螺桿式真空泵系統設計及其在卷煙企業(yè)的應用

　　真空系統是卷煙加工企業(yè)公用工程的重要組成部分，主要為卷接包車(chē)間提供符合設計參數的負壓空氣。煙草行業(yè)的真空系統目前使用較多的是水環(huán)式真空泵（還有一些少量的滑片式真空泵），從技術(shù)發(fā)展狀況來(lái)看，液環(huán)式真空系統的缺點(diǎn)逐漸顯現。當前一種新式德國B(niǎo)ECKER 螺桿式真空泵已經(jīng)引進(jìn)國內，其性能指標完全滿(mǎn)足生產(chǎn)運行的要求，尤其能夠滿(mǎn)足變負荷時(shí)的調節需求。本文通過(guò)淮陰卷煙廠(chǎng)“十一五”技改中真空系統項目，研究其性能特點(diǎn)及在卷煙企業(yè)的應用前景。

1、螺桿真空泵的工作原理

　　BECKER 螺桿真空泵的結構見(jiàn)圖1。它的工作原理是利用傳動(dòng)同步反向滑轉的相互嚙合而不接觸的螺桿作高速轉動(dòng)，利用泵殼和相互嚙合的螺滑將螺滑槽分隔成多個(gè)空間，形成多個(gè)級，空氣從左端吸入，在相等的各個(gè)槽內（柱形等螺距）進(jìn)行傳輸運動(dòng)，但無(wú)壓縮，只有螺桿最末端的螺滑結構對氣體有壓縮作用，螺桿的各級間可形成壓力梯度，以分散壓差和提高壓縮比，最終氣體從右邊的排氣端排出。由于螺桿是連續運轉，因此在吸氣端能夠持續的形成負壓，實(shí)現抽真空的目的。

圖1 BECKER 螺桿真空泵結構圖

　　真空泵螺桿轉子不同于空壓機的轉子形狀，呈中空形，為懸臂支承結構，同步傳動(dòng)齒輪位于支座下面，變頻電機通過(guò)聯(lián)軸節與主動(dòng)轉子連接。該泵的氣體路徑較短，泵外殼通過(guò)風(fēng)冷卻。螺桿式真空泵極限抽真空能力可以達到1kPa（絕對壓力）以下，具體工作的壓力值可以根據用戶(hù)的需求定制，能夠滿(mǎn)足卷煙生產(chǎn)企業(yè)所需300kPa（絕對壓力）工藝參數要求。

2、螺桿式真空泵的系統配置及設計

2.1、螺桿式真空泵的系統設計

　　BECKER 螺桿真空泵不同于傳統的真空系統只重視末端真空設備的性能，而是提供真空系統的全套解決方案，并考慮真空系統節能運行的問(wèn)題。

　　本次淮陰卷煙廠(chǎng)技改中，按年產(chǎn)60 萬(wàn)箱的規模來(lái)設計，設計抽氣量為4 000m3/h，選擇的螺桿真空泵型號為VADS 1500,單臺抽氣能力最大可以達到1 500m3/h，最大抽真空能力200kPa（絕對壓力）,采用3 臺并聯(lián)的方式（預留1 臺位置），其中2 臺采用變頻控制。

　　在系統設計中（見(jiàn)圖2），在主管路上安裝一只真空調節閥，并將系統壓力限定到恰好低于單臺設備安全運轉的系統壓力下（該功能僅在接近最小流量時(shí)才需起用）。真空調節閥的作用是：當系統負荷小時(shí)（如單臺卷包設備運行），出現不符要求的高真空情況的出現，真空調節閥將自動(dòng)打開(kāi)，向管道中補充空氣，平衡系統負壓壓力，實(shí)現調節的目的。另外，還需在主管道上設置壓力傳感器，用于測量系統壓力，為控制器提供一個(gè)控制參數。

圖2 真空系統示意圖

　　在負壓管道的末端（接到每臺卷包設備的管道上）安裝電磁控制閥，當卷包設備停開(kāi)時(shí)，可以通過(guò)控制系統發(fā)出指令關(guān)閉電磁閥，減少系統的抽氣量，降低真空泵的負荷。

2.2、自動(dòng)控制和系統調節

　　采用BECKER 配套的VACON4 排序中控器控制，控制邏輯見(jiàn)圖3，采用RS485 通訊協(xié)議與動(dòng)力控制中心實(shí)現數據交換，VACON4 排序控制器可以滿(mǎn)足最少1 臺最大22 臺設備負荷無(wú)級控制，完全可以適應卷煙企業(yè)集中群控的控制要求。

圖3 控制原理圖

2.3、站房設計要求

　　1）設備基礎要求水平，安裝時(shí)需加彈性減震墊，以減少振動(dòng)和噪聲。

　　2）由于BECKER 螺桿真空泵采用風(fēng)冷方式，設備的熱量被風(fēng)扇帶出，所以必須考慮必要的通風(fēng)降溫措施，通常是在排風(fēng)口安裝局部排風(fēng)罩，通過(guò)風(fēng)管將熱風(fēng)引至室外。

　　3）雖然排氣管道上安裝了消音器，但多臺設備工作時(shí)，噪聲會(huì )疊加，當站房靠近廠(chǎng)界或對噪聲指標有要求的建筑時(shí)，有必要對站房?jì)炔扇”匾�的降噪措施，建議站房?jì)葔Ρ诎惭b穿孔吸音板，站房的門(mén)應能夠關(guān)閉嚴密。

3、節能運行

　　螺桿真空泵屬于恒轉矩負載, 其運行功率與轉速成正比。

PL= T_Ln_L/9550

　　式中，PL 為螺桿真空泵的功率；TL 為轉矩;nL 為轉速。

　　因此,通過(guò)變頻調節，能夠實(shí)現節能的目的。針對本次改造，考慮到如選擇1 臺真空泵做變頻調節，由于頻率值不能太低，根據設備手冊，頻率值最小值為22Hz，此時(shí)抽氣量為660 m3/h，經(jīng)計算在1 500m3/h～2 160m3/h 和3 000m3/h～3 600m3/h 兩個(gè)負荷區間，設備不能滿(mǎn)足無(wú)級調節，因此在設計中，采用2 臺機變頻的方案。實(shí)際調節過(guò)程如表1、表2，兩種方式功率比較見(jiàn)圖4。

圖4 兩種方式功率比較

　　通過(guò)比較，可以很清晰地看到，采用2 臺變頻的方案不僅可以滿(mǎn)足在總負荷范圍的無(wú)級調節，實(shí)現負壓的穩定供應，相比與不變頻的方案，能夠實(shí)現節能運行的目的。

4、螺桿真空泵與其它類(lèi)型真空泵的比較

4.1、與滑片式真空泵相比(見(jiàn)表3)

　　可以看出，滑片式真空泵相比與螺桿式真空泵的缺點(diǎn)：一是其運行一段時(shí)間后容易造成滑片磨損，效率為之下降，因此需要定期進(jìn)行更換；二是其功率要大于螺桿式，運行成本較高；三是不能實(shí)現變頻調節。

4.2、與水環(huán)式真空泵相比（見(jiàn)表4）

　　螺桿式真空泵相對于水環(huán)式真空泵，有如下一些優(yōu)缺點(diǎn)：

　　1）無(wú)需工作液，不存在腐蝕和水質(zhì)處理的問(wèn)題。

　　2）能夠提供系統的解決方案，從末端到主機系統集成，自動(dòng)化程度高，能夠實(shí)現變頻調節，保證負壓穩定。

　　3）噪聲較低,通常噪聲值在80dB 以下。

　　4）自動(dòng)化程度高，可實(shí)現PLC 控制，便于實(shí)現遠程控制和實(shí)現群控。

　　5）缺點(diǎn)是初投資費用較高，但考慮到投資回收期在合理范圍內， 其性能價(jià)格比仍然很不錯。

5、結語(yǔ)

　　雖然螺桿式真空泵的初投資較高，但其運行成本較低，節能特性明顯，相比其它兩種在卷煙企業(yè)應用較多的真空泵，仍然有著(zhù)顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)。隨著(zhù)機械行業(yè)特別是卷煙企業(yè)新一輪的技術(shù)改造，螺桿式真空泵必將得到越來(lái)越多的重視，其良好的負荷調節范圍和經(jīng)濟運行特性必將會(huì )在有關(guān)工業(yè)生產(chǎn)企業(yè), 尤其是卷煙企業(yè)得到越來(lái)越多的應用。