转速，水环真空泵要求的工作转速较低，一般的叶轮线速度为14~24m/s，透平风机要求的工作转速较高，一般叶轮线速度为300~500m/s，是水环真空泵的二十倍以上。由于气体在水环真空泵内的流速较低，并且会被水环泵内的水冷却，因此吸入与排出的气体温度近乎不变。而气体在透平风机内的流速很高，由于摩擦和压缩均产生热量会让气体温度急剧升高，往往需要在中间级增加冷却装置。透平风机为干式真空发生设备，相比需要带动水环工作的水环真空泵，效率会更高一些，但是这样的干式真空设备对于水比较敏感，较多水进入到透平风机内可能会直接导致其损坏。此外，当吸入流量小于透平风机的设计值时，气流可能脱离风机的叶片，出现旋转失速的现象。随着失速的产生和发展，可能出现另一种不稳定工况现象，风机的气体流量和排气压力周期性地低频率、大振幅波动，引起机器的强烈振动，这种现象称为透平风机的喘振。4、结构特征的比较水环真空泵一般为单级叶片，如图1所示，结构简单，叶轮与泵体之间通过工作水密封，没有刚性机械接触，可抽吸含水份或粉尘的气体。由于工作转速较低，工作负荷不大，只需使用最简单的滚子轴承结构。进入到透平风机温度会进一步升高，气体膨胀而会对透平风机的性能造成负面影响。透平风机获得热回收的同时，也造成了其内部的高温工作环境，会增加透平风机零件变形而产生故障的风险。水环真空泵虽然要以水为工作液，但一般都是循环使用的，水的实际损耗量不会很大。此外由于透平风机工作的不稳定，容易造成产品质量不稳定而需重复生产，造成其他能源的浪费。6、总结尽管透平风机在设备能耗、热回收和节约水方面相比水环真空泵更具优势，但结构复杂、故障率高、投产成本大，在使用维护的可操作性