消失模与V法铸造用真空泵的选型和负压罐的计算(完整版)实用资料

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收稿日期:2021202110;修订日期:2021202211消失模与V法铸造用真空泵的选型和负压罐的计算（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）作者简介:秦少威(19862,湖北武汉市人,助理工程师.研究方向:消失模与V法铸造CAD/CAM.Mar.2021铸造技术FOUNDRYTECHNOLOGY・特种铸造工艺与设备TechnologyandEquipmentforSpecialCastingProcess・消失模与V法铸造用真空泵的选型和负压罐的计算秦少威,叶升平(华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉430074摘要:针对目前国内铸造真空系统普遍存在的真空泵选型和负压罐容积不合理问题,在大量考察现有各种消失模与V法铸造真空系统的基础上,根据流体力学理论计算,得出真空系统负压罐容积参数的计算公式及泵的选择配置原则:泵的抽速选定约在砂箱总体积的3.75倍,而负压罐体积为砂箱总体积的1.3~1.5倍。关键词:真空系统;真空泵;砂气分离罐;消失模;V法铸造中图分类号:TG249.6文献标识码:A文章编号:100028365(20210320385203SelectionofVacuumPumpandCapacityCalculationofDustSeparatorinLostFoamandV2processCastingQINShao2wei,YESheng2ping(NationalKeyLaboratoryofMaterialProcessingandDieandMouldTechnologyHuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,ChinaAbstract:Thispaperaimstostudytheexistentproblemsofvacuumsystemsindomesticfoundriesthroughspotinspectionsandtheoreticalcalculationbasedonhydromechanics.Also,principlesforvacuumpumpselectionandreasonablemethodsforcalculatingthecapacityofdustseparatorsaregiven.Generally,theamountofpumpcapacityshouldbeabout3.75timesthetotalvolumeofallflasks;whilecapacityofthedustseparatorisapproximately1.3~1.5timesthatofallflasks.Keywords:Vacuumsystem;VacuumPump;Dustseparator;LostFoamCasting;V2processCasting消失模和V法铸造用真空系统的作用是提供足够负压,以保证浇注过程中砂型不垮。其中最为关键部件是真空泵和负压罐。真空泵提供负压动力,而负压罐储可以缓冲浇注过程的负压波动,同时实现气尘分离,防止粉尘进入真空泵磨损泵体。真空系统的性能也对铸件质量有着较大影响:稳定、充足的负压使砂箱内气体及时被抽走,提高金属液的充填能力,减少气孔缺陷。国内工厂,真空泵形式各异,真空罐结构大相径庭。图1为湖北某消失模铸造厂的卧式真空罐。图2为河北某V法铸造企业的立式细长真空罐。我国消失模和V法铸造所用的真空系统存在以下几个问题。(1直接选用大抽速真空泵,采用大马拉小车的办法,能耗较大;(2真空泵的寿命较短;有个别企业真空泵寿命不到半年;图1卧式真空罐Fig.1AvacuumsystemofcertainfoundryinHubeiprovince(3稳压罐的容积不适合,多数偏小,负压不足或不稳定;本文根据流体力学理论,确定真空系统技术参数,给出合理的真空泵选型和负压罐容积计算方法。1真空泵的配置真空泵的种类型号繁多,选择合适的型号功率能够使真空系统在保证生产正常进行的情况下达到最为节能,优化的运行。下面通过模型简化来进行理论推导。・583・图2立式细长真空罐Fig.2AvacuumsystemofcertainfoundryinHebeiprovince图3抽气简化模型示意图Fig.3Simplifiedmodelofpumping(1简化模型如图1所示,泵接到砂箱上抽气,泵抽气量为S,砂箱容积为V。忽略管道阻力和泵的抽气性能曲线的影响。(2抽速计算在上述的简化模型中,抽气开始时砂箱中压力为P,根据低真空容器抽气计算公式有:抽气时间t=VSlnP0P(1式中t是压强P0→P的抽气时间。由于上式忽略了泵的性能曲线,需进行适当修正。根据俄国科学家H.A.Steinherz1的低真空泵特性曲线,当压力在大气压(105Pa到133Pa范围之间,应对上式加以修正系数K=1.1[1]:。带入(1式中,并调换S与t的位置,就可以得到泵抽气量计算公式:S=1.1VtlnP0P(2其中,V代表系统中砂箱总体积,又铸造用砂虽然AFS粒度不同,但其间隙体积均在总体积的30%左右。即体积V的砂箱装满砂子后其中约有0.3V体积的空气。式(2中P0为大气压101.3kPa托,P为铸造工作压力,约40kPa。砂箱接上真空系统后,根据一般生产经验,在5~10s之内到达工作压强,为了方便计算,这里取6s,即0.1min。分别将这些数据代入公式有:S=1.10.3V0.1minln760300≈3V(3即泵的抽气量约为砂箱总体积的3倍。工程中还应给予25%的安全系数,即S=3.75V。实际上,抽气量式受很多因素影响的,如砂、震动、铸件形状、体积、材料等,根据考察和试验,对于一般体积的铸件,按照这个比例配置是足够的。同时,表1提供一些实际数据对比,和上述结论吻合[2]。表1泵抽速和砂箱体积搭配表[2]Tab.1Pumpcapacityvs.volumeofflask砂箱尺寸/m抽气量/(m3/min铸件重量/kg3000×900×450/3003.0~4.04509902500×1400×580/2703.0~4.0120026401800×1500×550/5502.5~3.03507700×1600×180/1801.8~2.51302861600×1600×300/3001.8~2.51002202180×1380×570/3501.3~1.8100220(3泵的型号选择国内水环真空泵有以下两种型号:SK、2BE。现在行业内普遍使用的是SK系列水环真空泵,也有一些2BE泵。表2和表3分别给出SK泵和2BE泵的技术参数,以供对比。表2SK水环真空泵技术参数表Tab.2ParametersofSKvacuumpump型号抽气量/(m3/min1×1054×104极限压力/Pa功率/kW转速/(r/min重量/kg30272×1025574023002BE系列较SK系列有着很明显的优势。首先,泵的转速有选择的余地,同一个泵配上不同的电机,即可有多种额定转速而改变抽速。重量2BE比SK轻,体积较小,结构简单。同时,可以发现抽速在某些范围内时,适当选用型号2BE的电机功率比SK的要小(如2BE252抽速为30时用电机功率为30kW,而SK230用电机为37kW。2负压罐体积确定罐的体积太小起不到储蓄负压的效果;体积太大・683・《铸造技术》03/2021秦少威等:消失模与V法铸造用真空泵的选型和负压罐的计算表32BE水环真空泵技术参数表Tab.3Parametersof2BEvacuumpump型号极限压力/hPa转速/(r/min最大抽气量/(m3/min电机功率/kW重量558203033751805又耗材,提高制造加工的难度和成本。经过数据分析给出理论计算方法。理论模型如图4。负压罐容积V1,砂箱容积V2,假设下列情况:首先将负压罐的压力抽至铸造时的工作压力P1,切断真空源并使负压罐密封;将常压P2的砂箱密封好,迅速接到负压罐上,以V1中储存的负压对V2抽真空。最终两个容积中的压强会达到相等为P3。如果这个最终压强仍然在砂型所允许的范围之内,说明负压罐有足够能力,在泵出现异常停机的极端情况下依靠自身所储存的负压,在一段时间内保持砂型。于是根据气体量守恒列出下式:图4负压罐容积计算模型Fig.4ModelforcalculatingcapacitiesofdustseparatorsV1P1+V2P2=P3(V1+V2(4P3为最终平衡后的压强,它应该使得砂型不致垮型,通常的这个值不大于67kPa;P1铸造工作压强取为40kPa;P2大气压101kPa。代入式中可以得到,V1≈(1.3~1.5V2。这便是负压罐设计时容积应该达到的值,其中V2是所有砂箱体积的总和。3结论铸造真空系统的结构、配置对生产效率、产品质量、设备寿命等都有决定性影响。在设计时为确保使用效果良好,要注意以下几点设计原则。(1泵的抽速选定约在砂箱总体积的3.75倍。(2负压罐体积为砂箱总体积的(1.3~1.5倍。参考文献[1]郭鸿震主编.真空系统设计与计算[M].北京:冶金工业出版社,1986.[2]叶升平,刘德汉编著.国外V法铸造资料汇编[M].消失模与V法铸造技术委员会(内部资料,2021.・783・真空减压浓缩罐系列主要用途：适用于制药、食品、化工等行业对料液的浓缩、蒸发强度一般在

50-60kg/m2h，浓缩液的比重不宜大于1.25，否则对出料带来困难。结构：本设备主要包括浓缩罐、第一冷凝器、汽液分离器、第二冷凝器、冷却器、受液桶六个部件组成，全部由不锈钢制造。浓缩罐为夹套结构，冷凝器为列管式、冷却器为蛇管式。（I型）（II型）主要技术参数项目\容积L50100200300500700蒸汽压力MPa≤0.15≤0.15≤0.15≤0.15≤0.15≤0.15真空度mmHg≤700≤700≤640≤640≤600≤600加热面积M20.40.590.81.11.451.8冷凝面积M21.21.72.453.03.23.6冷却面积M20.250.350.40.60.70.85受液槽容积L15456076100125设备净重kg-350-450-550-650-800-1000外形尺寸mm

长X宽X高1200x

600x22001350x

750x22001700x

800x27001700x

1000x34002100x

1200x34002400

x1300x3400第24卷第4期2006年7月石化技术与应用PetrochemicalTechnology&ApplicationVo.l24No.4July2006实用技术(313~315液环式真空泵在常减压蒸馏装置上的应用侯复儒,闫沛仁,吴云鹏,马明亮(中国石油兰州石化分公司炼油厂,甘肃兰州730060摘要:报道了液环式真空泵在中国石油兰州石化分公司500万t/a常减压蒸馏装置上的应用情况。减压塔顶采用2级抽真空系统,一级采用传统蒸汽喷射泵,二级采用蒸汽喷射泵与液环式真空泵并联组合使用。标定结果表明,使用液环式真空泵后减压塔顶的压力可达到4.50kPa,固定投资与蒸汽喷射泵相当,运行成本不足蒸汽喷射泵的1/5。关键词:液环式真空泵;常减压蒸馏装置;减压塔;真空系统中图分类号:TE624.2文献标识码:B文章编号:1009-0045(200604-0313-03炼油厂常减压蒸馏装置减压系统一直采用蒸汽喷射泵抽真空。近年来随着干式减压蒸馏技术的发展和机械制造技术的进步,机械式真空泵在常减压蒸馏装置上开始应用并取得了一定成果。但是,在实际生产过程中,由于各项工艺参数没有在线记录,缺乏必要的评价手段和经验总结,探索过程困难,所以有关机械式真空泵在常减压蒸馏装置上应用的报道较少,影响了机械式真空泵在常减压蒸馏装置上的推广应用。中国石油兰州石化分公司(简称兰州石化公司在500万t/a常减压蒸馏装置减压塔上采用了液环式真空泵,解决了大处理量下机械抽真空系统的应用问题。1液环式真空泵在减压塔上的应用y1.1工艺流程兰州石化公司500万t/a常减压蒸馏装置减压塔顶采用2级抽真空工艺流程,一级抽真空采用传统蒸汽抽真空,二级采用液环式机械抽真空系统与传统蒸汽抽真空并联使用,工艺流程如图1所示。1.2液环式真空泵减压塔顶二级抽真空系统采用纳西姆工业(中国液环式真空泵压缩机(组,型号为2BW4303-0HC2,系单级液环式真空设备。该泵的工作液为新鲜水,主要用于抽输压力低于,图1减压塔顶抽真空系统工艺流程来自一级抽真空后的不凝气、空气、水蒸气等吸入,被抽气体携带泵内的部分液环工作液,从排气管线排至分离器,在分离器内进行气-液分离。未凝气体被压缩至排气压力,冷凝液在达到溢流液位后,分别排入减压塔顶分液罐。在分离器中,工作液(新鲜水被人为地控制在高低液位之间,同时工作液通过管线自分离器自流入换热器,与循环水换热后进入泵体。在这一过程中,工作液不仅形成了液环,而且携带压缩气体所产生的热量,同时将叶轮与圆盘之间的间隙密封。采用由蒸汽喷射泵和机械式真空泵组成的混合y收稿日期:2005-11-23;修回日期:2006-03-15作者简介:侯复儒(1976,男,甘肃武威人,学士,工程师,1篇。抽真空系统,可使减压塔顶的操作压力保持在6.25kPa以下,最低可达到2.50kPa。液环式真空泵的供水方式为自吸式,水压为-4kPa,其他性能参数如表1所示。表1液环式真空泵的性能参数项目设计指标实测结果吸入压力/kPa22.021.6排出压力/kPa101.3101.3抽气量/(m3#h-1213827802生产工艺分析标定时装置的处理量为15.0~15.2kt/d,塔顶一级抽真空系统只开动1台蒸汽喷射真空泵,二级抽真空系统采用液环式真空泵。减压塔塔顶设计操作压力为6.25kPa,设计操作温度为45.0e。标定结果显示,塔顶实际操作压力为4.50kPa,操作温度为45.2e。减压塔塔顶抽真空系统进料为不凝气、轻柴油组分、蒸汽及少量空气,标定情况分别如表2和表3所示。表2塔顶抽真空系统进料标定结果项目不凝气油气空气相对分子质量2515029收率/%设计0.050.30标定0.010.13流量/(kg#h-1设计187.202175.0050.00标定36.75表3塔顶抽真空系统进料(蒸汽标定结果项目设计标定汽提蒸汽温度/e380420吹汽量/(kg#h-1二线395600三线850790四线1070810五线830820塔底29301200合计60754220计算二级抽真空泵虽缺少操作数据,但可通过考察一级抽真空泵出口操作参数的变化情况间接反映二级抽真空泵进料量的变化。由减压塔塔顶抽真空系统进料量可以看出,不凝气、减冷油和蒸汽分别占设计量的20%,43%,70%。经预湿空冷器冷却后,物料达到的温度为28e,与设计指标(30e相当,蒸汽和油气被冷凝成液体。在设计压力下,一级抽真空泵的蒸汽及油气负荷与设计指标相当。鉴于塔顶操作压力比设计指标低1.75kPa,如果将塔顶气视为理想气体,则可近似认为一级抽真空泵入口处蒸汽及油气的体积和温度保持不变。欲维持体系压力的稳定,塔顶部分已冷凝的液相必然要增大挥发速率,以维持原来的压力差。根据气体状态方程计算操作时油气及蒸汽的实际流量,结果一级入口油气流量为200.6kg/h,蒸汽流量为276.6kg/h。与设计指标相比,实际操作时在一级抽真空泵入口,蒸汽流量增加111.3kg/h,油气流量增加80.7kg/h,空气流量保持不变,不凝气流量减少150.45kg/h,物料总流量比设计指标增加41.55kg/h。综上所述,减压塔顶挥发管线物料流量减少对二级抽真空泵的负荷没有影响。实际操作时,一级空冷器出口平均温度比设计指标高10e以上,达到45e以上,进一步增加了二级抽真空泵的负荷。采用蒸汽喷射真空泵/蒸汽喷射真空泵-液环式真空泵系统,可将减压塔塔顶压力控制在比设计指标低1.4kPa水平。液环式真空泵于2003年12月在兰州石化公司500万t/a常减压蒸馏装置投用,在冬季采取防冻措施的情况下,系统在长期运行过程中各部位的工艺参数如表4所示。表4液环式真空泵的长期运行参数项目2003-12~2004-052004-06~122005-01~06温度/e泵入口455053泵体384046泵出口424547循环水出口282830分离罐液相343951分离罐气相323749水冷器表面373737压力/kPa入口555555出口666电机电流/A110113120由表4可以看出,液环式真空泵出、入口压力几乎没有变化,水冷器表面温度也没有变化,但泵体、入口、出口、分液罐液相及气相温度有升高的趋势,原因是:空冷器的冷却效果因结垢等原因而降低,导致液环式真空泵入口温度升高;工作液的温#314#石化技术与应用第24卷度因冷却器结垢而升高;泵体及分液罐排污不及时或排不干净造成散热效果下降;工作液置换不彻底。工作液系油与水的混合物,温度升高时水与油之间的分离效果变差,导致真空泵的工作效率下降。实际操作中曾试图通过补加水提高油-水界面,但短时间内界面又回落。温度升高使真空泵的工作效率大幅下降,电机电流增大。3应用效果评价3.1与传统工艺能耗对比液环式真空泵二级组合抽真空系统与传统蒸汽喷射抽真空系统能耗对比如表5所示。表5抽真空系统能耗对比项目液环式二级组合系统传统蒸汽喷射系统新鲜水/(t#h-10.1*软化水/(t#h-15**电/kW71.19循环水/(kg#h-140蒸汽/(kg#h-11365****:间断使用;**:夏季使用;***:压力为1.0MPa。3.2经济效益分析液环式真空泵二级组合抽真空系统与传统蒸汽喷射泵抽真空系统投资及运行成本分析结果如表6所示。表6抽真空系统投资及运行成本项目液环式二级组合系统传统蒸汽喷射系统运行成本*/(元#h-1电费27.05循环水8.40蒸汽163.80含硫污水处理费41.00合计35.45204.80固定投资/万元69.31067.222***:液环式真空泵功率71.19kW,电价0.38元/(kW#h,蒸汽价格120元/t,含硫污水处理成本30元/t;**:蒸汽喷射泵3.120万元,空冷器64.102万元。由表6可以看出,液环式真空泵二级组合抽真空