螺桿式真空泵系統(tǒng)設計及其在卷煙企業(yè)的應用
真空系統(tǒng)是卷煙加工企業(yè)公用工程的重要組成部分，主要為卷接包車間提供符合設計參數的負壓空氣。煙草行業(yè)的真空系統(tǒng)目前使用較多的是水環(huán)式真空泵（還有一些少量的滑片式真空泵），從技術發(fā)展狀況來看，液環(huán)式真空系統(tǒng)的缺點逐漸顯現。當前一種新式德國BECKER螺桿式真空泵已經引進國內，其性能指標*生產運行的要求，尤其能夠滿足變負荷時的調節(jié)需求。本文通過淮陰卷煙廠“十一五”技改中真空系統(tǒng)項目，研究其性能特點及在卷煙企業(yè)的應用前景。1、螺桿真空泵的工作原理
BECKER螺桿真空泵的結構見圖1。它的工作原理是利用傳動同步反向滑轉的相互嚙合而不接觸的螺桿作高速轉動，利用泵殼和相互嚙合的螺滑將螺滑槽分隔成多個空間，形成多個級，空氣從左端吸入，在相等的各個槽內（柱形等螺距）進行傳輸運動，但無壓縮，只有螺桿zui末端的螺滑結構對氣體有壓縮作用，螺桿的各級間可形成壓力梯度，以分散壓差和提高壓縮比，zui終氣體從右邊的排氣端排出。由于螺桿是連續(xù)運轉，因此在吸氣端能夠持續(xù)的形成負壓，實現抽真空的目的。
圖1BECKER螺桿真空泵結構圖
真空泵螺桿轉子不同于空壓機的轉子形狀，呈中空形，為懸臂支承結構，同步傳動齒輪位于支座下面，變頻電機通過聯(lián)軸節(jié)與主動轉子連接。該泵的氣體路徑較短，泵外殼通過風冷卻。螺桿式真空泵極限抽真空能力可以達到1kPa（壓力）以下，具體工作的壓力值可以根據用戶的需求定制，能夠滿足卷煙生產企業(yè)所需300kPa（壓力）工藝參數要求。2、螺桿式真空泵的系統(tǒng)配置及設計
2.1、螺桿式真空泵的系統(tǒng)設計
BECKER螺桿真空泵不同于傳統(tǒng)的真空系統(tǒng)只重視末端真空設備的性能，而是提供真空系統(tǒng)的全套解決方案，并考慮真空系統(tǒng)節(jié)能運行的問題。
本次淮陰卷煙廠技改中，按年產60萬箱的規(guī)模來設計，設計抽氣量為4000m3/h，選擇的螺桿真空泵型號為VADS1500,單臺抽氣能力zui大可以達到1500m3/h，zui大抽真空能力200kPa（壓力）,采用3臺并聯(lián)的方式（預留1臺位置），其中2臺采用變頻控制。
在系統(tǒng)設計中（見圖2），在主管路上安裝一只真空調節(jié)閥，并將系統(tǒng)壓力限定到恰好低于單臺設備安全運轉的系統(tǒng)壓力下（該功能僅在接近zui小流量時才需起用）。真空調節(jié)閥的作用是：當系統(tǒng)負荷小時（如單臺卷包設備運行），出現不符要求的高真空情況的出現，真空調節(jié)閥將自動打開，向管道中補充空氣，平衡系統(tǒng)負壓壓力，實現調節(jié)的目的。另外，還需在主管道上設置壓力傳感器，用于測量系統(tǒng)壓力，為控制器提供一個控制參數。
圖2真空系統(tǒng)示意圖
在負壓管道的末端（接到每臺卷包設備的管道上）安裝電磁控制閥，當卷包設備停開時，可以通過控制系統(tǒng)發(fā)出指令關閉電磁閥，減少系統(tǒng)的抽氣量，降低真空泵的負荷。
2.2、自動控制和系統(tǒng)調節(jié)
采用BECKER配套的VACON4排序中控器控制，控制邏輯見圖3，采用RS485通訊協(xié)議與動力控制中心實現數據交換，VACON4排序控制器可以滿足zui少1臺zui大22臺設備負荷無級控制，*可以適應卷煙企業(yè)集中群控的控制要求。
圖3控制原理圖
2.3、站房設計要求
1）設備基礎要求水平，安裝時需加彈性減震墊，以減少振動和噪聲。
2）由于BECKER螺桿真空泵采用風冷方式，設備的熱量被風扇帶出，所以必須考慮必要的通風降溫措施，通常是在排風口安裝局部排風罩，通過風管將熱風引至室外。
3）雖然排氣管道上安裝了消音器，但多臺設備工作時，噪聲會疊加，當站房靠近廠界或對噪聲指標有要求的建筑時，有必要對站房內采取必要的降噪措施，建議站房內墻壁安裝穿孔吸音板，站房的門應能夠關閉嚴密。3、節(jié)能運行
螺桿真空泵屬于恒轉矩負載,其運行功率與轉速成正比。
PL=TLnL/9550
式中，PL為螺桿真空泵的功率；TL為轉矩;nL為轉速。
因此,通過變頻調節(jié)，能夠實現節(jié)能的目的。針對本次改造，考慮到如選擇1臺真空泵做變頻調節(jié)，由于頻率值不能太低，根據設備手冊，頻率值zui小值為22Hz，此時抽氣量為660m3/h，經計算在1500m3/h～2160m3/h和3000m3/h～3600m3/h兩個負荷區(qū)間，設備不能滿足無級調節(jié)，因此在設計中，采用2臺機變頻的方案。實際調節(jié)過程如表1、表2，兩種方式功率比較見圖4。
圖4兩種方式功率比較
通過比較，可以很清晰地看到，采用2臺變頻的方案不僅可以滿足在總負荷范圍的無級調節(jié)，實現負壓的穩(wěn)定供應，相比與不變頻的方案，能夠實現節(jié)能運行的目的。4、螺桿真空泵與其它類型真空泵的比較
4.1、與滑片式真空泵相比（見表3）
可以看出，滑片式真空泵相比與螺桿式真空泵的缺點：一是其運行一段時間后容易造成滑片磨損，效率為之下降，因此需要定期進行更換；二是其功率要大于螺桿式，運行成本較高；三是不能實現變頻調節(jié)。
4.2、與水環(huán)式真空泵相比（見表4）
螺桿式真空泵相對于水環(huán)式真空泵，有如下一些優(yōu)缺點：
1）無需工作液，不存在腐蝕和水質處理的問題。
2）能夠提供系統(tǒng)的解決方案，從末端到主機系統(tǒng)集成，自動化程度高，能夠實現變頻調節(jié)，保證負壓穩(wěn)定。
3）噪聲較低,通常噪聲值在80dB以下。
4）自動化程度高，可實現PLC控制，便于實現遠程控制和實現群控。
5）缺點是初投資費用較高，但考慮到投資回收期在合理范圍內，其性能價格比仍然很不錯。5、結語
雖然螺桿式真空泵的初投資較高，但其運行成本較低，節(jié)能特性明顯，相比其它兩種在卷煙企業(yè)應用較多的真空泵，仍然有著顯著的優(yōu)點。隨著機械行業(yè)特別是卷煙企業(yè)新一輪的技術改造，螺桿式真空泵必將得到越來越多的重視，其良好的負荷調節(jié)范圍和經濟運行特性必將會在有關工業(yè)生產企業(yè),尤其是卷煙企業(yè)得到越來越多的應用。
