蒸汽噴射真空泵抽空管道是抽走廢氣獲得真空度的“腸道”，獲取真空度的重要組成部分，依據(jù)真空設(shè)備獲得真空度的工作原理，分析了抽空管道第2喉管與工作蒸汽噴嘴喉管面積比對(duì)真空泵操作性能的影響，并對(duì)真空泵抽空管道內(nèi)壁積灰對(duì)真空度的影響進(jìn)行分析研究，為真空設(shè)備的科學(xué)維護(hù)提供參考依據(jù)。

　　蒸汽噴射真空泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低廉、操作維修方便以及對(duì)被抽介質(zhì)無(wú)嚴(yán)格要求等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。它與抽空管道組合使用能夠獲取較高的真空度，可以獲得高潔凈、高質(zhì)量的品種鋼材。提高這種設(shè)備效率的途徑在于使噴射器的噴射系數(shù)達(dá)到最優(yōu)，但抽空管道第2喉管與工作蒸汽噴嘴喉管面積比對(duì)真空泵操作性能的影響較大，因此，研究真空泵抽空管道內(nèi)壁積灰對(duì)真空度的影響就非常有必要。

1、真空度形成的工作原理

　　蒸汽噴射泵的結(jié)構(gòu)如圖1所示。蒸汽噴射真空泵結(jié)構(gòu)主要是由噴嘴、混合室和擴(kuò)壓器3部分組成。噴嘴使用拉瓦爾噴嘴，為漸擴(kuò)式。混合室是用來(lái)混合工作蒸汽與被抽氣體的空間，對(duì)其結(jié)構(gòu)要求是不攪亂被抽氣體，又能將它導(dǎo)進(jìn)擴(kuò)壓室的入口。噴嘴與混合室連通。擴(kuò)壓室是壓縮混合氣體的部分，由漸縮、平行及漸擴(kuò)3個(gè)部分組成。

　　蒸汽噴射真空泵抽真空工作原理為：蒸汽噴射泵是1種用水蒸汽作為抽氣介質(zhì)來(lái)獲得真空的裝置。工作蒸汽在拉瓦爾噴嘴中加速形成超音速射流，而引射流體(被抽氣體)則由于與工作蒸汽間的剪切作用被卷吸至混合室，而后逐漸形成單一均勻的混合流體，經(jīng)過(guò)一擴(kuò)散段減速壓縮到一定的背壓(氣流在蒸汽噴嘴中做正常的降壓膨脹，在噴嘴出口形成了比引射流體還低的壓力，所以超音速氣流流出噴口后，將受到高背壓的壓縮而形成口外激波系)。即工作蒸汽通過(guò)噴嘴能將自身的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，以超音速射流射出噴嘴，在混合室中與被抽氣體混合，混合氣流在擴(kuò)壓室內(nèi)得到減速增壓排出泵體，通過(guò)抽空管道而流入下一級(jí)泵或冷凝器。

　　抽真空過(guò)程具體分3個(gè)階段。

　　1)蒸汽自身能量轉(zhuǎn)化：工作蒸汽通過(guò)噴嘴漸擴(kuò)部分而得到膨脹，噴射到真空泵內(nèi)，壓力能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，減壓增速形成超音速氣流。

　　2)蒸汽與被抽氣體的能量傳遞：最后在擴(kuò)壓室喉部某處速度達(dá)到一致，形成正極波。

　　3)混合氣體的能量轉(zhuǎn)化：動(dòng)能轉(zhuǎn)變成壓力能，氣體被壓縮，進(jìn)入下一級(jí)泵或冷凝器。

　　蒸汽噴射器內(nèi)流體流動(dòng)的這些特點(diǎn)，使得射流與周圍介質(zhì)不斷地進(jìn)行動(dòng)量、能量的交換。卷吸進(jìn)入的流體取得動(dòng)量而與原來(lái)的射流一起向前運(yùn)動(dòng)，結(jié)果射流斷面不斷擴(kuò)大，而流速則不斷降低，流量卻沿程增加。

　　由此可見，蒸汽噴射器采用的是2股流體間的剪切力帶動(dòng)引射流體向前運(yùn)動(dòng)，激波系和邊界層之間的交互作用起著至關(guān)重要的作用，其結(jié)構(gòu)參數(shù)極大地影響著噴射器的操作性能。

2、真空泵抽空管道內(nèi)壁積灰的形成

　　真空度是在一個(gè)完全密閉的系統(tǒng)下獲得的，煉鋼設(shè)備中，鋼水在冶煉狀態(tài)下需要加入多種合金，與鋼水產(chǎn)生反應(yīng)而生成多種氣體及氧化物顆粒，合金中攜帶的灰塵一起在蒸汽噴射泵的作用下，在抽空管道中產(chǎn)生激波系，經(jīng)過(guò)壓縮波—膨脹波—壓縮波這樣一個(gè)波節(jié)一個(gè)波節(jié)的排出真空泵系統(tǒng)。在流經(jīng)抽空管道過(guò)程中勢(shì)必與抽空管道內(nèi)壁產(chǎn)生碰撞，部分灰塵就會(huì)附著在內(nèi)壁上，隨著時(shí)間的推移就會(huì)越積越多。

　　圖2為武鋼某鋼廠真空泵及抽空管道的結(jié)構(gòu)布局，日常對(duì)抽空管道進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)二級(jí)增壓泵(B2)、三級(jí)增壓泵(B3)噴射泵抽空管道內(nèi)壁(即第二喉管)存在一定厚度的積灰，雖然沒(méi)有達(dá)到影響蒸汽噴射泵抽氣性能的程度，但是對(duì)真空泵本身的抽氣效果和達(dá)到所需真空度的時(shí)間有一定的影響。

3、喉管面積比的影響

　　蒸汽噴射泵工作能力用噴射系數(shù)u 來(lái)表征，它表示在一定工況下，單位質(zhì)量工作流體通過(guò)泵所能抽吸的引射流體(被抽氣體)的量，在數(shù)值上等于引射流體的質(zhì)量流量(GH)與工作流體的質(zhì)量流量(GP)之比，即u=GH/GP，噴射系數(shù)u的大小表征了噴射泵性能的好壞。維持操作參數(shù)及噴嘴的幾何尺寸不變，僅改變第2喉管的直徑所得到的噴射系數(shù)u 與喉管面積比ψ(第二喉管與第一喉管面積比，喉管具體部位見圖1)之間的關(guān)系，國(guó)家某院校經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出喉管面積比對(duì)噴射系數(shù)的影響，如圖3所示。

　　從圖3可以看出，存在最佳的喉管面積比ψ對(duì)應(yīng)于的最大噴射系數(shù)u，即圖中的c點(diǎn)，真空噴射泵的抽氣性能最好，在最佳喉管面積比兩側(cè)真空泵噴射系數(shù)u均呈線性率變化，且下降的速度明顯快于上升的速度。

　　在蒸汽真空泵投入使用時(shí)，第2喉管面積(抽空管道)與第1喉管面積(噴嘴)的比值應(yīng)該是噴射泵工作的最佳狀態(tài)，即ψ≈52。如果喉管面積比的數(shù)值發(fā)生了變化，將直接影響真空泵噴射系數(shù)，進(jìn)而影響廢氣抽氣量和抽氣效率，使真空系統(tǒng)達(dá)到所需真空度的時(shí)間延長(zhǎng)。若第1喉管即噴射泵本體積灰甚至堵塞，就會(huì)造成喉管面積比ψ>52，直至無(wú)限大，此種情況發(fā)生的幾率很小;若抽空管道內(nèi)壁積灰，相當(dāng)于第2喉管流通面積減小，就會(huì)造成喉管面積比ψ<52，當(dāng)ψ逐漸減小至極限時(shí)，噴射系數(shù)的大小就接近于0，這相當(dāng)于將噴射泵出口堵死，噴射泵等價(jià)為封閉空間的沖擊射流，由于出口被封閉，流體只有流回引射流體的來(lái)路中，噴射系數(shù)相當(dāng)于變?yōu)樨?fù)值，噴射泵就不能正常工作，也就喪失了本身的抽氣功能。這2方面都會(huì)使噴射泵噴射系數(shù)u也隨著變化，真空泵的工作性能就隨之減弱，真空泵系統(tǒng)達(dá)到鋼種冶煉所需真空度的時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，嚴(yán)重影響鋼種質(zhì)量和生產(chǎn)節(jié)奏。

4、改進(jìn)措施

　　1)對(duì)于垂直式布局抽空管道的真空泵系統(tǒng)，清除真空泵泵殼喉管處內(nèi)壁的積灰難度較大、用時(shí)較長(zhǎng)，建議利用周期性的年修機(jī)會(huì)，在第2喉管處進(jìn)行挖孔清灰;

　　2)對(duì)于斜架式布局抽空管道的真空泵系統(tǒng)，可以對(duì)抽空管道增加1套自動(dòng)沖洗裝置，在一級(jí)泵泵殼處加裝1套沖洗水管，同時(shí)設(shè)計(jì)自動(dòng)切換閥門控制，當(dāng)真空設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，充分利用冷凝器的冷卻水量，對(duì)真空泵抽空管道的內(nèi)壁積灰進(jìn)行沖洗。這樣既可以達(dá)到快速清除抽空管道內(nèi)壁積灰的目的，又能充分利用冷凝器在待機(jī)狀態(tài)時(shí)所浪費(fèi)掉的水量，達(dá)到一舉兩得的效果。

5、結(jié)語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)上述分析，抽空管道內(nèi)壁積灰對(duì)蒸汽噴射泵抽真空的性能影響較大，隨著積灰層的加厚，氣流流通面積逐漸縮小，致使真空系統(tǒng)達(dá)到煉工藝所需真空度的時(shí)間延長(zhǎng)，而不能滿足冶煉工藝要求。當(dāng)積灰層達(dá)到一定厚度時(shí)，真空泵就會(huì)喪失抽真空的功能。抽空管道內(nèi)壁積灰若及時(shí)清除就會(huì)越積越多，而且由于激波和碰撞力的作用，積灰的硬度也會(huì)越來(lái)越大，使清灰工作的難度增大。因此，依據(jù)日常對(duì)抽空管道內(nèi)壁積灰情況的檢查，應(yīng)該科學(xué)合理的制定真空泵抽空管道內(nèi)壁積灰的清灰周期，確保真空泵的抽氣性能達(dá)到較好的狀態(tài)。另外，雖然第1喉管即噴射泵本體積灰甚至堵塞的故障發(fā)生幾率很小，但是也不容忽視，應(yīng)該制定對(duì)其進(jìn)行檢查確認(rèn)的制度，便于掌握噴射泵的運(yùn)行狀況。