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眾所周知，由于羅茨鼓風(fēng)機(jī)和水環(huán)真空泵具有結(jié)構(gòu)簡單、使用維修方便的特點(diǎn)，因而在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。特別是具有等溫壓縮的特點(diǎn)，極易抽吸、壓縮易燃易爆的氣體。下面就其發(fā)展及設(shè)計(jì)開發(fā)談幾點(diǎn)粗淺的看法。
1大型化
由于煤礦、化工、制藥、造紙等行業(yè)的發(fā)展，對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)的要求越來越向大型化方面發(fā)展。在2000年以前，我國能生產(chǎn)流量在100m3/min以上的羅茨鼓風(fēng)機(jī)僅3-4個(gè)企業(yè)，全國年產(chǎn)量也不過幾十臺(tái)。而僅過了三年，到2010年全國能生產(chǎn)100m3/min以上的大風(fēng)機(jī)的廠家達(dá)10多家(其中僅山東就有7–8家)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國的大風(fēng)機(jī)的產(chǎn)量達(dá)幾百臺(tái)以上，這些產(chǎn)品主要應(yīng)用于：
(1)煤礦行業(yè)
由于國家加強(qiáng)了對(duì)煤礦的安全要求，因而用羅茨鼓風(fēng)機(jī)，特別是大型羅茨鼓風(fēng)機(jī)抽除瓦斯氣體已成為煤礦行業(yè)必須的安全要求，例如去年陜西某礦務(wù)局訂購的多臺(tái)流量達(dá)400m3/min的特大型羅茨鼓風(fēng)機(jī)就是用以抽除瓦斯氣體，有的一個(gè)大型煤礦使用100m3/min以上的風(fēng)機(jī)就達(dá)7–8臺(tái)。隨著國家對(duì)安全工作進(jìn)一步加強(qiáng)，大型、特大型羅茨鼓風(fēng)機(jī)將在煤礦系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。
此外，由于煤炭產(chǎn)量的飛速增加，煤礦的洗、選煤所用的真空過濾機(jī)也向大型化方面發(fā)展，在八十年代大多配流量為27m3/min的SZ-4型羅茨鼓風(fēng)機(jī)，這在當(dāng)時(shí)也是較大的。而近幾年煤礦的過濾機(jī)都選配流為80–150m3/min的大型羅茨鼓風(fēng)機(jī)，有的達(dá)到200m3/min以上，而且還有氣量繼續(xù)增大的趨勢(shì)。
(2)化工行業(yè)
a)氯堿行業(yè)
近幾年來我國啟動(dòng)了許多大型的基本建設(shè)和技術(shù)改造項(xiàng)目，這些項(xiàng)目的實(shí)童都需要大量的聚氯乙烯材料，特別是房地產(chǎn)的興旺，更加推動(dòng)了聚氯乙烯行業(yè)的發(fā)展，據(jù)氯堿行業(yè)的統(tǒng)計(jì)，我國去年生產(chǎn)了410萬噸聚氯乙烯，進(jìn)口了200可噸。據(jù)該行業(yè)的預(yù)測，2010年的全國需求量將達(dá)1500萬噸，而到了2015年將達(dá)到2000萬噸，正是因?yàn)樾枨罅扛咚僭黾樱沟梦覈穆葔A行業(yè)的企業(yè)加改造擴(kuò)產(chǎn)，并且近一、二年新上了許多企業(yè)。氯堿企業(yè)的發(fā)展，必須配套水陜空泵和羅茨鼓風(fēng)機(jī)用以抽除和壓縮乙炔和氫氣的羅茨鼓風(fēng)機(jī)和水環(huán)真空泵過去最大也不過30m3/min，而現(xiàn)在年產(chǎn)10萬噸燒堿和10萬噸聚氯乙烯的企業(yè)，需要的羅茨鼓風(fēng)機(jī)和水環(huán)真空泵達(dá)70m3/min以上。
在這里需要特別介紹的是，正是由于這個(gè)行業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)和加快了較高壓力羅茨鼓風(fēng)機(jī)的開發(fā)和生產(chǎn)。長期以來，我國的羅茨鼓風(fēng)機(jī)一般是當(dāng)吸入壓力為1個(gè)大氣壓或略低于呔氣壓時(shí)，排除壓力為0.1MPa，即壓縮比為2，個(gè)別企業(yè)生產(chǎn)過排除壓力達(dá)25MPaG的羅茨鼓風(fēng)機(jī)，而且僅1–2個(gè)規(guī)格。為了適應(yīng)聚氯乙烯的生產(chǎn)，91原國務(wù)院重大裝備辦公室在“八五”重大技術(shù)裝備攻關(guān)項(xiàng)目–年產(chǎn)4噸低聚合度聚氯乙烯裝置設(shè)備研制中提出了氯乙烯回收羅茨鼓風(fēng)機(jī)的研制攻關(guān)課題，這種回收氯乙烯單體的羅茨風(fēng)機(jī)要求在吸入壓力為常壓或微負(fù)壓的情況下，排出壓力要達(dá)到0.55-0.6MPaG，而且排氣量要達(dá)到700m3/min。經(jīng)過幾年的努力，我公司于96年12月通過了由原國家機(jī)械部組織的技術(shù)鑒定，客項(xiàng)技術(shù)酥達(dá)到了攻關(guān)要求。在此產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，我公司又開發(fā)了系列產(chǎn)品，排氣量由90m3/min到2000m。/h。由于該設(shè)備是聚氯乙烯行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一，因而在近幾年全國大上聚氯乙烯項(xiàng)目的形勢(shì)下，這種羅茨風(fēng)機(jī)得到了推廣和應(yīng)用，完全替代了進(jìn)口。
b)化肥行業(yè)
化肥行業(yè)特別是磷肥的生產(chǎn)也是我國經(jīng)濟(jì)宏觀調(diào)控中重點(diǎn)支持的產(chǎn)業(yè)，由于新上項(xiàng)目及老企業(yè)的技術(shù)改造均以上水平、上規(guī)模為主，因而大型、特大型羅茨鼓風(fēng)機(jī)在此也得到了應(yīng)用，如云南某磷肥企業(yè)一次改造就新增流為300m3/min的特大型水環(huán)泵3臺(tái)。
此外，還有許多磷肥企業(yè)工藝要求在壓力為絕壓80–l00hPa時(shí)，仍要有較大的抽氣能力，因而兩級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)及帶大氣噴射器的兩級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)用在這種工況下，就具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，許多化肥企業(yè)淘汰了振動(dòng)噪聲大而真空度較高的往復(fù)真空泵，用兩級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)替代，并收到了較好的效果，可以說兩級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)在該行業(yè)應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。
c)造紙行業(yè)
d)制藥行業(yè)
真空濃縮脫水、干燥、蒸餾是制藥企業(yè)的主要工藝過程，制藥企業(yè)的技術(shù)改造也同樣是上水平、上規(guī)模，這在一些大型制藥企業(yè)更為明顯。過去，大多用10m3/min以下的小泵，而現(xiàn)在，在這些企業(yè)的項(xiàng)目招標(biāo)中，流在20m3/min以上的中、大型泵已占多數(shù)。此外，制藥行業(yè)的許多廠過去使用流為6–12m3/min的兩級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)較多，而現(xiàn)在都配20-30m3/min的兩級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)，有的還達(dá)到60m3/min，如四川某合資制藥廠去年一次招標(biāo)買流為60m3/min的泵達(dá)到10臺(tái)。
除以上行業(yè)外，輕工行業(yè)的食品、啤酒企業(yè)以及冶金、發(fā)電、石化、建材等行業(yè)的真空系統(tǒng)均向大型方面發(fā)展，如山東某鋁廠長期使用多臺(tái)流為85m3/min的羅茨鼓風(fēng)機(jī)，而去年的技改項(xiàng)目設(shè)備招標(biāo)要求的羅茨鼓風(fēng)機(jī)流要達(dá)到140m3/min。
2成套性
應(yīng)當(dāng)說，在2000年以前國內(nèi)的羅茨鼓風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)廠家?guī)缀跞且凿N售單泵為主，極少有用戶訂成套設(shè)備，而近兩年來，化工、制藥行業(yè)的技改項(xiàng)目設(shè)備招標(biāo)中成套設(shè)備占的比例越來越大，一般是要求配分離器、冷卻器(換熱器)、補(bǔ)液泵、閥門、儀表、管件以及控制裝置，形成閉式循環(huán)，并且要求與企業(yè)的OCS系統(tǒng)相連，對(duì)液位、壓力、力量等進(jìn)行在線控制。
對(duì)這種機(jī)電一體化成套設(shè)備的要求在許多行業(yè)越來越普遍。
3較高真空下要求較大的流
許多化工、制藥行業(yè)的真空蒸餾、濃縮、脫水、干燥以及發(fā)電廠的抽除尾氣都要求在吸入壓力為3–8kPa之間有較大的流，單級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)在這一區(qū)間抽氣能力已相當(dāng)弱，而兩級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)和帶一級(jí)大氣噴射器的兩級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是在該區(qū)間有較大的吸氣量，在2000年以前對(duì)于兩級(jí)泵的需求大多是15m3/min以下，而現(xiàn)在達(dá)40-50m3/min。此外，還應(yīng)當(dāng)指出，單級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)帶一級(jí)大氣噴射器時(shí)，如果設(shè)計(jì)合理，在吸入壓力為4–5kPa時(shí)仍有較大的流，這大大擴(kuò)大了單級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的使用范圍，如我國某飛機(jī)研究所就使用該類泵多臺(tái)。
綜上所述，可以看出，羅茨鼓風(fēng)機(jī)及羅茨風(fēng)機(jī)作為基本的粗低真空獲得設(shè)備在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，也可以說國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的迅速發(fā)展推動(dòng)了羅茨鼓風(fēng)機(jī)和羅茨風(fēng)機(jī)的開發(fā)生產(chǎn)。因此為使其更好地適應(yīng)各行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)就該泵的研制開發(fā)提出以下幾點(diǎn)粗淺的看法：
(1)用可行性設(shè)計(jì)和高性能的密封件，提高整機(jī)的平均無故障運(yùn)行期（MTBF）
羅茨鼓風(fēng)機(jī)及水環(huán)真空泵的工作可靠性，即平均無故障運(yùn)行期，應(yīng)當(dāng)說與其它的粗低真空獲得設(shè)備相比還是較高的，平均無故障運(yùn)行期可達(dá)10000小時(shí)以上。但隨著各行業(yè)技術(shù)進(jìn)步工作的加強(qiáng)和對(duì)整個(gè)真空系統(tǒng)的可靠性要求的提高，因而對(duì)其可靠性要求也相應(yīng)更高了。特別是在化工和煤礦抽瓦斯氣體的這樣對(duì)安全要求嚴(yán)格的工況下，泵要長期持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，國際先進(jìn)水平可達(dá)幾萬小時(shí)以上。所以羅茨鼓風(fēng)機(jī)和羅茨風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)工作的開發(fā)情況和制造條件的限制以及密封件（特別是機(jī)械密封件）的質(zhì)量現(xiàn)狀，要真正提高整機(jī)的可靠性尚需進(jìn)一步對(duì)以上幾方面的工作進(jìn)一步加強(qiáng)。
(2)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，努力提高泵的效率，降低能耗
羅茨鼓風(fēng)機(jī)和水環(huán)真空泵是耗能高，效率低的產(chǎn)品，這是公認(rèn)的事實(shí)，小泵一般為30-35%，大泵達(dá)40%或略高，這樣低的效率與國家對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的要求及我國目前能源緊張的現(xiàn)狀是極不相適應(yīng)的。因此應(yīng)盡快采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對(duì)影響泵的效率最關(guān)鍵的葉輪的各幾何參數(shù)及吸排氣孔的起始位置、面積等建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇各參數(shù)的最佳組合方案，并采用汽液兩相流的有關(guān)理論及計(jì)算公式進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡量減少水環(huán)的渦流損失，達(dá)到提高效率的目的。所以說盡快設(shè)計(jì)開發(fā)成功高效節(jié)能的羅茨鼓風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)以淘汰耗能高、效率低的落后產(chǎn)品是擺在羅茨鼓風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)面前的一項(xiàng)重要工作。
(3)提高帶大氣噴射器時(shí)的工況點(diǎn)的氣量。
國外無論單級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)還是兩級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)配大氣噴射器以提高在較低吸入壓力下的流的情況還是較多的。從國外技術(shù)先進(jìn)的企業(yè)的技術(shù)資料上可以看出，單級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)帶一級(jí)大氣噴射器時(shí)，在吸入壓力為5kPa點(diǎn)，抽氣速率可達(dá)該泵不帶大氣噴射時(shí)吸入壓力為400hPa點(diǎn)的抽氣速率（用戶常用的單級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的共況點(diǎn)）的65–70%，兩級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)帶一級(jí)大氣噴射器時(shí)，在吸入壓力為1.5kPa點(diǎn)抽氣速率可達(dá)該泵不帶大氣噴射器時(shí)吸入壓力為8kPa點(diǎn)的抽氣速率（兩級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)常用的工況點(diǎn)）的70–75%，這樣便大大擴(kuò)大了羅茨鼓風(fēng)機(jī)的應(yīng)用范圍，即滿足了化工、制藥、輕工、儀器、冶金、發(fā)電等行業(yè)要求在吸入壓力為1.5–5kPa點(diǎn)大抽氣速率的工藝條件。但目前國內(nèi)一是羅茨鼓風(fēng)機(jī)帶大氣噴射器的應(yīng)用不夠廣泛；二是在1.5–5kPa點(diǎn)的抽氣速率較小，與國外先進(jìn)廠家技術(shù)水平有一定差距。為進(jìn)一步推廣應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)研究改進(jìn)大氣噴射器的設(shè)計(jì)與羅茨鼓風(fēng)機(jī)的最佳配比，由于氣流在大氣噴射器的噴嘴（拉伐爾噴管）與擴(kuò)壓器的漸縮段流動(dòng)是超音速氣流，并且大氣與被抽氣體兩股氣流的混合過程中的動(dòng)量交換較為復(fù)雜，無法完全依靠理論計(jì)算的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須進(jìn)行多次試驗(yàn)，但從擴(kuò)大羅茨鼓風(fēng)機(jī)的應(yīng)用及提高其效率的角度出發(fā)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)試驗(yàn)研究，努力提高其抽氣效率。
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