蒸汽噴射真空泵的影響因素分析
1、前言
蒸汽噴射真空泵抽氣量大、工作范圍寬、結構簡單、沒有相對運動的部件, 是一種用途廣泛的真空設備, 主要應用于除氣、脫色、干燥、脫臭、蒸餾、制冷及輸送等方面。特別是其對吸入氣體無選擇性, 在食品生產、石油化工、油脂加工、聚酯生產、含有機溶劑的物料濃縮等場合, 與機械真空泵( 油泵) 相比顯示出卓越的優點。本文對蒸汽噴射真空泵的影響因素進行了分析, 以便為其廣泛應用提供參考。
2、蒸汽噴射真空泵的工作原理
蒸汽噴射真空泵是利用流體流動時的靜壓能與動能相互轉換的氣體動力學原理來形成真空。具有一定壓力的水蒸汽通過拉瓦爾噴嘴喉徑時達到聲速, 到噴嘴的擴散部時, 靜壓能全部轉化為動能, 達到超聲速, 同時噴嘴出口處形成真空, 被抽氣體在壓差的作用下, 被抽入吸入室, 和以超聲速的蒸汽一邊混合一邊進入文丘里管, 然后以亞聲速從文丘里的擴散管排出, 同時混合的氣體速度逐漸降低, 壓力隨之升高, 而后從排出口排出。如果將幾個噴射泵串聯起來使用, 泵與泵中間加入冷凝器使蒸汽冷凝, 便可得到更高的真空度。整臺蒸汽噴射真空泵由若干級泵體與冷凝器兩大部分組成。各級泵體均由噴嘴、入室及擴壓器組成, 噴嘴可以是單只, 也可以是多只, 噴嘴一般采用不銹鋼材料, 吸入室和擴壓器等其它部件可采用不銹鋼、鑄鐵及碳鋼等材料。
3、影響真空泵能力的主要因素研究
3.1、對工作蒸汽及其干度的研究
蒸汽壓力偏低及壓力波動均對真空泵的能力有較大影響, 因此蒸汽壓力不應低于要求的工作壓力, 但所用真空泵結構設計已定型, 過多提高蒸汽壓力并不會增加抽氣量及真空度。另外, 要確保鍋爐供給的蒸汽壓力穩定,最好用一臺鍋爐專門給蒸汽噴射泵提供工作蒸汽, 這樣蒸汽壓力就不會出現波動, 真空泵性能穩定。
蒸汽的干度對真空泵的性能也有較大影響, 其中含水會引起真空波動, 含水過多甚至會抽不起真空, 通常的作法是在汽包前加裝汽水分離器以獲得干度較高的工作蒸汽, 同時對蒸汽管路進行有效保溫。為取得最佳的工作效益, 為噴射真空泵提供的工作蒸汽應為5℃~10℃的過熱蒸汽。特別是五級泵, 對蒸汽的品質要求非常高, 含微量水分都可能引起噴嘴的冰塞, 造成開第五級噴射器真空度反而下降或沒有作用。
3.2、對循環冷卻水要求的研究
冷卻水供量不足, 冷凝器會發熱, 氣流聲音變大, 真空度迅速下降, 甚至蒸汽會返入抽氣管。對于列管間冷式冷凝器, 應保證供水壓力為0.2 MPa, 供水量應比實際的用量稍微大一點, 這樣用水的波動會比較平穩。另外, 為避免供水量不穩定而引起真空波動, 最好采用單獨的循環水系統對真空泵的冷凝器進行供水。
冷卻水溫太高, 真空泵能力會下降, 有時甚至抽不起真空, 一般不超過32℃。另外, 冷卻水溫越高, 耗用的蒸汽量越多。
冷卻水質對真空泵能力的影響也是一個不可忽視的因素, 如果水質差, 硬度高, 會造成冷凝器積垢甚至堵塞,嚴重影響熱交換性能, 使蒸汽難于冷凝, 從而影響真空度。所以應保證循環冷卻水為純凈的軟化水。
3.3、對真空泵系統密封要求的研究
真空泵處于極限狀態時, 第1 級排出的水很少, 有時甚至沒有。因此, 第1 級泵有大量水排出, 可以認為是系統有泄漏。通常的漏氣原因有: 墊片沒裝、裝錯或損壞, 螺栓未擰緊, 法蘭面損壞, 焊縫有沙眼, 接頭( 壓力表、真空表等) 未裝好。
最通用的查漏方法是整個系統通入帶壓空氣, 用肥皂水涂在各處。如有泄漏, 漏點會有氣泡, 有時甚至能聽到泄漏的聲音。檢驗是否漏氣的最終要求是, 用0.2 MPa壓縮空氣對真空系統( 包括泵體和大氣腿) 進行汽密性試驗, 24 h 壓力下降量不超過4.8%。
3.4、對噴嘴要求的研究
噴嘴是影響真空泵性能的重要部件, 存在的問題有:噴嘴裝錯、裝歪、堵塞、損壞、腐蝕和泄漏, 不管采取何種預防措施, 噴嘴的堵塞在所難免。一方面由于安裝蒸汽管道時, 管道中殘存的鐵屑及焊渣會堵塞噴嘴; 另一方面,真空泵系統停用時, 蒸汽管道易生銹, 銹斑在使用時掉落堵塞噴嘴。一般來說, 第1、2 級噴嘴孔徑較大, 不易堵塞,最易堵塞的是第3、4、5 級的噴嘴。噴嘴是否堵塞可通過觸摸泵頭和冷凝器的溫度來確認。
4、蒸汽噴射真空泵的故障處理
蒸汽噴射真空泵在使用過程中有時會出現抽真空時太長、真空度不穩定或達不到真空度要求的情況, 必對故障查找原因、分析處理。通常要進行以下的故障分析:
(1) 真空測量裝置( 包括真空表、真空計、測試罩) 是否有故障或失效;
(2) 工作蒸汽供應是否正常, 包括壓力、溫度、干燥度、疏水情況、波動情況等, 尤其要檢查壓力表在長時間使用后讀數是否準確;
(3) 循環冷卻水供應是否正常, 包括水溫、水壓、水量、水質等;
(4) 生產系統是否出現異常, 包括系統泄漏、系統產生過量氣體、工藝設備性能下降等;
(5) 真空泵系統本身是否有故障, 包括泵系統泄漏、噴嘴堵塞或損壞、喉管直徑磨損增大、擴壓管的收縮段和排出口積垢、大氣腿泄漏或積垢堵塞、冷凝器積垢堵塞、抽氣管道積液等。
參考文獻:
[1] ER 索科洛夫, HM津格爾.噴射器[M] .黃秋云, 譯.北京:科學出版社, 1997.
[2] 莊細華.蒸汽噴射真空泵的影響因素及測試罩的應用[ J] .聚酯工業, 2002, 15(3):56- 59.
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