低架水蒸汽噴射泵結構改進方案系統計算和理論分析
各級泵蒸汽耗量計算方法
依據低架泵的結構改進方案, 以典型配置的4ZP(10+60)-2水蒸汽真空泵為實驗對象,進行相關數據的計算和闡述。
該型號水蒸汽真空泵的技術數據為: 抽氣量10kg/ h 空氣,60kg/ h 水蒸汽,真空度266Pa 。
根據真空技術網前文提供的一些相關流量的計算如下 :噴射器工作蒸汽流量G0 = Gh/ μh Gh —被抽氣體量一級被抽氣體量Gh = 10 + 60/ 018 = 85kg/ h ;一級蒸汽用量G0 = 85/ 0136 = 236kg/ h ;二級被抽氣體量Gh = 236/ 018 + 85 = 380kg/ h ;二級蒸汽用量G0 = 380/ 0135 = 108517kg/ h ;二級蒸汽用量總和G = 108517 + 236 - 10 =131117kg/ h ;三級被抽氣體量Gh = 10kg/ h ;三級蒸汽用量G0= 10/ 0137 = 27kg/ h。
表1 噴射器的相關計算
理論分析
對低架泵的結構改進方案,從理論方面進行可行性分析:
(1) 從飽和蒸汽的壓力- 溫度關系分析:在設計后兩級泵時,特別是第三級泵吸入口的壓力時,要依據冷凝后冷凝水的溫度而確定,并允許有5 ℃的余量,以保證冷凝水不會汽化。在整個噴射過程中,依噴射器工作原理,在整個過程中吸入口的壓力最低,而沿噴射泵氣流方向,壓力逐漸增加,這樣從飽和蒸汽壓的角度分析可知,在整個工作過程中,冷凝水在噴射泵內不會產生汽化相變。
(2) 從能量交換角度分析:由于冷凝水與高速射流水蒸汽在混合室和擴壓段內產生能量交換,使水變汽增加了泵的負荷,惡化了泵的工作工況,因而不采用后兩級進行引流。
實際的情況是,飽和蒸汽經過噴嘴絕熱膨脹后流速很大,根據熱力學的h —s 曲線,蒸汽在經過噴嘴絕熱膨脹進入擴壓段后,其溫度會急劇下降,其溫度比吸入口的低,對應的飽和蒸汽溫度33 ℃。經過在擴壓器內的能量交換,壓力不斷上升,出口的壓力對應的飽和蒸汽溫度達到70 ℃。
根據噴射泵工作原理,對于兩種氣體在混合和擴壓器內的混合流體呈湍流狀,被抽介質由工作蒸汽獲得動量,主要通過湍流的卷帶作用而被帶走,兩種氣體分子之間劇烈混合,并且能在瞬間完成熱量交換。
對于汽液兩相的混合,由于在30 ℃～100 ℃范圍內兩者比體積相差千倍以上,液態與汽態之間能量的交換,是在非常短的時間內進行的,因而汽、液兩相不能在瞬間充分混合和能量交換。對于被混合氣體攜帶的冷凝水溫度由33 ℃升高到的確切溫度,目前還不能做出準確的評估,但是通過現場調試發現,在整個過程中,冷凝水不會產生汽化相變,系統運行穩定,能量交換不是很高。同時第三、四級噴射泵是按高架進行設計的,相對于低架泵多計算了冷卻水的空氣析出和水蒸汽析出量,折合抽氣量約為2kg/ h ,所以泵的設計余量比較大。綜合以上原因,從能量交換角度分析可得,采用改進后的低架泵系統,對后兩級泵運行的穩定性不會有影響。
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