重庆大学本科学生毕业设计（论文） 喷射式真空泵及其系统设计 Graduation Design(Thesis) of Chongqing University Design of Jet-Vacuum-Pump and System 摘 要 射流式真空泵是近年来发展起来的一种新型真空获得设备，该设备流体能够传递能量和质量，本身没有运动部件，具有诸多优点，从降低设备和维护费用出发，可以考虑用射流式真空泵系统作为核心设备。现代金属冶炼对矿石品质有一定的要求，贫矿必须进行选矿。而真空过滤机是选矿作业的主要设备之一，与之配套的抽真空系统直接影响真空过滤机的运行及产品的质量。 本文主要设计与选矿作业配套的射流式真空泵系统，重点研究中心射流式真空泵系统。在研读了诸多相关文献资料的基础上，分析水射流技术及射流式真空泵在国内外的研究理论及现状，进行了中心喷射式真空泵的总体方案设计，对相关技术参数进行了设计，并最终绘制出全系统的设计图纸。 本设计把射流技术应用于实践，经初步试验达到了预期的目标，具有良好的实用价值。 关键词：射流泵，液气两相流，比重 ABSTRACT Jet-vacuum pump is a new kind of vacuum-obtained equipment which makes use of motive fluid to transmit energy and mass.Jet-vacuum pump has no motion components.We can choose Jet-vacuum pump as the core equipment of the vacuum system. The treatise paper mostly design the vacuum-pump go with the mill run works,emphass disquisition the center Jet-vacuum-pump system.Based on readed a lot of correlation literatures and datas,analyzed disquisition exoterica and actuality to the technology of water discharge in a Jet an Jet-vacuum-pump,carry the collectivity blue print design of the center Jet-vacuum-pump system through,design and accumt the correlative technology parameter,and protracted plan of the system in the end. Key words： jet-pump,the fluid-gas phases theory,the gravity 目 录 中文摘要 Ⅰ ABSTRACT Ⅱ 1绪论 1 1.2 总体方案设计 10 2 液气射流泵的基本性能方程 11 2.1液气射流泵基本理论方程 11 2.1.1液体与气体相对运动区 11 2.1.2液滴和气体混合区 12 2.1.3液体就气泡混合区 12 2.2 液气射流泵基本性能方程 13 2.2.1液气射流泵内的热平衡 13 2.2.2基本假定 14 2.3基本性能方程的推导 14 2.3.1用动量方程 14 2.3.2用能量方程 16 2.3.3单级液气射流泵基本方程及其简化公式 18 2.3.4不稳定液气射流泵基本方程 19 2.4流速系数确定 20 3 极限状态判别 24 3.1极限状态方程 24 3.1.1液化汽化时的极限状态 24 3.1.2混合气体产生激波的极限状态 24 3.1.3吸入气体产生激波的极限状态 26 3.1.4液气射流泵最大增压 27 3.2极限状态的判别 28 4 设计计算 29 4.1性能及参数计算 29 4.2极限状态判别 30 5 最优参数机构 32 5.1装置效率 32 5.2最优参数的确定 32 5.2.1求最优面积比 32 5.2.2面积比 32 5.3最优喉管的确定 33 5.4结构参数优化 33 5.4.1确定面积比 33 5.4.2射流泵结构尺寸 33 6 总结 35 参考文献 36 绪论 1真空泵的分类 真空泵(vacuum pump)利用机械、物理、化学、物理化学等方法对容器进行抽气，以获得和维持真空的装置。真空泵和其他设备（如真空容器、真空阀、真空测量仪表、连接管路等）组成真空系统，广泛应用于电子、冶金、化工、食品、机械、医药、航天等部门。按真空泵工作原理，基本上分为气体输送泵和气体捕集泵两种类型。气体输送泵包括：1、液环线、往复式线、定片式线、余摆线、复合式线、水喷射线、扩散泵等气体捕集泵包括：吸附泵和低温泵等。目前工业中应用最多的是水环式真空泵和旋片式真空泵等。W型往复式真空泵( Model W Piston Vacuum Pump ) 是获得粗真空的主要真空设备之一。广泛应用于化工，食品，建材等部门，特别是在真空结晶，干燥，过滤，蒸发等工艺过程中更为适宜。2X型旋片式真空泵 ( Model 2X Sliding Vane Rotary Vacuum Pump ) 用来抽除密闭容器的气体的基本设备之一。它可以单独使用，也可作为增压泵、扩散泵、分子泵的前级泵使用。该型泵广泛应用于冶金、机械、电子、化工、石油、医药等行业的真空冶炼、真空镀膜、真空热处理，线XZ型旋片式线XZ Sliding Vane Rotary Vacuum Pump ) 具有结构紧凑，体积小，重量轻，噪音低，振动小等优点。所以，它适用于作扩散泵的前级泵，而且更适用于精密仪器配套和实验室使用。例如：质谱仪器，冰箱流水线，真空冷冻干燥机等。XD型旋片式真空泵 ( Model XD Sliding Vane Rotary Vacuum Pump ) 可以在任意入口压强下工作，已普遍应用于食品的真空包装，塑料工业的真空吸塑成形。印刷行业的纸张输送，线等。 真空泵-机械原理 GG－17玻璃膨胀系数低，能更好地耐受很高的温度差变，故该泵比同型泵能受得起高温而且使用寿命也更长。该泵适用于电子工业，如电子管。显像管。X光管，以及半导体单晶硅的冶炼提纯，高沸点的油脂蒸馏提纯分离，日光灯，保温瓶高真空排气的仪器。 先由转动线Pa扩散泵油被加热沸腾,以高速从喷出的油蒸汽流不断将系统内气体分子带到泵的侧臂弯管球泡处集结,待气体密度达到机械真空泵的工作范围而被抽出,从而逐渐获得高真空.。 水环真空泵（简称水环泵）是一种粗真空泵，它所能获得的极限线Pa，串联大气喷射器可达270~670Pa。水环泵也可用作压缩机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围为1~2×105Pa表压力。 水环泵最初用作自吸水泵，而后逐渐用于石油、化工、机械 (http:\/\/baike.baidu\/view\/15257.htm \t _blank)、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中，如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等，水环泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展，水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，因此，水环泵应用日益增多。 在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮顺时针方向旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片 (http:\/\/baike.baidu\/view\/370481.htm \t _blank)在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。 罗茨泵在泵腔内，有二个“8”字形的转子 (http:\/\/baike.baidu\/view\/110429.htm \t _blank)相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵需要前级泵。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。 罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v0内，再经排气口排出。由于吸气后v0空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘，v0空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间v0中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。 真空泵-机械分类 按其工作原理，基本上分为气体输送泵和气体捕集泵两种类型。气体输送泵包括：1、液环线、往复式线、旋片式真空泵 (http:\/\/baike.baidu\/view\/558386.htm \t _blank)4、定片式线、余摆线、复合式线、水喷射线、扩散泵等。气体捕集泵包括：吸附泵和低温泵等。工业中应用最多的是水环式真空泵和旋片式线系列双级水环式真空泵 ( Model 2SK、2SK-P1 Water Ring Vacuum Pump ) 主要用来抽除空气和其它有一定腐蚀性、不溶于水、允许含有少量固体颗粒的气体。广泛用于食品、纺织、医药、化工等行业的真空蒸发、浓缩、浸渍、干燥等工艺过程中。该型泵具有真空度高、结构简单，使用方便、工作可靠、维护方便的特点。 SZ、SK系列水环式真空泵( Model SZ Water Ring Vacuum Pump ) 主要用于粗真空。抽气量大的工艺过程中。它主要用来抽除空气和其它无腐蚀，不溶于水，含有少量固体颗粒的气体，以便在密闭容器中形成真空。所吸气体中允许混有少量液体。它被广泛应用于机械、制药、食品、石油化工等行业中。 JZJx型罗茨——水环泵机组( Model JZJX Roots-Sliding Vane Rotary Vacuum Pump System ) 本机组由于采用水环泵作为前级泵，因而特别适用于抽除含有大量水蒸气和带有一定腐蚀性和可凝性气体的工艺过程中。如：真空蒸馏、蒸发、脱水、结晶、干燥等工艺过程中。 JZJS型罗茨——水环泵机组 ( Model JZJS Roots-Water Ring Vacuum Pump System ) 本机组由于采用水环泵作为前级泵，因而特别适用于抽除含有大量水蒸气和带有一定腐蚀性和可凝性气体的工艺过程中。如：真空蒸馏、蒸发、脱水、结晶、干燥等工艺过程中JZJX 型罗茨一旋片泵机组是以罗茨泵为主泵，以旋片泵为前级泵串联而成。其结构紧凑，操作方便。适用于抽除空气及其它无可凝性及无腐蚀性的气体，广泛应用于需要大抽速和高真空的各种真这系统中。如：真空冶炼，电力电容器，变压器，真空浸渍处理，真空镀膜设备中的预抽等。龙8long8