真空蒸汽处理系统的研制(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)浙江真空设备集团有限公司 作者:王琴斐

  本文详细描述了真空蒸汽处理系统的组成、工作原理、适用范围和工作性能,通过与滑阀真空泵及三级罗茨液环机组性能参数、工作情况及成本消耗情况的对比,说明真空蒸汽处理系统的优势及特点。与其它抽吸蒸汽的设备相比,真空蒸汽处理系统具有明显的节能优势。本文给出了不同压力条件下的真空蒸汽处理系统数据,对实际应用有参考意义。

  电力元器件(如电机、变压器、电容器、电力电容器、电缆、电瓷套管、高压开关、互感器等)的真空浸渍处理工艺的目的是改善绝缘材料的电气绝缘性能,因此含在绝缘纸和绝缘油中的水份是最关键的有害物质。一般绝缘纸中含水量约8%~10%,塑料膜则少一些,在上述工艺过程中有大量的水需处理。医学生物制品、食品和蔬菜的真空冷冻干燥、食品的真空保鲜过程中也有大量的水需抽出。这些过程中不但有大量的水需处理,而且真空度要求相对高一些,约在100~10 Pa 之间,高的要求10- 1 Pa。而其它如谷物、水果、棉花、烟草、木材、纺织品和纸的真空浸渍处理中,真空度相对要求低一些,约在103~104 Pa 之间,但水蒸汽和可凝性气体的量则比较大。

1、真空处理工艺中的滑阀泵

  电力元器件的真空浸渍工艺和医学生物制品、食品、蔬菜真空冷冻干燥工艺中通常都使用油封真空泵,大、中型设备则基本采用滑阀泵,但由于所抽气体中含有大量水蒸汽,进入泵腔后在压缩过程中全部凝结成水,排入油箱后与油混在一起,对泵的工作影响很大。一方面降低了润滑功能,加快了轴承和其它转动部件的磨损,而且还要产生锈蚀;另一方面影响了泵的真空度和抽气效率。用户只能经常换油,换下的油经过沉淀,除去水后再重复使用。但这种油水混合物沉淀后并不能完全分离,所以重复使用的油质量并不好,只能勉强使用,效果并不理想。许多用户只能采用经常换新油的方法,所以生产成本高,严重影响经济效益。虽然滑阀泵可以通过气镇来解决一部分蒸汽,但不能解决根本问题,何况还要增加功率损耗。以H- 150 泵为例,在1.3×102~1.3×103 Pa 时要增加2.4 kW,在2.6×103Pa 时要增加2 kW,在4×103 Pa 要增加1.6 kW。

2、真空蒸汽处理工艺中的罗茨水环泵机组

  为解决抽水蒸汽的问题, 各方面都做了很多研究,对于真空度低的可以用液环泵,真空度要求稍高一些的可以用单级罗茨液环机组,但他们的耗电耗水指标都比较高。真空度要求较高(1 ~10- 1 Pa)的单靠水环泵和单级罗茨液环机组根本达不到真空度要求, 所以发展了三级罗茨液环机组。它既能抽除大量水蒸汽,又能达到所需的真空度。以抽速150 L/s抽气能力的系统为例,一般采用的机组配置为ZJP- 150/ZJP- 70/PQ- 6/2SK- 6A, 在主要工作压力范围内,它的总消耗功率为13 kW, 耗水量为35 L/min。这种机组用户使用后比较满意,基本上能满足工艺要求。

3、真空蒸汽处理系统

3.1、蒸汽处理系统的研制

  通过调研,认为应该研究发展一种价格适中,性能优良,节能效果好的蒸汽处理设备。经过一年多的研究试验,我们终于研制成功了ZHS 型真空蒸汽处理系统,并申请了专利,专利号为ZL200520072932.3 的。它以滑阀泵为主泵,液环泵为前级泵,配以油泵、阀门、真空表、温度显示仪和电气控制设备组成一套真空系统。特点是可以处理大量水蒸汽和其它可凝性气体,比滑阀泵有更低的极限压力,提高低压区间的抽气能力10%~15%,防止泵油的污染,降低泵油损耗,避免泵内零件锈蚀,改善润滑延长使用寿命。它与前述的三级罗茨液环泵机组相比,在主要工作压力范围内功率消耗降低40%,水耗量节约40%以上。

三级罗茨液环机组与蒸汽处理系统消耗功率对比

图1 三级罗茨液环机组与蒸汽处理系统消耗功率对比

3.2、结构原理

  系统的结构和工作原理如图2 所示,气体被滑阀泵(1)吸入,此时由滑阀泵提供热量,液环泵提供低压。在一定的压力和温度下,吸入的水蒸汽或其它可凝性气体经压缩后,在未凝结成液体前就排入油箱,对于已凝结在泵里的可凝性气体也将重新成为蒸汽,与非可凝性气体一起经油气分离器分离后通过液环泵(11)排出,其机理与真空蒸馏一样。当然在这一工作过程中必须控制滑阀泵油箱里的压力高到能防止供油中断,压力过低时能自动通过真空放气阀(4)向油箱内放入空气。但又要防止油箱压力变得太高,此时会通过溢流阀(6)自动卸压。逆止阀(8)可防止液环真空泵停泵时环液的返流。隔离阀(7)关闭后切断与液环泵的联系,让滑阀泵(1)工作在高压状态下,并打开气镇阀,可以加快泵达到所需温度的速度,油温由温度计(5)显示。液环泵(11)通过真空放气阀(9)放入空气来消除噪声和汽蚀现象。本系统在处理蒸汽时,由油泵(3)向滑阀泵(1)强制供油。

真空蒸汽处理系统原理图

1.油封式真空泵 2.电磁放气阀 3.油泵 4.真空放气阀 5.温度计 6.溢流阀 7.隔离阀 8.逆止阀 9.真空放气阀 10.真空计 11.液环真空泵

图2 真空蒸汽处理系统原理图

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