蒸汽噴射真空泵抽空管道內(nèi)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(jù)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(nèi)壁積灰對真空度的影響進行分析研究，為真空設備的科學維護提供參考依據(jù)。

　　蒸汽噴射真空泵具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、運轉(zhuǎn)費用低廉、操作維修方便以及對被抽介質(zhì)無嚴格要求等優(yōu)點，被廣泛應用于各個工業(yè)領域。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(shù)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(nèi)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(jié)構(gòu)如圖1所示。蒸汽噴射真空泵結(jié)構(gòu)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�；旌鲜沂怯脕砘旌瞎ぷ髡羝�與被抽氣體的空間，對其結(jié)構(gòu)要求是不攪亂被抽氣體，又能將它導進擴壓室的入口。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)。即工作蒸汽通過噴嘴能將自身的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽�，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(nèi)得到減速增壓排出泵體，通過抽空管道而流入下一級泵或冷凝器。

　　抽真空過程具體分3個階段。

　　1)蒸汽自身能量轉(zhuǎn)化：工作蒸汽通過噴嘴漸擴部分而得到膨脹，噴射到真空泵內(nèi)，壓力能轉(zhuǎn)變成動能，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(zhuǎn)化：動能轉(zhuǎn)變成壓力能，氣體被壓縮，進入下一級泵或冷凝器。

　　蒸汽噴射器內(nèi)流體流動的這些特點，使得射流與周圍介質(zhì)不斷地進行動量、能量的交換。卷吸進入的流體取得動量而與原來的射流一起向前運動，結(jié)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，蒸汽噴射器采用的是2股流體間的剪切力帶動引射流體向前運動，激波系和邊界層之間的交互作用起著至關重要的作用，其結(jié)構(gòu)參數(shù)極大地影響著噴射器的操作性能。

2、真空泵抽空管道內(nèi)壁積灰的形成

　　真空度是在一個完全密閉的系統(tǒng)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)過壓縮波—膨脹波—壓縮波這樣一個波節(jié)一個波節(jié)的排出真空泵系統(tǒng)。在流經(jīng)抽空管道過程中勢必與抽空管道內(nèi)壁產(chǎn)生碰撞，部分灰塵就會附著在內(nèi)壁上，隨著時間的推移就會越積越多。

　　圖2為武鋼某鋼廠真空泵及抽空管道的結(jié)構(gòu)布局，日常對抽空管道進行檢查時，發(fā)現(xiàn)二級增壓泵(B2)、三級增壓泵(B3)噴射泵抽空管道內(nèi)壁(即第二喉管)存在一定厚度的積灰，雖然沒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(shù)u 來表征，它表示在一定工況下，單位質(zhì)量工作流體通過泵所能抽吸的引射流體(被抽氣體)的量，在數(shù)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(shù)u的大小表征了噴射泵性能的好壞。維持操作參數(shù)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(shù)u 與喉管面積比ψ(第二喉管與第一喉管面積比，喉管具體部位見圖1)之間的關系，國家某院校經(jīng)過實驗，得出喉管面積比對噴射系數(shù)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(shù)u，即圖中的c點，真空噴射泵的抽氣性能最好，在最佳喉管面積比兩側(cè)真空泵噴射系數(shù)u均呈線性率變化，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，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(shù)值發(fā)生了變化，將直接影響真空泵噴射系數(shù)，進而影響廢氣抽氣量和抽氣效率，使真空系統(tǒng)達到所需真空度的時間延長。若第1喉管即噴射泵本體積灰甚至堵塞，就會造成喉管面積比ψ>52，直至無限大，此種情況發(fā)生的幾率很小;若抽空管道內(nèi)壁積灰，相當于第2喉管流通面積減小，就會造成喉管面積比ψ<52，當ψ逐漸減小至極限時，噴射系數(shù)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路中，噴射系數(shù)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方面都會使噴射泵噴射系數(shù)u也隨著變化，真空泵的工作性能就隨之減弱，真空泵系統(tǒng)達到鋼種冶煉所需真空度的時間就會延長，嚴重影響鋼種質(zhì)量和生產(chǎn)節(jié)奏。

4、改進措施

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

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

5、結(jié)語

　　經(jīng)過上述分析，抽空管道內(nèi)壁積灰對蒸汽噴射泵抽真空的性能影響較大，隨著積灰層的加厚，氣流流通面積逐漸縮小，致使真空系統(tǒng)達到煉工藝所需真空度的時間延長，而不能滿足冶煉工藝要求。當積灰層達到一定厚度時，真空泵就會喪失抽真空的功能。抽空管道內(nèi)壁積灰若及時清除就會越積越多，而且由于激波和碰撞力的作用，積灰的硬度也會越來越大，使清灰工作的難度增大。因此，依據(jù)日常對抽空管道內(nèi)壁積灰情況的檢查，應該科學合理的制定真空泵抽空管道內(nèi)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，應該制定對其進行檢查確認的制度，便于掌握噴射泵的運行狀況。