油气混和状态真空抽气系统试验初步研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京航天发射技术研究所 作者:赵海

  根据系统抽真空要求,完成管路设计选型与抽空能力计算。针对混和型介质及系统防火防爆的特点,优先选用干式真空泵。通过搭建真空管路系统,针对不同抽速真空泵、不同管路长度、不同抽空容器、不同混和介质开展多组试验。试验结果分析表明,干式真空泵能够满足抽空要求;管路中最小管径的管路长度对抽真空时间有较大影响;在本次试验条件下,环境温度变化对抽空时间有一定影响。

  某型号运载火箭关键设备工作前其容腔需满足≤2.7×103 Pa(绝压,下同)真空环境,需配备抽真空设备完成上述工作。抽空要求如下:设备容腔约2.0 m3,容腔内残留一定煤油等易挥发介质,连接管路按系统要求为两段不同管径管路串联,总长约100 m,在10 min 内应将容腔抽至2.7×103 Pa 以下。

  综上所述,该真空要求属于低真空范畴,通常采用机械真空泵即可抽取。但需要考虑油气混和状态及防火防爆要求。

  由于设备对真空度、抽空时间及可靠性要求较高,若在指定时间内无法达到相应真空值必然影响该设备正常工作,乃至火箭的按时发射。机械真空泵选型、管路管径选择和设计计算与实际情况是否相符,抽真空介质中混有煤油及其他易挥发介质,其在过饱和态的汽化对抽真空速率影响等因素将直接决定抽真空指标是否符合系统设计要求,因此有必要开展相关试验进行验证。

设计选型与计算

  为确保管路系统流导不致成为抽空时间的瓶颈,同时兼顾管路系统与设备和机械真空泵的接口关系,管径选择DN25 与DN50 进行串联,总长度分别为30 m 和70 m,经试算选取机械真空泵理论抽速为70 L/s,极限真空50 Pa。当抽空容腔内真空度处于大气压附近时,抽空速率较快;伴随着真空度逐步降低,抽空速率将逐渐变缓,抽真空过程取压力范围2.7×103 Pa~1×105 Pa计算。

  在低真空区域,机械真空泵抽空气体流态实际属于粘滞流,抽空时间计算公式如下[1~3]:

真空系统抽气时间计算

  根据以上试验结果及分析,可以得出以下结论:

  (1)抽真空管路系统计算参数取值合理,计算结果与试验结果一致性较好;

  (2)在同等条件下,抽真空管路中最小管径(DN25) 的管路长度对抽真空时间有较大影响,在满足要求的前提下,应尽量增大抽空管径并缩短管路长度。

  (3)干式真空泵可应用于本系统油气混和介质及防爆状态,能够满足抽空指标要求。

  (4) 在本次试验条件下, 对于2700 Pa~100000 Pa 绝对压力范围,抽空时间基本与抽空容积成正比;环境温度变化对抽空时间有一定影响。

参考文献
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