水环真空泵选型设计中泵入口绝对压力的计算(2)

2、泵入口绝对压力的分析推导

　　从水环真空泵工作原理可知,泵在工作过程中叶轮轮毂和水环之间是一个月牙形空间。当叶轮相临两叶片间所包容的容腔逐渐增大时完成吸气过程。当容腔逐渐减小时,气体将被排出。理论上,泵吸入多少气体就应排出多少气体。由于吸气口和排气口的压力、温度不同,其气态参数将发生变化,但其变化应符合气体状态方程:

　　P1、V1、T1 和P2、V2、T2 分别为吸气腔和排气腔的气态参数。由式( 5)可知,温度、压力、流量是本压力腔的气态参数,每个腔的某一参数改变只能影响本腔另两个参数的改变,而不会改变另一个腔的气态参数。下面我们应用伯努利方程推导泵入口绝对压力:

图1　水环真空泵在瓦斯抽放系统中工作

　　水环真空泵在瓦斯抽放系统中工作如图1 所示。将系统分为两段,对来流段以吸风方式工作,对出流段以压风方式工作。如图1,取两个截面: Ⅰ—Ⅰ截面为系统入口前未受到水环真空泵工作干扰的某一截面,因未受干扰,故V1 = 0, P1 = Pa ; Ⅱ—Ⅱ截面为真空泵入口截面,此处全压为H2。就Ⅰ—Ⅰ和Ⅱ—Ⅱ截面应用伯努利方程,得:

　　即: H2 = Pa - △H1 - 2

　　式中: △H1 - 2 ———系统中吸风段风压损失, Pa。此式说明水环真空泵在系统中工作时,入口绝对压力等于工作地点大气压力与吸风段风压损失之差,与压风段风压损失无关。

　　基于上述分析,目前将泵正压段管路阻力计入泵吸入口绝对压力的计算方法,值得商榷,公式(7)更加合理。

　　符号意义同式(3) 。

3、工程实例

　　某矿井瓦斯抽放站改造工程,井下负压管路系统总阻力hi = 16 809 Pa,钻孔抽放口负压hz = 1 962Pa,地面正压管路系统总阻力h0 = 10 293 Pa,矿井瓦斯抽放量619 m3 /min,瓦斯浓度38. 9 %,当地大气压力P1 = 92 822 Pa。

　　现用公式(5)和(6)分别计算水环真空泵吸入口绝对压力、总吸气量和泵台数。

3. 1、公式(3)算法

　　根据计算结果,选淄博水环真空泵厂2BEC72泵。转速为240 r/min;电机功率为630 kW;在绝压58 000 Pa下,泵的工况流量为460 m3 /min。需水环真空泵3台,备用2台。

3. 2、公式(7)算法

　　根据计算结果,选淄博水环真空泵厂2BEC72泵。转速为240 r/min;电机功率为630 kW;在绝压70 300 Pa下,泵的工况流量为455 m3 /min。需水环真空泵2台,备用1台。

　　可以看到, Pr计算的合理与否,对总吸气量、瓦斯泵台数影响很大。目前采用的泵吸入口绝对压力计算公式(3)由于计入排气段正压管路阻力,从而使吸气口绝对压力计算值更小, P0/Pr增加,泵的吸气量增加。尤其当排气口正压阻力较大时,按照(4)式计算得到的泵的吸气量将增加更多。由于吸气量计算的不合理,造成泵的工作台数、备用台数增多、泵站面积增大,基建投资大幅增加,在实际运行中将会出现多台设备的闲置和资金的大量浪费。

4、结论

　　目前,水环真空压缩机的排气量较小,还不能满足煤矿瓦斯抽放量较大的实际需求。在大抽气量(1 000 m3 /min 左右)且排气压力不高( 20 kPa 以下)的情况下,瓦斯抽放设备仍然选用水环真空泵。选型时分段计算正、负压段的阻力,当地大气压减去负压段后的绝对压力即为泵入口绝对压力,将正常的真空泵选型配套电机功率适当增加来满足排气压力和工况的要求。综上所述,科学、合理地计算水环真空泵入口绝对压力,不仅在技术上有其必要,而且在经济效益方面也很有意义。