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喷射式真空加工技术的应用研究

2010-06-18 17:19:17 来源:中国 浏览:1923

1、 引言
    近年来,真空技术广泛应用于食品、烟草、皮革、制药、 陶瓷、制糖、造纸等轻化工行业中,所采用的真空获得装置通常采用水环式真空泵、旋片式真空泵、或者水环泵与蒸汽喷射泵的串联组合等。这类真空获得装置抽气 能力小、工作稳定性差,往往不能满足生产工艺要求;特别是水环式真空泵,由于相互高速运动致使零件磨损以及水垢生成,还带来较大的维修工作量。为此,西北 轻工业学院真空技术研究所,进行了蒸汽喷射真空技术的应用研究;开发了喷射真空泵CAD应用软件,提高了喷射泵的工作性能。蒸汽喷射真空泵抽气能力大,能 够排除易污染、易磨损、易腐蚀、易爆炸的各种被抽气体,具有工作性能稳定,保养维修工作量小,结构简单,易于制造等优点。在研制成功的多台真空设备中,都 配置了多级喷射冷凝式真空系统,提高了设备的工作性能和加工产品的质量,为企业窗找了良好的社会经济效益。
 

2、 蒸汽喷射式真空泵的设计
    蒸 汽在喷射泵内的流动,属于变截面管道的流动问题,有它内在的规律性。工质流经喷管时,压力降低,速度增高,喷射出来的高速气流,可用来引射低压气流;合理 的管道截面积变化规律,对引射底压气流的能力影响极大。喷射泵的设计应使其形状和尺寸尽量符合气流膨胀或压缩所需要的条件,以使喷射泵达到尽可能高的效 率。但是,由于喷射泵中蒸汽流动的热力过程比较复杂,目前这方面的理论计算还不完善,计算中一些参数、系数也缺乏足够可靠的数据,致使理论计算与实际过程 有较大差距。为此,作者根据多年来的设计实践,采用经验设计与理论计算相结合的方法,优化了设计参数,开发了集计算机辅助设计与制造于一体的应用软件系 统。
    喷射式真空泵应用软件是基于分级模块化的设计思想,融分析、计算、绘图于一体。它由一个主模块和四个子模块组成;通过菜单提示,人机对话形式实现各模块的调用。
    ⑴主控模块:它的功能是连接和管理各模块,为用户和计算机之间提供良好的界面。分级模块全部以菜单形式列出,用光标键可方便地选择。各模块之间既可相互调用又可独立运行。
    ⑵设计计算模块:该模块主要完成单级喷射器或多级蒸汽喷射冷凝式真空系统的设计计算。
    ⑶图形生成模块:该模块主要完成喷射器及冷凝器主要零件的参数化图形绘制和装配图的自动生成功能。
    ⑷喷管曲面数控加工模块:该模块编制了喷管曲线的数控加工程序以及喷管曲面零件图的绘制。
    ⑸喷射泵工作过程动态模拟模块:该模块主要模拟单级喷射泵工作时气流的动态过程。
 

3、 影响喷射泵工作性能的因素
    影响喷射泵工作性能的因素有制度因素和结构因素。前者包括工作条件、操作条件、工业措施等的变化;后者指几何尺寸和形状的影响因素。
    ⑴工作蒸汽压强:随着蒸汽压强的增加,喷射器极限反压强提高,泵的工作更趋于稳定,但蒸汽消耗量增加,冷凝器负荷加大。
    ⑵工作蒸汽含水量:工作蒸汽含水量过大将导致各流量下真空度的波动,造成泵的工作不稳定,含水越多波动越答,甚至使泵不能工作。
    ⑶ 冷却水量:进入冷凝器的冷却水量如逐渐减少,将使其排气温度逐步上升,从而使未冷凝的蒸汽量逐渐增多,使下一级喷射器被抽的混合物量增加,导致其吸入压强 上升;如果此压强超过前级喷射器的极限反压强,将引起前级喷射器过载,使真空系统破坏。过多增加冷凝水量,不仅加大冷却水放气量,而且导致冷凝器阻力增 加,降低喷射器抽气特性,甚至使前级喷射器过载。可见,冷凝器冷却水有一设计合理值。
    ⑷喷管与扩压器轴线同轴度:同轴度小于0.5mm时对泵的设计性能影响不大,过大的同轴度将使真空恶化。
    ⑸喷管与扩压器的相对位置:它对引射系统、极限真空和极限反压都有较敏感的影响,通常这个适宜的相对位置有一长度范围,超出该范围工作性能会变坏。
 

4 喷射真空加工技术的应用
    近年来,我们结合纵向或横向科研课题,开发研制了皮革真空湿加工设备、食品真空干燥设备、白肋烟真空综合处理设备、浓缩式真空浸渍设备等,对引进或仿引进烟叶真空回潮机进行了技术改造。上述设备均配置了自行设计制造的喷射式真空系统,保证了设备良好的工作性能。
    4.1烟叶真空回潮机的技术改造
    烟 叶真空回潮机利用真空原理,排除烟包中烟叶间空隙的空气,使加潮气流进入其中,对烟叶增湿升温,提高烟叶含水量和韧性又不导致温度过高而损坏烟叶应有的理 化品质,去除烟叶青杂气、灭菌、减少烟叶造碎损耗,改善烟叶燃吸质量。目前无论是国产的还是引进的真空回潮机,普遍存在结构复杂、工作时间长、维修工作量 大、能源消耗大、回潮质量差等问题,其主要原因是真空系统和加湿系统的工作性能欠佳所致。如意大利科马斯回潮机,其真空系统由罗茨泵、旋片泵和制冷机组组 成;英国莱格公司真空系统由水环泵和喷射泵串联而成。在工作过程中,由于大量蒸汽、腐蚀性气体和粉尘的存在,使机械泵转子和泵腔快速腐蚀磨损、导致真空系 统工作性能下降,泵的维修工作量加大,我们对国产、引进和仿引进的烟叶真空回潮机的真空系统和加湿系统进行了改造,分别采用自行设计和研制的两极或三级蒸 汽喷射冷凝式真空系统以及高速气流自吸水雾化烟叶加潮装置。改造后的真空回潮机真空系统性能稳定,加湿系统效果显著,在基本不维修的状况下长期运行,达到 了生产工艺的要求,缩短了回潮工作时间,取得了巨大的社会经济效益。该项目获得了陕西省科技进步二等奖,已改造的真空回潮机遍布全国60多家卷烟厂和烟叶 复烤厂。
    4.2食品真空干燥设备
    针对目前国内外现有干燥方法所存在的问题和真空干燥的工艺特点,在设备研制过程中,吸收 和采用了一些现代科研成果,把真空机制、温度机制和自动控制技术运用于干燥工业过程。设计了工作真空度高,具有大排气量的多级喷射冷凝式真空系统,强化了 物料的脱水性和工作过程的快速性。利用喷射式真空泵排出的废气加热使能源得以充分利用,生产成本降低,是一种新型的真空干燥设备。其干制产品质量可与冷冻 干燥的产品媲美,且脆片类产品酥感更好。在相同生产能力下,设备投资费用仅为冷干的1/6,能耗仅为冷干的1/2-1/3,生产成本降低。该项目已获咸阳 市科技进步二等奖,陕西省专利技术一等奖。是农副产品深加工的一种高新技术。
    4.3皮革真空湿加工设备
    皮革工业已形成了 一套传统的湿加工工艺,包括浸水、浸灰脱毛、脱灰、软化、浸酸、鞣制、复鞣、染色、加油等工序。上述传统工艺长期以来一直存在着生产周期较长、污染程度大 等难以克服的缺点。为此,西北轻工业学院真空技术研究所首次把真空机制引入皮革湿加工过程,研制了皮革真空转鼓,设计了真空度高、排气量大、可抽吸腐蚀性 气体的多级喷射冷凝式真空系统。利用真空机制使鞣剂均匀快速地渗透到裸皮内部,更快更好地与裸皮胶原蛋白结合,实施与真空机制相适应的工艺条件进行皮革的 湿加工处理,强化裸皮组织的扩张性和工作过程的快速性。经过大量的试验研究,找出了一种快速少污染的皮革湿加工方法。该课题是中国轻工业总会科技计划项目 《少污染皮革湿加工新技术与设备》,对皮革湿加工工艺是一次重大变革。
    4.4浓缩式真空浸渍设备
    浓缩式真空浸渍设备具有 浸渍和浓缩双重功能,浸渍液在罐内可根据工艺要求,自动逐级变化和升高浓度,强化浸渍效果。浸渍工艺过程在同一设备中一次性处理,浸渍液可以重复利用。抽 空系统采用多级蒸汽喷射真空泵,真空度可达到133-1330Pa。在真空环境下,浸渍液的渗透性加强,浸渍过程加速进行。该设备可用于农副产品的腌制、 酱制和糖渍或者用于果蔬脆片真空干燥的前处理工序,是一项投资少、见效快、经济效益好的高新技术,获得了国家专利。
 

5 结束语     水蒸汽喷射式真空泵和其它类型的真空泵相比,不仅结构简单可靠、工作性能稳定、操作维修方便、抽气能力大,而且对被抽介质无严格要求,能够排除有 毒性、易燃易爆、腐蚀性强及含有杂质的各种气体;广泛应用于轻工行业中不同的工艺操作过程,如真空浸渍、真空浓缩、真空干燥、真空蒸发结晶、真空蒸馏等。 加快了工艺过程进行的速度,有效地提高了加工产品的质量。因此开发研究高效、低耗蒸汽喷射式真空加工技术,对轻化工行业设备的更新改造、提高产品的市场竞 争力具有重要的意义。

 

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