喷射真空泵在膨化硝铵炸药生产中的应用研究.pdf

爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 2 卷第1 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 1 3 ．0 1 ．0 1 5 喷射真空泵在膨化硝铵炸药生产中的应用研究 王玉蓉①刘正俭② ①辽宁省机电工程学校 辽宁辽阳，1 1 1 0 0 4 ②辽阳东呜化工有限公司 辽宁辽阳，1 1 1 2 0 3 [ 摘要]阐述了喷射真空泵的基本原理及特点，介绍了喷射真空泵结构及在膨化硝铵炸药生产中的研究应用发 展状况。针对传统的射流真空泵和新研制的喷射真空泵性能进行对比分析，提出了改变传统设计思路，提高喷射 泵效率的有效途径。结果表明，同射流泵相比，喷射真空泵抽气速率从4 6 2 m 3 ／h 升至6 5 3 m 3 ／h ，噪音从9 6 d B 降至 8 8 d B ，能耗降低4 0 ．5 ％。 [ 关键词] 真空泵喷射功率分子扩散能量交换 [ 分类号] T B 7 5 2 ．3T D 2 3 5 ．2 1 引言 真空泵是膨化硝酸铵炸药生产制造工艺过程中 的重要组成部分，硝酸铵的膨化是硝酸铵饱和溶液 在膨化剂作用下的真空结晶过程J 。硝酸铵在设 定的真空状态下，硝酸铵溶液的饱和蒸汽压力高于 外部环境压力，从而使水在溶液中蒸发出来，吸收汽 化潜热并提高浓度。当溶液达到过饱和状态时，产 生结晶。真空系统的主要作用是将硝酸铵溶液的沸 点降低以利于析出结晶，同时也将其中的水分带 走心J 。因此，提高真空系统使用性能，成为炸药生 产企业的一个重要关键点。 随着民爆行业的飞速发展，企业用电供需矛盾 越来越突出，采用最新节能产品是助推企业节能降 耗的重要手段。本文从液体射流的基本理论出发， 将喷射真空泵与射流真空泵进行了对比。结果表明， 新研制的喷射真空泵性能优越，能耗可降, f l 毛4 0 ．5 ％。 1 原理 射流真空泵与喷射真空泵的工作原理是相同 的，都是由喷射器和水泵两部分组成。喷射器采用 喷射技术旧J ，当水以一定压力通过喷嘴进行高速喷 射时，将周围处于静止状态的气体强制性卷吸和夹 带，产生真空。由于采用的工作介质为冷水，在形成 真空的同时，又起到冷凝作用，因此在真空系统中不 需要单独冷凝器。既简化了工艺过程，又节省了大 量的基建投资。 2 射流真空泵与喷射真空泵的区别 射流真空泵是以I S 型清水离心泵的性能参数 为基础设计的MJ ，破坏了喷射器的最优性能参数， 造成效率降低；喷射真空泵是以选择喷射器的最优 性能参数为基础来实现的，设计了在该性能参数下 水泵所能达到的最高性能要求。 2 ．1 性能对比 真空泵的主要性能为真空度和抽速。 2 ．1 ．1 真空度对比 真空泵所能达到的极限真空度，取决于水的温 度所对应水的饱和水蒸气压HJ ，它随水温升高而迅 速增大。当工作水通过喷嘴进行高速喷射时，大量 的蒸汽被吸人到泵内，并与工作水完成冷凝和热交 换过程，蒸汽释放热量迅速冷凝成水并形成真 空∞J ，而工作水吸收热量后升温，不凝性气体通过 射流抽吸作用被抽吸而排人大气。由于喷射真空泵 与射流真空泵的工作水流量比为2 ．3 1 ．0 。所以 喷射真空泵温升速度远远小于射流真空泵温升速 度，冷凝效果和真空度都会高于射流真空泵。由表 1 可见，水温对极限真空度有很大影响。真空泵在 使用过程中，通过降低水温，也是提高真空泵性能的 最好途径。 2 ．1 ．2 抽气速率 喷射真空泵的抽速与被抽气体的吸人压力和排 气压力，以及水泵工作水压力和流量的关系如下 ／ 一 J s 0 ．8 5] W - - ／J A ．一1 G 。 √p B p A ” 式中．s 为真空泵的抽速，m 3 ／s ；p 。为被抽气体的吸 入压力，P a ；p 。为排气压力，P a ；p w 为水泵工作压 { 收稿日期2 0 1 2 - 1 1 - 0 8 作者简介王玉蓉 1 9 6 7 一 ，女，硕士，副教授，主要从事物理学、电子学的研究。E m a i l w a n g y u r o n 9 1 2 1 5 s i n a ．c o r n 万方数据 2 0 1 3 年2 月喷射真空泵在膨化硝铵炸药生产中的应用研究王玉蓉等 表1在标准大气压下水温与饱和水蒸气压对照 T a b ．1C o n t r a s to ft h ew a t e rt e m p e r a t u r e t h ew a t e rv a p o rp m s s 邶ea ts t a a d a r da t m o s p h e r i c t h ew a t e rt e m p e r a t u r e 力，P a ；G w 为水泵工作流量，P a 。 假设吸人压力p 为9 3 ．3 2 5k P a ，排气压力p B 为1 0 3 ．9 9 1k P a ，已知射流真空泵的工作水压力P w 为9 3 5 ．9 2 0k P a ，喷射真空泵的工作水压力P w 为 4 0 5 ．2 9 9 k P a ，按上式计算出射流真空泵的抽速和流 量G w 的关系是S 6 ．4 5 G w ，喷射真空泵的抽速和 流量C w 的关系是S 3 ．6 0 G w 。因为喷射真空泵与 射流真空泵的流量比为2 ．3 1 ．0 ，所以，喷射真空 泵与射流真空泵抽速比为1 ．2 8 1 ．0 0 。明显看出， 喷射真空泵的抽速远大于射流真空泵抽速。 2 ．2 喷射器结构特点 喷射器部分在结构形式上没有太大区别，只是 在结构尺寸上进行了一系列的优化设计，其主要区 别如图1 所示。 工 作 水 咀常堕 工作水 a b a 射流真空泵喷射器； b 喷射真空泵喷射器 图1 两种真空泵喷射器结构图 F i g ．1 S t r u c t u r ed i a g r a mo ft h et w ov a c u u mp u m pe j e c t o r 根据紊动射流[ 7 1 的一般特性可以知道，工作水 自喷嘴射出后，会把周围处于静止状态的空气卷吸 到水射流中，被卷吸的空气不断增多，混合流量和扬 程增大；射流真空泵为了确保工作水与气体之间的 接触面积，喷嘴与喉管之间就必须达到足够的喷射 长度。从射流泵结构简图可以看出，在这个喷射长 度范围内，射流边界层【8 1 厚度已经远远大于喉部尺 寸，一部分射流混合物与收缩段内壁进行碰撞后进 人喉管，造成一定量的能量损失。另外，由于周围静 止流体与工作液的掺混，会产生对射流的阻力，所以 必须选择较大的工作水压力，来维持喉管段的最小 工作压力要求。因此，射流泵利用高压，来实现在较 长的喷射距离内达到喉管段的工作压力要求。而喷 射真空泵则是在保证接触面积不变的前提下，利用 流量的增加，来缩短喷嘴与喉管之间的距离，既减小 了工作水压力，又增大了喉管尺寸，使射流边界层厚 度小于喉部尺寸，减少了不必要的能量损失，提高了 喷射器的性能指标。 2 ．3 水泵功率 喷射器是一种利用高速流体作工作动力的流体 机械和混合反应设备一J ，它必须依靠外界给予它具 有一定能量的工作介质作动力，来实现抽吸气体而 获得真空的目的。射流泵使用的动力源为I s 型清 水离心泵，该泵是根据国际标准I S O 所规定的性能 和尺寸设计制造的，泵的功率满足高效区内各变工 况流量和扬程的全部要求。因此，许多水泵处于不 合理运行状况，运行效率低，浪费大量能源。喷射真 空泵是以实现喷射器最佳优化性能参数【l 刨为基础， 水泵是以实现喷射器的性能需求来完成其最终目标 的。当喷射器性能参数达到最佳值后，水泵的流量 和扬程就具有唯一的确定值，从而不必过多考虑水 泵在工作时，由于流量和扬程变化而增大的电机功 率储备，充分发挥出喷射器的内在潜能，达到了节约 能源的目的。由此可见，合理选泵对节约能源同样 具有重要意义。 3 实际应用情况对比 现以射流真空泵在辽阳县化工一厂改造为喷射 真空泵后的性能进行对比，其数据如表2 。 表2 两种真空泵实际运行数据 T a b ．2C o n t r a s tf a c t u a ld a t ao ft h et w ov a c u u mp u m p 万方数据 5 6 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 2 卷第1 期 通过表2 对比不难看出，喷射真空泵节能效果 显著，当水泵转速由原来的2 9 5 0 r ／m i n 降低到 1 4 5 0 r ／m i n 后，噪音、振动和稳定性能均得到大幅度 改善，并提高了水泵的使用寿命。抽速的增加，极大 地缩短了初抽、吸料和结晶时间，使该套膨化硝铵炸 药生产线生产量由1 ．2 t ／h 增加到1 ．6 t ／h ，在降低能 耗的同时既提高了产量，又降低了生产成本。 4 结论 综合以上对比可看出，喷射真空泵与原有的射 流真空泵相比，喷射真空泵抽气速率从4 6 2 m 3 ／h 升 至6 5 3 m 3 ／h ，噪音从9 6 d B 降至8 8 d B ，能耗降低 4 0 ．5 ％。具有节能效果显著、抽气量大、冷凝效果 好、技术性能稳定和使用寿命长等优点。因此，该设 备应用于硝酸铵膨化工艺具有较大的优越性。 参考文献 [ 1 ] 陆明，吕春绪，刘祖亮，等．膨化硝酸铵的膨化过程研 究[ J ] ．火炸药学报，1 9 9 9 ，2 2 3 1 5 1 8 ． L uM i n g ，L t iC h u n x u ，L i uZ u l i a n g ，e ta 1 ．S t u d yo nt h e e x p a n s i o np r o c e s s i n go fe x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t e [ J ] ． C h i n e s eJ o u r n a lo fE x p l o s i v e s ＆P r o p e l l a n t s ，1 9 9 9 ，2 2 3 1 5 1 8 ． [ 2 ]吕春绪，刘祖亮，叶志文．硝酸铵膨化机理研究[ J ] ．火 炸药学报，1 9 9 8 ，2 1 2 1 6 - 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s u i t ss h o wal a s h i n gv e l o c i t yi n c r e a s eo f1 9 1m 3 ／h ，an o i s el e v e ld e c r e a s eo fl O d B ，a n da ne n e r g yc o n s u m p t i o nr e d u c t i o no f 4 0 ．5 ％i nt h ep e r f o r m a n c eo fe j e c t o rv a c u u mp u m pi nc o m p a r i s o nt oi t st r a d i t i o n a lc o u n t e r p a r t ． [ K E YW O R D S ] v a c u u mp u m p ，j e t ，p o w e r ，m o l e c u l a rd i f f u s i o n ，e n e r g ye x c h a n g e 万方数据