真空技术及应用系列讲座 第四讲_蒸汽流真空泵

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1、1996年8月Vacuum2VacuumTechnologyandMaterial47真空技术及应用系列讲座东北大学真空工程博士点,博士导师杨乃恒先生主持第一讲:真空科学的发展及其应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯李云奇　95(2)第二讲:真空物理基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯张世伟　95(3)第三讲:机械真空泵(一)(二)(三)(四)(五)(六)⋯张以忱95(4)、(5)、(6)、96(1)、(2)、(3)第四讲:蒸汽流真空泵姚民生(东北大学)一、水蒸汽喷射泵11概述水蒸汽喷射泵是以靠从拉瓦尔喷咀中喷出的高速水蒸汽流

2、来携带气的,故有如下特点:(1)该泵无机械运动部分,不受摩擦、润滑、振动等条件限制,因此可制成抽气能力很大的泵。工作可靠,使用寿命长。只要泵的结构材料选择适当,对于排除具有腐蚀性气体、含有机械杂质的气体以及水蒸等场合极为有利。(2)结构简单、重量轻,占地面积小。5(3)工作蒸汽压力为4～9×10Pa,在一般的冶金、化工、医药等企业中都具备这样的水蒸汽源。因水蒸汽喷射泵具有上述特点,所以广泛用于冶金、化工、医药、石油以及食品等工业部门。21工作原理喷射泵是由工作喷咀和扩压器及混合室相联而组成。工作喷咀和扩压器这两个部件组成了一条断面变化的

3、特殊气流管道。气流通过喷咀可将压力能转变为动能。工作蒸汽压强P0和泵的出口压强P4之间的压力差,使工作蒸汽在管道中流动。在这个特殊的管道中,蒸汽经过喷咀的出A—吸入气流;B—工作蒸汽流;C—拉瓦尔喷咀;D—混合口到扩压器入口之间的这个区域(混合室),由室;E—扩压器;F—混合气流;“——”表示混合气流;“222”于蒸汽流处于高速而出现一个负压区。此处的表示工作蒸汽流;“õõõõ”表示吸入气流负压要比工作蒸汽压强P0和反压强P4低得图1　水蒸汽喷射泵工作原理图多。此时,被抽气体吸进混合室,工作蒸汽和被抽气体相互混合并进行能量交换,把工作蒸

4、汽由©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第4期真　　　　空48真　　　　空　　　　　　　　　　　　　　　　　第4期′压力能转变来的动能传给被抽气体,混合气流在扩压器扩张段某断面产生正激波(如图1中3′′断面),波后的混合气流速度降为亚音速X3,混合气流的压力升为P3。亚音速的气流在扩压器的渐扩段流动时是降速增压的。混合气流在扩压器出口处,压力增至P4,速度降为X4。故喷射泵也是一台气体压缩

5、机。31多级喷射泵的结构图2是典型五级泵的结构示意图。通常单级喷射器的压缩比不超过10,工作压强不低于10kPa。因此当需要更低的工作压强时,则由两个或两个以上的喷射器和冷凝器串联组成,称为多级喷射泵。冷凝器的作用是将混合物中的可凝性蒸汽部分凝结排除,以减少下级喷射器的负荷。冷凝器的结构形式有混合式、表面式及喷射式三种形式。冷凝器按其在喷射泵系统中的安装位置,又分为前冷凝器、中间冷凝器和后冷凝器。前冷凝器安装在第一级喷射器入口前,主要为了减少第一级泵的负荷。只有当被抽混合物中含有大量的可凝性蒸汽,并且其蒸汽分压图2　水蒸汽喷射泵外形示意

6、图强大于冷却水温所对应的饱和蒸汽压时方可使用。中间冷凝器安装在多级泵中间,具体位置应视进入冷凝器的混合物中的蒸汽分压强及冷却水温而定,其作用是减少下级泵的负荷。后冷凝器安装在末级喷射器之后,主要是为了消除末级喷射器的废气、噪声,有时用来回收未级喷射器的余热。41简易计算法(1)喷咀喉部直径D0的计算G0D0=1.6-5(mm)(1)P0×10Gh式中　G0——工作蒸汽耗量(kgöh),G0=。Gh为被抽气体量(kgöh),L为引射系数,可查L[1]　　　　　表得到。P0——工作蒸汽压力(Pa)(2)扩压器喉径D3的计算18GK+GZ29

7、D3=1.6-5(mm)(2)P4×10式中　GK——通过扩压器喉部的空气流量(kgöh)GZ——通过扩压器喉部的蒸气流量(kgöh)P4——扩压器出口压力(Pa)(3)冷凝器直径D的计算D=(5～8)G6hV6h(mm)(3)式中　G6h——进入冷凝器的混合物流量(kgöh)©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第4期　　　　　　　　　　　　　　　　姚民生:蒸汽流真空泵493V6h——进入

8、冷凝器的混合物比容(mökg),可近似地用P4查得的饱和水蒸汽比容代替。二、油扩散泵11概述油扩散泵的工作原理与水蒸汽喷射泵相似,都是靠高速蒸汽射流来携带气体以达到抽气的目的,故有如水蒸汽喷射泵相似的特点。