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      水環真空泵抽飽和空氣體積流量的計算公式推導及應用
      點擊量:發布時間:2017/4/10 14:05:38

       

      水環真空泵抽飽和空氣體積流量的計算公式推導及應用

       

        本文就水環真空泵氣量測定方法的國家標準中提出的計算飽和空氣體積流量公式進行了推導并說明其應用條件,對已知飽和空氣體積流量推算干空氣體積流量的公式進行了推導。

        水環真空泵(以下簡稱水環泵)體積流量的出廠檢驗國內都是抽環境空氣檢驗,并以國家標準中規定的大氣壓力為101.325kPa、空氣溫度為20℃、相對濕度為70%(國外一般為50%)、補充水為15℃作為規定條件給出水環泵的體積流量和軸功率性能曲線。國外一般也都是抽環境空氣檢驗。由于環境空氣經調節閥節流后所含水蒸氣分壓力很小,所以國內外都視環境空氣為干空氣,即水環泵抽環境空氣的性能曲線為抽干空氣的性能曲線。圖1 為我國國家標準GB/T 13929-2010 《水環真空泵和水環壓縮機試驗方法》中推薦的用環境空氣測定體積流量的試驗裝置示意圖。

        由于許多應用工況,如電廠冷凝器抽真空系統是抽含飽和水蒸氣的飽和空氣,因此國內外許多水環泵的生產企業都提供了抽飽和空氣的性能曲線。在德國工業標準DIN 28431《真空技術液環真空泵驗收規則》中提供了抽含飽和水蒸氣的環境空氣試驗系統裝置示意圖(圖2)。我國國家標準GB/T 13930-2010《水環真空泵和水環壓縮機氣量測定方法》[2]附錄B(資料性附錄)中也推薦了與德國標準相似的試驗裝置示意圖。水環泵體積流量的測定國內外一般都是用差壓裝置,如孔板、噴嘴、文丘里管等,這些差壓裝置都是按抽干空氣標定(壓力101.325kPa、溫度20℃、濕度50%),所以國家標準中提出了用推薦的測定裝置測定的干空氣體積流量推算飽和空氣體積流量的公式:

      水環真空泵抽飽和空氣體積流量的計算公式推導及應用

      圖1 水環泵抽環境空氣試驗系統裝置示意圖

        由飽和空氣流量推算干空氣流量目前國內大部分水環泵生產企業提供的技術指標都是在以下條件下得出的:大氣壓力為101.325kPa、進水溫度15℃、吸入氣體為20℃飽和空氣即吸入狀態下相對濕度為100%的濕空氣。如果應用工況也為溫度相近的飽和空氣,可以按生產廠提供的飽和空氣氣量及軸功率性能曲線選型。但對于應用工況是抽干空氣或含水蒸氣量很小的氣體,如利用環境空氣變壓吸附制氧、風洞試驗、煤礦抽瓦斯氣體、變壓吸附脫碳與制氫等,這些工況條件如果按飽和空氣性能曲線選型,在吸入壓力15kPa 以下誤差就比較大。因此要由已知的飽和空氣體積流量Qstb 推算干空氣體積流量,可得出大氣壓力為101.325kPa、進水溫度為15℃、吸入氣體為20℃的環境空氣的體積流量。

        由于進入泵內冷卻水的溫度為15℃,可認為20℃的飽和空氣進入泵腔后全部被冷凝為15℃的飽和空氣。由水環泵的工作原理可知,水環泵是容積式真空泵,體積流量是吸氣終了位置的吸氣截面積與該截面積氣體平均流速的乘積,也即是說水環泵吸入氣體為20℃飽和空氣的性能曲線上的體積流量值是在泵內被冷凝為15℃的飽和空氣體積流量Qstb,其中干空氣的質量流量為:

      水環真空泵抽飽和空氣體積流量的計算公式推導及應用

        (10)式中T15為熱力學溫度,即T15=273.15+15=288.15K,。由(10)式和(3)式可得出吸入壓力為p1、溫度為20℃、濕度為70%的干空氣的體積流量的計算公式(推導從略):

      水環真空泵抽飽和空氣體積流量的計算公式推導及應用

        由(11) 式計算得出的15kPa 以下工況點的干空氣體積流量與40kPa 工況點飽和空氣體積流量(該工況點水蒸氣分壓力與總壓力比值較小可近似認為與干空氣體積流量相等)的比值與國外多個廠家的干空氣體積流量性能曲線上15kPa 以下各點體積流量與40kPa 工況點體積流比比較接近,試驗也已證明,因此可以用(11) 式由某一吸入壓力下20℃的飽和空氣體積流量值推算干空氣體積流量值做參考選擇真空泵。

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