水環真空泵的選型方法研究

王傳之

摘 要：水環真空泵大量應用于各種工況條件，而液環真空泵的曲線都是基于抽吸溫度15或20℃和冷卻水溫15℃的條件下，這和實際工況差異比較大。本文對于所選真空泵是否符合現場條件進行核算，更好的服務泵使用廠家選擇合適的產品，符合當前國家節能降耗的需求。

關鍵詞：水環真空泵;選型;飽和空氣;工作水溫

水環真空泵使用水作為工作介質，這使水環真空泵在處理含水蒸氣的工況條件下有先天的優勢。但是水環真空泵的標準曲線是基于20℃或15℃的抽吸能力，按照這個曲線選擇真空泵的大小，毋庸置疑會產生極大的誤差，這對于目前提高生產效率非常不利。對于如何選擇合適的真空泵，本文從真空泵的工作原理分析如何正確的選擇合適的真空泵。

1 分析真空泵的工作原理。

不同形式的水環真空泵的工作原理都是一致的。都是葉輪在泵體內偏心安裝，葉輪旋轉過程中工作液在泵殼內形成一個圓環。液環在合適的情況下和葉輪形成一個空間，吸氣側的兩個葉片的夾角空間從葉輪旋轉方向從小到大，到中間位置空間達到最大，然后在排氣口空間逐漸變小。氣體由吸入口被葉輪帶出，然后氣體通過旋轉的葉片在排氣口經過壓縮排出。

從工作原理看，真空泵的抽吸空氣后和工作液（水環）充分混合，可冷凝的氣體在水環中冷凝，主要占真空泵空間的是不可凝氣體和水環蒸發的水蒸氣。

2 水環真空泵的選型計算。

2.1 真空泵的理論抽空容積。

根據工作原理，真空泵實際是通過固定的容積來運輸氣體。因為工作液的存在，所以空間容納總的氣體量為工作液蒸發的水汽和外界進入的空氣量。我們可以根據進入的氣體流量計算出真空泵的理論總容積流量。

假設已知真空泵入口壓力為：P1，工作液溫度T水，吸入氣體溫度T1，真空泵的抽吸干空氣能力為V1。

根據工作液的溫度可以查得水汽的飽和分壓值，T水下的飽和分壓值為P水。

在真空泵的容積空間中，有水汽和空氣兩種氣體，總的壓力為P1，水汽的分壓值P水，根據道爾頓分壓定律。得出：空氣的分壓為：P1-P水，而空氣的體積為V1。

則在入口壓力P1和吸入溫度下T1，真空泵總的理論容積容量為

V=P1*V1/（P1-P水）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

2.2 工作液溫度對真空泵抽吸能力影響。

一般情況下，在相同的入口壓力P1下，真空泵的理論總容積是不變的。所以工作液溫度變化時，假設為T水2，核算飽和分壓為P水2， 此時抽吸的干空氣體積流量V2，。所以根據T水2計算的理論容積容量為：

V=P1*V2/（P1-P水2）.

將公式（1）帶入得到：

P1*V1/（P1- P水）= P1*V2/（P1-P水2）.

所以兩種工況條件下體積流量的比值為：

V1/V2=（P1- P水）/ （P1-P水2）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

這個公式和HEI標準中對于測試真空泵的水溫修正系數是一致的。

這個公式可以核算當真空泵在抽吸干空氣時，水溫變化時抽吸能力的改變。

2.3 吸入氣體含水汽較多的狀況真空泵選型分析

將水環泵的理論容積假設為一個固定的空間，這個空間內的體積就是抽吸氣體流量的根本依據。

在水蒸氣較多的工作狀況，根據工作原理，水蒸氣在進入真空泵后被工作水冷凝，所以空間內是空氣和不可凝的氣體，這些不可凝的氣體就是在工作液溫度基礎上的水汽含量。

所以真空泵的抽吸能力是和工作液溫度密切相關，抽吸能力大小取決于工作液溫度的高低。

在大部分抽吸介質為水汽的狀況下，由于水汽冷凝會產生熱量，這些熱量引起真空泵工作液溫度上升，影響了真空泵的抽吸能力。

可以通過核算水蒸氣流量來核算產生的冷凝熱，從而核算工作液的溫度來進行選型。

核算方法如下：

已知要求：抽吸壓力：P1kPa，抽吸介質為： 空氣W空kg/h，水汽W水kg/h，抽吸溫度：T1℃，冷卻水溫：T水2℃。

選擇一臺真空泵，根據其標準曲線可以得到的數據：抽吸能力在P1kPa時：抽吸能力V1m3/h，冷卻水溫：T水℃，入口溫度T℃。工作液流量：V水m3/h，軸功率：BHP軸kW。

1）? 先來核算在P1kPa入口溫度T℃泵內的理論容積。根據公式（1）

V=P1*V1/（P1-P水）

2） 再計算抽吸的水汽引起的工作液溫升。

因為大氣壓下，飽和空氣中含水汽比列非常少，所以可以近似認為水汽全部被冷凝。則計算冷凝熱。查得P1下水的汽化熱為R汽。 所以冷凝熱為：

Q冷=W水* R汽kJ/h.

對于水環泵來說，旋轉中，一部分用壓縮做功，一方面用來攪動水做功。我們核算按照效率?做功，則1- ? 的部分用來攪動水產生溫升。