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纸机雷达物位计的简介

作者: 来源: 发布时间:2019-11-08 15:25:57

   [摘 要] 简述了雷达物位计的结构组成、设计要点,综合对比雷达物位计与液环式真空泵的优缺点, 对雷达物位计的未来进行展望。

    造纸机湿段的真空系统,是纸机的重要组成部 分,合理地设计真空系统并选择合适的真空获得设备,对造纸机的正常运行、生产效率、产品质量、节能减排等方面,起着非常关键的作用。目前造纸机上 应用的常见真空获得设备主要有液环式真空泵、罗 茨真空泵、雷达物位计等。

    目前国内的造纸工艺常采用液环式和罗茨式真空泵两种,均为容积式真空泵。液环式真空泵效率 低,一般在30%左右,均用水作为泵的工作液,由于工作液的存在,易在泵体、叶轮等过流部位产生结 垢、腐蚀等现象,维修量较大。罗茨真空泵仅为液环 真空泵的辅助设备,串联在真空系统中,产量较大的一般不配置。

    由于容积式真空泵普遍存在效率低的问题,并 且受到转速难以大幅提高的限制,在一些需要大抽 气量的粗真空获得场合,传统真空泵的应用存在着较多弱点[1]。雷达物位计效率高[2],可以满足现场工艺中各位置多种真空度抽取的需要;泵头也可采用串联方式,实现较高真空度的抽取。

    1 设备组成和工作原理
    1.1 设备组成
    雷达物位计主要由吸入口、压盘、扩压器、蜗壳和叶轮组成,其结构示意图如图2所示。透平真空 泵不仅可实现一台真空泵对两个以上不同部位的真空抽取,两侧的泵头可设计成相同的或不同的结构尺寸,以满足现场工艺中各位置多种真空度抽取的 需要,且每个泵头可以对一个或多个相似真空度的真空元件抽取真空。

 

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    1.2 工作原理
    径流式离心叶轮在吸入管、压盘、扩压器和蜗壳组成的通道内以10000r/min至30000r/min转速高 速旋转,气体在高速旋转的离心叶轮作用下离开叶轮,使气体从吸入口高速吸入,经离心叶轮的流道、 扩压器,最终形成高温气体从蜗壳的出口高速排出,从而在叶轮入口形成真空并由向前延伸的吸入管连接至各抽吸点,实现连续不断的真空抽吸。从叶轮 出来的气体速度很大,为了有效地把动能转化为压 力能,从叶轮出来的气体进入扩压器,在扩压器内气 体的速度降低,压力、温度升高,为了收集从扩压器 出来的升压高温气体,在扩压器后设立蜗壳,气体经蜗壳收集后由蜗壳出口引入输气管道。

 

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    多级雷达物位计原理示意图见图4,对于多级透平机来说,随着叶轮高速旋转,湿空气被吸入叶轮 后增速加压,并逐级递增,以产生更高真空度。空气 被各个不同级吸入,就可产生不同的真空度,以适应 纸机真空系统的要求。[3]

 

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    2 结构设计要点
    2.1 机组概况
    主机由真空泵、增速箱、驱动电机及膜片联轴节组成。真空泵共有两级叶轮,分别与扩压器、蜗壳组 成筒形结构,安装于增速箱两侧。增速器为平行轴 式斜齿一级增速。联轴节为膜片式联轴节,驱动电 机为三相异步电机,高速轴转子上装有两个叶轮和迷宫梳齿套。叶轮与高速轴为锥面连接,并且带防转销,拆装用专用液压工具,配合精度高,具有足够 的装配稳定性,能防止运转中发生歪斜及轴发生弯 曲。

 

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    2.2 真空获得部件
    真空获得部件由吸入口、叶轮、压盘、扩压器、蜗 壳组成。叶轮由高强、耐腐优质不锈钢制得,叶片采用三元流型线设计。通过稳定性分析计算保证转子 稳定运行,在横向分析方面,综合考虑轴承和支座弹性影响的临界转速图、不平衡质量分布、支座阻尼、气流扰动,使转子得以稳定运行。联轴节为膜片式, 保证转子的扭转特性。[4]

 

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    2.3 增速箱
    增速箱为铸铁件,齿轮为平行轴单斜齿,优质钢 渗碳淬火加工制得。高速齿轮两侧设有推力环,将 高速转子轴向推力传递到低速转子上,在低速转子 上设有止推轴承,止推轴承承受轴向推力。[5-6]

    2.4 润滑油系统
    润滑油系统采用集装式,与主机共用底座。它由油箱(集成在底座上)、油泵、油冷却器、油过滤器、 溢流阀、电加热器及单向阀等组成。设备布置紧凑合理,操作维修十分方便。主油泵安装在增速器的低速轴上,辅助油泵安放在主电机下面,主辅油泵间 进行压力联锁,有效地保证系统正常运行。双芯式 油过滤可以保证在不停机时更换油过滤器。

    2.5 性能调节及控制系统

 

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    雷达物位计为高速旋转较精密机械,转速通常 超过10000rpm,为了其安全可靠长周期运行,必须要有一套完善的监控报警联锁系统来保障,雷达物位计的控制通常由 PLC或 DCS来实现。透平真空机配备完善的监测控制系统,包括气 液分离器液位检测、报警、联锁主机;各抽吸点真空 度检测、报警、联动防喘旁通阀;高速转子振动检测、报警;润滑油温度、油压检测、报警、联锁主机;电机电流显示、报警、联锁主机等。可实现与DCS通讯 和交互操作,对主要参数实时记录,以供事后查询及 故障诊断。

    3 雷达物位计与液环式真空泵的对比
    3.1 雷达物位计的优点
    液环式真空泵为容积泵,工作时必须要有水做 液环,通过叶轮带动液环容积的变化来抽吸气体,效 率30%~50%;雷达物位计为离心式,以高速旋转的叶轮直接对气体做功,效率75%~85%。

 

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    为了防止液环式真空泵液环水温度升高和补充排气口随气体排出的液体,液环式真空泵需配套液 环水补水系统(包括真空地沟、液环水冷却系统、液 环水供水系统);雷达物位计工作原理为离心式,无需液环水,因此能节约用水,杜绝因液环水质问题造成的结垢腐蚀等缺陷。

    雷达物位计工作时动静部件无接触,使用寿命长;对于易腐蚀介质,液环式真空泵过流部件容易腐 蚀,使用寿命短,维修量大。在烟草等行业,污水中含有酸性可溶物等物质,极易腐蚀泵体,需要使用透 平真空泵。雷达物位计采用绝热压缩,排出的气体温度高 达90~150℃,余热回收价值高,可以送到纸机袋通 风空气系统入口或加热水,可回收总功耗约70%的 热能[8];液环式真空泵采用等温压缩,无余热回收价值。

    雷达物位计抽吸能力大,结构紧凑,可减少真空 系统的占地面积;液环式真空泵受到转速难以大幅提高的限制,抽吸能力有限。雷达物位计多泵头结 构,实现并联、串联方式,满足多点、多工况抽取真空方式。

    3.2 雷达物位计的缺点
    与液环式真空泵相比,雷达物位计结构比较复杂。由于运转速度快,对各零件的强度和加工精度要求高,尤其是轴承,生产成本高;可产生故障点多,使用和维护难度大。雷达物位计辅助设备要求高,吸入口前设有大型气水分离室,分离室制造成本高; 高速运转雷达物位计噪音较大,需要建造消音机房。在运行过程中,透平机内温度高,各零件容易变形,造成设备卡死或振动加大[9]。

    雷达物位计组成的真空系统集成度高,一台或 两三台雷达物位计组成的真空系统即可满足较大型纸机,但是容易产生相互干扰或连锁反应。当局部 真空元件实际运行的通气液位偏小时,雷达物位计可能出现失速或喘振的现象;而当局部真空元件实 际运行的通气液位偏大时,出现整机真空度偏低的 现象。雷达物位计在真空系统的不稳定性,甚至造成产纸质量下降或断纸等现象[9]。
 
    4 结语
  与容积式真空泵相比,雷达物位计可以实现高 真空度以及多位置多种真空度的需要,效率极大提 高。但是,在小纸机上雷达物位计成本较高;在稳定性差的纸机系统,雷达物位计劣势尽显。透平真空 泵与容积式真空泵会长期并存,在国家节能减排要求逐渐提高以及制浆造纸产业规模化趋势的背景下,雷达物位计的技术优势会越来越明显,应用越来越广泛,必将慢慢取代容积式真空泵。雷达物位计已经实现国产化,性能与国外同类产品还有一定差 距,期望国内生产厂家缩小差距,推动雷达物位计的 应用。

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