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V法铸造真空系统管道设计及优化【建筑工程类独家文档首发】 真空系统是V法铸造的关键，但是在 V法铸造工艺推广实施过程中，一些企 业对真空系统没有足够重视，尤其是管道设计不当，造成真空能耗大等问题。 1管道设计 1.1管道中气体流动状态的判定 对于理想气体，粘滞流与湍流的判别，采用雷诺数判别。对于室温空气， T 取 20C, n 数值为 1.82 X 10-5Pa? s, Qgt;2640D 为湍流，Qlt;1440D 为 粘滞流。在真空系统处于工作压力 -0.04?-0.06MPa时，代入平均压力-0.05 MPa得到Segt;3.168D为湍流，Selt;1.728D 为粘滞流，其中Se为抽速， m3/min。当D为400mm（常用主管道直径）时， Segt;1.27 m3/min为湍流； 当D为50mm（通用末端软管直径）时， Segt;0.158 m3/min 为湍流。 对于浇注后高温气体，T取200C（软管所能承受的温度），数值为 2.58 X 10-5Pa.s , Qgt;6044D为湍流，Qlt;3297D为粘滞流。代入平均压 力-0.05MPa，可知 Segt;7.25D 为湍流，Selt;3.96D 为粘滞流。当 D为 400mm 时，Segt;2.9 m3/min 为湍流；当 D为 50mni时，Segt;0.36m3/min 为湍流。 而常用真空泵抽气速率为 67 m3/min （1.11m3/s ）,对于主管道直径为 400mm 的真空系统，通常连接至少3台真空泵，显然流速管道中的气体流动为湍流， 而对于末端直径50mm的软管，在工厂进行了流量测量。 1.2流量测量试验 试验采用智能DN50涡街流量计，自行改造后固定于软管中，跟踪同一砂箱 在整个生产流程中抽气量变化，多次试验后取平均值。 表1自动线工厂真空系统末端软管流量数据 阶段 双侧抽气（m3/min） 单侧抽气（m3/min） 上箱下箱 上箱 合箱待浇注 1.3 0.5 浇注中 2.9 1.15 浇注完保压 2.25 0.95 2 注：测量的生产线砂箱尺寸为 2200 mnK 2200 mnK 350 mm /250 mm,设计 造型速度10箱/h，井盖铸件。 从表1可以看出，①上箱抽气量比下箱抽气量大一倍多。 这是由于上箱真空 需要承受所有型砂的质量，而下箱型砂有地面支撑；②抽气量只与压力差和 气阻有关，所以单侧抽气和双侧抽气的每个抽气软管流量相差不大；③砂箱 中气体泄漏量，浇注时最大，其次是保压阶段，最后是待浇注阶段；④根据 前文标准，最小流量时也明显大于湍流标准，所以 V法铸造管道中气体流动 状态绝大部分阶段是湍流。 2管道优化数值模拟 2.1双边抽气接入管道探讨 某厂采用如图1所示的接入管道时，相隔2米的3个真空泵上的真空表数据 差别很大，两端的负压为-0.08MPa，中间为-0.05MPa。导致两端真空泵轴功 率过高，能耗大。 在实际生产中，无法观察真空管道中气体的流动， 为了更加合理地优化真空 泵接入管道，解决实际运行中真空利用率不高的问题，采用 flue nt软件进 行了模拟。 图1两端抽气管道图 气体在管道中流动为湍流，因此流动条件设为湍流，真空泵选择水环泵 2BE303, 3个真空泵均处在工作状态，每个泵的抽速和泵入口处负压稳定， 其工作参数66m3/min，负压为-0.06 MPa。根据实际该型号真空泵，将真空 泵入口管径设为200 mm模拟两种不同直径总管道对真空的影响。 第1种是产生问题时实际主管径 200 mm，第2种管径根据前文结论，总管 道面积等于分管道面积之和。 连接3台真空泵入口和稳压罐的主管道截面积 应该约等于3个入口之和，直径略大于 346.4mm,取350mm （a） 主管道直径200mm （b） 主管道直径350mm 图2三台真空泵串联两端抽气时管道压力分布 （a） 主管道直径200mm （b） 主管道直径350mm 图33台真空泵串联两端抽气时管道抽气速度分布（带流动粒子） 从图2和图3中可看出，直径200 mm的主管道压力分布有差别，中间压力 低，两端的分管道涡流造成高真空区。主管道抽速差达到 50 m/s，两端分管 道由于涡流严重，有效抽气面积大大减少，导致两端的真空泵抽气阻力很大 而中间的气体却太集中来不及抽走，因而中间真空泵的负压较低，两边真空 泵负压较高。直径350 mm的主管道负压分布均匀，不受分管道影响。主管 道内抽速差为10 m/s，分管道接口处涡流也得到很大改善。 2.2单边抽气接入管道 针对实际生产中更常用的单边抽气情况（见图 4），同样进行前文类似的边 界条件设置，其模拟结果见图 5?图9。 图4单边抽气管道实物图 图5单边抽气直径200 mm主管道速度分布 对比图5和图6可以看出，