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真空罐引水(负压罐)的选用及设置

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-04-13  来源:中国机械社区  浏览次数:1719

1引言

真空罐(又称负压罐、引水罐)是一种水泵吸水装置, 可使水泵由抽吸式吸水变为自灌式吸水, 简单实用、安全可靠被广泛采用。然而某些实际工程常中出现以下问题:

(1) 罐体容积偏小;

(2) 忽略了水温对水泵吸水的影响;

(3) 与补气式气压罐联用时的必要条件;

(4) 水泵选择不合理(吸程偏小)。

上述问题都能影响水泵正常运行供水。究其原因,不外乎设计不合理, 对其工作原理不甚清楚,仅凭大概选用, 或忽视了不同情况下的设置条件而致。

2真空罐工作原理

采用真空引水罐引水,就是在水池和泵之间的吸入管路上安装一个密封的水罐(箱),在启动水泵之前,注满真空罐(泵内也注满水)。

当水泵启动之后,水泵会先抽取真空罐内的水,真空罐内的液位下降,管内形成真空,压力低于水池液面的大气压力,此时水就会沿着吸入管进入真空罐。当水泵的排液和吸入管路的进液达到平衡,真空罐内的液位也就不会再下降,达到稳定工作状态。泵也就达到了额定工作状态,源源不断地将水输送出去 (公众号:泵管家)

停泵后,排水管内的水回流至真空罐内,完成了启泵前的灌水工作, 从而不需要再次罐泵,做到无人看守

3真空罐设计原理及其选用

水泵启动前,真空引水罐内的水应灌至真空引水罐能做到的最大存水量,此时罐内部由水+空气两部分构成,液面上方的气体容积为 V1 。罐内外的压力与大气压力 Pa 相同。

真空引水罐前面的管路内空气容积为 Vs 。

泵启动后,液面下降,达到稳定运行工作后,罐内应存有一定体积量 V3 的水,而气体之外的罐内空气体积为 V+V2 。罐内部的压力为P 1 ,压力小于外界大气压力 a

真空罐设计选用首先涉及到容积及相关尺寸的确定,如图一所示,其容积由三部分组成:

V=V1+V2+V3 (式1)

式中: V-真空罐容积(m3);

V1-真空罐初次灌满水时罐内空气容积 (m3);

V2-罐内空气 压力由Pa降到P1,两水面间容积(m3);

V3-保护容积(m3). 注:Pa为本地大气压。

根据波义耳定律得知:

P(V+V)=P(V+V)(式2)

由伯努利方程得知:

(式3)

管内流速 v 可以根据 v=Q/A 求出。

hs 为真空引水罐前吸入管路部分的损失,可以估算也可以利用方程计算。

将式1、2、3联立,得到新的方程就可以求解总容积V了。在新的方程中,我们就剩下了 V2 、 V3 为未知量。

V1 在确定真空引水罐结构的时候可以初步确定。

V3 为泵稳定运行后的安全最小水量,在侧开口接泵进口管的情况可以按如下估算:

H 3 =d+0.2m

在底部开口的情况,需要确定最低液位高度,并加装预防漩涡产生的装置。此时就初步计算出了 V3 值。

有了这些参数,即可初步确定V,然后再确定结构。结构方面,可以设定:

H罐高度 /D=1.2~1.8

确认了罐的大概高度和直径,然后重新校核之前计算的 V1 、 V3 ,反复一两次,然后加大余量,就确定了真空引水罐。

4估算法

上述计算方法比较复杂,不适用于快速判定。由于真空引水罐的对小型泵组比较适合,因此采用估算也是可以的。

公式:

式中:

Hs =H+ hs

在大多数情况下,管路损失 hs 远小于吸水高度H,因此可以忽略该值。

这样方程就成为了:

V=V s × KV

KV 取值 4~6就能满足要求。

5设置要点

(1) 带底阀的真空罐引水装置

在真空罐吸水管上设底阀时(公众号:泵管家),其容积可减少很多,如果在水泵吸水管和真空罐排气管之间再连接一条吸气管,如图二所示,不仅能减小罐容积,而且能保持水泵长期稳定运行。吸气管的作用是将由水中分离出来的气体及时随水流排走,不会积存于罐内, 这样可长期稳定运行(公众号:泵管家)。

(2) 真空罐与气压罐组合给水系统

如图三所示, 当补气罐及水泵出水管上止回阀以前的管道水容积较小时(小于真空罐容积V2时)停泵后,在补气罐补气过程中,外界空气有可能进入真空罐,破坏了真空度,待下次启泵时不出水。这种情况在实际工程中曾发生过,后将补气罐容积加大而解决。解决方法可适当加大补气罐容积或增加一个浮球式补水箱。

(3) 选泵与水温

真空罐引水装置在选泵时应注意以下问题:一是正确计算水泵扬程; 二是注意水温。

真空罐能使水泵实现自灌式吸水,但这与水池或开式水箱的自灌式吸水条件不同,它是在 负压条件下吸水,所以在确定水泵静扬程时应从水池最低设计水位算起,当从真空罐水位算起时,要把罐内的负压值考虑进去。

真空罐装置用于循环冷却水或某些水温较高的工业废水(如印染废水)时,要特别注意水温这个条件,以免水泵产生气蚀。当依照流量和扬程选好水泵后,要根据实际水温对水泵的允许吸上真空高度Hs进行修正(Hs是标准状况下水泵的允许吸上真空高度,修正公式略),使修正后的Hs不得小于PK,否则会产生气蚀,破坏水泵正常工作,这种情况在实际工程中也发生过。

6小结

真空罐引水装置虽然简单,但在选泵及真空罐容积确定方面要进行正确计算,同时要注意其它条件,如水温、吸水高度,与气压供水设备联合使用情况等。此外罐体必须密封,否则都会影响系统的正常供水。

 
 
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