水蒸汽喷射真空泵样式及组成.docx
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水蒸汽喷射真空泵样式及组成
水蒸汽喷射真空泵样式及组成
一、序言
二、单级蒸汽喷射泵（恒背压喷射器）
三、两级蒸汽喷射泵
四、三级蒸汽喷射泵
五、四级蒸汽喷射泵
六、五级蒸汽喷射泵
七、六级蒸汽喷射泵
八、排气口设置
九、前冷凝器设置
十、下面为常用冷凝器的基本结构
十一、水封池（箱）
十二、汽水分离器
十三、启动泵
十四、蒸汽喷射泵可以与水环泵组成机组
十五、其它型式低位布置真空泵
一、序言
水蒸汽喷射真空泵有单级泵和多级泵之分,以适应用户的不同需要。
一般,真空度（残压）大于100mmHg（Torr）的，使用单级泵就够了，否则就要使用多级泵。
在多级泵中，前一级泵排出的混合气体，将成为下一级的负荷。
为了减少这一负荷，可在这两段喷射器之间设置冷凝器，以冷凝可凝性气体，特别是工作蒸汽。
基于冷却机理的不同，冷凝器可分为混合直冷式和列管间冷式。
而混合直冷式冷凝器又可分为（强制膜）喷淋式和分水盘（筛板式）等不同形式。
基于冷却水温的限制（一般在25~35°C）。
在第三级喷射器之前不宜（或不能）设置冷凝器，除非用低温水（10°C以下）。
二、单级蒸汽喷射泵（恒背压喷射器）
单级蒸汽喷射泵的工作真空度（残压）一般在100mmHg（Torr）至760mmHg（Torr）之间，极限真空度（残压）可达到75mmHg（Torr），排出压力为760mmHg（Torr）。
单级喷射泵的结构如下图：
单级泵是排出背压为一个绝对大气压的恒背压喷射器。
三、两级蒸汽喷射泵
顾明思义，两级蒸汽喷射泵是由两个蒸汽喷射器所组成。
其中，第一级蒸汽喷射器为恒背压喷射器。
两级蒸汽喷射泵的工作真空度（残压）区间一般为30mmHg（Torr）~100mmHg（Torr），极限真空度可达到5mmHg（Torr）~20mmHg（Torr）。
两级蒸汽喷射泵有以下二种结构：
1.直接串联结构：
这一型式适用于被抽气体和喷射器需保持高温的场合，但能耗较高，喷射泵工作效率太低。
2.间接串联结构：
图一、图二所示的两个喷射器中间分别插入了混合直冷式和列管间冷式冷凝器，其作用为冷却第二级喷射器的工作蒸汽，从而提高第一级喷射器的工作效率，节省工作蒸汽。
四、三级蒸汽喷射泵
三级蒸汽喷射泵由三个蒸汽喷射器组成。
其第一级蒸汽喷射器也是恒背压喷射器。
三级蒸汽喷射泵的工作真空度（残压）区间一般为：
5mmHg~30mmHg（Torr），极限真空度可达到2mmHg。
常用三级蒸汽喷射泵有以下二种结构：
1.第二、第三级直接串联：
这一结构常被用于被抽气体中不凝性气体较大，而可凝性气体较小的场合。
图三、图四中采用的中间冷凝器分别为混合直冷式和列管间冷式。
2.间接串联结构：
这一结构是目前的常用结构。
其中图五、图六中的中间冷凝器分别为混合直冷式和列管间冷式。
五、四级蒸汽喷射泵
四级蒸汽喷射真空泵由四个蒸汽喷射器组成。
其第一级蒸汽喷射器也是恒背压喷射器。
四级蒸汽喷射真空泵的工作真空度（残压）范围一般在1mmHg~5mmHg（Torr），极限真空度可达到0.4mmHg。
常用四级蒸汽喷射泵的结构如下：
图七、图八中的中间冷凝器分别为混合直冷式和列管间冷式。
六、五级蒸汽喷射泵
五级蒸汽喷射泵由五个蒸汽喷射器组成，其第一级蒸汽喷射器也是恒背压喷射器。
五级蒸汽喷射器的工作真空度（残压）范围一般在0.1mmHg~1mmHg（Torr）之间，极限真空度可达到5Pa以下。
常用结构如下：
图九中所示的中间冷凝器为混合直冷式，也可以是列管间冷式。
七、六级蒸汽喷射泵
六级蒸汽喷射泵由六个蒸汽喷射器（主泵系列）组成，其第一级喷射器也为恒背压喷射器。
六级蒸汽喷射泵（主泵）一般需另加3级辅助泵，常用于炼钢或真空浇铸行业，其工作真空度为0.5mmHg，极限真空度为0.1mmHg
其常用结构及压力分布如图十所示：
八、排气口设置
为降低第一级喷射器（恒背压喷射器）的排出噪音，可以采取以下三种方法：
1.接消音冷凝器
图十一、十二、十三所示为消音冷凝器与第一级喷射器（恒背压喷射器）的联结方法。
其中。
图十一、图十二中的消音冷凝器为混合直冷式。
图十三所示为列管间冷式。
a、b、c、d、e、f分别表示：
工作蒸汽入口、抽气口、冷却水入口、排气口、排水口（通入水封池或其它回水沟均可），冷凝液排出口（接液封池（箱）或其它沟管均可）。
2.直接通入水封池（箱）：
图十四中，第一级喷射器（恒背压喷射器）直接插入水封池（箱）中。
图十五中，在插入水封池的管道中稍加一些冷却水，使排出气体能快速冷凝。
在这两种方法中，第一级喷射器的排出阻力增大，抽气效率将有所下降。
但能避免因工作蒸汽压力不稳定时的倒吸现象。
3.直接插入水封池（箱）与直排相结合：
按图十六所示联结在实际生产中比较适用。
在系统需启动时，打开阀门K直排，待系统进入要求真空度后，关闭阀门K，使单级泵（恒背压喷射器）将气体排入水封池（箱）。
九、前冷凝器设置
当被抽气体中有较多可凝性气体时，我们可以在喷射泵前设置前冷凝器。
将被抽气体中的可凝性气体成份先进行冷凝，以减少喷射泵的工作负荷，从而降低能耗指标。
这一方法在真空浓缩蒸发、真空蒸馏及真空脱泡上有较多的使用。
在这些场合下，决定系统真空度能否达到往往不是真空泵本身，而是前置冷凝器的冷却介质温度及冷凝效果。
结构如图十七示：
在图十七中，前置冷凝器可以是混合式直冷式，也可以是列管间冷式。
真空泵可以是5级，也可以是4级、3级、2级，甚至单级。
当真空泵为3级以上时，即使前置冷凝器采用的冷却介质为水，也应与真空泵系统的冷却水分开，因为前置冷凝器的冷却水应为低温水。
十、下面为常用冷凝器的基本结构
其中，A为强制膜喷淋式，B为分水盘式，C为筛板式，D为列管间冷式a.b.c.d.e.分别代表进汽口、进水口、出汽口、出水口、冷凝液排出口。
十一、水封池（箱）
常规水封池（箱）可为溢流式（如图十八）或虹吸式（如图十九）。
一般，大气腿只要插入水面200~300mm即可，而水封池有效面积也只要是下水管（大气腿）截面积的30倍即可。
十二、汽水分离器
如果用户的工作蒸汽不能过热5~10°C，那么至少应为干饱和蒸汽。
因此，光靠汽包疏水是不够的。
特别是使用于4级、5级泵场合。
为此，我们可以为您在每级喷射器工作蒸汽入口处设计配置各种型式的汽水分离器，使您的喷射泵工作更稳定，效率更高。
十三、启动泵
在有些要求起动速度快，而实际生产工艺过程中不凝性气体又较小的场合（例如间歇式植物油精炼），可以配置启动泵，以节省工作蒸汽，提高工作效率。
启动泵与系统之间若设置自动阀门断开，则可以直接排气，否则，应采用如图十四所示的排气方式。
十四、蒸汽喷射泵可以与水环泵组成机组
在这种构成中，水环泵是排大气的前级泵。
如果水环泵是单级泵（例：
SZ、SK系列）其工作真空度（残压）约为140mmHg，极限真空度（残压）为60~80mmHg，只能代替第一级蒸汽喷射器；如果水环泵是双级泵（例：
2SK、2BE系列）其工作真空度（残压）约为40~60mmHg，极限真空度（残压）为10mmHg，则能代替第一级和第二级喷射器。
因此，这一机组常见有以下几种组合：
1.单级水环泵串联多级蒸汽喷射泵：
这一方法主要有以下三种方式：
a.单级水环泵串联第二、三级蒸汽喷射器
b.单级水环泵串联第二、三、四级蒸汽喷射器
c.单级水环泵串联第二、三、四、五级蒸汽喷射器
其基本结构如图二十所示：
2.双级水环泵串联单级或多级蒸汽喷射泵：
这一方法主要有以下三种方式：
a.双级水环泵串联第三级蒸汽喷射器
b.双级水环泵串联第三、第四级蒸汽喷射器
c.双级水环泵串联第三、第四、五级蒸汽喷射器
其基本结构如图二十一所示：
以上二种方法主要应用在以下场合：
a.工作蒸汽压力不稳定,含水量较高的场合；
b.工作蒸汽压力较低（一般低于0.2MPa·G）场合；
c.不凝性气体量较大而工作蒸汽量不够的场合；
使用以上二种方法的缺点：
a.由于水环泵是有运转部件的，因此容易损坏；
b.水环泵动密封容易泄漏而影响工作真空度；
c.当水环泵工作真空度较高（接近极限真空时）噪音太大；
d.如果冷却水或被抽介质容易积垢，将在水环泵叶轮表面沉积而导致抽气能力迅速下降；
e.不能抽吸含灰尘和腐蚀性气体；
f.真空管道上应设置自动控制阀门，以防水环泵发生紧急故障时，汽水返流至系统内；
3.低位布置水环-喷射泵机组：
在图二十一中，若将冷凝器1C换成列管间冷式冷凝器可形成如图二十二的结构。
这时，整个真空泵机组可以低位布置。
这一结构中，列管间冷式冷凝器可以立式，也可以卧式布置。
适用于无高架厂房的企业和工艺场合。
十五、其它型式低位布置真空泵
对于既无高架厂房，又不想采用水环泵的工作场合，可以采用以下方法对蒸汽喷射真空泵进行低位布置：
1.贮水罐：
在间隙式生产场合，可以采用这一方法。
但贮水罐的体积应足以容纳喷射泵工作期间的1C、2C冷却水，在停机时将水放掉。
其基本结构如图二十三所示：
在图二十三中的1C、2C若采用列管间冷式冷凝器，贮水罐主要贮存工作蒸汽的冷凝液，则贮水罐体积就可以较小。
2.利用吸程在8~10M左右的水泵抽吸冷却水：
在这一方式中，贮水罐仍必不可少，基本结构如图二十四所示：
在图二十四中，1C、2C若采用列管间冷式冷凝器，水泵抽吸的主要是工作蒸汽的冷凝液，则贮水罐与水泵均可很小。
在有些场合，二个贮水罐及水泵也可合二为一。
3.可以利用汽—液喷射器及射水喷射器代替水泵来抽除冷却水或冷凝水，特别是1C、2C采用列管间冷式冷凝器时。
基本结构仍如图二十四所示。
水蒸汽喷射真空泵故障的性能和测量
一、序言
二、真空度的测量
三、抽气能力的测定
一、序言
本文涉及到的有关名词和术语：
1.真空度：
当以mmHg（Torr）或Kpa、Pa为单位时，指的是绝压，又称残压、压力，剩余压力或吸入压力。
当以Mpa为单位时，指的是弹簧真空表的表压，例：
-0.078Mpa。
那么绝压应为0.1-0.078=0.022Mpa。
2.抽气量：
单位时间通过泵入口处气体的质量流量，常以当量不凝气和当量可凝气标称，单位为kg/hr。
3.当量不凝气，对非20°C空气或其它不凝性气体,按其分子量和温度折算成20°C的空气质量流量，单位为kg/hr。
4.当量可凝性流量：
对非20°C的水蒸汽或其它可凝性气体，按其分子量和温度折算成20°C的水蒸汽质量流量，单位为kg/hr。
5.工作蒸汽耗量：
在额定工况下，单位时间内通过拉瓦尔喷嘴的工作蒸汽的质量流量，多级喷射泵则指通过全部拉瓦尔喷嘴的总质量流量，单位为kg/hr。
6.冷却水循环量：
在额定工况下，单位时间冷却水的体积流量，多只冷凝器则指总体积流量，单位为M3/hr。
7.冷却水耗量：
在额定工况下，循环冷却水在冷却塔中降温时在单位时间内蒸发和损失的水量（估计值）。
单位为kg/hr。
二、真空度的测量
测量真空度一般有五种方法：
1.与外界大气压力相比较。
在图一中，装有水银的U形管两端开口。
一端直通大气，另一端与真空系统连接（设压力为PA），两端的水银柱的差为△h，若设大气压为P大，有P大－PA=△h
则PA=P大-△hmmHg
但是，我们必须注意，大气压并非为760mmHg，气压计只有在海拔高度为零时，其读数才代表当地当时的大气压。
设若在某地区某一时，大气压计读数为PB，而海拔高度为H，则该地区实际大气压为：
P大=PB－H/10mmHg
因此，真空系统的压力为：
PA=P大－△h=PB－H/10－△hmmHg
这一例子的实用形式即为了弹簧真空表。
弹簧真空表是按0.1Mpa这一压力作为基准而设计，制造的，因此，在实际使用中应根据本地区的实际气压情况进行修正。
2.与绝对真空相比较
在图二中，使用的U型管一端封闭且充满水银（注意：
不能有气泡夹在里面），另一端开口并与真空系统（设若压力为PA）连接，U型管的两端水银柱高度为△h，则真空系统内压力：
PA=△h
这一方法，在实际生产中直接应用时称微型U型计或残压计。
当PA<2mmHg时，为避免水银的毛细作用和观察者视差，可将微型U型计内的汞换成粘度较低的油（挥发率较低的植物色拉油也可），若油的比重为r，则：
注意：
封闭端必须充满油，决不能以夹带任何气泡。
3.利用气体的波义耳定律进行测定：
在图三中，所示的转动式真空计，V1为水银储存器（平时水平放置，储有水银），使用时，将V1置于高处，使V1内的水银注入V2和d管内，设M-M捯陨喜课坏腣2和d管的体积为V，则：
则：
P=K×h×h'-----
（1）
若在结构设计和水银灌装中使水银能达00'平面，
则：
P=K×h2----------
（2）
这就是在实际生产中使用的转动式麦氏真空计的测量原理，因此，一旦水银不能达到00'平面，就必须对测量结果按
（1）式进行换算。
由上我们可以知道，麦氏真空计只能用于测量不凝性气体分压。
当水蒸汽喷射真空泵处于极限工作状态时，由于抽吸和返流相平衡，这时系统内的气体由不凝气与可凝汽两部分组成，所以利用麦氏计测出的数据并不代表真实的压力，只能用作参考值。
当水蒸汽喷射真空泵处于抽除不凝性气体的工作状态时，工作蒸汽的返流可忽略不计，这时麦氏计测得的数据可以视为系统的实际压力。
4.利用泵或系统内的温度来计量真空度：
水的物理特性表明，在不同温度下，水的饱和蒸汽压是不同的，两者有着对应的关系。
在日常生活中，当我们在一定压力（P）下加热水时，如果温度达到t=ts（压力P所对应水的饱和温度）时，水成为饱和水，再转化为湿蒸汽、干饱和整汽、直到过热蒸汽。
压力P变化ts也随之变化。
在P为1atm（1个标准大气压）时，ts=100°C；当P为2atm（2个标准大气压）时ts=120.5°C。
在P=0.57atm时，ts=85°C，这就是西藏地区水在80°C左右就开（沸腾）的原因。
因此，在真空制冷中，系统内压力下降时，ts将不断变小，只要系统内水温t﹥ts那么水将沸腾、汽化并被真空泵抽走。
假如系统有外加热源，那么系统内的水将全部蒸发光，真空度的上升取决于抽速和汽化的速度差。
假如系统无外加热源，那么汽化带走热量将使剩余水的温度不断下降，直到t=ts。
这时系统内残压即为水的饱和蒸汽压。
我们可以通过测量剩余水的温度或存水处容器的温度tA来预知饱和蒸汽压PA，如图四的A点。
当t<0°C时，那么空气中的水汽将在系统的外表面凝结，甚至结冰。
如果系统内无明显的存水点，我们可从扩压管与喷嘴喷出蒸汽的交界面上来测温度tB，从而预知饱和蒸汽压PB，如图四的B点。
由于大气和蒸汽管道传热的影响，由A点和B点测得的tA、tB将比tH大，可以肯定系统内真空度（残压）PH小于PA和PB。
这就是温压转换器的基本工作原理。
以下为水的饱和蒸汽压与温度的对应关系表：
5.其它真空仪表
在水蒸汽喷射真空泵的工作真空度范围，我们还可以选用薄膜式真空计，振膜式真空计，电阻式真空计等真空测量仪表。
但薄膜式真空计适用于无极性分子的抽气场合，因此，测量口应离开喷射泵抽气口相当远的距离以避免水蒸汽分子的影响，且价格较贵。
电阻式真空计价格适中，其测量电路有定压式、定流式、定温式三种，常用为定温式电阻真空计，但对噪声、振动比较敏感，零位漂移比较大。
有条件的单位，以选用振膜式真空计为佳。
在进口设备中较常见。
三、抽气能力的测定
1.流量喷嘴
按图五制定各种直径的流量喷嘴符合以下关系：
2.测试罩
图六所示为空气临界流量测试罩。
3.图七所示为水蒸汽临界流量测试罩。
4.图八为空气临界流量和水蒸汽临界流量相结合的测试罩。
5.测定方法
a.选择测试罩。
b.选择合适直径的空气和蒸汽流量喷嘴。
c.启动蒸汽喷射真空泵，根据额定的蒸汽压力、温度及冷却水压、水温使泵处于正常工作状态，并记录蒸汽耗量，冷却水循环量等参数。
d.在测试罩上选择不同直径的空气流量喷嘴，放入不同量的空气，在喷射泵的泵头上读出实际工作真空度，并记录之，即可取得该泵抽空气量的实际工作性能曲线。
e.在测试罩上装配一定直径的蒸汽流量喷嘴，调整测试蒸汽压力，给喷射泵放入不等量的水蒸汽，在喷射泵的泵头上读出实际工作真空度，并记录之，即可取得该泵抽水蒸汽量的实际工作性能曲线。
f.根据d.e.测试结果，重复并同时做d.e.这两项工作，则可获得喷射泵在同时抽空气和水蒸汽时的实际工作能力曲线。
g.注意：
以上测得的数据应根据被测气体温度换为20°C温度下的当量气体。
h.抽除当量气体的能力为真空的抽气量考核指标。
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