液環真空泵 - 采用傳統真空技術,但仍代表世界領先水平

Maulburg, Germany 真空技術從未停止發展 - 不僅是在近些年,數十年來真空技術一直在不斷發展。如今,干式螺桿真空泵被應用于化工技術,而在其它應用領域,爪型干式真空泵已成為常規的真空泵。油潤滑旋片真空泵也在多種應用領域中體現著它的最先進技術,原因在于其仍然在不斷發展。在諸多應用領域,這些真空泵通常為最常用的真空泵。盡管真空泵在技術上有諸多改進、新發展以及進一步提升,然而在某些應用中,真空產生的原理之一 - 液環真空泵仍沿用至今并依然卓有成效。
圖 1: Dolphin 液環真空泵的兩種版本,抽速可用范圍從 25 到 26,800 立方米每小時 (Source: Busch Dienste GmbH)
圖 1: Dolphin 液環真空泵的兩種版本,抽速可用范圍從 25 到 26,800 立方米每小時 (Source: Busch Dienste GmbH)

液環真空泵的原理早在 1890 年就有研究,即"水環泵"。由于其結構簡單而堅固,液環真空泵(圖 1)適用于抽除潮濕氣體或蒸汽,或者被抽氣體在真空泵內部的壓縮過程中發生冷凝的應用中。液環真空泵特別適用于潮濕的工藝和粗真空的工藝技術,諸如化學工業和石油生產和加工、汽輪機凝汽器抽真空以及塑料工業、造紙業、食品工業和多種其他工業應用。

工作原理
液環真空泵的工作液可以使用水或與被抽氣體或蒸汽相容的液體作為工作液。乙二醇、礦物油或有機溶劑,以及工藝流程中使用到的液體可用作泵的工作液。不同規格大小和版本的泵,其基本原理是相同的。

圖 2: Dolphin 液環真空泵壓縮腔室的剖面圖 (Source: Busch Dienste GmbH)

偏心安裝的葉輪在圓柱形泵殼(圖 2)中旋轉。向泵殼灌注工作液,使葉輪葉片浸沒在工作液中。葉輪旋轉和隨之產生的離心力使泵殼內的液體形成所謂的液環。氣體被抽入到泵送的介質被傳輸到葉片和液環之間的空間內。葉輪的偏心旋轉改變了這些空間的容積,借此吸入、壓縮并排出氣體。液環將各級空間密封為泵腔。因此,該液體有時候被稱為密封液,而不是工作液。

機理
基于所使用的工作液,該機理僅能在粗真空范圍內使用。這是因為可達到的真空度取決于通過真空泵不斷抽送的工作液的蒸汽壓和黏度。這個要求液環真空泵需要在相對較低的溫度下運行,同時由于是等溫運行,這意味著被抽介質在泵的壓縮過程中不會被升溫。因此,液環真空泵特別適合用于抽除含濕度高的蒸汽和氣體。真空泵內的低溫有利于被抽蒸汽的冷凝。在一定程度上,這意味著真空泵還可以作為冷凝器使用,由于混合物進入真空泵時會發生冷凝,大大縮小了被抽氣體的體積。除了冷凝效果,還提高了額定抽速。
工作液轉移壓縮熱量,即支持冷凝和提高抽速的過程。液環真空泵的一大顯著優點在于:組件所用材料和工作液可根據泵送介質進行調整。這使其可以抽除腐蝕性氣體或易爆氣體以及蒸汽。由于運行溫度低,因此相比使用其他機械真空泵,在所有情況下均認為液環真空泵抽除易爆物質所產生的問題更少。

結構
單級液環真空泵和雙級液環真空泵之間有著根本區別。在單級液環真空泵中,在一個壓縮階段內執行上述壓縮流程。而在雙級真空泵中(圖 3),第一階段預壓縮的泵送介質被輸送到第二壓縮階段并再次壓縮。單級液環真空泵可實現 130 hPa (mbar) 的極限壓力,雙級液環真空泵可達到最高 33 hPa (mbar) 的極限壓力。

圖 3: 通過雙級液環真空泵的氣流 (Source: Busch Dienste GmbH)

結構尺寸也有明顯差異。在 Dolphin 液環真空泵產品組合中,Busch 真空泵和真空系統擁有不同產品系列和版本,抽氣速率從 25 到 26,800 立方米每小時不等。

運行方式
泵的工作液的進和出可通過三種方式實現:

1. 流體非再循環運行
這是運行液環真空泵的最簡單方式,在工作液足夠時均可用。持續不斷地為泵的壓縮腔提供工作液,然后工作液與氣體和冷凝水一起排出泵體。 

2. 開放式流體回路
在開放式回路中(圖 4),工作液流出真空泵后與氣體一起被排到液體分離器中,液體和氣體在此分離,當氣體被排出液體分離器的同時,新的工作液會補充進入液體分離器。通過液體分離器,向回路供應補充的全新工作液。這保證了回路中有充足的工作液,且溫度不會上升。與非循環運行模式相比,開放式回路可節省多達 50% 的工作液。

圖 4: 工作液局部循環系統的 Dolphin 液環真空泵 (Source: Busch Dienste GmbH)

3. 閉合式流體回路
閉合式回路中在真空泵的排氣口也設有液體分離器(圖 5)。氣體從分離器排出,同時在工作液再次進入真空泵之前先經過熱交換器,這樣,工作液可以得到不斷冷卻。這種配置可節省95%的工作液。這意味著只有少量新鮮工作液需要通過液體分離器進行添加。因此,在沒有足夠工作液的情況下,或者需要盡可能節省工作液時,我們建議使用閉合式回路。



圖 5: 工作液整體循環系統的 Dolphin 液環真空泵 (Source: Busch Dienste GmbH)


量身定制的真空系統
液環真空泵特別適合用作真空系統及安裝服務的模塊。與蒸汽噴射器、組合使用可以實現更低的極限壓力。直接根據具體應用量身打造真空系統,能夠找到技術和經濟方面最佳的解決方案。針對在全球化學處理技術、石油生產和加工、發電以及諸多其他領域中安全而又經濟地運行此類系統,Busch 真空泵和真空系統在設計、配置和構造其系統方面有數十年經驗。Busch 旗下擁有各種結構尺寸的 Dolphin 液環真空泵,可提供多種 ATEX 認證版本的液環真空泵。



圖 6: 配有五個單級 Dolphin 液環真空泵的真空系統,用于工藝流體的脫氣 (Source: Busch Dienste GmbH)


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