CN109029867B - 一种真空设备抽吸能力的确定方法 - Google Patents

一种真空设备抽吸能力的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种确定抽真空设备抽吸能力的方法，利用抽真空设备对真空系统进行抽吸时，通过真空系统压力p随时间t的变化来确定真空设备抽吸的容积流量，来对抽真空设备的抽吸能力进行评估。通过营造一个相对独立的密闭系统，在真空设备对该系统进行抽吸时，利用密闭系统内压力随时间的变化来核算真空设备抽吸的容积流量，以达到对抽真空设备的抽吸能力进行确定的目的。该方法不需要增加专门的流量测量装置，仅利用现场已有的压力测点及温度测点即可对抽真空设备的抽吸能力进行确定，降低了试验的难度及费用。

Description

一种真空设备抽吸能力的确定方法
技术领域
本发明属于真空领域，涉及一种真空设备抽吸能力的确定方法。
背景技术
抽真空设备在冶金、电力、轻工、石化、食品等行业有着广泛的应用，尤其是水环式真空泵由于其结构简单，维修方便，极易抽吸、压缩易燃易爆气体，使其应用得到了进一步拓展。
在我国，抽真空设备尤其是水环式真空泵效率普遍偏低，且一般在其应用行业或领域均为耗能大户，占到了生产过程耗电率的近一半，因此了解抽真空设备性能，为设备的运行优化及节能改造提供依据十分必要。
由于考虑到设备成本，以及现场生产及安装条件的限制，抽真空设备一般很少安装用于评价抽吸能力的专用流量测量装置，因此限制了对设备性能或抽吸能力的评估，故有必要寻找一种对抽真空设备抽吸能力评价的新方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种真空设备抽吸能力的确定方法，该方法利用抽真空设备对真空系统进行抽吸时，通过真空系统压力p随时间t的变化来确定真空设备抽吸的容积流量，来对抽真空设备的抽吸能力进行评估。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种抽真空设备抽吸能力确定方法，包括以下步骤：
步骤1：营造密闭系统，密闭系统与抽真空设备通过隔离阀相连，系统上安装压力测点和温度测点；
步骤2：投入抽真空设备，全开隔离阀，通过密闭系统的压力变化换算出抽真空设备抽吸的容积流量
Figure GDA0002599383770000025
本发明进一步的改进在于：
抽真空设备抽吸的容积流量
Figure GDA0002599383770000026
通过下述方法确定：
已知环境压力pe，密闭系统空间容积V，系统内温度T；
假设外界漏入密闭系统的容积流量为
Figure GDA0002599383770000027
且系统中存在着部分液态工质，当抽真空设备向外抽吸时，系统内液态工质处于不断蒸发状态；
根据理想气体状态方程：
pV＝nRT (1)
式中：n为密闭系统内混合气体摩尔数，R为通用气体常数；
对式(1)两边取微分，有：
Vdp＝RTdn (2)
由于：
Figure GDA0002599383770000021
式中：t为时间，ps为密闭系统内液态工质蒸发后形成的气态分压力，该压力为系统内温度所对应的该工质的饱和压力；
则有：
Figure GDA0002599383770000022
Figure GDA0002599383770000023
Figure GDA0002599383770000024
对式(5)两边积分，有：
Figure GDA0002599383770000031
Figure GDA0002599383770000032
Figure GDA0002599383770000033
式中：t0为起始时间，p0为t0时刻系统内的压力，t为终止时间，p为t时刻系统内压力；
式(7)反映了抽真空设备在抽吸量为
Figure GDA0002599383770000034
时，系统内压力随时间变化的关系；因此在已知泄漏量
Figure GDA0002599383770000035
的情况下，通过试验记录压力及时间变化，求解式(7)得到抽真空设备的抽吸量
Figure GDA0002599383770000036
从而对其性能进行评价。
根据系统的具体条件对式(7)进行简化：
当密闭系统十分严密时，即
Figure GDA0002599383770000037
时，则有：
Figure GDA0002599383770000038
根据式(8)直接计算抽真空设备抽吸量
Figure GDA0002599383770000039
Figure GDA00025993837700000310
当密闭系统十分严密，且系统内全为干空气，不存在液态工质时，则式(7)可进一步简化为：
Figure GDA00025993837700000311
当密闭系统存在泄漏时，外界空气向系统内的漏入量按系统的严密性试验来确定：
外界空气由不严密的阀门处漏入系统，当不做额外的操作时，阀门开度不变，即外界空气漏入系统的截面积保将持不变，故对于给定的系统，漏入的空气量认为不变，即
Figure GDA0002599383770000041
故保持系统处于隔离状态下，系统内混合气体摩尔数的变化量仅由漏入的空气引起，则有：
Figure GDA0002599383770000042
将上式代入式(2)，有：
Figure GDA0002599383770000043
即：
Figure GDA0002599383770000044
对式(13)两边积分，有：
Figure GDA0002599383770000045
Figure GDA0002599383770000046
Figure GDA0002599383770000047
式(15)反映了密闭系统在隔离状态下，如存在泄漏的情况，外界空气向系统的泄漏量
Figure GDA0002599383770000048
与系统内压力p变化的关系，即通过严密性专项试验，记录压力及时间变化，根据式(15)得到系统的泄漏情况。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过营造一个相对独立的密闭系统，在真空设备对该系统进行抽吸时，利用密闭系统内压力随时间的变化来核算真空设备抽吸的容积流量，以达到对抽真空设备的抽吸能力进行确定的目的。该方法不需要增加专门的流量测量装置，仅利用现场已有的压力测点及温度测点即可对抽真空设备的抽吸能力进行确定，降低了试验的难度及费用。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为严密性试验数据；
图3为抽吸能力试验数据；
其中，1-抽真空设备；2-密闭系统；3-隔离阀；4-压力测点；5-温度测点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明是利用真空设备对真空系统进行抽吸时，通过真空系统压力p随时间t的变化来核算真空设备抽吸的容积流量，来对抽真空设备的抽吸能力进行评估。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
营造一个相对独立的密闭系统2，该密闭系统与抽真空设备1通过隔离阀3相连，系统上安装压力测点4和温度测点5。
投入抽真空设备1，全开隔离阀3，通过密闭系统2的压力变化换算出抽真空设备抽吸的容积流量，抽真空设备抽吸的容积流量
Figure GDA0002599383770000051
通过下述方法确定：
已知环境压力pe，密闭系统的空间容积V，系统内温度T。
假设外界漏入密闭系统的容积流量为
Figure GDA0002599383770000052
且系统中存在着部分液态工质，当抽真空设备向外抽吸时，系统内液态工质处于不断蒸发状态。
根据理想气体状态方程：
pV＝nRT (1)
式中：n为密闭系统内混合气体摩尔数，R为通用气体常数。
对式(1)两边取微分，有：
Vdp＝RTdn (2)
由于：
Figure GDA0002599383770000061
式中：t为时间，ps为密闭系统内，液态工质蒸发后形成的气态分压力，该压力为系统内温度所对应的该工质的饱和压力。
则有：
Figure GDA0002599383770000062
Figure GDA0002599383770000063
Figure GDA0002599383770000064
对式(5)两边积分，有：
Figure GDA0002599383770000065
Figure GDA0002599383770000066
Figure GDA0002599383770000067
式中：t0为起始时间，p0为t0时刻系统内的压力，t为终止时间，p则为t时刻系统内压力。
式(7)反映了在抽真空设备在抽吸量为时
Figure GDA0002599383770000068
系统内压力p随时间t的变化关系。因此在已知泄漏量
Figure GDA0002599383770000069
的情况下，可通过试验记录压力及时间变化，求解式(7)得到抽真空设备的抽吸量
Figure GDA00025993837700000610
从而对其性能进行评价。
可根据系统的具体条件对式(7)进行简化。
当密闭系统十分严密时，即
Figure GDA0002599383770000071
时，则有：
Figure GDA0002599383770000072
根据式(8)可直接计算抽真空设备抽吸量
Figure GDA0002599383770000073
Figure GDA0002599383770000074
当密闭系统十分严密，且系统内全为干空气，不存在液态工质时，则式(7)可进一步简化为：
Figure GDA0002599383770000075
当密闭系统存在泄漏时，外界空气向系统内漏入量可按系统的严密性试验来确定：
外界空气向系统内的泄漏量一般取决于系统与环境间相接触的通道总面积，以及通道前后的压力，即环境压力(初压)、系统内压力(背压)。如果系统内压力较低，则漏入的空气将处于临界流动状态，即漏入的空气流量不受系统内压力(背压)影响，又由于环境压力基本不变，故外界空气的漏入量仅与漏入系统的截面积有关。
外界空气一般由不严密的阀门处漏入系统，当不做额外的操作时，阀门开度一般不变，即外界空气漏入系统的截面积保将持不变，故对于给定的系统，漏入的空气量可认为基本不变，即
Figure GDA0002599383770000076
故保持系统处于隔离状态下，系统内混合气体摩尔数的变化量仅由漏入的空气引起，则有：
Figure GDA0002599383770000077
将上式代入式(2)，有：
Figure GDA0002599383770000081
即：
Figure GDA0002599383770000082
对式(13)两边积分，有：
Figure GDA0002599383770000083
Figure GDA0002599383770000084
Figure GDA0002599383770000085
式(15)反映了密闭系统存在泄漏情况下，外界空气向系统的泄漏量
Figure GDA0002599383770000086
与系统内压力变化的关系，即可通过严的密性专项试验，记录压力及时间变化，根据式(15)得到系统的泄漏情况。
下面结合实例对本发明进行说明：
为了对某水环真空泵的抽吸能力进行评估，对与真空泵相连的系统进行了隔离以营造出一个相对独立的密闭系统，根据该系统内所含的缓冲罐、汽水分离器等容积较大的罐体容积，并考虑系统内管道容积，计算出系统总容积V＝190m3，测得当地大气压力pe＝101kPa，系统内温度T＝20℃。
首先通过系统严密性试验确定系统可能存在的泄漏量
Figure GDA0002599383770000087
开启真空泵，将系统压力抽吸至30kPa以下，立即停运真空泵，并快速关闭隔离阀3，记录系统内压力随时间的变化，本例的试验数据见图2：
开始时间t0定为16:32:00，该时刻系统内压力p0为13.6kPa；
结束时间t定位16:44:05，该时刻系统内压力p为40.2kPa。
其中试验持续的时间长度需转换为分钟数，本例根据开始及结束时间可计算出t-t0＝12.08min。
则根据式(15)，有：
Figure GDA0002599383770000091
确定抽吸量
Figure GDA0002599383770000092
调整系统内压力至50kPa左右，开启真空泵，迅速开启隔离阀3，记录系统内压力随时间的变化，本例的试验数据见图3：
开始时间t0定为16:44:20，该时刻系统内压力p0为35.5kPa；
结束时间t定位16:48:05，该时刻系统内压力p为13.6kPa；
其中试验持续的时间长度需转换为分钟数，本例根据开始及结束时间可计算出t-t0＝3.75min；
由于系统内温度T＝20℃，可确定出系统内水蒸气的分压力ps＝2.34kPa。
则根据式(7)，有：
Figure GDA0002599383770000093
Figure GDA0002599383770000094
Figure GDA0002599383770000095
求解该方程得到：
Figure GDA0002599383770000096
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种抽真空设备抽吸能力确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：营造密闭系统(2)，密闭系统(2)与抽真空设备(1)通过隔离阀(3)相连，系统上安装压力测点(4)和温度测点(5)；
步骤2：投入抽真空设备(1)，全开隔离阀(3)，通过密闭系统(2)的压力变化换算出抽真空设备抽吸的容积流量
Figure FDA0002683636840000011
抽真空设备抽吸的容积流量
Figure FDA0002683636840000012
通过下述方法确定：
已知环境压力pe，密闭系统空间容积V，系统内温度T；
假设外界漏入密闭系统的容积流量为
Figure FDA0002683636840000013
且系统中存在着部分液态工质，当抽真空设备向外抽吸时，系统内液态工质处于不断蒸发状态；
根据理想气体状态方程：
pV＝nRT (1)
式中：n为密闭系统内混合气体摩尔数，R为通用气体常数；
对式(1)两边取微分，有：
Vdp＝RTdn (2)
由于：
Figure FDA0002683636840000014
式中：t为时间，ps为密闭系统内液态工质蒸发后形成的气态分压力，该压力为系统内温度所对应的该工质的饱和压力；
则有：
Figure FDA0002683636840000015
Figure FDA0002683636840000016
Figure FDA0002683636840000021
对式(5)两边积分，有：
Figure FDA0002683636840000022
Figure FDA0002683636840000023
Figure FDA0002683636840000024
式中：t0为起始时间，p0为t0时刻系统内的压力，t为终止时间，p为t时刻系统内压力；
式(7)反映了抽真空设备在抽吸量为
Figure FDA0002683636840000025
时，系统内压力随时间变化的关系；因此在已知泄漏量
Figure FDA0002683636840000026
的情况下，通过试验记录压力及时间变化，求解式(7)得到抽真空设备的抽吸量
Figure FDA0002683636840000027
从而对其性能进行评价；
根据系统的具体条件对式(7)进行简化：
当密闭系统十分严密时，即
Figure FDA0002683636840000028
时，则有：
Figure FDA0002683636840000029
根据式(8)直接计算抽真空设备抽吸量
Figure FDA00026836368400000210
Figure FDA00026836368400000211
当密闭系统十分严密，且系统内全为干空气，不存在液态工质时，则式(7)可进一步简化为：
Figure FDA00026836368400000212
当密闭系统存在泄漏时，外界空气向系统内的漏入量按系统的严密性试验来确定：
外界空气由不严密的阀门处漏入系统，当不做额外的操作时，阀门开度不变，即外界空气漏入系统的截面积保将持不变，故对于给定的系统，漏入的空气量认为不变，即
Figure FDA0002683636840000031
故保持系统处于隔离状态下，系统内混合气体摩尔数的变化量仅由漏入的空气引起，则有：
Figure FDA0002683636840000032
将上式代入式(2)，有：
Figure FDA0002683636840000033
即：
Figure FDA0002683636840000038
对式(13)两边积分，有：
Figure FDA0002683636840000034
Figure FDA0002683636840000035
Figure FDA0002683636840000036
式(15)反映了密闭系统在隔离状态下，如存在泄漏的情况，外界空气向系统的泄漏量
Figure FDA0002683636840000037
与系统内压力p变化的关系，即通过严密性专项试验，记录压力及时间变化，根据式(15)得到系统的泄漏情况。
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