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真空罐引水(負壓罐)的選用及設置

日期:2020-5-20 10:28:38 人氣: 標簽:真空罐
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真空罐(又稱負壓罐、引水罐)是一種水泵吸水裝置, 可使水泵由抽吸式吸水變為自灌式吸水, 簡單實用、安全可靠被廣泛采用。然而某些實際工程中出現以下問題:
(1) 罐體容積偏;
(2) 忽略了水溫對水泵吸水的影響;
(3) 與補氣式氣壓罐聯用時的必要條件;
(4) 水泵選擇不合理(吸程偏小)。
上述問題都能影響水泵正常運行供水。 究其原因,不外乎設計不合理, 對其工作原理不甚清楚,僅憑大概選用, 或忽視了不同情況下的設置條件而致。
2真空罐工作原理
采用真空引水罐引水,就是在水池和泵之間的吸入管路上安裝一個密封的水罐(箱),在啟動水泵之前,注滿真空罐(泵內也注滿水)。
當水泵啟動之后,水泵會先抽取真空罐內的水,真空罐內的液位下降,管內形成真空,壓力低于水池液面的大氣壓力,此時水就會沿著吸入管進入真空罐。當水泵的排液和吸入管路的進液達到平衡,真空罐內的液位也就不會再下降,達到穩定工作狀態。泵也就達到了額定工作狀態,源源不斷地將水輸送出去(公眾號:泵管家)。

停泵后,排水管內的水回流至真空罐內,完成了啟泵前的灌水工作,從而不需要再次罐泵,做到無人看守。

3真空罐設計原理及其選用
水泵啟動前,真空引水罐內的水應灌至真空引水罐能做到的大存水量,此時罐內部由水+空氣兩部分構成,液面上方的氣體容積為V1。罐內外的壓力與大氣壓力Pa相同。
真空引水罐前面的管路內空氣容積為Vs。

泵啟動后,液面下降,達到穩定運行工作后,罐內應存有一定體積量V3的水,而氣體之外的罐內空氣體積為V1+V2。罐內部的壓力為P1,壓力小于外界大氣壓力Pa。

真空罐設計選用首先涉及到容積及相關尺寸的確定,如圖一所示,其容積由三部分組成:

V=V1+V2+V3 (式1)
式中:V-真空罐容積(m3);
V1-真空罐初次灌滿水時罐內空氣容積 (m3);
V2-罐內空氣 壓力由Pa降到P1,兩水面間容積(m3);
V3-保護容積(m3). 注:Pa為本地大氣壓。
根據波義耳定律得知:
Pa(Vs+V1)=P1(V1+V2)(式2)

由伯努利方程得知:

(式3)
管內流速 v 可以根據 v=Q/A 求出。
hs為真空引水罐前吸入管路部分的損失,可以估算也可以利用方程計算。
將式1、2、3聯立,得到新的方程就可以求解總容積V了。在新的方程中,我們就剩下了V2、V3為未知量。
V1在確定真空引水罐結構的時候可以初步確定。
V3為泵穩定運行后的安全小水量,在側開口接泵進口管的情況可以按如下估算:
H3=d+0.2m
在底部開口的情況,需要確定低液位高度,并加裝預防漩渦產生的裝置。此時就初步計算出了V3值。
有了這些參數,即可初步確定V,然后再確定結構。結構方面,可以設定:
H罐高度/D=1.2~1.8
確認了罐的大概高度和直徑,然后重新校核之前計算的V1、V3,反復一兩次,然后加大余量,就確定了真空引水罐。
4估算法
上述計算方法比較復雜,不適用于快速判定。由于真空引水罐的對小型泵組比較適合,因此采用估算也是可以的。

公式:

式中:

Hs=H+hs
在大多數情況下,管路損失hs遠小于吸水高度H,因此可以忽略該值。
這樣方程就成為了:
V=Vs×KV
KV取值4~6就能滿足要求。
5設置要點
(1) 帶底閥的真空罐引水裝置
在真空罐吸水管上設底閥時(公眾號:泵管家),其容積可減少很多,如果在水泵吸水管和真空罐排氣管之間再連接一條吸氣管,如圖二所示,不僅能減小罐容積,而且能保持水泵長期穩定運行。吸氣管的作用是將由水中分離出來的氣體及時隨水流排走,不會積存于罐內, 這樣可長期穩定運行(公眾號:泵管家)。

(2) 真空罐與氣壓罐組合給水系統

如圖三所示, 當補氣罐及水泵出水管上止回閥以前的管道水容積較小時(小于真空罐容積V2時)停泵后,在補氣罐補氣過程中,外界空氣有可能進入真空罐,破壞了真空度,待下次啟泵時不出水。這種情況在實際工程中曾發生過,后將補氣罐容積加大而解決。解決方法可適當加大補氣罐容積或增加一個浮球式補水箱。
(3) 選泵與水溫
真空罐引水裝置在選泵時應注意以下問題:一是正確計算水泵揚程; 二是注意水溫。
真空罐能使水泵實現自灌式吸水,但這與水池或開式水箱的自灌式吸水條件不同,它是在 負壓條件下吸水,所以在確定水泵靜揚程時應從水池低設計水位算起,當從真空罐水位算起時,要把罐內的負壓值考慮進去。
真空罐裝置用于循環冷卻水或某些水溫較高的工業廢水(如印染廢水)時,要特別注意水溫這個條件,以免水泵產生氣蝕。當依照流量和揚程選好水泵后,要根據實際水溫對水泵的允許吸上真空高度Hs進行修正(Hs是標準狀況下水泵的允許吸上真空高度,修正公式略),使修正后的Hs不得小于PK,否則會產生氣蝕,破壞水泵正常工作,這種情況在實際工程中也發生過。
6小結
真空罐引水裝置雖然簡單,但在選泵及真空罐容積確定方面要進行正確計算,同時要注意其它條件,如水溫、吸水高度,與氣壓供水設備聯合使用情況等。此外罐體必須密封,否則都會影響系統的正常供水。
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