排污泵-循环水真空泵相结合的真空机组工作原理详解

2018-03-31 01:47:03 南方中金环境股份有限公司销售热线:4008-316-717 61

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  用于比较高真空的罗茨真空泵(机械增压泵)不能直排大气,如直排大气会造成罗茨真空泵吸气口与排气口压差太大,从而使罗茨真空泵过载,如单纯加大罗茨真空泵电机功率又会造成罗茨真空泵过热以致罗茨真空泵转子(rotor)之间的微小间隙很快因热膨胀而卡死。为保证罗茨真空泵能达到较高真空必须保证罗茨真空泵转子之间的间隙。所以罗茨真空泵使用时必须设有前级泵,用前级泵将系统(system)内压力抽至一定范围内时再启动罗茨真空泵,如此可以避免罗茨真空泵过载。前级泵可以选用循环水真空泵、旋片式真空泵、滑阀式真空泵、往复式真空泵等可直排大气的真空泵。
  罗茨真空机组在一般情况下,选用循环水真空泵作为前级泵比其它真空泵更为有利,这主要是由于它能够抽除大量的可凝性蒸汽,特别是当气镇油封机械真空泵排除可凝性蒸汽能力不够,或使用的溶剂能使泵油恶化而影响(influence)性能,或者是真空系统(system)不允许油渍污垢染的时候更为明显。
  排污泵-循环水真空泵机组广泛地用于化工、食品升华干燥、高空模拟试验等的抽真空系统中。杭州南方由于叶轮进口不可能形成绝对真空,因此离心泵吸水高度不能超过10米,加上水流经吸水管路带来的沿程损失,实际允许安装高度(水泵轴线距吸入水面的高度)远小于10米。这类联合机组,大致有如下几种类型。
  (1)排污泵-循环水真空泵(行业:机械制造业):机组中循环水真空泵的作用是造成排污泵所需的预备真空,因此要求该循环水真空泵的最大允许排气压力,即是说,一方面要尽量提高循环水真空泵的极限真空,另一方面,也要设法提高排污泵的最大允许排气压力。
  一般情况,单级循环水真空泵(行业:机械制造业)极限真空度不高,而目前我国生产的排污泵要求的预真空又比较高,故实际上不用单级循环水真空泵作为排污泵的前级泵,而用能提高极限真空度的双级循环水真空泵作为前级泵使用,采用双级循环水真空泵,还可以提高机组的极限真空度。
  一台排污泵的极限真空度是较低的,特别是当它与循环水真空泵(行业:机械制造业)组合运行时,使用范围受到限制,整个机组的极限真空度可能更低,但若用两台排污泵串联再与循环水真空泵组合,就能大大提高机组的极限真空度。
  故在这种类型里通常见到的是两台排污泵串联后再用双级循环水真空泵作前级泵组成机组。
  (2)排污泵-循环水真空泵-大气泵机组:即使采用双级循环水真空泵,极限真空度的提高也只是在一定的范围之内,这是因为受到水的饱和蒸汽压的限制。循环水真空泵的理论极限压力就是水的饱和蒸汽压。如果考虑气体返流等因素的影响,实际上循环水真空泵的极限压力显著比该水温上的饱和蒸汽压力为高。为了提高前级泵的极限真空度,还可以使循环水真空泵与大气泵组合使用。
  这样,串联一级大气泵后的极限真空度可达20~30Torr,如果循环水真空泵与二级大气泵组合,则极限真空可达2~10Torr。
  (3)排污泵-循环水真空泵并联机械真空泵:此机组主要用于需要处理(chǔ lǐ)大量水蒸汽,且极限真空度要求比较高的抽真空系统,例如在真空干燥方面。
  要求处理大量水蒸汽的真空系统中,使用循环水真空泵是较合适的,但由于其极限真空度不高,致使整个机组的极限真空度较低。虽然在要求真空度比较高的抽真空系统中,需要极限真空较高的机械真空泵作为前级泵使用。但由于循环水真空泵的耗电量大,效率很低,噪声高,在需要长时间的真空干燥系统中,用循环水真空泵作为排污泵前级泵很不经济。
  在上述情况下,可将气镇机械真空泵(行业:机械制造业)与循环水真空泵并联,作为排污泵的前级泵。真空干燥时,先用循环水真空泵进行预抽,直至水蒸汽大量减少时,再开动气镇机械真空泵,切断循环水真空泵。如需要较长时间才能完成干燥的场合,所需冷却水和功率都较少。
  排污泵-循环水真空泵(行业:机械制造业)机组的运行
  1)机组前装冷凝器
  为了尽量使机组的体积小些,可设法使待抽的蒸汽在进入泵机组之前冷凝,这样剩下来的就是非可凝性气体和微量残余蒸汽。气体降温后在相同压力下体积也减小。所以冷凝后所需抽气量减小,相应地泵也可以选得小一些。
  采用哪种方式较经济?应视其具体情况而定,举例说明如下:
  冷凝蒸汽有两种方式:一种是安装一台冷却装置,另一种是在机组的高压级中装一台冷凝器,以便能用普通的水冷却。
  其系统需要每小时抽除50kg的水蒸汽量,在吸入压力为1Torr时的容积流量为50000m3/h。
  1)要抽吸上述的水蒸汽量,需要三个排污泵串联,并用一台循环水真空泵作前级组成的机组,该机组的总功率90kW。
  2)为了使蒸汽在到达真空泵之前冷凝,就要在位于A处装一个冷凝器和一个功率为30000kcal/h的冷却装置。在1Torr的吸入压力下,水蒸汽的冷凝温度均为-19℃,为了能保证连续工作,应取冷凝装置的冷凝温度为-25℃,且并联安装2台冷凝器。根据非冷凝气体的组成部分计算得,真空泵的抽气量就可以降低到1000~2000m3/h,总机组(包括冷凝器的消耗功率)的功率同样是90kW。
  3)先用排污泵抽出水蒸汽,并在45Torr压力下进行冷凝,该压力下有的冷凝温度约为36℃,于是可使冷凝器的冷凝温度保持在30~35℃之间,可用普通冷却水冷却。冷凝器设在B处。这时总功率的消耗为75kW左右。
  通过上述三组方式方法的比较可知,第三种方案最好,可最大化减少15kW的动力消耗。
  综上所述,水蒸汽冷却后只剩下非可凝性气体。在压力很低时,水蒸汽的比容相当大,这些可凝性蒸汽冷凝后,泵所需要的抽气量显然就大为降低了。另外,不论蒸汽是否冷凝,在同样压力下只要气体温度降低,其容积流量就会最大化减少。例如化工流程中200~300℃温度的气体并不少见。若从300℃冷却到50℃之后,干燥空气的容积减少45%左右,这样就可以选择较小容量的抽气真空泵机组装置。
  (2)机组的操作顺序:
  1)机组中无旁通阀时,应先开动循环水真空泵,被抽系统中的气体由排污泵(气体推动排污泵转子自行转动,如同流量计一般)进入循环水真空泵后再排至大气,待循环水真空泵的吸入压力(如串联有大气泵,则为大气泵的吸入压力)达到排污泵的起初规定值时(即允许排气压力),始启动排污泵,机组正式运转,开始工作。
  2)机组中有旁通阀时,先启动循环水真空泵(行业:机械制造业),接着开动排污泵,此时,排污泵进排气压差较大,旁通阀自动开启,被抽容器中的气体一部分经过旁通阀进入循环水真空泵,另一部分在排污泵的作用下通过(tōng guò)该泵也进入循环水真空泵,显然抽气速率增加,这样很快达到排污泵的预真空,进排气压差较小,阀门自动关闭(或人工关闭),机组正式工作。这种方法能大大缩短预抽时间,但设备较复杂。
  (3)机组-排污泵-前级泵性能关系
  机组的性能与排污泵的性能密切相关,而排污泵的性能又随前级泵的不同而有所不同。
  1)由于排污泵的转子与转子之间、转子与壳体之间存在着间隙,因此有返流存在,而这种返流受进口压力和出口压力的影响,即使是同一台排污泵,使用不同的前级泵时,其抽气速率也会有所不同。
  排污泵的抽气速率可由下式确定:
  δ=δ0(P2/P1/K)
  式中:δ0-设计的抽气速率;
  P1-进口压力;
  P2-出口压力;
  K-固有常数,由该泵转子的形状、间隙量、转子圆周速度和出口压力来确定。南方泵业由此可见,若离心泵叶轮不断旋转,则可连续吸水、压水,水便可源源不断地从低处扬到高处或远方。综上所述,离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下,将水提向高处的。
  由上式可知,抽气量受到出口压力与进口压力之比的影响,亦即若增加前级泵的抽气速率,那么排污泵的抽气速率也会增大。
  (2)极限压力由泵的抽气速率,各间隙的返流量,泵体泄漏量及高真空侧的放气量所决定。南方泵业股份有限公司性能的技术参数有流量、吸程、 扬程、轴功率、水功率、效率等;根据不同的工作原理可分为 容积水泵、叶片泵等类型。 容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量; 叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量,有 离心泵、 轴流泵和 混流泵等类型。即:
  P0=(Q1+Q2+Q3)/δ式中:P0-极限压力;
  δ-抽气速率;
  Q1-返流量;
  Q2-泄漏量;
  Q3-放气量。
  在这些参数中,Q1受排气压力即前级泵的极限压力的影响很大,在用循环水真空泵作前级泵时,排污泵的极限压力随水环的饱和蒸汽压的不同而不同。
  是用同一台排污泵配不同的前级泵时的性能比较。
  前级泵的极限真空度愈高时,机组的极限真空度也随之增高;两级排污泵串联使用,则能提高机组的极限真空度(实质上就是前一个排污泵为后一个排污泵的前级泵),且性能曲线平缓扩大,也即使用的范围(fàn wéi)扩大(由曲线1与2,曲线3与5的比较而得)。机组1、2的曲线大致相同。同样,机组3、4、5的曲线也有相同之处。然而1、2机组曲线和3、4、5机组曲线却是完全不同的两组曲线。这说明对于同一排污泵而言,选用不同的前级泵时,其机组的性能曲线有本质的差异。由此可见,前级泵对机组性能有相当大的影响。
  (4)循环水真空泵的选择
  所谓循环水真空泵就是用水作为液环的液环泵,用水作液环有很多优点,如价廉、易得、不会污染环境等。但也有一个很大不好的地方,由于水的饱和蒸汽压高,使得循环水真空泵的吸入压力也高。这时如改用饱和蒸汽压低的液体作为液环,则可提高泵的极限真空度。如果某机组中排污泵最大允许的排气压力为10Torr,则用水作液环时还须加大气泵才能作为该排污泵的前级泵,若改用矿物油作液环则不加大气泵即可作为前级泵,这样可以简化装置。
  (5)机组性能与排污泵允许排出压力
  机组的性能在很大程度上取决于排污泵的允许排出压力。这种允许值越低,循环水真空泵作为前级泵的可能性就越小。如果排污泵这种允许值为1~10Torr,而不论单、多级的循环水真空泵极限压力大大高于这个数值,因此就不可能单独与这种排污泵组合使用,而需要加二级大气泵。如果排污泵排出压力允许值在100Torr以上,则前级的循环水真空泵也可以作为排污泵的前级泵的前级泵,这就大大地扩充了前级泵的应用范围。
  (6)应用实例
  某化纤产品的生产过程(guò chéng)为:低分子-高分子-制成带状-切片-干燥(运用排污泵-循环水真空泵机组进行真空干燥)-抽丝-牵伸、加热-纺织-成品。
  其中一个重要的工序是将5×5×5(mm)大小的切片进行干燥,以便进行抽丝,抽丝过程中理想的状况是使水份包含比重为零,实际上由于不能达到这一目的,故要求水份含量不大于0.02%,如果水份超过这一要求,要高温高压下抽丝,会使高分子分解,影响产品(Product)的强度。南方泵业开动前,先将泵和进水管灌满水,水泵运转后,在 叶轮高速旋转而产生的离心力的作用下,叶轮流道里的水被甩向四周,压入蜗壳,叶轮入口形成真空,水池的水在外界大气压力下沿吸水管被吸入补充了这个空间。继而吸入的水又被叶轮甩出经蜗壳而进入出水管。
  主要设备的功用简介如下:
  (1)真空阀关闭真空阀,机组停止运行,可保持干燥系统(system)一定的真空度。
  (2)自动气动安全阀(作用:控制压力不超过规定值)为防止机组突然停车时循环水真空泵系统中的水向排污泵及真空干燥系统中倒灌。
  (3)压差阀机组开始运行时,先启动循环水真空泵,在压差阀两端逐渐产生压差,达到一定值时,阀自动开启,使系统中大部分气体经此阀流进循环水真空泵。当大气逐渐通过(tōng guò)大气泵流进循环水真空泵,压差阀两端压力又逐渐减小,以致关阀,于是大气泵随即开始正常工作,压差阀的作用是为了缩短大气泵正常工作前的预抽时间。
  (4)水位计起止逆阀的作用,防止循环水真空泵的水倒流。南方泵业开动前,先将泵和进水管灌满水,水泵运转后,在 叶轮高速旋转而产生的离心力的作用下,叶轮流道里的水被甩向四周,压入蜗壳,叶轮入口形成真空,水池的水在外界大气压力下沿吸水管被吸入补充了这个空间。继而吸入的水又被叶轮甩出经蜗壳而进入出水管。
  操作顺序如下:先开动循环水真空泵,系统(system)中气体径由排污泵(此时推动排污泵转子(rotor)转动)进入循环水真空泵而由汽水分离器排向大气。当抽到绝对压力为50Torr时启动排污泵2,当绝对压力到20Torr时再启动排污泵1,最后系统压力可达到0.088Torr,一般情况下可维持在1Torr以下。