ปั๊มสุญญากาศแบบใดที่สามารถใช้ได้เมื่อทํางานกับไอระเหย

แชร์ผ่าน

เมื่อต้องปั๊มไอระเหย นอกเหนือจากปัจจัยความดันในการทํางานและความเร็วในการปั๊มแล้ว ปัจจัยที่กําหนดปัจจัยที่สามก็คือความดันบางส่วนของไอระเหย ซึ่งอาจแตกต่างกันอย่างมากในระหว่างกระบวนการ ปัจจัยนี้เป็นปัจจัยตัดสินในการกําหนดการจัดวางระบบปั๊มที่จะติดตั้ง ในเรื่องนี้ คอนเดนเซอร์เป็นอุปกรณ์เสริมที่สําคัญมากสําหรับปั๊มสูบจ่ายโรตารี่ โดยมีความเร็วในการปั๊มสูงเป็นพิเศษเมื่อปั๊มไอระเหย หน้านี้ครอบคลุมการปั๊มไอน้ํา (กรณีที่พบบ่อยที่สุด) ข้อควรพิจารณานี้ใช้กับไอระเหยที่ไม่กัดกร่อนอื่น ๆ ในลักษณะเดียวกัน

การสูบน้ําไอระเหย

ไอน้ํามักจะถูกกําจัดออกโดยปั๊มที่ทํางานด้วยน้ําหรือไอน้ําเป็นของเหลวปั๊ม เช่น ปั๊มวงแหวนน้ําหรือปั๊มฉีดไอน้ํา อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับสถานการณ์เป็นอย่างมาก เนื่องจากความประหยัดของปั๊มฉีดไอน้ําที่แรงดันต่ําโดยทั่วไปจะต่ํากว่าปั๊มเชิงกลมาก สําหรับการปั๊มส่วนผสมไอน้ํา - ก๊าซที่มีส่วนไอน้ํามีขนาดใหญ่แต่ส่วนอากาศมีขนาดเล็ก สามารถปั๊มไอน้ําด้วยคอนเดนเซอร์และก๊าซถาวรโดยปั๊มกลไกขนาดเล็กที่ทํางานด้วยบัลลาสต์ก๊าซ
เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว ชุดปั๊มที่ประกอบด้วยปั๊ม Roots คอนเดนเซอร์ และปั๊มสํารอง ซึ่งสามารถลําเลียงไอน้ํา 220 ปอนด์ (100 กก.)/ชั่วโมง และอากาศ 39 ปอนด์ (18 กก.)/ชั่วโมง ที่แรงดันขาเข้า 50 มิลลิบาร์ จะมีความต้องการพลังงาน 4 - 10 กิโลวัตต์ (ขึ้นอยู่กับปริมาณอากาศที่เกี่ยวข้อง) ปั๊มฉีดไอน้ําที่มีสมรรถนะเท่ากันต้องการประมาณ 60 kW โดยไม่ต้องเปลี่ยนปริมาณอากาศที่เกี่ยวข้อง สําหรับการปั๊มไอน้ํา ปั๊มบัลลาสต์ก๊าซและการผสมผสานของปั๊มบัลลาสต์ก๊าซ ปั๊ม Roots และคอนเดนเซอร์เหมาะอย่างยิ่ง

การปั๊มไอน้ําด้วยปั๊มบัลลาสต์ก๊าซ

อัตราส่วนความดันบางส่วนของไอน้ํา pv ต่อความดันบางส่วนของอากาศ pp เป็นสิ่งสําคัญในการประเมินการจัดเรียงที่ถูกต้องของปั๊มบัลลาสต์ก๊าซ ดังที่แสดงไว้ก่อนหน้านี้โดยสมการ 2.2 และ 2.3 ดังนั้น หากทราบความทนทานต่อไอน้ําของปั๊มบัลลาสต์ก๊าซ อาจได้รับกราฟที่แสดงการใช้ปั๊มบัลลาสต์ก๊าซอย่างถูกต้องสําหรับการปั๊มไอน้ํา (ดูรูปที่ 2.73) ปั๊มใบพัดโรตารี่จังหวะเดียวขนาดใหญ่โดยทั่วไปมีอุณหภูมิในการทํางานประมาณ (60 ถึง 80 °C) ดังนั้นจึงทนต่อไอน้ําประมาณ 40-60 mbar ค่านี้ใช้เพื่อกําหนดบริเวณการทํางานที่แตกต่างกันในรูปที่ 2.73. นอกจากนี้ สันนิษฐานว่าแรงดันที่พอร์ตระบายออกของปั๊มบัลลาสต์ก๊าซสามารถเพิ่มขึ้นได้สูงสุดถึง 1330 mbar จนกว่าวาล์วระบายออกจะเปิด

ภาพที่ 2.73 พื้นที่การใช้งานสําหรับปั๊มบัลลาสต์ก๊าซและคอนเดนเซอร์ที่ปั๊มไอน้ํา (ow/o GB = ไม่มีบัลลาสต์ก๊าซ)

ภูมิภาค A: ปั๊มใบพัดโรตารี่จังหวะเดียวที่ไม่มีทางเข้าบัลลาสต์ก๊าซ

ที่ความดันไอแบบอิ่มตัว p_Sเท่ากับ 419 mbar ที่ 170°F (77 °C) ตามสมการ 2.2 ข้อกําหนดจะให้ p_v< 0.46 p_p โดยที่
p_v คือแรงดันบางส่วนของไอน้ํา
p_p คือแรงดันบางส่วนของอากาศ
p_v + p_p = p _{แรงดันรวม}
ข้อกําหนดนี้มีผลบังคับใช้ในพื้นที่ทํางานทั้งหมดของปั๊มใบพัดโรตารี่จังหวะเดียว ดังนั้นที่แรงดันรวมระหว่าง 10 ^-1ถึง 1013 mbar

ภูมิภาค B: ปั๊มใบพัดโรตารี่จังหวะเดียวที่มีบัลลาสต์ก๊าซและคอนเดนเซอร์ทางเข้า

ในบริเวณนี้ แรงดันไอน้ําจะสูงกว่าแรงดันบางส่วนที่อนุญาตที่ทางเข้า ดังนั้น ปั๊มบัลลาสต์ก๊าซจึงต้องมีคอนเดนเซอร์ที่ช่องทางเข้า ซึ่งมีพิกัดเพื่อให้แรงดันบางส่วนของไอน้ําที่ช่องทางเข้าของปั๊มใบพัดโรตารี่ไม่เกินค่าที่ยอมรับได้ ขนาดที่ถูกต้องของคอนเดนเซอร์จะถูกเลือกขึ้นอยู่กับปริมาณไอน้ําที่เกี่ยวข้อง ที่ระดับความทนทานต่อไอน้ํา 60 mbar ขีดจํากัดล่างของพื้นที่นี้คือ

p_v > 6O + 0.46 p_p mbar

ภูมิภาค C: ปั๊มใบพัดโรตารี่จังหวะเดียวที่มีบัลลาสต์ก๊าซ

ขีดจํากัดล่างของบริเวณ C มีลักษณะเป็นขีดจํากัดล่างของบริเวณการทํางานของปั๊มนี้ ดังนั้นจึงอยู่ที่ประมาณ ptot = 1 mbar หากไอน้ําปริมาณมากเกิดขึ้นในภูมิภาคนี้ มักจะประหยัดกว่าที่จะใส่คอนเดนเซอร์: 44 ปอนด์ (20 กก.) ของไอน้ําที่ 28 มิลลิบาร์ จะให้ปริมาตรประมาณ 1000 ม.3 ไม่สมเหตุสมผลที่จะปั๊มปริมาตรนี้ด้วยปั๊มสํารอง โดยทั่วไปแล้ว:
ควรใส่คอนเดนเซอร์ที่ทางเข้าของปั๊มเสมอหากไอน้ําอิ่มตัวเกิดขึ้นเป็นเวลานาน

เพื่อเป็นการป้องกัน จึงควรติดตั้งปั๊ม Roots ไว้ด้านหน้าคอนเดนเซอร์เสมอที่แรงดันขาเข้าต่ํา เพื่อให้ความจุการควบแน่นเพิ่มขึ้นเป็นสําคัญ ความจุการควบแน่นไม่เพียงขึ้นอยู่กับแรงดันไอเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของสารทําความเย็นด้วย ดังนั้นที่แรงดันไอน้ําต่ํา การควบแน่นที่มีประสิทธิภาพจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่ออุณหภูมิของสารทําความเย็นอยู่ในระดับต่ําเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ที่แรงดันไอน้ําต่ํากว่า 6.5 mbar การใส่คอนเดนเซอร์จะเหมาะสมก็ต่อเมื่ออุณหภูมิของสารทําความเย็นต่ํากว่า 32°F (0°C) บ่อยครั้งที่แรงดันต่ําจะมีการปั๊มส่วนผสมก๊าซ-ไอน้ําที่มีไอน้ําไม่อิ่มตัว (สําหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดดูหน้า เกี่ยวกับคอนเดนเซอร์ โดยทั่วไปแล้วสามารถจ่ายด้วยคอนเดนเซอร์ได้

ภูมิภาค D: ปั๊มใบพัดโรตารี่สองจังหวะ ปั๊มโรตารี่ และปั๊มระบายไอน้ํา ตามความดันรวมที่เกี่ยวข้องในกระบวนการเสมอ

ต้องสังเกตอีกครั้งว่าความทนทานต่อไอน้ําของปั๊มบัลลาสต์ก๊าซสองจังหวะมักต่ํากว่าของปั๊มจังหวะเดียวที่สอดคล้องกัน

การปั๊มไอน้ําด้วยปั๊ม Roots

โดยปกติแล้ว ปั๊ม Roots จะไม่คุ้มค่าเท่ากับปั๊มบัลลาสต์ก๊าซสําหรับการทํางานอย่างต่อเนื่องที่แรงดันสูงกว่า 40 mbar การทํางานของปั๊ม Roots ด้วยตัวแปลงความถี่ ดังนั้นจึงจํากัดความเร็วของปั๊มที่ความดันที่หยาบกว่า อย่างไรก็ตาม การใช้พลังงานที่เฉพาะเจาะจงจะดีกว่า หากติดตั้งปั๊ม Roots เพื่อปั๊มไอระเหย เช่นเดียวกับปั๊มบัลลาสต์ก๊าซ สามารถแสดงแผนภูมิที่รวมถึงสถานการณ์ที่เป็นไปได้ทั้งหมด (ดูรูปที่ 2.74).

Areas of application for Roots pumps and condensers pumping water vapor (w/o GB = without gas ballast)

ภาพที่ 2.74 การใช้งานสําหรับปั๊ม Roots และคอนเดนเซอร์ที่ปั๊มไอน้ํา (ไม่มี GB = ไม่มีบัลลาสต์ก๊าซ)

ภูมิภาค A: ปั๊มโรตารี่ที่มีปั๊มใบพัดโรตารี่จังหวะเดียวโดยไม่มีบัลลาสต์ก๊าซ

เนื่องจากมีการบีบอัดเพียงอย่างเดียวระหว่างปั๊มโรตารี่และปั๊มใบพัดโรตารี่ ดังนั้นในกรณีนี้:

p_v < 0.46 p_p

ข้อกําหนดนี้ใช้ได้กับพื้นที่ทํางานทั้งหมดของชุดปั๊ม ดังนั้นจึงใช้ได้กับแรงดันรวมระหว่าง 10-2 และ 40 mbar (หรือ 1013 mbar สําหรับปั๊ม Roots ที่มีสายบายพาสหรือตัวแปลงความถี่)

ภูมิภาค B: คอนเดนเซอร์หลัก ปั๊ม Roots ที่มีสายบายพาสหรือตัวแปลงความถี่ คอนเดนเซอร์ตัวกลาง และปั๊มบัลลาสต์ก๊าซ

การผสมผสานนี้จะประหยัดได้ก็ต่อเมื่อต้องการปั๊มไอน้ําปริมาณมากอย่างต่อเนื่องที่แรงดันทางเข้าสูงกว่าประมาณ 40 mbar เท่านั้น ขนาดของคอนเดนเซอร์หลักขึ้นอยู่กับปริมาณไอน้ําที่เกี่ยวข้อง คอนเดนเซอร์ตัวกลางต้องลดความดันบางส่วนของไอน้ําลงต่ํากว่า 60 mbar ดังนั้น ปั๊มบัลลาสต์ก๊าซควรมีขนาดใหญ่พอที่จะป้องกันไม่ให้แรงดันอากาศบางส่วนหลังคอนเดนเซอร์ตัวกลางเกินค่าที่กําหนด ตัวอย่างเช่น หากแรงดันรวมหลังปั๊ม Roots (ซึ่งเท่ากับแรงดันรวมหลังคอนเดนเซอร์ตัวกลางเสมอ) เท่ากับ 133 mbar ปั๊มบัลลาสต์ก๊าซจะต้องปั๊มอย่างน้อยที่แรงดันอากาศบางส่วน 73 mbar ซึ่งเป็นปริมาณอากาศที่ปั๊ม Roots ส่งไปยังปั๊มนั้น มิฉะนั้น จะต้องดูดไอน้ําเข้าไปมากกว่าที่สามารถทนได้ นี่คือข้อกําหนดพื้นฐาน: การใช้ปั๊มบัลลาสต์ก๊าซจะชาญฉลาดก็ต่อเมื่อมีการปั๊มอากาศด้วย!

ด้วยภาชนะที่ปราศจากการรั่วในอุดมคติ ควรแยกปั๊มบัลลาสต์ก๊าซหลังจากถึงแรงดันในการทํางานที่ต้องการแล้ว และปั๊มต่อไปโดยใช้คอนเดนเซอร์เท่านั้น หน้าเกี่ยวกับคอนเดนเซอร์จะอธิบายการผสมผสานปั๊มและคอนเดนเซอร์ที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

ภูมิภาค C: ปั๊ม Roots, คอนเดนเซอร์ตัวกลาง และปั๊มบัลลาสต์ก๊าซ

ขีดจํากัดล่างของความดันบางส่วนของไอน้ําจะถูกกําหนดโดยอัตราส่วนการบีบอัดของปั๊ม Roots ที่ความดันป้อนกลับ ซึ่งกําหนดโดยความดันไออิ่มตัวของน้ําที่ควบแน่น นอกจากนี้ ในบริเวณนี้ คอนเดนเซอร์ตัวกลางต้องสามารถลดความดันบางส่วนของไอให้เหลืออย่างน้อย 60 mbar การจัดเรียงที่ระบุเหมาะสม - เมื่อทําให้คอนเดนเซอร์เย็นลงด้วยน้ําที่อุณหภูมิ 59°F (15°C) - สําหรับแรงดันไอน้ําระหว่างประมาณ 4 ถึง 40 mbar

ภูมิภาค D: ปั๊ม Roots และปั๊มบัลลาสต์ก๊าซ

ในภูมิภาค D นี้ ขีดจํากัดยังขึ้นอยู่กับระดับและอัตราส่วนขนาดของปั๊มด้วย อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว การผสมผสานนี้สามารถใช้ได้ระหว่างขีดจํากัดที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้เสมอ ดังนั้นจึงใช้ระหว่าง 10 ^-2และ 4 mbar