給出了水環真空泵能效值的3 種表示方法和計算公式, 分析了能效考核點的確定方法。通過比較研究, 提出了水環真空泵產品的能效評價方法及判定體系: 采用單位功率的抽氣量表示水環真空泵的能效, 依據水環真空泵極限真空度的不同分別設定能效考核點, 葉輪轉速作為參考因素。通過能效值考核和評價, 可以有效地推動和引導水環真空泵行業節能技術的發展, 促進相關產業過程的節能及可持續發展。

　　水環真空泵具有結構簡單、使用維修方便、氣體等溫壓縮、適宜抽吸和壓縮易燃易爆氣體、可抽除含塵、含水氣體等特點。水環真空泵在化工、煤礦、制藥、輕工、造紙、冶金、石化、礦山、發電、食品以及廢氣的回收利用等行業中已成為最廣泛應用的真空獲得設備, 特別是在航空、航天工業模擬試驗中, 運行安全、穩定。目前, 單臺水環真空泵機組的氣量達到70000 m³/ h 以上, 功率達到1700 kW 以上。近年來,隨著國家對真空獲得設備需求的發展, 水環真空泵正向大型化、成套化、高真空、大抽氣量方向發展^[1] 。水環真空泵已發展成為成熟的、各行業發展所必需的通用設備, 但目前有關水環真空泵( 包括水環壓縮機) 實際能效值的研究很少。為了能不斷地促進我國水環真空泵設備的技術進步, 更好地貫徹落實國家節能減排的重大決策, 推廣高效節能的真空泵產品, 本文對水環真空泵的能效評價、考核的方法和途徑進行了研究。

1、水環真空泵的工作原理

　　水環真空泵是一種粗真空泵, 它所能獲得的極限真空受制于結構和工作環境, 一般為3~ 50 kPa。水環真空泵主要由葉輪、泵體、圓盤( 設有吸氣口、排氣口) 等幾部分組成。如圖1 所示, 葉輪偏心安裝在泵體中, 當葉輪旋轉時, 水被拋向泵體并形成與泵體同心的水環, 水環和葉輪形成一個月牙形的空間。隨著葉輪的旋轉, 葉輪輪轂、葉片和水環形成的空腔由小變大, 通過吸氣口吸氣, 再由大變小, 通過排氣口排氣。

圖1  水環真空泵原理圖

2 、水環真空泵能效值的表示方法和計算公式

　　國內外很多企業、科研單位都致力于水環真空泵的節能研究, 探討有效的能效表示方法。水環真空泵的能效表示方法有多種, 一般有單位功率抽氣量法、單位氣量消耗功率法、效率值法等幾種。

2.1、單位功率抽氣量表示法

　　采用單位功率的抽氣量表示水環真空泵的能效時, 計算公式為

　　式中, KQ 為泵在一定入口壓力下的單位功率抽氣量, 單位為m³/ ( kW.h) ; Qis為該入口壓力時泵入口處的氣量, 單位為m³/ h; Wa 為該入口壓力時的軸功率, 單位為kW。

2.2、單位氣量消耗功率表示法

　　采用單位氣量消耗功率表示水環真空泵的能效時, 計算公式為

　　式中, K W 為泵在一定入口壓力下的單位氣量消耗功率, 單位為(kW.h)/m³。

　　根據式(1) 和式(2) 可知, KQ和KW互為倒數。

2.3、效率值表示法

　　效率值表示法是以百分比表示的氣體等溫壓縮功率占總消耗功率的比值。

　　一般情況下, 經過水環真空泵壓縮, 氣體從入口到出口的溫升為2~ 5 度 , 所以, 水環真空泵抽送氣體的過程可認為是等溫壓縮過程。水環真空泵的等溫壓縮效率( 泵的效率) 為

　　式中, Wis為該入口壓力時泵的等溫壓縮功率, 單位為kW, 其中, 等溫壓縮功率Wis的計算公式為

　　式中, p1為泵入口絕對壓力, 單位為kPa; p2為泵排口絕對壓力, 單位為kPa。

3、水環真空泵能效評價方法

3.1、水環真空泵能效表示方法的比較

　　水環真空泵是一種將動能( 機械能) 轉化為勢能( 氣體壓縮能) 的能量轉化設備, 而不是一般的能量傳遞設備( 如減速機等) 。在水環真空泵的生產和使用過程中, 更多關注的是泵在一定入口壓力下的氣量、軸功率等, 水環真空泵的性能表征也是指氣量、軸功率相對于入口壓力變化的兩條曲線。因此, 采用單位軸功率的抽氣量KQ表示水環真空泵在某個入口壓力點的能效, 便于計算和使用, 能直觀地反映水環真空泵的性能。

　　目前, 也有專家提出采用單位氣量消耗功率KW 表示方法對水環真空泵進行能效分析和評價,采用該方法時, 其計算值越小, 表明水環真空泵的等溫壓縮效率越高, 即泵的能效越高, 這種表示方法有悖于常規思維。

　　如果采用效率值g計算方法進行水環真空泵的能效分析和評價, 則計算比較復雜, 并且不能直觀地體現氣量這一水環真空泵的主要指標, 會造成選型錯覺。

5、結論

　　采用單位功率抽氣量表示法對水環真空泵進行能效評價、考核, 能直觀地反映真空泵的性能, 避免了繁雜的計算, 有利于泵的生產和使用。將極限真空壓力加5 kPa 作為單級水環真空泵的能效考核點, 極限真空壓力加2 kPa 作為兩級水環真空泵的能效考核點, 同時將水環真空泵的規格、葉輪圓周線速度作為能效評價考核的參考因素。采用這種方法對水環真空泵的能效指標進行有效、合理、科學的評
價, 能體現泵的設計指標和制造水平, 可以促進水環真空泵設計研究、制造單位更加重視研究節能技術,促進行業技術進步。

參考文獻

　　[1] 黃毅. 對水環真空泵發展趨勢及設計開發的幾點看法[J] . 真空, 2004, (7) : 27- 29
　　[2] 楊乃恒. 真空獲得設備[M] . 沈陽: 東北大學( 內部資料) , 2001: 8- 14
　　[3] 徐成海. 真空設備選型與采購指南[M] . 北京: 石油和化工設備出版社, 2009: 7- 14
　　[4] 王曉東, 王維娜. RH 真空精煉吹氬參數對循環流動影響的數值分析[J] . 真空科學與技術學報, 2009, 29( 6) :682- 685
　　[5] Li Baokuan, Tsukihashi Fumitaka. Effect of Rotating Field on Two Phase Flow in RH Vacuum Degassing Vessel[J] . ISIJ In ternational, 2005, 45( 7) : 972- 978