專利名稱：潮汐式虹吸真空抽氣方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可再生低品位機械能循環(huán)利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是利用高低兩液位的落差通過虹吸流進行真空抽氣的方法和裝置。
背景技術(shù)：
工業(yè)上大量使用儲水池，同一企業(yè)具有多個不同液位儲水池的情況也很普遍，例如傍海而建的工廠利用漲潮水位儲水、退潮水位排水，潮差高度達3m以上，是可資利用的重力勢能，可用于提供真空，如趙奎文等利用9個閥門交替開閉的管路系統(tǒng)實現(xiàn)了利用潮汐能間歇式獲取真空的方法(趙奎文，劉業(yè)鳳.潮汐能太陽能多效蒸餾海水淡化裝置的模擬與測試，制冷技術(shù)，2008，(2):17 21)。但其系統(tǒng)過于復(fù)雜、工作效率難于滿足大型工業(yè)裝置的要求。若能以連續(xù)、穩(wěn)定方式利用高低兩液位的落差進行真空抽氣操作，則可在工業(yè)上取代旋轉(zhuǎn)式或噴射式真空機械并節(jié)約動力。但現(xiàn)有技術(shù)無法實現(xiàn)利 用高低兩液位的落差實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定真空抽氣。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明公開一種方法，借助大氣壓力能構(gòu)造潮汐式虹吸真空抽氣裝置，利用不同液面高度的兩儲槽之間的液位落差，在不低于0. 75kPa (絕壓)的抽氣壓力下實現(xiàn)氣/水質(zhì)量比不低于IX 10_5的連續(xù)穩(wěn)定真空抽氣操作。當(dāng)液位落差為3. 5m時，以3070t/h的液體流量可滿足900MW壓水堆核電站汽輪機凝汽器7. 5kPa (絕壓)抽氣壓力61. 4 kg/h抽氣量的要求，取代額定功率132kW的機械真空泵。本發(fā)明主要發(fā)明思想是利用不同液面高度的兩儲槽之間的液位落差/Z3和大氣壓力能，依據(jù)流體動力學(xué)原理和機械能轉(zhuǎn)換與能量守恒，在兩液面之間構(gòu)成連續(xù)虹吸真空抽氣過程。如附圖
所示，兩端高差等于ZZ3、垂直安裝的n型虹吸管，插入高液位儲槽的一端為上升管，插入低液位儲槽的一端為下降管，高低兩液面通過n型管連通形成封閉流通回路，只要n型管頂點距高液位面的高度//2 < ip0-ps)/{
Pt g)，ip,和久分別為當(dāng)?shù)卮髿鈮簭姾鸵后w飽和蒸汽壓，P1是液體密度，貧是重力加速度)，
一旦液體充滿全管，即可形成從高液面通過上升管越過n型管頂點通過下降管流入低液面的穩(wěn)定虹吸流動，流動過程中兩儲槽液面高度的變化不超過0. 2m。液體流經(jīng)上升管時位能不斷增加、靜壓能不斷減少、在n型管頂點處靜壓達到最低值A(chǔ)llin (但不低于/7S)即為該虹吸真空抽氣泵的極限抽氣壓力、可以抽吸略高于該壓力的氣體。但從穩(wěn)定性和抽氣效率考慮，實際設(shè)計插入真空進氣管在越過n型管頂點的下降管a截面中心處、離高液位面垂直距離
S、該距離是可調(diào)的、原則是使進氣管插入點處液體靜壓比實際抽氣壓力A低0. 2kPa以上。被抽吸的氣體通過氣液兩相動量傳遞形成可壓縮的泡狀流在下降管內(nèi)向下流動、其位能不斷減小、靜壓能隨之增大、氣泡不斷被壓縮直至通過管口壓入低液位儲槽后從液面逸出到
大氣之中，從而實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定真空抽氣過程。抽氣質(zhì)量流量與液體質(zhì)量流量,的關(guān)系服
從下式
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f Mf P1DpM m Mf pg
8/ h +iri (ffl< + mj)l 卜 ％ )[1 + / !)][! + / ^)(^- -1)])
⑶ Pi Pi Pi# Pi* 式中，#g、^ 8和r是氣體的摩爾質(zhì)量、密度和絕對溫度，7 是通用氣體常數(shù)，// 8和//7分別是氣體和液體粘度A是虹吸管直徑，4和42分別是液體單相流和氣液兩相流除直管以
外的所有局部阻力當(dāng)量長度，"為液體在上升管內(nèi)的流速
權(quán)利要求
1.一種利用不同液面高度兩儲槽的液位落差和大氣壓力構(gòu)成連續(xù)虹吸真空抽氣的方法，其特征在于垂直安裝的n型虹吸管、插入高液位儲槽的一端為上升管、插入低液位儲槽的一端為下降管，高低兩液面通過n型管連通形成封閉流通回路、n型管頂點距高液位面的高度盡< (p0 —ps)/(C g)ip,和A分別為當(dāng)?shù)卮髿鈮簭姾鸵后w飽和蒸汽壓是液體密度、g是重力加速度)，液體從高液面通過n型管流入低液面的穩(wěn)定虹吸流動過程中流速大于0. 5m/s、在下降管離高液位面垂直距離/Z1的a截面中心處抽吸從該處插入的真空進氣管內(nèi)的氣體、抽氣壓力為A通過氣液兩相動量傳遞形成可壓縮的泡狀流向下流動、氣泡不斷被壓縮直至通過管口壓入低液位儲槽液面以下(0. ro. 3) m后從液面逸出到大氣，構(gòu)成連續(xù)虹吸真空抽氣； 抽氣質(zhì)量流量與液體質(zhì)量流量的比值《8/徽I即抽氣能力正比于液位落差//3、反比于大氣壓與抽氣壓力比值的自然對數(shù)lnC^/A)，在管徑i =(0. 02 L0)m、"3=(f8)m、y >0. 5m/s且≤0.797(^!!^ ( a 7是液體表面張力)、H型管局部阻力Zel和Ze2均為(f 10)m的條件下，本發(fā)明虹吸真空抽氣裝置的工作范圍為抽氣壓力A=(0. 75飛0)kPa、抽氣能力乂/ |=(0 50)X1(T5。
2.一種利用不同液面高度兩儲槽的液位落差和大氣壓力構(gòu)成連續(xù)虹吸真空抽氣的裝置，其特征在于垂直安裝的n型管兩端高差等于兩儲槽的液位落差//3、插入高液位儲槽的一端為上升管、插入低液位儲槽的一端為下降管，真空進氣管插入下降管a截面中心處、離高液位面垂直距離S、該距離可調(diào)、其原則是使進氣管插入點處液體靜壓比實際抽氣壓力P1低0. 2kPa以上； 與真空進氣管相連的真空緩沖器安裝高度超過n型管頂點2m以上；n型管的上升管和下降管管口均裝有止水閥、n型管頂點處的排氣管和灌水管均裝有截止閥、真空進氣管裝有調(diào)節(jié)閥，原始啟動時關(guān)閉上升管和下降管管口的止水閥、關(guān)閉真空進氣管是調(diào)節(jié)閥，打開排氣管和灌水管上的截止閥、向n型虹吸真空抽氣管內(nèi)灌水排氣直至從排氣管涌出的水流不含氣泡時同時關(guān)閉排氣管和灌水管上的截止閥、依次打開上升管和下降管管口的止水閥，裝置即進入工作狀態(tài)； 裝置進入工作狀態(tài)后，打開真空進氣管的調(diào)節(jié)閥即開始真空抽氣； 裝置停止工作，先關(guān)閉真空進氣管的調(diào)節(jié)閥、再關(guān)閉下降管管口的止水閥；恢復(fù)工作，先打開下降管管口止水閥、再打開真空進氣管的調(diào)節(jié)閥。
全文摘要
一種利用高低兩儲槽液位落差通過虹吸流進行真空抽氣的方法和裝置，利用液面高度不同的兩個敞開式儲槽之間的液位落差、尤其是海水漲潮和退潮水位落差形成的液體重力勢能，依據(jù)流體動力學(xué)原理和機械能轉(zhuǎn)換與能量守恒定律，在兩液面之間構(gòu)成連續(xù)虹吸真空抽氣過程，僅依靠一根虹吸真空抽氣管不需要其它機械即可實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的真空抽氣操作，在(0.75~50)kPa抽氣壓力范圍內(nèi)其抽氣能力即氣/水質(zhì)量流量比(0~50)×10-5。利用3.5m落差的漲潮水位，以3070t/h海水通過本發(fā)明即可完成900MW壓水堆核電站汽輪機凝汽器61.4kg/h抽氣量要求，取代額定功率132kW的機械真空泵，節(jié)約動力同時節(jié)省投資。
文檔編號F04F10/02GK102619791SQ20121010592
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者卿培亮, 夏素蘭, 朱家驊, 李季, 鄭志堅 申請人:四川大學(xué)