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羅茨泵-水環泵真空機組工作道理詳解

作者:AM8亚美来源:[AM8亚美公司]访问:557时间:2019-11-30

用於較高真空的羅茨真空泵(機械增壓泵)不能直排大氣,如直排大氣會造成羅茨真空泵吸氣口與排氣口壓差太大,從而使羅茨真空泵過載,如單純加大羅茨真空泵電機功率又會造成羅茨真空泵過熱乃至羅茨真空泵轉子之間的微小間隙很快因熱膨脹而卡死 。為保證羅茨真空泵能達到較高真空必須保證羅茨真空泵轉子之間的間隙。所以羅茨真空泵使用時必須設有前級泵 ,用前級泵將係統內壓力抽至一定範圍內時再啟動羅茨真空泵,如此可以避免羅茨真空泵過載 。前級泵可以選用水(液)環式真空泵、旋片式真空泵、滑閥式真空泵、往複式真空泵等可直排大氣的真空泵。

羅茨真空機組在一般情況下,選用水環泵作為前級泵比其它真空泵更為有益,這首要是由於它能夠抽除大量的可凝性蒸汽,特別是當氣鎮油封機械真空泵排除可凝性蒸汽能力不夠,或使用的溶劑能使泵油惡化而影響性能,或者是真空係統不許可油汙染的時候更為明顯 。

羅茨泵-水環泵機組廣泛地用於化工、食品升華幹燥、高空模擬試驗等的抽真空係統中。這類聯合機組,大致有如下幾種類型。

(1)羅茨泵-水環泵:機組中水環泵的感化是造成羅茨泵所需的預備真空,是以要求該水環泵的最大許可排氣壓力,即是說,一方麵要盡量進步水環泵的極限真空,另一方麵,也要想法進步羅茨泵的最大許可排氣壓力。

一般情況,單級水環泵極限真空度不高,而目前我國生產的羅茨泵要求的預真空又較高,故實際上不用單級水環泵作為羅茨泵的前級泵,而用能進步極限真空度的雙級水環泵作為前級泵使用 ,采用雙級水環泵,還可以進步機組的極限真空度。

一台羅茨泵的極限真空度是較低的,特別是當它與水環泵組合運行時,使用範圍受到限製,全部機組的極限真空度可能更低,但若用兩台羅茨泵串聯再與水環泵組合,就能大大進步機組的極限真空度。

故在這類類型裏通常見到的是兩台羅茨泵串聯後再用雙級水環泵作前級泵構成機組。

(2)羅茨泵-水環泵-大氣泵機組:即使采用雙級水環泵,極限真空度的進步也隻是在一定的範圍以內,這是由於受到水的飽和蒸汽壓的限製。水環泵的理論極限壓力就是水的飽和蒸汽壓。假如考慮氣體返流等身分的影響,實際上水環泵的極限壓力明顯比該水溫上的飽和蒸汽壓力為高。為了進步前級泵的極限真空度,還可以使水環泵與大氣泵組合使用 。

如許,串聯一級大氣泵後的極限真空度可達20~30Torr,假如水環泵與二級大氣泵組合 ,則極限真空可達2~10Torr。

(3)羅茨泵-水環泵並聯機械真空泵:此機組首要用於需要處理大量水蒸汽,且極限真空度要求較高的抽真空係統,例如在真空幹燥方麵。

要求處理大量水蒸汽的真空係統中,使用水環泵是較合適的,但由於其極限真空度不高,導致全部機組的極限真空度較低。固然在要求真空度較高的抽真空係統中,需要極限真空較高的機械真空泵作為前級泵使用。但由於水環泵的耗電量大,效率很低,噪聲高,在需要長時間的真空幹燥係統中,用水環泵作為羅茨泵前級泵很不經濟。

在上述情況下,可將氣鎮機械真空泵與水環泵並聯,作為羅茨泵的前級泵。真空幹燥時,先用水環泵進行預抽,直至水蒸汽大量減少時,再開動氣鎮機械真空泵,切斷水環泵。如需要較長時間才能完成幹燥的場合,所需冷卻水和功率都較少,如圖3所示。

羅茨泵-水環泵機組的運行

1)機組前裝冷凝器

為了盡量使機組的體積小些,可想法使待抽的蒸汽在進進泵機組之前冷凝,如許剩下來的就是非可凝性氣體和微量殘餘蒸汽。氣體降溫後在相同壓力***積也減小 。所以冷凝後所需抽氣量減小,相應地泵也可以選得小一些。

采用哪種方式較經濟?應視其具體情況而定,舉例說明如下 :

冷凝蒸汽有兩種方式:一種是安裝一台冷卻裝配,另一種是在機組的高壓級中裝一台冷凝器,以便能用普通的水冷卻。

其係統需要每小時抽除50kg的水蒸汽量,在吸進壓力為1Torr時的容積流量為50000m3/h。

1)要抽吸上述的水蒸汽量,需要三個羅茨泵串聯,並用一台水環泵作前級構成的機組,該機組的總功率90kW。

2)為了使蒸汽在到達真空泵之前冷凝,就要在位於A處裝一個冷凝器和一個功率為30000kcal/h的冷卻裝配,如圖4所示。在1Torr的吸進壓力下 ,水蒸汽的冷凝溫度均為-19℃,為了能保證連續工作 ,應取冷凝裝配的冷凝溫度為-25℃,且並聯安裝2台冷凝器。根據非冷凝氣體的構成部分計算得,真空泵的抽氣量就可以降低到1000~2000m3/h,總機組(包括冷凝器的消耗功率)的功率同樣是90kW。

3)先用羅茨泵抽出水蒸汽 ,並在45Torr壓力下進行冷凝 ,該壓力下有的冷凝溫度約為36℃,因而可使冷凝器的冷凝溫度保持在30~35℃之間 ,可用普通冷卻水冷卻。冷凝器設在B處。這時候總功率的消耗為75kW擺布 。

通過上述三組方式的比較可知,第三種方案最好 ,可減少15kW的動力消耗。

綜上所述 ,水蒸汽冷卻後隻剩下非可凝性氣體。在壓力很低時,水蒸汽的比容相當大 ,這些可凝性蒸汽冷凝後,泵所需要的抽氣量顯然就大為降低了。另外 ,不論蒸汽是否冷凝 ,在同樣壓力下隻要氣體溫度降低,其容積流量就會減少。例如化工流程中200~300℃溫度的氣體並不少見。若從300℃冷卻到50℃以後,幹燥空氣的容積減少45%擺布,如許就可以選擇較小容量的抽氣真空泵機組裝配。

(2)機組的操縱順序:

1)機組中無旁通閥時,應先開動水環泵,被抽係統中的氣體由羅茨泵(氣體推動羅茨泵轉子自行轉動,如同流量計一般)進進水環泵後再排至大氣,待水環泵的吸進壓力(如串聯有大氣泵 ,則為大氣泵的吸進壓力)達到羅茨泵的起初規定值時(即許可排氣壓力) ,始啟動羅茨泵,機組正式運轉,開始工作。

2)機組中有旁通閥時,如圖5所示,先啟動水環泵,接著開動羅茨泵,此時,羅茨泵進排氣壓差較大,旁通閥主動開啟,被抽容器中的氣體一部分經過旁通閥進進水環泵,另一部分在羅茨泵的感化下通過該泵也進進水環泵,顯然抽氣速率增加,如許很快達到羅茨泵的預真空,進排氣壓差較小,閥門主動封閉(或人工封閉),機組正式工作。這類方法能大大縮短預抽時間,但設備較複雜。

(3)機組-羅茨泵-前級泵性能關係

機組的性能與羅茨泵的性能密切相關,而羅茨泵的性能又隨前級泵的不同而有所不同。

1)由於羅茨泵的轉子與轉子之間、轉子與殼體之間存在著間隙,是以有返流存在,而這類返流受進口壓力和出口壓力的影響,即使是同一台羅茨泵,使用不同的前級泵時,其抽氣速率也會有所不同 。

羅茨泵的抽氣速率可由下式確定:

δ=δ0(P2/P1/K)

式中:δ0-設計的抽氣速率;

P1-進口壓力;

P2-出口壓力;

K-固有常數,由該泵轉子的外形、間隙量、轉子圓周速度和出口壓力來確定 。

由上式可知,抽氣量受到出口壓力與進口壓力之比的影響 ,亦即若增加前級泵的抽氣速率,那麽羅茨泵的抽氣速率也會增大。

(2)極限壓力由泵的抽氣速率,各間隙的返流量,泵體泄漏量及高真空側的放氣量所決定。即:

P0=(Q1+Q2+Q3)/δ式中:P0-極限壓力;

δ-抽氣速率;

Q1-返流量;

Q2-泄漏量;

Q3-放氣量。

在這些參數中 ,Q1受排氣壓力即前級泵的極限壓力的影響很大,在用水環泵作前級泵時,羅茨泵的極限壓力隨水環的飽和蒸汽壓的不同而不同。

是用同一台羅茨泵配不同的前級泵時的性能比較。

前級泵的極限真空度愈高時,機組的極限真空度也隨之增高;兩級羅茨泵串聯使用,則能進步機組的極限真空度(實質上就是前一個羅茨泵為後一個羅茨泵的前級泵),且性能曲線平緩擴大 ,也即使用的範圍擴大(由曲線1與2,曲線3與5的比較而得)。機組1、2的曲線大致相同 。同樣,機組3、4、5的曲線也有相同的地方。然而1、2機組曲線和3、4、5機組曲線卻是完全不同的兩組曲線。這說明對於同一羅茨泵而言,選用不同的前級泵時,其機組的性能曲線有本質的差異。因而可知,前級泵對機組性能有相當大的影響。

(4)水環泵的選擇

所謂水環泵就是用水作為液環的液環泵,用水作液環有很多優點,如價廉、易得、不會汙染環境等。但也有一個很大缺點,由於水的飽和蒸汽壓高,使得水環泵的吸進壓力也高。這時候如改用飽和蒸汽壓低的液體作為液環,則可進步泵的極限真空度。假如某機組中羅茨泵最大許可的排氣壓力為10Torr,則用水作液環時還須加大氣泵才能作為該羅茨泵的前級泵,若改用礦物油作液環則不加大氣泵即可作為前級泵,這<1頁

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