透平真空泵與水環(huán)泵效率淺析
閱讀次數： 發(fā)布時(shí)間:2020-01-14 07:48:20
最近幾年，透平式真空泵在紙機成紙脫水中已經(jīng)廣泛取代了水環(huán)式真空泵。但對于透平真空泵和水環(huán)泵效率比較問(wèn)題，有人提出，由于透平式真空泵和水環(huán)式真空泵工作原理不一樣，通常效率的提法也不一樣，因此不能以透平泵銘牌效率與水環(huán)泵銘牌效率做簡(jiǎn)單的差值比較，來(lái)說(shuō)明透平泵比水環(huán)泵效率高多少。下面針對這一問(wèn)題做簡(jiǎn)單闡述。
關(guān)于透平真空泵與水環(huán)真空泵效率表述
透平真空泵的效率有三種表述方式：等溫效率（ηT）、等熵效率(ηS)、多變效率(ηpol)。對于單級透平真空泵來(lái)說(shuō)，工廠(chǎng)試驗效率一般指的是多變效率(ηpol)。
水環(huán)真空泵在氣體的壓縮過(guò)程中，氣體的熱量大部分傳給了水，因此可把水環(huán)真空泵的壓縮過(guò)程看作是等溫壓縮過(guò)程，因此效率也是采用等溫效率。
透平真空泵多變效率與等溫效率的轉換
為了便于對比，可把透平真空泵的多變效率轉換成等溫效率進(jìn)行比較。對于同一臺透平真空泵，其內部功率是一樣的。
Pin=Ppol/ηpol+Pα+PL=PT/ηT+Pα+PL (1)
其中，氣體的多變壓縮功率Ppol=Qm×Wpol/(6×104)
氣體的等溫壓縮功率PT=Qm×WT/(6×104)
因此，Wpol/ηpol=WT/ηT (2)
式中，多變過(guò)程的比壓縮功Wpol=[m/(m-1)]×R×T1×[ε(m-1)/m-1]
等溫過(guò)程的比壓縮功WT=R×T1×lnε
ε—壓比，透平真空泵或水環(huán)真空泵進(jìn)出口全壓之比
m/(m-1)=[k/(k-1)]ηpol（k為絕熱指數，空氣為1.4）
以壓比ε=2（入口真空度約50kPa）、多變效率ηpol=83%為例，代入方程（1），可得此時(shí)對應的等溫效率ηT=73.5%。
根據以上的換算方法，透平真空泵的等溫效率在60%～75%左右（這也是粗略的估算法，在不同壓比下，同樣的多變效率、等溫效率也會(huì )有差異）。
另外在喘振點(diǎn)流量以上，效率呈連續下降趨勢。如果透平真空泵實(shí)際運行中流量偏大，會(huì )出現效率明顯下降，這時(shí)與水環(huán)泵比較會(huì )出現節能效果不顯著(zhù)的現象。
水環(huán)真空泵效率
如前所述，水環(huán)真空泵的效率指的是等溫效率ηT。通常水環(huán)泵的效率在30%～60%之間。實(shí)際工程使用中，水環(huán)真空泵的供水溫度、供水量、進(jìn)氣溫度、水質(zhì)等使用條件都較難把控，實(shí)際使用的效率會(huì )低于工廠(chǎng)測試效率。
透平真空泵等溫效率與水環(huán)真空泵等溫效率的比較
由上面的推算可知，透平真空泵的等溫效率通常會(huì )在60%～75%之間，水環(huán)真空泵的效率通常在30%～60%之間（一般轉速低、泵型號大，效率高），因此，在選型都比較合理的前提下，水環(huán)泵也按要求工作在正常工況下，實(shí)際上透平真空泵比水環(huán)真空泵等溫效率高25%～30%比較正常。至于在改造中出現40%以上的節電率，往往是水環(huán)真空泵使用年限較長(cháng)，出現了腐蝕或結垢現象，也可能是液環(huán)水量、水溫控制不到位。
合理選型和管道布置對真空系統的能耗影響很大
隨著(zhù)企業(yè)管理的精細化，越來(lái)越重視工藝性節能，對于真空系統來(lái)說(shuō)，提升氣水分離的效果，優(yōu)化真空管道布置，使管道損失控制在3kPa以?xún)龋ㄓ行┵Y料介紹，甚至把真空管道系統最大壓降要求在175～350Pa），在現場(chǎng)改造中，經(jīng)常出現水環(huán)泵的真空比現場(chǎng)真空高10～20kPa的現象。以15kPa為例，假如水環(huán)真空泵上的流量為200m3/min、真空度為60kPa，實(shí)際使用點(diǎn)的真空為45kPa，并滿(mǎn)足了生產(chǎn)要求，根據氣體狀態(tài)方程P1V1=P2V2（假設溫度從使用點(diǎn)至水環(huán)泵入口保持不變），這時(shí)從使用點(diǎn)流出的流量V2=200×40/55=145.5m3/min。假使管道損失能控制在3kPa，這時(shí)實(shí)際水環(huán)真空泵可按流量154m3/min、真空度48kPa選型。從水環(huán)真空泵等溫壓縮功計算公式：PT=38.37×P1×QV×lg(P2/P1)可知，等溫壓縮功正比lg(P2/P1)，這樣壓縮功將近相差40%。這是一個(gè)很可觀(guān)的數字。
結束語(yǔ)
(1）不能簡(jiǎn)單地依據銘牌效率去比較透平真空泵與水環(huán)真空泵的效率，通常兩者的表述方式不一樣。要比較也需通過(guò)換算。
(2）在水環(huán)泵和透平真空泵都能合理選型與布置的前提下，透平真空泵比水環(huán)泵節電率在20%～30%是比較正常的。
(3）工藝選型和管道布置的不合理，是紙機真空系統比較普遍的現象。如在改造成透平真空泵時(shí)加以消除，可使節電率上升至40%左右甚至更高。
(4）透平真空泵的使用能大大減少甚至消除水環(huán)真空泵排氣中的白煙以及隨白煙夾帶的異味，有一定的環(huán)境效益。
