平面式与锥体式水环真空泵在造纸行业中的利旧使用案例

张 猛 汪文祥 左重宝

（中国海诚工程科技股份有限公司，上海，200031）

造纸机的真空系统是重要的耗能部位，随着国内外造纸企业对节能降耗的重视度越来越高，许多企业逐渐将原有的水环真空泵改换成透平机[1]，如何再利用这些淘汰的水环真空泵成为了需要解决的问题。本文对国外某工程利旧水环真空泵的案例进行了介绍和经验分享。

1 利旧水环真空泵的类型

利旧的水环真空泵共有9 种型号，如表1 所示。按结构可将水环真空泵分为两种，即平面式（2BE-）和锥体式（CL-∕904-），两者结构如图1所示。

2 平面式与锥体式水环真空泵的比较

2.1 进排气口截面积

平面式水环真空泵的进排气口在叶轮端面，受限于水环的形成和叶轮向上偏心的位置，截面积较小；锥体式水环真空泵的进排气口在锥体柱面上，截面积远大于平面泵。

2.2 性能恢复[2]

真空泵在运行中的磨损会导致抽气量下降。平面式水环真空泵依靠泵头和叶轮之间的平面接触来维持叶轮之间的气密性，磨损会造成间隙增加，抽气量下降。若平面式水环真空泵要恢复其抽气性能，需要更换泵头和叶轮，维修费用较高。而锥体式水环真空泵要恢复其抽气性能，仅需在锥体和泵头之间增加垫片，使锥体内移以减少间隙，维修费用相对较低，性能恢复较为容易。

表1 利旧的水环真空泵参数

图1 平面式与锥体式水环真空泵的结构示意图

2.3 轴承寿命

平面式水环真空泵的叶轮向上偏心安装，排气口在泵体上部。叶轮转动时，平面式水环真空泵的压缩力从上往下，轴所受的力等于叶轮自身重力和压缩力之和。锥体式水环真空泵的叶轮向下偏心安装，排气口在泵体下部。叶轮转动时，锥体式水环真空泵的压缩力从下往上，轴所受的力等于叶轮自身重力和压缩力之差。因此，锥体式水环真空泵的轴承寿命更长。

2.4 启动电流负荷

锥体式水环真空泵叶轮中心线在泵体中线以下，排液口在泵的下部，停机时工作液的液位低；平面式水环真空泵叶轮中心线在泵体中线以上，排液口在泵的上部，停机时工作液的液位较高。因此，再次启动时，平面式水环真空泵的电流负荷比锥体式水环真空泵大。

3 案例分析

因新旧系统的工艺参数不同，旧真空泵的转速、皮带轮尺寸和电机功率均不符合新工况，故仅能利用旧真空泵的泵体部分。旧真空泵原先为皮带传动，本项目仍依此来配置相关部件，按以下步骤完成真空泵的选型及皮带轮的配置。

3.1 旧真空泵的信息与新工艺参数对比

参考表1 中旧真空泵的信息，与新工艺参数（见表2）的要求进行对比，步骤如下。

（1）表2的新工艺参数中共26个抽吸点，总抽气量为1958 m3∕min（工况下）。

（2） 表1 中抽气量为 150～250 m3∕min 的真空泵占比大，故排除型号为CL-701、CL-3001、CL-4001 和2BE-405的中小抽气量泵型。

（3）以真空泵组合数量最少为原则，按照每台抽气量约200 m3∕min 对新真空抽吸点进行排列组合。在选择真空泵时，中真空共用1台，网部的高真空共用1 台，抽气量较大的伏辊按高低室分开选择，上下毛布分开选择，真空使用点和真空泵的配置原则尽量是单点对单泵，或同一真空度对同一真空泵[3]，配置结果如表2所示。

（4） 根据各抽吸点的真空度，依次确定VP#1～VP#17B 的真空度。按设备运行5 年（年损耗2%），根据工作液进水温度和进气温度修正抽气量[4]，结果如表3所示。

3.2 确定每台真空泵的型号及总装机功率

（1）将表格按照相近工艺参数（真空度和抽气量）进行合并，依次对照各型号真空泵的性能曲线，填入真空泵转速和轴功率，并以轴功率最低为基本原则，将差值在10 kW 以内的数据用斜体字标注出来，结果如表4所示。

表2 新真空抽吸点的工艺参数及真空泵配置（工况）

表3 新真空抽吸点工艺参数及真空泵配置（标况）

（2）按如下步骤分析表4：①对比发现，任何真空泵在选用904-R2 型号真空泵时，轴功率均较高，故排除使用此型号；②相较于其他型号，VP#6A 和VP#6B 在选用904-S2 型号真空泵时的轴功率最小，故确定VP#6A 和VP#6B 选用真空泵型号，用加粗字体标注；③因904-S1型号的真空泵数量仅为1台，可优先确定这台泵的选用。VP#2 和VP#5B 在选用904-S1 型号真空泵时的轴功率均低于其他型号真空泵。对比VP#2 和VP#5B 分别选用904-S1 型号真空泵时，VP#2的轴功率更低，故确定VP#2和VP#5B选用真空泵型号，用加粗字体标注；④在轴功率相近的情况下，因本项目为利旧设备，考虑到旧设备恢复性能的便捷程度，优先使用904型号真空泵，故确定VP#7A、VP#7B 和VP#4 选用真空型号，用加粗字体标注；⑤VP#3、VP#5A 和VP#1 按不同型号选型各自重新排列组合后，结果如表5所示。仍以总轴功率最低为原则，故确定VP#3、VP#5A和VP#1选用真空泵型号。

（3）综合投资费用，最终确定电机的极数和功率，结果如表6所示。

3.3 确定每台泵的皮带轮相关配置

根据《机械设计手册》第二卷相关规定[5]，以VP#1真空泵为例，计算结果如表7所示。

表4 真空泵转速/轴功率分析表

表5 不同方案比选

表6 比选后确定的真空泵型号及转速

表7 真空泵皮带及皮带轮计算

表8 利旧真空泵配置表

3.4 确定所有利旧真空泵的配置

参照VP#1 格式，确定所有真空泵的皮带轮相关配置，结果如表8所示。

4 结 论

通过比较分析，锥体式水环真空泵比平面式水环真空泵更具技术优势，利旧选配时应优先选择锥体式水环真空泵。纸机真空系统的配置方案，需要优化组合，以能耗最低为基本原则，兼顾备品备件的通用性，同时考虑系统整体运行的稳定性，综合比选后得到最优配置。本文通过此改造案例，以期为真空泵的利旧提供思路，也为其他类似项目的改造提供参考。