本文就水環(huán)真空泵氣量測(cè)定方法的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中提出的計(jì)算飽和空氣體積流量公式進(jìn)行了推導(dǎo)并說明其應(yīng)用條件，對(duì)已知飽和空氣體積流量推算干空氣體積流量的公式進(jìn)行了推導(dǎo)。
水環(huán)真空泵(以下簡(jiǎn)稱水環(huán)泵)體積流量的出廠檢驗(yàn)國(guó)內(nèi)都是抽環(huán)境空氣檢驗(yàn)，并以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的大氣壓力為101.325kPa、空氣溫度為20℃、相對(duì)濕度為70%(國(guó)外一般為50%)、補(bǔ)充水為15℃作為規(guī)定條件給出水環(huán)泵的體積流量和軸功率性能曲線。國(guó)外一般也都是抽環(huán)境空氣檢驗(yàn)。由于環(huán)境空氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥節(jié)流后所含水蒸氣分壓力很小，所以國(guó)內(nèi)外都視環(huán)境空氣為干空氣，即水環(huán)泵抽環(huán)境空氣的性能曲線為抽干空氣的性能曲線。圖1 為我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13929-2010 《水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機(jī)試驗(yàn)方法》中推薦的用環(huán)境空氣測(cè)定體積流量的試驗(yàn)裝置示意圖。
由于許多應(yīng)用工況，如電廠冷凝器抽真空系統(tǒng)是抽含飽和水蒸氣的飽和空氣，因此國(guó)內(nèi)外許多水環(huán)泵的生產(chǎn)企業(yè)都提供了抽飽和空氣的性能曲線。在德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN 28431《真空技術(shù)液環(huán)真空泵驗(yàn)收規(guī)則》中提供了抽含飽和水蒸氣的環(huán)境空氣試驗(yàn)系統(tǒng)裝置示意圖(圖2)。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13930-2010《水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機(jī)氣量測(cè)定方法》[2]附錄B(資料性附錄)中也推薦了與德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相似的試驗(yàn)裝置示意圖。水環(huán)泵體積流量的測(cè)定國(guó)內(nèi)外一般都是用差壓裝置，如孔板、噴嘴、文丘里管等，這些差壓裝置都是按抽干空氣標(biāo)定(壓力101.325kPa、溫度20℃、濕度50%)，所以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中提出了用推薦的測(cè)定裝置測(cè)定的干空氣體積流量推算飽和空氣體積流量的公式：
圖1 水環(huán)泵抽環(huán)境空氣試驗(yàn)系統(tǒng)裝置示意圖
由飽和空氣流量推算干空氣流量目前國(guó)內(nèi)大部分水環(huán)泵生產(chǎn)企業(yè)提供的技術(shù)指標(biāo)都是在以下條件下得出的：大氣壓力為101.325kPa、進(jìn)水溫度15℃、吸入氣體為20℃飽和空氣即吸入狀態(tài)下相對(duì)濕度為100%的濕空氣。如果應(yīng)用工況也為溫度相近的飽和空氣，可以按生產(chǎn)廠提供的飽和空氣氣量及軸功率性能曲線選型。但對(duì)于應(yīng)用工況是抽干空氣或含水蒸氣量很小的氣體，如利用環(huán)境空氣變壓吸附制氧、風(fēng)洞試驗(yàn)、煤礦抽瓦斯氣體、變壓吸附脫碳與制氫等，這些工況條件如果按飽和空氣性能曲線選型，在吸入壓力15kPa 以下誤差就比較大。因此要由已知的飽和空氣體積流量Qstb 推算干空氣體積流量，可得出大氣壓力為101.325kPa、進(jìn)水溫度為15℃、吸入氣體為20℃的環(huán)境空氣的體積流量。
由于進(jìn)入泵內(nèi)冷卻水的溫度為15℃，可認(rèn)為20℃的飽和空氣進(jìn)入泵腔后全部被冷凝為15℃的飽和空氣。由水環(huán)泵的工作原理可知，水環(huán)泵是容積式真空泵，體積流量是吸氣終了位置的吸氣截面積與該截面積氣體平均流速的乘積，也即是說水環(huán)泵吸入氣體為20℃飽和空氣的性能曲線上的體積流量值是在泵內(nèi)被冷凝為15℃的飽和空氣體積流量Qstb，其中干空氣的質(zhì)量流量為：
(10)式中T15為熱力學(xué)溫度，即T15=273.15+15=288.15K，。由(10)式和(3)式可得出吸入壓力為p1、溫度為20℃、濕度為70%的干空氣的體積流量的計(jì)算公式(推導(dǎo)從略)：
由(11) 式計(jì)算得出的15kPa 以下工況點(diǎn)的干空氣體積流量與40kPa 工況點(diǎn)飽和空氣體積流量(該工況點(diǎn)水蒸氣分壓力與總壓力比值較小可近似認(rèn)為與干空氣體積流量相等)的比值與國(guó)外多個(gè)廠家的干空氣體積流量性能曲線上15kPa 以下各點(diǎn)體積流量與40kPa 工況點(diǎn)體積流比比較接近，試驗(yàn)也已證明，因此可以用(11) 式由某一吸入壓力下20℃的飽和空氣體積流量值推算干空氣體積流量值做參考選擇真空泵。
