造紙過(guò)程中水對(duì)水環(huán)真空泵性能的影響和合理控制的建議

陳首挺 廣東省佛山水泵廠有限公司 廣東 佛山 (528000)

造紙過(guò)程中水對(duì)水環(huán)真空泵性能的影響和合理控制的建議

陳首挺 廣東省佛山水泵廠有限公司 廣東 佛山 (528000)

水環(huán)真空泵是紙機(jī)濕部真空系統(tǒng)最常用的真空發(fā)生裝置[1]。它以水為工作液，又是紙頁(yè)脫水的輔助設(shè)備。因此，水對(duì)它的影響不容忽視。通過(guò)對(duì)水環(huán)真空泵的工作原理和特點(diǎn)的分析，說(shuō)明在紙的抄造過(guò)程中，不同途徑的來(lái)水對(duì)水環(huán)真空泵性能的影響，并指出現(xiàn)在紙廠普遍存在的使用問(wèn)題。提出了合理控制各種途徑的來(lái)水，從而減少不必要的能量和水資源浪費(fèi)的方法和建議。

水環(huán)真空泵；造紙；水；節(jié)能減排

1 前言

造紙過(guò)程中需要耗費(fèi)大量的水和電，節(jié)能減排一直是造紙企業(yè)環(huán)境保護(hù)和提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要課題，為了減少能耗和污水排放，造紙企業(yè)需要花費(fèi)大量的財(cái)力物力進(jìn)行工藝改進(jìn)和水處理。據(jù)了解，由水環(huán)真空泵組成的真空系統(tǒng)的能耗約占整個(gè)紙機(jī)能耗的25%～40%，其性能的好壞直接影響到紙機(jī)的工作效率。在造紙過(guò)程中，不同途徑的來(lái)水量控制不當(dāng)，對(duì)水環(huán)真空泵的工作都會(huì)造成不良的影響。但現(xiàn)在有關(guān)水環(huán)真空泵在造紙行業(yè)應(yīng)用的報(bào)道，一般都沒(méi)有針對(duì)這方面的詳細(xì)分析和說(shuō)明。故此，紙廠的工作人員往往會(huì)忽略生產(chǎn)中不同途徑的來(lái)水對(duì)水環(huán)真空泵性能影響的嚴(yán)重性，也不了解如何合理控制不同途徑的來(lái)水。從而導(dǎo)致他們?cè)谏a(chǎn)中往往對(duì)水環(huán)真空泵不同途徑的來(lái)水控制不當(dāng)，致使水環(huán)真空泵的性能下降，造成大量不必要的能量浪費(fèi)，此外，還造成水質(zhì)惡化、可循環(huán)利用率下降的后果。因此，合理控制從各種途徑進(jìn)入水環(huán)真空泵的水量，減少浪費(fèi)，是現(xiàn)代紙廠最簡(jiǎn)單和直接的節(jié)能減排方法。

2 水環(huán)真空泵的工作原理和特點(diǎn)

水環(huán)真空泵就是以水為工作液的液環(huán)泵，其工作原理是這樣的：葉輪與泵體呈偏心配置，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水在離心力的作用下沿泵體內(nèi)壁形成近乎等厚的旋轉(zhuǎn)水環(huán)，水環(huán)內(nèi)表面與葉輪輪轂外表面構(gòu)成月牙形的工作腔，并被葉輪葉片分割成大小不等的空腔。前半轉(zhuǎn)空腔的容積逐漸擴(kuò)大，氣體從外界吸入；后半轉(zhuǎn)空腔的容積逐漸縮小，氣體被壓縮后排出外界。從而完成吸氣、壓縮、排氣三個(gè)工作階段[2-4]。

由此可見(jiàn)，水環(huán)真空泵就是以水作為媒介完成能量轉(zhuǎn)換的，水既是工作液又是密封液。水環(huán)泵在工作過(guò)程中，做功產(chǎn)生熱量，會(huì)使工作水溫上升，同時(shí)一部分水和氣體一起被排走。因此，必須不斷地給泵供水來(lái)冷卻和補(bǔ)充泵內(nèi)消耗的水，保持正常工作水環(huán)的形成，滿足泵的工作要求[4-5]。既然需要不斷補(bǔ)充水，那么從抽吸的氣體中帶入一些水應(yīng)該也是允許的，事實(shí)上水環(huán)真空泵也大量被應(yīng)用于抽吸含水的氣體。所以，水環(huán)真空泵工作時(shí)，除了從泵供水管路中進(jìn)水以外，還有可能從吸氣口進(jìn)一些水。如果泵采用獨(dú)立的軸封外供水管路，那么還有可能從軸封中流入小量的水。水環(huán)真空泵用在紙廠中一般就是這種情況，從泵供水管路、進(jìn)氣口和軸封處均有水進(jìn)入泵內(nèi)。從不同途徑進(jìn)入到泵內(nèi)的水并不是都能很好地作為補(bǔ)充水滿足泵工作需要的，非正常工作需要而進(jìn)入到泵內(nèi)的水都會(huì)對(duì)泵的性能造成負(fù)面影響。

3 造紙過(guò)程中不同途徑的來(lái)水對(duì)水環(huán)真空泵性能的影響

3.1 從泵供水管路的來(lái)水對(duì)水環(huán)真空泵性能的影響

一般來(lái)說(shuō)，水環(huán)真空泵的正常補(bǔ)充水就是從泵供水管路上進(jìn)行補(bǔ)給的。水環(huán)真空泵在不同的工況下，要求有不同的補(bǔ)充水量。如果補(bǔ)充水量較少，泵內(nèi)的壓縮熱就不能充分地排出，使水環(huán)和氣體的溫度上升，氣量和真空度降低；如果水量過(guò)少，水環(huán)的損耗得不到補(bǔ)充，不僅進(jìn)一步降低性能，還會(huì)由于水環(huán)不能形成而停止工作。如果補(bǔ)充水量較多，過(guò)多的水量占用了一部分氣體的空間（也可以認(rèn)為是水環(huán)厚度增加之故）使氣量和排氣壓力降低。過(guò)多的水量還會(huì)增加功率的消耗，降低效率，產(chǎn)生噪音和振動(dòng)。使泵的工作很不穩(wěn)定，并周期地、脈動(dòng)地從排氣孔排出大量的水[3]。

由此看來(lái)，從泵供水管路的來(lái)水量過(guò)大或過(guò)小都會(huì)對(duì)水環(huán)真空泵工作造成不良的影響，但在一定的偏差范圍內(nèi)盡管真空泵的效率下降，卻仍能保持工作，可見(jiàn)水環(huán)真空泵的供水量的調(diào)節(jié)彈性較大，正因?yàn)檫@樣，使用者往往會(huì)不注意調(diào)節(jié)最佳值，造成能量的浪費(fèi)。在造紙廠中經(jīng)常能看到水環(huán)真空泵供水量調(diào)節(jié)不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象。此外，現(xiàn)代紙廠一般把水環(huán)泵的工作水封閉循環(huán)使用，如果過(guò)濾和冷卻環(huán)節(jié)沒(méi)有處理好，會(huì)造成工作水的粘度加大、水溫上升，也會(huì)致使水環(huán)真空泵的效率下降[4]。

3.2 從抽吸氣體挾帶過(guò)來(lái)的水對(duì)水環(huán)真空泵性能的影響

由于水環(huán)真空泵是濕式真空泵，從抽吸氣體挾帶過(guò)來(lái)的水，只要不含對(duì)泵產(chǎn)生腐蝕的物質(zhì)，本身對(duì)真空泵的零件沒(méi)有損害，進(jìn)來(lái)一些水應(yīng)該也是沒(méi)問(wèn)題的，所以往往不能引起使用者的重視。但實(shí)驗(yàn)證明，抽吸的氣體含有較多水分，會(huì)造成水環(huán)真空泵氣量降低、軸功率顯著增加和真空泵在一定范圍內(nèi)工作不穩(wěn)定，而且水量越多影響越重。原因是抽吸的水會(huì)占據(jù)吸氣口的面積，使泵的吸氣量下降，水混入液環(huán)后又會(huì)加厚液環(huán)的厚度，跟泵供水量過(guò)大一樣，增加功率的消耗，降低效率[3]。

水環(huán)真空泵在紙機(jī)濕部使用時(shí)，如果選用的前置氣水分離器不當(dāng)或有故障或不使用都會(huì)造成大量從濕部出來(lái)的白水隨氣體流入到真空泵內(nèi)，使水環(huán)泵的性能下降。而且這些白水一般含有大量纖維、填料和各種化學(xué)助劑[5,8]，粘度大、溫度高，進(jìn)入到水環(huán)真空泵中會(huì)增加工作液的粘度和溫度，對(duì)水環(huán)泵的性能負(fù)面影響會(huì)比清水更加嚴(yán)重。此外，含有大量纖維、填料和各種化學(xué)助劑的白水進(jìn)入到水環(huán)真空泵后，會(huì)混入到水環(huán)真空泵的循環(huán)工作水系統(tǒng)中，使循環(huán)水的水質(zhì)惡化，造成水環(huán)真空泵、冷卻塔、過(guò)濾器和管路的堵塞、結(jié)垢或腐蝕等不良后果[7]和工作水的可循環(huán)利用率下降，同時(shí)也浪費(fèi)了白水中的貴重化學(xué)物質(zhì)[8]。如果水環(huán)真空泵結(jié)垢或腐蝕嚴(yán)重，其性能會(huì)進(jìn)一步下降。由此看來(lái)，在紙廠的使用過(guò)程中，從抽吸氣體挾帶過(guò)來(lái)的水對(duì)水環(huán)真空泵的影響是非常嚴(yán)重的。

3.3 從填料軸封中的來(lái)水對(duì)水環(huán)真空泵性能的影響

在紙廠中，為保證軸封效果良好，一般選用有獨(dú)立軸封供水管路的真空泵，用清水供給軸封使用。軸封水起冷卻和潤(rùn)滑填料、填料壓蓋等零件以及加強(qiáng)密封的作用[5]。供入填料腔的水量太大，填料腔壓力太大，可能會(huì)使填料損壞，起不到密封的作用；水量太小，又起不到冷卻和密封的作用；所以供水的水量需控制在適量的范圍內(nèi)。一般情況下，從軸封供水管進(jìn)入水環(huán)真空泵內(nèi)的水量不會(huì)很多，對(duì)真空泵的性能也沒(méi)有太大的影響，但如果水量不當(dāng)造成填料密封失效，真空泵漏氣嚴(yán)重，真空泵的性能將會(huì)下降。

4 國(guó)內(nèi)紙廠的水環(huán)真空泵常見(jiàn)的使用問(wèn)題分析

4.1 氣體挾帶的來(lái)水控制問(wèn)題

由上文可知，在造紙過(guò)程中從氣體挾帶過(guò)來(lái)的水對(duì)水環(huán)真空泵性能可能造成的負(fù)面影響是最大的。為確保水環(huán)真空泵的正常運(yùn)行，在工作過(guò)程中必須選用合適的前置氣水分離器嚴(yán)格控制氣體挾帶的來(lái)水[6,7]。但國(guó)內(nèi)紙廠的技術(shù)人員對(duì)前置氣水分離器的選用并不重視，為節(jié)省成本常常將多個(gè)真空點(diǎn)合用一個(gè)前置氣水分離器，一些小廠家甚至?xí)皇褂们爸脷馑蛛x器。如果把不同真空度的各個(gè)真空點(diǎn)在沒(méi)有把水分離出來(lái)的情況下便合并到一起，會(huì)發(fā)生相互干擾，造成氣水分離效果不佳、沿程損失變大，水環(huán)真空泵的性能下降，更不用說(shuō)不使用前置氣水分離器了。此外，國(guó)內(nèi)紙機(jī)廠家提供紙機(jī)的相關(guān)參數(shù)常常是不準(zhǔn)確或不齊全，給前置氣水分離器的合理選型帶來(lái)不小難度。在實(shí)際使用過(guò)程中，紙廠的工作人員對(duì)前置氣水分離器的使用情況監(jiān)控也不夠重視，只要真空泵仍能滿足工作要求，前置氣水分離器是否正常工作，很少會(huì)有人理會(huì)。所以國(guó)內(nèi)很多紙廠的真空系統(tǒng)中都存在前置氣水分離器無(wú)效或使用效果不良而無(wú)法合理控制氣體挾帶來(lái)水的問(wèn)題，造成水環(huán)真空泵的效率下降。

4.2 水環(huán)真空泵供水量調(diào)節(jié)的問(wèn)題

水環(huán)真空泵在紙機(jī)濕部使用時(shí)，從吸氣口和軸封處都有水進(jìn)入泵內(nèi)，先不考慮通過(guò)這兩種途徑進(jìn)來(lái)的水是否會(huì)對(duì)泵的性能造成其他影響，這些水進(jìn)入到泵內(nèi)后都會(huì)混入水環(huán)中，增加水環(huán)的厚度，成為工作水的一部分。因此，在調(diào)節(jié)從泵供水量時(shí)需考慮從吸氣口和軸封處的來(lái)水量。當(dāng)然從軸封處進(jìn)來(lái)的水量很少，主要是考慮從抽吸氣體挾帶進(jìn)來(lái)的水量。在沒(méi)有其他方法減少氣體挾帶的來(lái)水情況下，只能適當(dāng)調(diào)小泵的供水量，使水環(huán)的厚度盡可能接近正常值，這樣可以避免出現(xiàn)嚴(yán)重超負(fù)荷的現(xiàn)象。所以在紙廠中水環(huán)真空泵供水量的調(diào)節(jié)不能只看生產(chǎn)廠家給出的常用供水量數(shù)值，可以通過(guò)“試觸法”來(lái)調(diào)節(jié)合適的水量。具體做法是當(dāng)泵啟動(dòng)后，先開(kāi)大閥門(mén)，再慢慢調(diào)小水量至真空度出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)，再稍往大回調(diào)一點(diǎn)水量為最佳的工作水量。

但必須注意的是，從抽吸氣體挾帶過(guò)來(lái)的水的流道與從泵供水口進(jìn)來(lái)的水是不相同的。以平板泵為例，如圖1所示，從真空泵供水口進(jìn)入到泵的水是先流入到分配板與葉輪的間隙之間，在葉輪的帶動(dòng)下，甩開(kāi)在分配板面上，起到密封分配板與葉輪之間的間隙作用。而從吸氣口進(jìn)入到泵體的水，是從吸氣口隨氣體直接流入到水環(huán)泵月牙形工作腔內(nèi)的，對(duì)葉輪輪轂與分配板的間隙起不到很好的密封作用，所以工作時(shí)真空泵的供水量調(diào)小到一定程度，由于葉輪與分配板之間的間隙無(wú)法密封好，分配板上進(jìn)、排氣孔出現(xiàn)局部“短路”，會(huì)導(dǎo)致氣量下降，真空度不能提高的現(xiàn)象。而且由于吸氣口進(jìn)水量太大會(huì)造成真空泵的性能惡化、軸功率上升和發(fā)熱量加大，加上本身從吸氣口進(jìn)水的溫度就比較高，所以泵體溫度會(huì)較高，造成“補(bǔ)充水量不足”的假象。如果加大供水量，密封效果改善，真空度可能回升，但軸功率會(huì)嚴(yán)重超標(biāo)。這種現(xiàn)象在真空度要求較高而脫水量又大的工作點(diǎn)，如真空伏輥、真空壓榨輥等會(huì)更容易出現(xiàn)，因?yàn)檎婵斩纫蟾叩狞c(diǎn)也意味著密封要求更高。椐了解，國(guó)內(nèi)有不少的造紙廠都存在這種“無(wú)法調(diào)節(jié)”的問(wèn)題，由于廠房布置已定，而且生產(chǎn)過(guò)程中不能隨便停機(jī)整改，所以難以解決。

5 結(jié)語(yǔ)

歸結(jié)起來(lái)，合理控制工作時(shí)不同途徑的來(lái)水，從而減少不必要的能量和水資源浪費(fèi)的方法和建議有以下幾點(diǎn)：

1）選用質(zhì)量可靠、規(guī)格合理的前置氣水分離器，最好能保證各個(gè)真空點(diǎn)有獨(dú)立的前置氣水分離器，網(wǎng)部的各濕吸箱和真空吸水箱等本身紙機(jī)上帶有水腿箱，但建議另外再帶上前置氣水分離器；

2）在紙機(jī)調(diào)試階段要注意檢查前置氣水分離器的工作情況，確保運(yùn)行效果良好。調(diào)節(jié)好負(fù)壓抽水泵的流量，保證分離器內(nèi)的水不會(huì)滯留，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)該及時(shí)整改，以免等到正式投產(chǎn)后難以改動(dòng)；

3）軸封供水應(yīng)該盡量使用清水，減少填料堵塞的可能性，如果堵塞應(yīng)及時(shí)清理，根據(jù)產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)，調(diào)節(jié)好軸封供水的水壓和水量，確保填料密封狀況良好；

4）根據(jù)實(shí)際的使用情況，采用“試觸法”調(diào)節(jié)好水環(huán)真空泵的供水量，確保真空泵運(yùn)行平穩(wěn)而且散熱良好；

5）定期檢查水環(huán)真空泵的工作電流是否異常，如有問(wèn)題應(yīng)及時(shí)整改；

6）選用高品質(zhì)水環(huán)真空泵，如果使用加工精度低、裝配不良的水環(huán)真空泵，泵內(nèi)漏水嚴(yán)重、性能低下，將無(wú)法調(diào)節(jié)。

[1]斯穆克.制漿造紙工程大全[M].曹邦威譯.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001：264.

[2]機(jī)械工程手冊(cè)委員會(huì)，電機(jī)工程手冊(cè)委員會(huì).機(jī)械工程手冊(cè):通用設(shè)備卷 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997，2：119～120

[3]任德高.水環(huán)泵[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[4]徐成海.真空工程技術(shù) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：53～60.

[5]王忠厚，高清河.制漿造紙?jiān)O(shè)備與操作[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2006：17.

[6]Douglas f sweet.A system approach to felt conditioning[J].Tappi journal,1997,80(7):106.

[7]趙生.紙機(jī)濕部的真空系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)[J].中國(guó)造紙，2002（6）：32～35.

[8]B·A·紹帕.最新紙機(jī)抄造工藝[M].曹邦威譯.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999：86～94

Discuss on the effect of water on the water-ring vacuum pump performance during papermaking and its regulation method

Chen Shouting
(Guangdong Foshan Pump Factory Co.,Ltd.,Foshan 528000,China)

Water-ring vacuum pump is the most commonly used vacuum forming equipment for paper machine vacuum system[1].It uses water as working liquid and works for removing water from the paper sheet,so the effect of water on itself can not be neglected.To introduce the effect of different incoming water on the water-ring vacuum pump performance in the paper making process base on discussing the water-ring vacuum pump working principle and character.Simultaneously,point out the common problem in the modern paper mill.And identify ways to minimize energy and water waste by properly control the vacuum pump's incoming water.

Water-ring vacuum pump;Papermaking;Water;Reduce energy consumption and effluent discharge

陳首挺（1982-），男，廣東佛山市人，助理工程師，學(xué)士，主要從事水環(huán)泵在造紙行業(yè)的應(yīng)用研究和相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作。

2010-01-22