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水封式真空泵浦——傳統真空技術,但仍代表世界領先水準

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,乾式螺旋式真空泵浦用於化學加工技術和多種其他應用,而爪型乾式真空泵浦已成為整個行業領域的標配真空發生器。油潤滑迴轉葉片真空泵浦也是多種應用中的最先進技術,關鍵原因在於其仍然在不斷發展。在其應用領域,它們通常為最常用的真空泵浦。
儘管有諸多改善、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沿用至今並依然卓有成效——水封式真空泵浦。
水封式真空泵浦的原理早在 1890 年就有研究,即「水環泵浦」。由於其簡易堅固的結構,水封式真空泵浦(圖 1)適用於在將潮濕氣體或蒸汽抽真空,或者在壓縮流程中真空泵浦內部可能產生冷凝水的應用中產生真空。水封式真空泵浦特別適用於濕化工藝,因此可用於在加工技術中產生粗真空(諸如化學工業和石油生產和加工期間)、汽輪機冷凝器排氣以及塑膠工業、造紙業、食品技術工業和多種其他工業應用中。
操作原理
水封式真空泵浦使用水或與待抽真空的氣體或蒸汽相容的液體作為工作液。如同製程組成部分中的其他液體,乙二醇、礦物油或有機溶劑也可用作工作液。所有結構尺寸和版本的基本原理是相同的。
偏心安裝的葉輪在圓柱形泵浦殼(圖 2)中旋轉。向泵浦殼灌注工作液,使葉輪的葉片浸沒在工作液中。葉輪旋轉運動和隨之產生的離心力使泵浦殼內的液體形成所謂的液環。泵送的介質被傳輸到各葉片和水封之間的空間。由於葉輪採用偏心設計,空間體積會隨著氣體吸入、壓縮與再度排出發生變化。液環將各級空間密封為泵浦腔。因此,它有時候被稱為密封液,而非工作液。
機制
基於所使用的工作液,該機制僅能在粗真空範圍內使用。這是因為可達到的真空度取決於通過真空泵浦不斷抽送的工作液的蒸汽壓力和黏度。這使得水封式真空泵浦可以在相對較低的溫度下運行。它主要為等溫運行。這意味著泵送介質在壓縮過程中幾乎不會升溫。因此,水封式真空泵浦特別適合泵送含水量高的蒸汽和氣體。真空泵浦內的低溫有利於抽取蒸汽和氣體的冷凝。在一定程度上,這意味著真空泵浦還可充當冷凝器。由於氣體進入真空泵浦時已經發生冷凝,大大縮小了氣體容積。除了冷凝效果,這也會提高額定抽氣速率。 工作液轉移了壓縮熱量,此製程有助於冷凝並提升抽氣速率。 水封式真空泵浦的一大顯著優點在於:元件所用材料和工作液可根據泵送介質進行調整。這使其可以抽除易爆氣體以及蒸汽。由於運行溫度低,因此相比使用其他機械真空泵浦,在所有情況下均認為水封式真空泵浦抽除易爆物質所產生的問題更少。
結構
單級水封式真空泵浦和雙級水封式真空泵浦之間有著根本區別。在單級水封式真空泵浦中,在一個壓縮階段內執行上述壓縮流程。而在雙級真空泵浦中(圖 3),第一階段預壓縮的泵送介質被輸送到第二壓縮階段並再次壓縮。單級水封式真空泵浦可實現 130 hPa (mbar) 的極限壓力,雙級水封式真空泵浦可達到最高 33 hPa (mbar) 的極限壓力。
結構尺寸也有明顯差異。在 DOLPHIN 水封式真空泵浦產品組合中,Busch 真空解決方案公司擁有不同產品系列和版本,抽氣速率從 25 到 26,500 立方米每小時不等。
運行方式
工作液的供應和清除可透過三種方式實現:

1. 非再迴圈運行
這是運行水封式真空泵浦的最簡單方式,在工作液足夠時均可用。持續不斷地為壓縮階段供應工作液。然後工作液與氣體和冷凝水一起排出。

2. 開放式液體回路
在開放式回路中(圖 4),工作液流出真空泵浦後與氣體一起被轉移到液體分離器中。液體和氣體在此分離。向液體分離器供應新工作液時,氣體被排出或轉移。這保證了迴路中有充足的工作液,且溫度不會上升。與非再迴圈運行模式相比,開放式回路可節省多達 50% 的工作液。
3. 閉合式液體迴路
閉合式迴路中在泵浦下游方向也設有液體分離器(圖 5)。氣體從中排出,同時在工作液再次流入真空泵浦之前透過熱交換器轉移。由此持續不斷地冷卻工作液。這種配置節省高達 95% 的工作液。這意味著只有少量新鮮工作液需要透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迴路。
客製化真空系統
水封式真空泵浦特別適合用作真空系統及安裝服務的模組。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 真空解決方案公司在設計、配置和建造其系統方面有數十年經驗。Busch 旗下擁有各種 DOLPHIN 水封式真空泵浦結構尺寸,可提供多種獲得 ATEX 認證的版本。