造纸过程中水对水环真空泵性能的影响和合理控制的建议

陈首挺 广东省佛山水泵厂有限公司 广东 佛山 (528000)

造纸过程中水对水环真空泵性能的影响和合理控制的建议

陈首挺 广东省佛山水泵厂有限公司 广东 佛山 (528000)

水环真空泵是纸机湿部真空系统最常用的真空发生装置[1]。它以水为工作液，又是纸页脱水的辅助设备。因此，水对它的影响不容忽视。通过对水环真空泵的工作原理和特点的分析，说明在纸的抄造过程中，不同途径的来水对水环真空泵性能的影响，并指出现在纸厂普遍存在的使用问题。提出了合理控制各种途径的来水，从而减少不必要的能量和水资源浪费的方法和建议。

水环真空泵；造纸；水；节能减排

1 前言

造纸过程中需要耗费大量的水和电，节能减排一直是造纸企业环境保护和提升市场竞争力的重要课题，为了减少能耗和污水排放，造纸企业需要花费大量的财力物力进行工艺改进和水处理。据了解，由水环真空泵组成的真空系统的能耗约占整个纸机能耗的25%～40%，其性能的好坏直接影响到纸机的工作效率。在造纸过程中，不同途径的来水量控制不当，对水环真空泵的工作都会造成不良的影响。但现在有关水环真空泵在造纸行业应用的报道，一般都没有针对这方面的详细分析和说明。故此，纸厂的工作人员往往会忽略生产中不同途径的来水对水环真空泵性能影响的严重性，也不了解如何合理控制不同途径的来水。从而导致他们在生产中往往对水环真空泵不同途径的来水控制不当，致使水环真空泵的性能下降，造成大量不必要的能量浪费，此外，还造成水质恶化、可循环利用率下降的后果。因此，合理控制从各种途径进入水环真空泵的水量，减少浪费，是现代纸厂最简单和直接的节能减排方法。

2 水环真空泵的工作原理和特点

水环真空泵就是以水为工作液的液环泵，其工作原理是这样的：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[2-4]。

由此可见，水环真空泵就是以水作为媒介完成能量转换的，水既是工作液又是密封液。水环泵在工作过程中，做功产生热量，会使工作水温上升，同时一部分水和气体一起被排走。因此，必须不断地给泵供水来冷却和补充泵内消耗的水，保持正常工作水环的形成，满足泵的工作要求[4-5]。既然需要不断补充水，那么从抽吸的气体中带入一些水应该也是允许的，事实上水环真空泵也大量被应用于抽吸含水的气体。所以，水环真空泵工作时，除了从泵供水管路中进水以外，还有可能从吸气口进一些水。如果泵采用独立的轴封外供水管路，那么还有可能从轴封中流入小量的水。水环真空泵用在纸厂中一般就是这种情况，从泵供水管路、进气口和轴封处均有水进入泵内。从不同途径进入到泵内的水并不是都能很好地作为补充水满足泵工作需要的，非正常工作需要而进入到泵内的水都会对泵的性能造成负面影响。

3 造纸过程中不同途径的来水对水环真空泵性能的影响

3.1 从泵供水管路的来水对水环真空泵性能的影响

一般来说，水环真空泵的正常补充水就是从泵供水管路上进行补给的。水环真空泵在不同的工况下，要求有不同的补充水量。如果补充水量较少，泵内的压缩热就不能充分地排出，使水环和气体的温度上升，气量和真空度降低；如果水量过少，水环的损耗得不到补充，不仅进一步降低性能，还会由于水环不能形成而停止工作。如果补充水量较多，过多的水量占用了一部分气体的空间（也可以认为是水环厚度增加之故）使气量和排气压力降低。过多的水量还会增加功率的消耗，降低效率，产生噪音和振动。使泵的工作很不稳定，并周期地、脉动地从排气孔排出大量的水[3]。

由此看来，从泵供水管路的来水量过大或过小都会对水环真空泵工作造成不良的影响，但在一定的偏差范围内尽管真空泵的效率下降，却仍能保持工作，可见水环真空泵的供水量的调节弹性较大，正因为这样，使用者往往会不注意调节最佳值，造成能量的浪费。在造纸厂中经常能看到水环真空泵供水量调节不当的现象。此外，现代纸厂一般把水环泵的工作水封闭循环使用，如果过滤和冷却环节没有处理好，会造成工作水的粘度加大、水温上升，也会致使水环真空泵的效率下降[4]。

3.2 从抽吸气体挟带过来的水对水环真空泵性能的影响

由于水环真空泵是湿式真空泵，从抽吸气体挟带过来的水，只要不含对泵产生腐蚀的物质，本身对真空泵的零件没有损害，进来一些水应该也是没问题的，所以往往不能引起使用者的重视。但实验证明，抽吸的气体含有较多水分，会造成水环真空泵气量降低、轴功率显著增加和真空泵在一定范围内工作不稳定，而且水量越多影响越重。原因是抽吸的水会占据吸气口的面积，使泵的吸气量下降，水混入液环后又会加厚液环的厚度，跟泵供水量过大一样，增加功率的消耗，降低效率[3]。

水环真空泵在纸机湿部使用时，如果选用的前置气水分离器不当或有故障或不使用都会造成大量从湿部出来的白水随气体流入到真空泵内，使水环泵的性能下降。而且这些白水一般含有大量纤维、填料和各种化学助剂[5,8]，粘度大、温度高，进入到水环真空泵中会增加工作液的粘度和温度，对水环泵的性能负面影响会比清水更加严重。此外，含有大量纤维、填料和各种化学助剂的白水进入到水环真空泵后，会混入到水环真空泵的循环工作水系统中，使循环水的水质恶化，造成水环真空泵、冷却塔、过滤器和管路的堵塞、结垢或腐蚀等不良后果[7]和工作水的可循环利用率下降，同时也浪费了白水中的贵重化学物质[8]。如果水环真空泵结垢或腐蚀严重，其性能会进一步下降。由此看来，在纸厂的使用过程中，从抽吸气体挟带过来的水对水环真空泵的影响是非常严重的。

3.3 从填料轴封中的来水对水环真空泵性能的影响

在纸厂中，为保证轴封效果良好，一般选用有独立轴封供水管路的真空泵，用清水供给轴封使用。轴封水起冷却和润滑填料、填料压盖等零件以及加强密封的作用[5]。供入填料腔的水量太大，填料腔压力太大，可能会使填料损坏，起不到密封的作用；水量太小，又起不到冷却和密封的作用；所以供水的水量需控制在适量的范围内。一般情况下，从轴封供水管进入水环真空泵内的水量不会很多，对真空泵的性能也没有太大的影响，但如果水量不当造成填料密封失效，真空泵漏气严重，真空泵的性能将会下降。

4 国内纸厂的水环真空泵常见的使用问题分析

4.1 气体挟带的来水控制问题

由上文可知，在造纸过程中从气体挟带过来的水对水环真空泵性能可能造成的负面影响是最大的。为确保水环真空泵的正常运行，在工作过程中必须选用合适的前置气水分离器严格控制气体挟带的来水[6,7]。但国内纸厂的技术人员对前置气水分离器的选用并不重视，为节省成本常常将多个真空点合用一个前置气水分离器，一些小厂家甚至会不使用前置气水分离器。如果把不同真空度的各个真空点在没有把水分离出来的情况下便合并到一起，会发生相互干扰，造成气水分离效果不佳、沿程损失变大，水环真空泵的性能下降，更不用说不使用前置气水分离器了。此外，国内纸机厂家提供纸机的相关参数常常是不准确或不齐全，给前置气水分离器的合理选型带来不小难度。在实际使用过程中，纸厂的工作人员对前置气水分离器的使用情况监控也不够重视，只要真空泵仍能满足工作要求，前置气水分离器是否正常工作，很少会有人理会。所以国内很多纸厂的真空系统中都存在前置气水分离器无效或使用效果不良而无法合理控制气体挟带来水的问题，造成水环真空泵的效率下降。

4.2 水环真空泵供水量调节的问题

水环真空泵在纸机湿部使用时，从吸气口和轴封处都有水进入泵内，先不考虑通过这两种途径进来的水是否会对泵的性能造成其他影响，这些水进入到泵内后都会混入水环中，增加水环的厚度，成为工作水的一部分。因此，在调节从泵供水量时需考虑从吸气口和轴封处的来水量。当然从轴封处进来的水量很少，主要是考虑从抽吸气体挟带进来的水量。在没有其他方法减少气体挟带的来水情况下，只能适当调小泵的供水量，使水环的厚度尽可能接近正常值，这样可以避免出现严重超负荷的现象。所以在纸厂中水环真空泵供水量的调节不能只看生产厂家给出的常用供水量数值，可以通过“试触法”来调节合适的水量。具体做法是当泵启动后，先开大阀门，再慢慢调小水量至真空度出现不稳定时，再稍往大回调一点水量为最佳的工作水量。

但必须注意的是，从抽吸气体挟带过来的水的流道与从泵供水口进来的水是不相同的。以平板泵为例，如图1所示，从真空泵供水口进入到泵的水是先流入到分配板与叶轮的间隙之间，在叶轮的带动下，甩开在分配板面上，起到密封分配板与叶轮之间的间隙作用。而从吸气口进入到泵体的水，是从吸气口随气体直接流入到水环泵月牙形工作腔内的，对叶轮轮毂与分配板的间隙起不到很好的密封作用，所以工作时真空泵的供水量调小到一定程度，由于叶轮与分配板之间的间隙无法密封好，分配板上进、排气孔出现局部“短路”，会导致气量下降，真空度不能提高的现象。而且由于吸气口进水量太大会造成真空泵的性能恶化、轴功率上升和发热量加大，加上本身从吸气口进水的温度就比较高，所以泵体温度会较高，造成“补充水量不足”的假象。如果加大供水量，密封效果改善，真空度可能回升，但轴功率会严重超标。这种现象在真空度要求较高而脱水量又大的工作点，如真空伏辊、真空压榨辊等会更容易出现，因为真空度要求高的点也意味着密封要求更高。椐了解，国内有不少的造纸厂都存在这种“无法调节”的问题，由于厂房布置已定，而且生产过程中不能随便停机整改，所以难以解决。

5 结语

归结起来，合理控制工作时不同途径的来水，从而减少不必要的能量和水资源浪费的方法和建议有以下几点：

1）选用质量可靠、规格合理的前置气水分离器，最好能保证各个真空点有独立的前置气水分离器，网部的各湿吸箱和真空吸水箱等本身纸机上带有水腿箱，但建议另外再带上前置气水分离器；

2）在纸机调试阶段要注意检查前置气水分离器的工作情况，确保运行效果良好。调节好负压抽水泵的流量，保证分离器内的水不会滞留，如果发现问题，应该及时整改，以免等到正式投产后难以改动；

3）轴封供水应该尽量使用清水，减少填料堵塞的可能性，如果堵塞应及时清理，根据产品使用说明书，调节好轴封供水的水压和水量，确保填料密封状况良好；

4）根据实际的使用情况，采用“试触法”调节好水环真空泵的供水量，确保真空泵运行平稳而且散热良好；

5）定期检查水环真空泵的工作电流是否异常，如有问题应及时整改；

6）选用高品质水环真空泵，如果使用加工精度低、装配不良的水环真空泵，泵内漏水严重、性能低下，将无法调节。

[1]斯穆克.制浆造纸工程大全[M].曹邦威译.北京：中国轻工业出版社，2001：264.

[2]机械工程手册委员会，电机工程手册委员会.机械工程手册:通用设备卷 [M].北京：机械工业出版社，1997，2：119～120

[3]任德高.水环泵[M].北京：机械工业出版社，1982.

[4]徐成海.真空工程技术 [M].北京：化学工业出版社，2006：53～60.

[5]王忠厚，高清河.制浆造纸设备与操作[M].北京：中国轻工业出版社，2006：17.

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

[7]赵生.纸机湿部的真空系统的工艺设计[J].中国造纸，2002（6）：32～35.

[8]B·A·绍帕.最新纸机抄造工艺[M].曹邦威译.北京：中国轻工业出版社，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

陈首挺（1982-），男，广东佛山市人，助理工程师，学士，主要从事水环泵在造纸行业的应用研究和相关产品的设计工作。

2010-01-22