蒸汽噴射真空泵抽空管道內壁積灰對真空度的影響

　　蒸汽噴射真空泵抽空管道是抽走廢氣獲得真空度的“腸道”，獲取真空度的重要組成部分，依據真空設備獲得真空度的工作原理，分析了抽空管道第2喉管與工作蒸汽噴嘴喉管面積比對真空泵操作性能的影響，并對真空泵抽空管道內壁積灰對真空度的影響進(jìn)行分析研究，為真空設備的科學(xué)維護提供參考依據。

　　蒸汽噴射真空泵具有結構簡(jiǎn)單可靠、運轉費用低廉、操作維修方便以及對被抽介質(zhì)無(wú)嚴格要求等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。它與抽空管道組合使用能夠獲取較高的真空度，可以獲得高潔凈、高質(zhì)量的品種鋼材。提高這種設備效率的途徑在于使噴射器的噴射系數達到最優(yōu)，但抽空管道第2喉管與工作蒸汽噴嘴喉管面積比對真空泵操作性能的影響較大，因此，研究真空泵抽空管道內壁積灰對真空度的影響就非常有必要。

1、真空度形成的工作原理

　　蒸汽噴射泵的結構如圖1所示。蒸汽噴射真空泵結構主要是由噴嘴、混合室和擴壓器3部分組成。噴嘴使用拉瓦爾噴嘴，為漸擴式�；旌鲜沂怯脕�(lái)混合工作蒸汽與被抽氣體的空間，對其結構要求是不攪亂被抽氣體，又能將它導進(jìn)擴壓室的入口。噴嘴與混合室連通。擴壓室是壓縮混合氣體的部分，由漸縮、平行及漸擴3個(gè)部分組成。

　　蒸汽噴射真空泵抽真空工作原理為：蒸汽噴射泵是1種用水蒸汽作為抽氣介質(zhì)來(lái)獲得真空的裝置。工作蒸汽在拉瓦爾噴嘴中加速形成超音速射流，而引射流體(被抽氣體)則由于與工作蒸汽間的剪切作用被卷吸至混合室，而后逐漸形成單一均勻的混合流體，經(jīng)過(guò)一擴散段減速壓縮到一定的背壓(氣流在蒸汽噴嘴中做正常的降壓膨脹，在噴嘴出口形成了比引射流體還低的壓力，所以超音速氣流流出噴口后，將受到高背壓的壓縮而形成口外激波系)。即工作蒸汽通過(guò)噴嘴能將自身的壓力能轉變?yōu)閯?dòng)能，以超音速射流射出噴嘴，在混合室中與被抽氣體混合，混合氣流在擴壓室內得到減速增壓排出泵體，通過(guò)抽空管道而流入下一級泵或冷凝器。

　　抽真空過(guò)程具體分3個(gè)階段。

　　1)蒸汽自身能量轉化：工作蒸汽通過(guò)噴嘴漸擴部分而得到膨脹，噴射到真空泵內，壓力能轉變成動(dòng)能，減壓增速形成超音速氣流。

　　2)蒸汽與被抽氣體的能量傳遞：最后在擴壓室喉部某處速度達到一致，形成正極波。

　　3)混合氣體的能量轉化：動(dòng)能轉變成壓力能，氣體被壓縮，進(jìn)入下一級泵或冷凝器。

　　蒸汽噴射器內流體流動(dòng)的這些特點(diǎn)，使得射流與周?chē)�介質(zhì)不斷地進(jìn)行動(dòng)量、能量的交換。卷吸進(jìn)入的流體取得動(dòng)量而與原來(lái)的射流一起向前運動(dòng)，結果射流斷面不斷擴大，而流速則不斷降低，流量卻沿程增加。

　　由此可見(jiàn)，蒸汽噴射器采用的是2股流體間的剪切力帶動(dòng)引射流體向前運動(dòng)，激波系和邊界層之間的交互作用起著(zhù)至關(guān)重要的作用，其結構參數極大地影響著(zhù)噴射器的操作性能。

2、真空泵抽空管道內壁積灰的形成

　　真空度是在一個(gè)完全密閉的系統下獲得的，煉鋼設備中，鋼水在冶煉狀態(tài)下需要加入多種合金，與鋼水產(chǎn)生反應而生成多種氣體及氧化物顆粒，合金中攜帶的灰塵一起在蒸汽噴射泵的作用下，在抽空管道中產(chǎn)生激波系，經(jīng)過(guò)壓縮波—膨脹波—壓縮波這樣一個(gè)波節一個(gè)波節的排出真空泵系統。在流經(jīng)抽空管道過(guò)程中勢必與抽空管道內壁產(chǎn)生碰撞，部分灰塵就會(huì )附著(zhù)在內壁上，隨著(zhù)時(shí)間的推移就會(huì )越積越多。

　　圖2為武鋼某鋼廠(chǎng)真空泵及抽空管道的結構布局，日常對抽空管道進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現二級增壓泵(B2)、三級增壓泵(B3)噴射泵抽空管道內壁(即第二喉管)存在一定厚度的積灰，雖然沒(méi)有達到影響蒸汽噴射泵抽氣性能的程度，但是對真空泵本身的抽氣效果和達到所需真空度的時(shí)間有一定的影響。

3、喉管面積比的影響

　　蒸汽噴射泵工作能力用噴射系數u 來(lái)表征，它表示在一定工況下，單位質(zhì)量工作流體通過(guò)泵所能抽吸的引射流體(被抽氣體)的量，在數值上等于引射流體的質(zhì)量流量(GH)與工作流體的質(zhì)量流量(GP)之比，即u=GH/GP，噴射系數u的大小表征了噴射泵性能的好壞。維持操作參數及噴嘴的幾何尺寸不變，僅改變第2喉管的直徑所得到的噴射系數u 與喉管面積比ψ(第二喉管與第一喉管面積比，喉管具體部位見(jiàn)圖1)之間的關(guān)系，國家某院校經(jīng)過(guò)實(shí)驗，得出喉管面積比對噴射系數的影響，如圖3所示。

　　從圖3可以看出，存在最佳的喉管面積比ψ對應于的最大噴射系數u，即圖中的c點(diǎn)，真空噴射泵的抽氣性能最好，在最佳喉管面積比兩側真空泵噴射系數u均呈線(xiàn)性率變化，且下降的速度明顯快于上升的速度。

　　在蒸汽真空泵投入使用時(shí)，第2喉管面積(抽空管道)與第1喉管面積(噴嘴)的比值應該是噴射泵工作的最佳狀態(tài)，即ψ≈52。如果喉管面積比的數值發(fā)生了變化，將直接影響真空泵噴射系數，進(jìn)而影響廢氣抽氣量和抽氣效率，使真空系統達到所需真空度的時(shí)間延長(cháng)。若第1喉管即噴射泵本體積灰甚至堵塞，就會(huì )造成喉管面積比ψ>52，直至無(wú)限大，此種情況發(fā)生的幾率很小;若抽空管道內壁積灰，相當于第2喉管流通面積減小，就會(huì )造成喉管面積比ψ<52，當ψ逐漸減小至極限時(shí)，噴射系數的大小就接近于0，這相當于將噴射泵出口堵死，噴射泵等價(jià)為封閉空間的沖擊射流，由于出口被封閉，流體只有流回引射流體的來(lái)路中，噴射系數相當于變?yōu)樨撝�，噴射泵就不能正常工作，也就喪失了本身的抽氣功能。這2方面都會(huì )使噴射泵噴射系數u也隨著(zhù)變化，真空泵的工作性能就隨之減弱，真空泵系統達到鋼種冶煉所需真空度的時(shí)間就會(huì )延長(cháng)，嚴重影響鋼種質(zhì)量和生產(chǎn)節奏。

4、改進(jìn)措施

　　1)對于垂直式布局抽空管道的真空泵系統，清除真空泵泵殼喉管處內壁的積灰難度較大、用時(shí)較長(cháng)，建議利用周期性的年修機會(huì )，在第2喉管處進(jìn)行挖孔清灰;

　　2)對于斜架式布局抽空管道的真空泵系統，可以對抽空管道增加1套自動(dòng)沖洗裝置，在一級泵泵殼處加裝1套沖洗水管，同時(shí)設計自動(dòng)切換閥門(mén)控制，當真空設備處于待機狀態(tài)時(shí)，充分利用冷凝器的冷卻水量，對真空泵抽空管道的內壁積灰進(jìn)行沖洗。這樣既可以達到快速清除抽空管道內壁積灰的目的，又能充分利用冷凝器在待機狀態(tài)時(shí)所浪費掉的水量，達到一舉兩得的效果。

5、結語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)上述分析，抽空管道內壁積灰對蒸汽噴射泵抽真空的性能影響較大，隨著(zhù)積灰層的加厚，氣流流通面積逐漸縮小，致使真空系統達到煉工藝所需真空度的時(shí)間延長(cháng)，而不能滿(mǎn)足冶煉工藝要求。當積灰層達到一定厚度時(shí)，真空泵就會(huì )喪失抽真空的功能。抽空管道內壁積灰若及時(shí)清除就會(huì )越積越多，而且由于激波和碰撞力的作用，積灰的硬度也會(huì )越來(lái)越大，使清灰工作的難度增大。因此，依據日常對抽空管道內壁積灰情況的檢查，應該科學(xué)合理的制定真空泵抽空管道內壁積灰的清灰周期，確保真空泵的抽氣性能達到較好的狀態(tài)。另外，雖然第1喉管即噴射泵本體積灰甚至堵塞的故障發(fā)生幾率很小，但是也不容忽視，應該制定對其進(jìn)行檢查確認的制度，便于掌握噴射泵的運行狀況。