低架水蒸汽喷射泵结构改进方案系统计算和理论分析
各级泵蒸汽耗量计算方法
依据低架泵的结构改进方案, 以典型配置的4ZP(10+60)-2水蒸汽真空泵为实验对象,进行相关数据的计算和阐述。
该型号水蒸汽真空泵的技术数据为: 抽气量10kg/ h 空气,60kg/ h 水蒸汽,真空度266Pa 。
根据真空技术网前文提供的一些相关流量的计算如下 :喷射器工作蒸汽流量G0 = Gh/ μh Gh —被抽气体量一级被抽气体量Gh = 10 + 60/ 018 = 85kg/ h ;一级蒸汽用量G0 = 85/ 0136 = 236kg/ h ;二级被抽气体量Gh = 236/ 018 + 85 = 380kg/ h ;二级蒸汽用量G0 = 380/ 0135 = 108517kg/ h ;二级蒸汽用量总和G = 108517 + 236 - 10 =131117kg/ h ;三级被抽气体量Gh = 10kg/ h ;三级蒸汽用量G0= 10/ 0137 = 27kg/ h。
表1 喷射器的相关计算
理论分析
对低架泵的结构改进方案,从理论方面进行可行性分析:
(1) 从饱和蒸汽的压力- 温度关系分析:在设计后两级泵时,特别是第三级泵吸入口的压力时,要依据冷凝后冷凝水的温度而确定,并允许有5 ℃的余量,以保证冷凝水不会汽化。在整个喷射过程中,依喷射器工作原理,在整个过程中吸入口的压力最低,而沿喷射泵气流方向,压力逐渐增加,这样从饱和蒸汽压的角度分析可知,在整个工作过程中,冷凝水在喷射泵内不会产生汽化相变。
(2) 从能量交换角度分析:由于冷凝水与高速射流水蒸汽在混合室和扩压段内产生能量交换,使水变汽增加了泵的负荷,恶化了泵的工作工况,因而不采用后两级进行引流。
实际的情况是,饱和蒸汽经过喷嘴绝热膨胀后流速很大,根据热力学的h —s 曲线,蒸汽在经过喷嘴绝热膨胀进入扩压段后,其温度会急剧下降,其温度比吸入口的低,对应的饱和蒸汽温度33 ℃。经过在扩压器内的能量交换,压力不断上升,出口的压力对应的饱和蒸汽温度达到70 ℃。
根据喷射泵工作原理,对于两种气体在混合和扩压器内的混合流体呈湍流状,被抽介质由工作蒸汽获得动量,主要通过湍流的卷带作用而被带走,两种气体分子之间剧烈混合,并且能在瞬间完成热量交换。
对于汽液两相的混合,由于在30 ℃～100 ℃范围内两者比体积相差千倍以上,液态与汽态之间能量的交换,是在非常短的时间内进行的,因而汽、液两相不能在瞬间充分混合和能量交换。对于被混合气体携带的冷凝水温度由33 ℃升高到的确切温度,目前还不能做出准确的评估,但是通过现场调试发现,在整个过程中,冷凝水不会产生汽化相变,系统运行稳定,能量交换不是很高。同时第三、四级喷射泵是按高架进行设计的,相对于低架泵多计算了冷却水的空气析出和水蒸汽析出量,折合抽气量约为2kg/ h ,所以泵的设计余量比较大。综合以上原因,从能量交换角度分析可得,采用改进后的低架泵系统,对后两级泵运行的稳定性不会有影响。
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