蒸汽喷射真空泵的原理以及能力影响因素分析
一、前言
蒸汽喷射真空泵抽气量大、工作范围宽、结构简单、没有相对运动的部件,是一种用途广泛的真空设备,主要应用于除气、脱色、干燥、脱臭、蒸馏、制冷及输送等方面。
特别是其对吸入气体无选择性,在食品生产、石油化工、油脂加工、聚酯生产、含有机溶剂的物料浓缩等场合,与机械真空泵(油泵)相比显示出卓越的优点。
本文对蒸汽喷射真空泵的影响因素进行了分析,以便为其广泛应用提供参考。
二、蒸汽喷射真空泵的工作原理
蒸汽喷射真空泵是利用流体流动时的静压能与动能相互转换的气体动力学原理来形成真空。
具有一定压力的水蒸汽通过拉瓦尔喷嘴喉径时达到声速,到喷嘴的扩散部时,静压能全部转化为动能,达到超声速,同时喷嘴出口处形成真空,被抽气体在压差的作用下,被抽入吸入室,和以超声速的蒸汽一边混合一边进入文丘里管,然后以亚声速从文丘里的扩散管排出,同时混合的气体速度逐渐降低,压力随之升高,而后从排出口排出。
如果将几个喷射泵串联起来使用,泵与泵中间加入冷凝器使蒸汽冷凝,便可得到更高的真空度。
整台蒸汽喷射真空泵由若干级泵体与冷凝器两大部分组成。
各级泵体均由喷嘴、入室及扩压器组成,喷嘴可以是单只,也可以是多只,喷嘴一般采用不锈钢材料,吸入室和扩压器等其它部件可采用不锈钢、铸铁及碳钢等材料。
三、影响真空泵能力的主要因素研究
3.1、对工作蒸汽及其干度的研究
蒸汽压力偏低及压力波动均对真空泵的能力有较大影响,因此蒸汽压力不应低于要求的工作压力,但所用真空泵结构设计已定型,过多提高蒸汽压力并不会增加抽气量及真空度。
另外,要确保锅炉供给的蒸汽压力稳定,最好用一台锅炉专门给蒸汽喷射泵提供工作蒸汽,这样蒸汽压力就不会出现波动,真空泵性能稳定。
蒸汽的干度对真空泵的性能也有较大影响,其中含水会引起真空波动,含水过多甚至会抽不起真空,通常的作法是在汽包前加装汽水分离器以获得干度较高的工作蒸汽,同时对蒸汽管路进行有效保温。
为取得最佳的工作效益,为喷射真空泵提供的工作蒸汽应为5℃~10℃的过热蒸汽。
特别是五级泵,对蒸汽的品质要求非常高,含微量水分都可能引起喷嘴的冰塞,造成开第五级喷射器真空度反而下降或没有作用。
3.2、对循环冷却水要求的研究
冷却水供量不足,冷凝器会发热,气流声音变大,真空度迅速下降,甚至蒸汽会返入抽气管。
对于列管间冷式冷凝器,应保证供水压力为0.2MPa,供水量应比实际的用量稍微大一点,这样用水的波动会比较平稳。
另外,为避免供水量不稳定而引起真空波动,最好采用单独的循环水系统对真空泵的冷凝器进行供水。
冷却水温太高,真空泵能力会下降,有时甚至抽不起真空,一般不超过32℃。
另外,冷却水温越高,耗用的蒸汽量越多。
冷却水质对真空泵能力的影响也是一个不可忽视的因素,如果水质差,硬度高,会造成冷凝器积垢甚至堵塞,严重影响热交换性能,使蒸汽难于冷凝,从而影响真空度。
所以应保证循环冷却水为纯净的软化水。
3.3、对真空泵系统密封要求的研究
真空泵处于极限状态时,第1级排出的水很少,有时甚至没有。
因此,第1级泵有大量水排出,可以认为是系统有泄漏。
通常的漏气原因有:垫片没装、装错或损坏,螺栓未拧紧,法兰面损坏,焊缝有沙眼,接头(压力表、真空表等)未装好。
最通用的查漏方法是整个系统通入带压空气,用肥皂水涂在各处。
如有泄漏,漏点会有气泡,有时甚至能听到泄漏的声音。
检验是否漏气的最终要求是,用0.2MPa压缩空气对真空系统(包括泵体和大气腿)进行汽密性试验,24h压力下降量不超过4.8%。
3.4、对喷嘴要求的研究
喷嘴是影响真空泵性能的重要部件,存在的问题有:喷嘴装错、装歪、堵塞、损坏、腐蚀和泄漏,不管采取何种预防措施,喷嘴的堵塞在所难免。
一方面由于安装蒸汽管道时,管道中残存的铁屑及焊渣会堵塞喷嘴;另一方面,真空泵系统停用时,蒸汽管道易生锈,锈斑在使用时掉落堵塞喷嘴。
一般来说,第1、2级喷嘴孔径较大,不易堵塞,最易堵塞的是第3、4、5级的喷嘴。
喷嘴是否堵塞可通过触摸泵头和冷凝器的温度来确认。
四、蒸汽喷射真空泵的故障处理
蒸汽喷射真空泵在使用过程中有时会出现抽真空时太长、真空度不稳定或达不到真空度要求的情况,必对故障查找原因、分析处理。
通常要进行以下的故障分析:
(1) 真空测量装置(包括真空表、真空计、测试罩)是否有故障或失效;
(2) 工作蒸汽供应是否正常,包括压力、温度、干燥度、疏水情况、波动情况等,尤其要检查压力表在长时间使用后读数是否准确;
(3) 循环冷却水供应是否正常,包括水温、水压、水量、水质等;
(4) 生产系统是否出现异常,包括系统泄漏、系统产生过量气体、工艺设备性能下降等;
(5) 真空泵系统本身是否有故障,包括泵系统泄漏、喷嘴堵塞或损坏、喉管直径磨损增大、扩压管的收缩段和排出口积垢、大气腿泄漏或积垢堵塞、冷凝器积垢堵塞、抽气管道积液等。
蒸汽喷射真空泵-工作原理
蒸汽喷射泵有一定压强的工作，蒸汽通过拉瓦尔喷咀，减压增速（蒸汽的势能转变为动能）以超音速喷入混合室，与被抽介质混合，进
进行能量交换，混合后的气体进入扩压器，减速增压（动通转化为压强能），为了减少后级泵的抽气负荷，配置冷凝器，通过有一定温差的两种介质对流，进行热交换，达到冷凝高温介质目的，排到大气压。
(原理见下图）
蒸汽喷射泵工作原理图
1.本泵之第一级水蒸汽喷射泵连接到生产设备抽及其气体、蒸汽或气体并在泵内压缩到10mmhg左右。
2.本泵之第二级水蒸汽喷射泵继续压缩上述工作介质到70mmhg然后排之气体引往列管冷凝器冷凝。
冷凝后的液体进入下部第三级水环泵
抽吸，压缩后往大气中。
结构原理图故障检查参政表
转速过低吸入管路泄
露
工作液温度过
高
工作液体过
多
工作液体不
足
机械密封过
紧
联轴器不
正
排汽量减少●●●●
噪音过大●●
轴功率增大●●●过热●●●●振动过大●●●
操作：
（1）起动顺序
1、把所有堆截止阀和闸阀关闭。
2、蒸汽管道彻底排污，排水，一直放出废气，供应饱和蒸汽，排污阀稍微打开一些。
3、开启水环泵把供应泵用水阀打开，开启真空总管中截止阀，达到大约93、9毫巴。
4、起动二级蒸汽喷射泵，喷嘴前输入蒸汽压力最低不能低于3、5巴，最高不能高于5巴。
5、起动一级蒸汽喷射泵，喷嘴前蒸汽压力不能低于3、5巴。
6、所有喷射泵开启后，调节好冷凝器的进水阀，使它排出水温度不超过36℃。
（2）停机顺序
1、关闭真空总阀。
2、关闭第一级喷射泵汽阀。
3、关闭第二级喷射泵汽阀及蒸汽总阀。
4、放气停水环泵，关闭所有供水阀。
安装：
1、蒸汽喷射真空泵可以在室外露天安装。
如果停工或在结冰气候时，整个装置能快速排水，因为已经装了内连管以备快速排水。
2、水环泵一定要有足够的静压，泵的填料箱一定有水封。
在泵的排水管中装一个止回阀，以防止间歇或脉冲的空气回流。
为了有效平衡冷
凝器之间的压力差，管道封闭回路，一定要有合适的回路长道，最好在每一条回路管的最低位装一条放水管道，同时也可作为清洗冷凝
器时出水口。
3、安装蒸汽管道时，必须注意尽量要使送到喷嘴的蒸汽尽可能干燥，从蒸汽分离器到喷射泵之间带保温。
蒸汽管道越短越好，分离器应该
长期保持干燥，为此接到喷射泵的蒸汽管一定要从蒸汽主管道上端接出温蒸汽不但腐蚀喷嘴和过早扩散，而且严重影响小喷嘴口的功能。
由于要求高真空度，以及尤其泵内小喷嘴口径，所以一定要检查装在蒸汽过滤器与喷射泵内蒸汽喷嘴之间的气管是否干净。
蒸汽喷射泵
装上所谓进汽小气箱，可以很方便把喷嘴拆下来，用一支探针直觉检查喷嘴通路。
蒸汽垫圈不要偏心放置，以免影响蒸汽自由流动截面
积。
维护：
1 、应定期压紧填料，如填料因磨损而不能保证所需的密封时应换新填料，填料不能压得过紧，正常压紧的填料允许水成滴漏出，但量不得
太多，应用油浸石棉绳做填料。
2 、但实测的温度不应大于70℃，轴承室内整个空间的2/3用黄油装满，正常工作的轴承每年应装油3-4次，每年至少清洗轴承一次，并将润
滑油全部更换。