凍干機真空泵進水問題的機理分析和應對

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摘要：

凍干機在實際使用過程中，有時會發生真空泵進水現象，導致客戶頻繁更換真空泵油，費用支出頗大，同時真空泵性能和壽命受到影響，進而影響到客戶的正常生產。

本文從制冷問題、氣流問題2個方面分析真空泵進水的若干原因，從機理上進行了探討，繼而從溫度、壓力、真空泵選型，真空管路，氣流通道的布置等方面探討了各針對性措施。

關鍵詞：凍干機真空泵進水，制冷、氣流通道

正文：

影響真空泵進水的原因涉及到2個大的方面：氣流問題、制冷及真空問題，主要涉及氣流走向，氣流通道，系統制冷，相關的溫度、壓力、真空配置和控制工藝等，這幾個方面并不獨立影響真空泵進水，實際應是互為影響，解決真空泵進水，需要綜合考慮這些因素，下面進行具體的闡述。

一、氣流問題

氣流問題影響真空泵進水的現象主要表現為：冷凝器（捕水器）內盤管表面結霜不均勻，各組盤管之間，單組盤管的不同位置出現結霜厚度不同的情況，甚至盤管部分位置出現不結霜的情況，在制冷能力滿足滿載使用要求，盤管的溫度可以到達，也就是盤管溫度及真空情況足以滿足捕捉滿載水汽的前提下，氣流的組織分布，氣流走向沒有經過部分盤管，造成無法捕捉水汽，繼而進入凍干機真空泵。

造成氣流未充分流經盤管的原因主要有：

1、水汽從凍干箱升華至冷凝器時，首先經過中隔閥和中間通道的間隙，所以中隔閥和盤管之間的距離設置，冷凝器內氣流擋板和盤管及中隔閥的距離設置會直接影響到氣流進入冷凝器時的組織分布，氣流走向。同時，液壓驅動的中隔閥的行程也是考慮因素之一。

2、盤管的布置，盤管多組分布的情況要根據氣流經過中隔閥及氣流擋板后的走向，結合真空管的位置來確定，換言之，凍干機凍干箱內作為水汽的產生源頭，冷凝器內真空管位置作為真空壓力推動的源頭，根據這2個起止點來進行模擬分析，仿真分析出氣流從頭至尾的組織分布，在滿足蒸發面積及制冷劑均勻分配，也就是匹配系統制冷量，匹配制冷分配，包括最大的捕冰量，不同制品的最大升華速度的前提下，進行合理的盤管計算和布置。其中盤管的空間布局，盤管的組數，單組、單根的長度（考慮氟利昂的蒸發路徑），盤管的表面積等都要綜合計算考慮，另外，可以通過增加額外的氣流擋板來有效實現氣流組織的均勻分布。

注意：在考慮上述靜態內容的同時，要考慮在水汽捕捉的過程中，盤管表面冰層的形成必然是有先后順序的，隨著冰層的加厚，各位置氣流通道也會產生動態的變化，所以各位置的間隙要進行更加細致的考慮，尤其是盤管在靠近氣流通道的前端部分，多組盤管之間的間隙，盤管和中隔閥板的間隙，盤管和氣流擋板之間的間隙應放大或者和盤管末端有所不同。避免發生前端結霜過快過厚，導致堵塞部分氣流通道的現象發生。

1.3、真空管的結構及位置

真空管直接連接至真空系統，作為整個凍干機凍干箱及冷凝器的真空來源，也就是壓力推動來源。其口徑的大小，真空吸入口在冷凝器內部的具體位置（和盤管的相對位置），甚至真空吸入口的數目都是顯而易見的重要因素之一，會直接影響到氣流組織的均勻分布和走向，造成氣流捕捉的不均勻，繼而造成氣流直接未被盤管捕集而直接進入真空泵，以致真空泵油進水。

真空管的結構和布置同時會取決于冷凝器的形狀，盤管的布局以及中隔閥的位置及布置。所以要根據不同的情況進行具體的分析，便于決定合理的結構設計和布局，通用的原則為：真空管的吸入口要盡量布置到氣流的末端，或者說，氣流走向的末端上（以臥式圓筒體或方形冷凝器為例，可簡單理解為在盤管最后端），必須設置真空吸入口。

在實際的應用過程中，真空的結構和布局其實可以靈活設計，比如，凍干機冷凝器上開多個真空管的管口，或者結合真空管的內伸尺寸，單根真空管的管壁上可以開多個圓孔或方槽（尺寸要根據氣流的組織方向遞減）等等方案來改善真空吸入口設置的合理性。

二、制冷及真空配置問題

制冷及真空問題的原因主要是制冷系統的配置合理性，壓縮機制冷量及配套膨脹閥等部件配置的有效性來決定的，當發生真空泵進水的現象時，排除制冷工況調整問題以外，比如膨脹閥的調節、制冷系統泄漏、制冷系統各壓力溫度指標異常的情況。制冷的問題可從以下角度考慮分析。

注意：一切分析的前提要確定溫度、真空的有效性，判定真空測量儀器，溫度探頭的有效性，同時觀測溫度探頭測量點的合理性，包括探頭的位置及探頭和測量點的有效接觸情況。

1、冷凝器盤管溫度無法達到，或者無法保持，甚至反彈，說明制冷能力不足。這要從提升制冷能力入手，部分情況下，凍干箱前箱的摻冷也會影響到盤管的溫度。

2、極個別的時候，可能會發生盤管堵的問題，可通過觀測盤管間的溫差，通常情況下，盤管間的溫差小于10℃是正常的，在達到穩態時，溫度小于5℃是比較合理的情況。另外，可結合盤管的結霜情況來判斷，如果在制冷劑蒸發的部位都不結霜，可能是有堵塞的情況。

3、真空泵進水，其實直接的現象是：泵頭真空值低于于盤管溫度對應的飽和蒸汽壓，水汽根據壓差直接流向真空泵。所以可根據盤管表面溫度查得對應的飽和蒸汽壓力，與泵頭真空壓力對比來判斷。這1條的解決，主要是真空泵組的配置問題，在滿足凍干機的真空極限，抽空速率的要求下，可進行真空控制優化，在系統真空抽下來之后，在大量升華階段，關閉1套真空泵組（根據具體的真空配置，對應選擇關閉相應的真空泵或羅茨泵）來進行有效改善。

4、藥品凍干工藝問題

部分藥品的凍干周期短，升華速率快，單位時間內需要冷凝器捕集的水汽過多，導致水汽進入真空泵。所以凍干機供應商在方案階段，有必要和藥廠對升華速率進行澄清，便于系統的合理結構設計或部件選型。

5、在后箱有積水的情況下，在抽真空的時候，產生低沸，水汽進入真空泵，這要在清洗，化霜等階段進行具體的判斷。

6、如果制品中有不凝性氣體，那在升華過程中，水分遷移的過程中，不凝性氣體會影響盤管表面對水蒸汽的捕集。

總結：除卻制冷能力及個別情況外，氣流組織，氣流通道、氣流走向、真空配置和控制工藝是影響真空泵進水的關鍵因素，對解決和改善真空泵進水是重要的關注點，除此以外，對凍干機，對整個系統的更大幫助在于：可以最優化制冷系統，真空系統乃至循環系統的工作效能，提升整機配置的合理性，甚至對制品的凍干工藝，包括凍干周期都有有效的提升。

 

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