液环真空泵 - 采用传统真空技术,但仍代表世界领先水平

Maulburg, Germany 真空技术从未停止发展 - 不仅是在近些年,数十年来真空技术一直在不断发展。如今,干式螺杆真空泵被应用于化工技术,而在其它应用领域,爪型干式真空泵已成为常规的真空泵。油润滑旋片真空泵也在多种应用领域中体现着它的最先进技术,原因在于其仍然在不断发展。在诸多应用领域,这些真空泵通常为最常用的真空泵。尽管真空泵在技术上有诸多改进、新发展以及进一步提升,然而在某些应用中,真空产生的原理之一 - 液环真空泵仍沿用至今并依然卓有成效。
图 1: Dolphin 液环真空泵的两种版本,抽速可用范围从 25 到 26,800 立方米每小时 (Source: Busch Dienste GmbH)
图 1: Dolphin 液环真空泵的两种版本,抽速可用范围从 25 到 26,800 立方米每小时 (Source: Busch Dienste GmbH)

液环真空泵的原理早在 1890 年就有研究,即"水环泵"。由于其结构简单而坚固,液环真空泵(图 1)适用于抽除潮湿气体或蒸汽,或者被抽气体在真空泵内部的压缩过程中发生冷凝的应用中。液环真空泵特别适用于潮湿的工艺和粗真空的工艺技术,诸如化学工业和石油生产和加工、汽轮机凝汽器抽真空以及塑料工业、造纸业、食品工业和多种其他工业应用。

工作原理
液环真空泵的工作液可以使用水或与被抽气体或蒸汽相容的液体作为工作液。乙二醇、矿物油或有机溶剂,以及工艺流程中使用到的液体可用作泵的工作液。不同规格大小和版本的泵,其基本原理是相同的。

图 2: Dolphin 液环真空泵压缩腔室的剖面图 (Source: Busch Dienste GmbH)

偏心安装的叶轮在圆柱形泵壳(图 2)中旋转。向泵壳灌注工作液,使叶轮叶片浸没在工作液中。叶轮旋转和随之产生的离心力使泵壳内的液体形成所谓的液环。气体被抽入到泵送的介质被传输到叶片和液环之间的空间内。叶轮的偏心旋转改变了这些空间的容积,借此吸入、压缩并排出气体。液环将各级空间密封为泵腔。因此,该液体有时候被称为密封液,而不是工作液。

机理
基于所使用的工作液,该机理仅能在粗真空范围内使用。这是因为可达到的真空度取决于通过真空泵不断抽送的工作液的蒸汽压和黏度。这个要求液环真空泵需要在相对较低的温度下运行,同时由于是等温运行,这意味着被抽介质在泵的压缩过程中不会被升温。因此,液环真空泵特别适合用于抽除含湿度高的蒸汽和气体。真空泵内的低温有利于被抽蒸汽的冷凝。在一定程度上,这意味着真空泵还可以作为冷凝器使用,由于混合物进入真空泵时会发生冷凝,大大缩小了被抽气体的体积。除了冷凝效果,还提高了额定抽速。
工作液转移压缩热量,即支持冷凝和提高抽速的过程。液环真空泵的一大显著优点在于:组件所用材料和工作液可根据泵送介质进行调整。这使其可以抽除腐蚀性气体或易爆气体以及蒸汽。由于运行温度低,因此相比使用其他机械真空泵,在所有情况下均认为液环真空泵抽除易爆物质所产生的问题更少。

结构
单级液环真空泵和双级液环真空泵之间有着根本区别。在单级液环真空泵中,在一个压缩阶段内执行上述压缩流程。而在双级真空泵中(图 3),第一阶段预压缩的泵送介质被输送到第二压缩阶段并再次压缩。单级液环真空泵可实现 130 hPa (mbar) 的极限压力,双级液环真空泵可达到最高 33 hPa (mbar) 的极限压力。

图 3: 通过双级液环真空泵的气流 (Source: Busch Dienste GmbH)

结构尺寸也有明显差异。在 Dolphin 液环真空泵产品组合中,Busch 真空泵和真空系统拥有不同产品系列和版本,抽气速率从 25 到 26,800 立方米每小时不等。

运行方式
泵的工作液的进和出可通过三种方式实现:

1. 流体非再循环运行
这是运行液环真空泵的最简单方式,在工作液足够时均可用。持续不断地为泵的压缩腔提供工作液,然后工作液与气体和冷凝水一起排出泵体。 

2. 开放式流体回路
在开放式回路中(图 4),工作液流出真空泵后与气体一起被排到液体分离器中,液体和气体在此分离,当气体被排出液体分离器的同时,新的工作液会补充进入液体分离器。通过液体分离器,向回路供应补充的全新工作液。这保证了回路中有充足的工作液,且温度不会上升。与非循环运行模式相比,开放式回路可节省多达 50% 的工作液。

图 4: 工作液局部循环系统的 Dolphin 液环真空泵 (Source: Busch Dienste GmbH)

3. 闭合式流体回路
闭合式回路中在真空泵的排气口也设有液体分离器(图 5)。气体从分离器排出,同时在工作液再次进入真空泵之前先经过热交换器,这样,工作液可以得到不断冷却。这种配置可节省95%的工作液。这意味着只有少量新鲜工作液需要通过液体分离器进行添加。因此,在没有足够工作液的情况下,或者需要尽可能节省工作液时,我们建议使用闭合式回路。



图 5: 工作液整体循环系统的 Dolphin 液环真空泵 (Source: Busch Dienste GmbH)


量身定制的真空系统
液环真空泵特别适合用作真空系统及安装服务的模块。与蒸汽喷射器、组合使用可以实现更低的极限压力。直接根据具体应用量身打造真空系统,能够找到技术和经济方面最佳的解决方案。针对在全球化学处理技术、石油生产和加工、发电以及诸多其他领域中安全而又经济地运行此类系统,Busch 真空泵和真空系统在设计、配置和构造其系统方面有数十年经验。Busch 旗下拥有各种结构尺寸的 Dolphin 液环真空泵,可提供多种 ATEX 认证版本的液环真空泵。



图 6: 配有五个单级 Dolphin 液环真空泵的真空系统,用于工艺流体的脱气 (Source: Busch Dienste GmbH)


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