水环真空泵的选型方法研究

王传之

摘 要：水环真空泵大量应用于各种工况条件，而液环真空泵的曲线都是基于抽吸温度15或20℃和冷却水温15℃的条件下，这和实际工况差异比较大。本文对于所选真空泵是否符合现场条件进行核算，更好的服务泵使用厂家选择合适的产品，符合当前国家节能降耗的需求。

关键词：水环真空泵;选型;饱和空气;工作水温

水环真空泵使用水作为工作介质，这使水环真空泵在处理含水蒸气的工况条件下有先天的优势。但是水环真空泵的标准曲线是基于20℃或15℃的抽吸能力，按照这个曲线选择真空泵的大小，毋庸置疑会产生极大的误差，这对于目前提高生产效率非常不利。对于如何选择合适的真空泵，本文从真空泵的工作原理分析如何正确的选择合适的真空泵。

1 分析真空泵的工作原理。

不同形式的水环真空泵的工作原理都是一致的。都是叶轮在泵体内偏心安装，叶轮旋转过程中工作液在泵壳内形成一个圆环。液环在合适的情况下和叶轮形成一个空间，吸气侧的两个叶片的夹角空间从叶轮旋转方向从小到大，到中间位置空间达到最大，然后在排气口空间逐渐变小。气体由吸入口被叶轮带出，然后气体通过旋转的叶片在排气口经过压缩排出。

从工作原理看，真空泵的抽吸空气后和工作液（水环）充分混合，可冷凝的气体在水环中冷凝，主要占真空泵空间的是不可凝气体和水环蒸发的水蒸气。

2 水环真空泵的选型计算。

2.1 真空泵的理论抽空容积。

根据工作原理，真空泵实际是通过固定的容积来运输气体。因为工作液的存在，所以空间容纳总的气体量为工作液蒸发的水汽和外界进入的空气量。我们可以根据进入的气体流量计算出真空泵的理论总容积流量。

假设已知真空泵入口压力为：P1，工作液温度T水，吸入气体温度T1，真空泵的抽吸干空气能力为V1。

根据工作液的温度可以查得水汽的饱和分压值，T水下的饱和分压值为P水。

在真空泵的容积空间中，有水汽和空气两种气体，总的压力为P1，水汽的分压值P水，根据道尔顿分压定律。得出：空气的分压为：P1-P水，而空气的体积为V1。

则在入口压力P1和吸入温度下T1，真空泵总的理论容积容量为

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

2.2 工作液溫度对真空泵抽吸能力影响。

一般情况下，在相同的入口压力P1下，真空泵的理论总容积是不变的。所以工作液温度变化时，假设为T水2，核算饱和分压为P水2， 此时抽吸的干空气体积流量V2，。所以根据T水2计算的理论容积容量为：

V=P1*V2/（P1-P水2）.

将公式（1）带入得到：

P1*V1/（P1- P水）= P1*V2/（P1-P水2）.

所以两种工况条件下体积流量的比值为：

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

这个公式和HEI标准中对于测试真空泵的水温修正系数是一致的。

这个公式可以核算当真空泵在抽吸干空气时，水温变化时抽吸能力的改变。

2.3 吸入气体含水汽较多的状况真空泵选型分析

将水环泵的理论容积假设为一个固定的空间，这个空间内的体积就是抽吸气体流量的根本依据。

在水蒸气较多的工作状况，根据工作原理，水蒸气在进入真空泵后被工作水冷凝，所以空间内是空气和不可凝的气体，这些不可凝的气体就是在工作液温度基础上的水汽含量。

所以真空泵的抽吸能力是和工作液温度密切相关，抽吸能力大小取决于工作液温度的高低。

在大部分抽吸介质为水汽的状况下，由于水汽冷凝会产生热量，这些热量引起真空泵工作液温度上升，影响了真空泵的抽吸能力。

可以通过核算水蒸气流量来核算产生的冷凝热，从而核算工作液的温度来进行选型。

核算方法如下：

已知要求：抽吸压力：P1kPa，抽吸介质为： 空气W空kg/h，水汽W水kg/h，抽吸温度：T1℃，冷却水温：T水2℃。

选择一台真空泵，根据其标准曲线可以得到的数据：抽吸能力在P1kPa时：抽吸能力V1m3/h，冷却水温：T水℃，入口温度T℃。工作液流量：V水m3/h，轴功率：BHP轴kW。

1）  先来核算在P1kPa入口温度T℃泵内的理论容积。根据公式（1）

V=P1*V1/（P1-P水）

2） 再计算抽吸的水汽引起的工作液温升。

因为大气压下，饱和空气中含水汽比列非常少，所以可以近似认为水汽全部被冷凝。则计算冷凝热。查得P1下水的汽化热为R汽。 所以冷凝热为：

Q冷=W水* R汽kJ/h.

对于水环泵来说，旋转中，一部分用压缩做功，一方面用来搅动水做功。我们核算按照效率?做功，则1- ? 的部分用来搅动水产生温升。