油氣混和狀態真空抽氣系統試驗初步研究
根據系統抽真空要求,完成管路設計選型與抽空能力計算。針對混和型介質及系統防火防爆的特點,優先選用干式真空泵。通過搭建真空管路系統,針對不同抽速真空泵、不同管路長度、不同抽空容器、不同混和介質開展多組試驗。試驗結果分析表明,干式真空泵能夠滿足抽空要求;管路中最小管徑的管路長度對抽真空時間有較大影響;在本次試驗條件下,環境溫度變化對抽空時間有一定影響。
某型號運載火箭關鍵設備工作前其容腔需滿足≤2.7×103 Pa(絕壓,下同)真空環境,需配備抽真空設備完成上述工作。抽空要求如下:設備容腔約2.0 m3,容腔內殘留一定煤油等易揮發介質,連接管路按系統要求為兩段不同管徑管路串聯,總長約100 m,在10 min 內應將容腔抽至2.7×103 Pa 以下。
綜上所述,該真空要求屬于低真空范疇,通常采用機械真空泵即可抽取。但需要考慮油氣混和狀態及防火防爆要求。
由于設備對真空度、抽空時間及可靠性要求較高,若在指定時間內無法達到相應真空值必然影響該設備正常工作,乃至火箭的按時發射。機械真空泵選型、管路管徑選擇和設計計算與實際情況是否相符,抽真空介質中混有煤油及其他易揮發介質,其在過飽和態的汽化對抽真空速率影響等因素將直接決定抽真空指標是否符合系統設計要求,因此有必要開展相關試驗進行驗證。
設計選型與計算
為確保管路系統流導不致成為抽空時間的瓶頸,同時兼顧管路系統與設備和機械真空泵的接口關系,管徑選擇DN25 與DN50 進行串聯,總長度分別為30 m 和70 m,經試算選取機械真空泵理論抽速為70 L/s,極限真空50 Pa。當抽空容腔內真空度處于大氣壓附近時,抽空速率較快;伴隨著真空度逐步降低,抽空速率將逐漸變緩,抽真空過程取壓力范圍2.7×103 Pa~1×105 Pa計算。
在低真空區域,機械真空泵抽空氣體流態實際屬于粘滯流,抽空時間計算公式如下[1~3]:
根據以上試驗結果及分析,可以得出以下結論:
(1)抽真空管路系統計算參數取值合理,計算結果與試驗結果一致性較好;
(2)在同等條件下,抽真空管路中最小管徑(DN25) 的管路長度對抽真空時間有較大影響,在滿足要求的前提下,應盡量增大抽空管徑并縮短管路長度。
(3)干式真空泵可應用于本系統油氣混和介質及防爆狀態,能夠滿足抽空指標要求。
(4) 在本次試驗條件下, 對于2700 Pa~100000 Pa 絕對壓力范圍,抽空時間基本與抽空容積成正比;環境溫度變化對抽空時間有一定影響。
參考文獻
[1] 達道安.真空設計手冊[M] .北京:國防工業出版社,2004.
[2] 王曉東,巴德純,張世偉,等.真空技術[M] .北京:冶金工業出版社,2006.
[3] 徐成海,張世偉,謝元華,等.真空低溫技術與設備[M] .北京:冶金工業出版社,2007.
[4] 王西龍,羅根松,朱賽賽,等.羅茨真空泵試驗方法的研究[J] .真空,2011(2):67- 72.
[5] 徐成海,劉春姐,張世偉,等.無油機械真空泵及其應用[J].真空電子技術,2004(4):63- 67.
[6] 楊乃恒.干式真空泵的原理、特征及應用[J]. 真空,2000,(3):1- 9.