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Bauteil 154: Dampfstrahl-Vakuumpumpe

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Vorgaben

Anschlüsse
1	Saugstutzen
2	Druckstutzen
3	Treibmittelanschluss

Allgemeines     Vorgabewerte     Bauteilphysik     Bauteilform     Beispiel

 

Allgemeines

Bauteil 154 (Dampfstrahl-Vakuumpumpe) stellt einen Apparat dar, der verwendet wird, um ein Vakuum zu erzeugen bzw. aufrechtzuerhalten, und um Gase aus dem Dampfkreislauf zu entfernen, wie beispielsweise bei der Entlüftung von Turbinenkondensatoren. Durch die Beschleunigung in der Düse nutzt die Dampf-Vakuumpumpe die Expansionsarbeit des Treibdampfes zur Erzeugung eines Vakuums. In der Saugkammer reißt der Strahl das Saugmedium mit und steigert seine Geschwindigkeit. Der Druck der resultierenden Mischung wird erhöht, wenn sie durch die Düse und den abschließenden Diffusorabschnitt der Dampfvakuumpumpe strömt. Einstufige Dampfstrahl-Vakuumpumpen erreichen ein Verdichtungsverhältnis P2/P1 von bis zu 10 bei einem ausreichend hohen Expansionsverhältnis P3/P1. Für höhere Verdichtungsverhältnisse (oder niedrigeres Vakuum) werden mehrstufige Vakuumpumpen verwendet, die durch eine Serie von Dampfstrahl-Vakuumpumpen modelliert werden können. Wenn das Saugmedium ein Gas ist, können Zwischenkühler eingesetzt werden um den Treibdampf zu kondensieren, was den Wirkungsgrad erhöht, indem die Saugstrommenge in den nachfolgenden Stufen verringert wird.

Vorgabewerte

FMODE	Schalter für den Berechnungsmodus Auslegung /Teillast Ausdruck =0: GLOBAL (Auslegung)   =1: Lokale Teillast (d.h. immer Teillast-Modus, auch wenn global eine Auslegungsrechnung durchgeführt wird) = -1: lokale Auslegung
FSPECX	Handhabung von Materialgleichungen                                    Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck  =0: Beliebige gegeben =1: Anschlüsse 1 und (2 oder 3) gegeben =2: Anschlüsse 2 und (1 oder 3) gegeben =3: Anschlüsse 3 und (1 oder 2) gegeben =12: Anschlüsse 1 und 2 gegeben =23: Anschlüsse 2 und 3 gegeben =13: Anschlüsse 1 und 3 gegeben
FMETHOD	Schalter für die Berechnungsmethode           Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck  =0: Gleichungen gemäß GEA Produktkatalog =1: GEA Gleichungen mit Korrekturfaktoren aus Kennlinien =2: GEA Gleichungen mit Korrekturfaktor aus der Vorgabematrix
FTARGETOD	Schalter zur Festlegung des Zielwerts in der Teillastberechnung; (die Funktionsparameter müssen auf den angeschlossenen Leitungen definiert sein)  Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck  =0: P1 = f(M1, P3) =1: M1 = f(P1, P3) =2: P3 = f(M1, P1)
ENAN	Effektive Düsenquerschnittsfläche (nominal)

Bauteilphysik

Der Massenstrom des Treibdampfs M3, der für den Transport des Saugstroms M1 notwendig ist, hängt von der Art und dem Zustand (P1, T1) des Mediums am Saugstutzen sowie vom geforderten Austrittsdruck P2 der Dampfstrahlpumpe ab.

 

Der Treibdampfstrom wird aus einem im Bild unten dargestellten Zusammenhang ermittelt (Bildquelle: GEA Group), und zwar als spezifischer Dampfbedarf b, der die notwendige Treibdampfmenge pro kg Saugstrom an Wasserdampfequivalent (Dampf bei 150°C) angibt.

Die Parameter dieses Graphen sind das Expansionsverhältnis E=P3/P1 und das Kompressionsverhältnis K=P2/P1.  Der tatsächliche Massenstrom am Saugstutzen wird dazu zu einem äquivalenten Dampfstrom mittels der unten stehenden Abbildung umgewandelt (Bildquelle: GEA Group) , der für reine Gase oder Gasmischungen (obere x-Achse) bzw. Dampfströme (untere x-Achse) mit dem Parameter mittlere Molmasse anzuwenden ist:  M1_eq= f1/f2 * M1.  Der Faktor f1 ist gleich 0.73537 für Dampf bei 150°C, wie er zur Bestimmung des spezifischen Treibdampfbedarfs b verwendet wird.

Auslegung

In der Auslegungsrechnung müssen P1, M1 und P3 vorgegeben werden, und die Düsenquerschnittsfläche für den Treibdampf wird aus der entsprechenden Schallgeschwindigkeit ermittelt.  Weil die Durchströmung der Düse immer mit Schallgeschwindigkeit erfolgt, bestimmt diese Fläche auch den Treibdampfstrom unter Teillastbedingungen als Funktion des Treibdampfdrucks P3.

Teillastberechnung

In der Teillastberechnung ist der Düsenquerschnitt der Dampfstrahlpumpe vorgegeben.  Für einen vorgegebenen Austrittsdruck P2 kann die Teillastberechnung je nach Vorgabe verschiedene Ergebnisse ermitteln:

• bei FTARGETOD = 0: den Druck am Saugstutzen P1 als Funktion des saugseitigen Massenstroms M1 und des Treibdampfdrucks P3, oder
  
• bei FTARGETOD = 1: den saugseitigen Massenstrom M1 als Funktion des Drucks am Saugstutzen P1 und des Treibdampfdrucks P3, oder
  
• bei FTARGETOD = 2: den notwendigen Treibdampfdruck P3 für vorgegebenen Massenstrom M1 und Druck P1 am Saugstutzen.

In allen drei Fällen wird die Lösung iterativ ermittelt, wobei die Zusammenhänge aus obigen Graphen und die Schallgeschwindigkeit in der Treibdampf-Düse verwendet werden.  Letztere ist eine Funktion von effektiver Düsenquerschnittsfläche ENAN, Treibdampfdruck P3 und Treibdampfmassenstrom M3. 

Kennlinien

Kennlinie 1 (CFP2P1):  Korrekturfaktor für den Treibdampfstrom = f (P2/P1)

Kennlinie 1:  Korrekturfaktor für den Treibdampfstrom

X-Achse      1           (P2/P1)                      1. Punkt                         2           (P2/P1)                      2. Punkt                         .                         N          (P2/P1)                      letzter Punkt      Y-Achse      1         Korrekturfaktor (CFP2P1)              1. Punkt                         2         Korrekturfaktor (CFP2P1)               2. Punkt                         .                         N         Korrekturfaktor (CFP2P1)            letzter Punkt

Kennlinie 2 (CFLNP3P1):  Korrekturfaktor für den Treibdampfstrom = f (ln(P3/P1)) - Achtung: logarithmische Skala!

Kennlinie 2:  Korrekturfaktor für den Treibdampfstrom

X-Achse      1          ln(P3/P1)                    1. Punkt                         2           ln(P3/P1)                    2. Punkt                         .                         N          ln(P3/P1)                    letzter Punkt      Y-Achse      1         Korrekturfaktor (CFLNP3P1)              1. Punkt                         2         Korrekturfaktor (CFLNP3P1)              2. Punkt                         .                         N         Korrekturfaktor (CFLNP3P1)             letzter Punkt

 

Vorgabematrizen

MXCFM3M1: Durchflusskorrekturfaktor CF = f ((P2/P1, ln(P3/P1))

Korrekturfaktor für den Treibdampfstrom als Funktion des Kompressionsverhältnisses (P2/P1) und dem natürlichen Logarithmus des Expansionsverhältnisses ln(P3/P1) - Achtung: logarithmische Skala!

 

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Bauteilform

Ansicht 1

Beispiel

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