水環(huán)式真空泵的工作原理說明

水環(huán)式真空泵的工作原理說明

水環(huán)式真空泵（簡稱水環(huán)泵）是一種粗真空泵，它所能獲得的極限壓力，對于單級泵為2.66～9.31kPa；對于雙級泵為0.133～0.665kPa。水環(huán)泵也可用作壓縮機，它屬于低壓的壓縮機，其壓力范圍為（1～2）X105Pa表壓力（在特定的條件下）。水環(huán)泵在石油、化工、機械、礦山、輕工、造紙、動力、冶金、醫(yī)藥和食品等工業(yè)及市政與農(nóng)業(yè)等部門的許多工藝過程中，如真空過濾、真空送料、真空脫氣、真空蒸發(fā)、真空濃縮和真空回潮等，得到了廣泛的應(yīng)用，由于水環(huán)泵壓縮氣體的過程是等溫的，故可抽除易燃、易爆的氣體，此外還可抽除含塵，含水的氣體，因此，水環(huán)泵的應(yīng)用日益增大。

如圖為水環(huán)式真空泵的工作原理示意圖，水環(huán)泵是由葉輪、泵體、吸排氣盤、水在泵體內(nèi)壁形成的水環(huán)、吸氣口、排氣口、輔助排氣閥等組成的。

葉輪被偏心的安裝在泵體中，當(dāng)葉輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，進入水環(huán)式真空泵泵體的水被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，水形成了一個與泵腔形狀相似的等厚度的封閉的水環(huán)。水環(huán)的上部內(nèi)表面恰好與葉輪輪轂相切（如Ⅰ-Ⅰ斷面），水環(huán)的下部內(nèi)表面剛好與葉片頂端接觸（實際上，葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度）。此時，葉輪輪轂與水環(huán)之間形成了一個月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成與葉片數(shù)目相等的若干個小腔。如果以葉輪的上部0°為起點，那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前180°時，小腔的容積逐漸由小變大（即從斷面Ⅰ-Ⅰ到Ⅱ-Ⅱ），壓強不斷的降低，且與吸排氣盤上的吸氣口相通，當(dāng)小腔空間內(nèi)的壓強低于被抽容器內(nèi)的壓強，根據(jù)氣體壓強平衡的原理，被抽的氣體不斷地被抽進小腔，此時正處于吸氣過程。當(dāng)吸氣完成時與吸氣口隔絕，從Ⅱ-Ⅱ到Ⅲ-Ⅲ斷面，小腔的容積正逐漸減小，壓力不斷地增大，此時正處于壓縮過程，當(dāng)壓縮的氣體提前達到排氣壓力時，從輔助排氣閥提前排氣。從斷面Ⅲ-Ⅲ到Ⅰ-Ⅰ，而與排氣口相通的小腔的容積進一步地減小壓強進一步的升高，當(dāng)氣體的壓強大于排氣壓強時，被壓縮的氣體從排氣口被排出，在泵的連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中，不斷地進行著吸氣、壓縮、排氣過程，從而達到連續(xù)抽氣的目的。

在水環(huán)式真空泵中，輔助排氣閥是一種特殊結(jié)構(gòu)，一般采用橡皮球閥，它的作用是消除泵在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的過壓縮與壓縮不足的現(xiàn)象。這兩種現(xiàn)象都會引起過多的功率消耗。因為水環(huán)泵沒有直接的排氣閥，而且排氣壓力始終是固定的，水環(huán)泵的壓縮比決定于進氣口的終止位置和排氣口的起始位置，然而這兩個位置是固定不變的，因而不適應(yīng)吸入壓力變化的需要。為了解決這個問題，一般在排氣口下方設(shè)置橡皮球閥，以便當(dāng)泵腔內(nèi)過早達到排氣壓力時，球閥自動開啟，氣體排出，消除了過壓縮現(xiàn)象。一般在設(shè)計水環(huán)泵時都以最低吸入壓力來確定壓縮比，以此來確定排氣口的起始位置，這樣就解決了壓縮不足的現(xiàn)象。

水環(huán)式真空泵（簡稱水環(huán)泵)是一種粗真空泵，它所能獲得的極限真空為2000~4000Pa，串聯(lián)大氣噴射器可達270~670Pa。水環(huán)泵也可用作壓縮機，稱為水環(huán)式壓縮機，是屬于低壓的壓縮機，其壓力范圍為1~2×105Pa表壓力。

水環(huán)式真空泵最初用作自吸水泵，而后逐漸用于石油、化工、機械、礦山、輕工、醫(yī)藥及食品等許多工業(yè)部門。在工業(yè)生產(chǎn)的許多工藝過程中，如真空過濾、真空引水、真空送料、真空蒸發(fā)、真空濃縮、真空回潮和真空脫氣等，水環(huán)泵得到廣泛的應(yīng)用。由于真空應(yīng)用技術(shù)的飛躍發(fā)展，水環(huán)泵在粗真空獲得方面一直被人們所重視。由于水環(huán)泵中氣體壓縮是等溫的，故可抽除易燃、易爆的氣體，此外還可抽除含塵、含水的氣體，因此，水環(huán)泵應(yīng)用日益增多。

如圖：在泵體中裝有適量的水作為工作液。當(dāng)葉輪按圖中指示的方向順時針旋轉(zhuǎn)時，水被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，水形成了一個決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環(huán)。水環(huán)的上部分內(nèi)表面恰好與葉輪輪轂相切，水環(huán)的下部內(nèi)表面剛好與葉片頂端接觸（實際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度）。此時葉輪輪轂與水環(huán)之間形成一個月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成葉片數(shù)目相等的若干個小腔。如果以葉輪的上部0°為起點，那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前180°時小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時氣體被吸入，當(dāng)吸氣終了時小腔則與吸氣口隔絕；當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，小腔由大變小，使氣體被壓縮；當(dāng)小腔與排氣口相通時，氣體便被排出泵外。

綜上所述，水環(huán)泵是靠泵腔容積的變化來實現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣的，因此它屬于變?nèi)菔秸婵毡谩?br />
水環(huán)泵和其它類型的機械真空泵相比有如下優(yōu)點：

結(jié)構(gòu)簡單，制造精度要求不高，容易加工。

結(jié)構(gòu)緊湊，泵的轉(zhuǎn)數(shù)較高，一般可與電動機直聯(lián)，無須減速裝置。故用小的結(jié)構(gòu)尺寸，可以獲得大的排氣量，占地面積也小。

壓縮氣體基本上是等溫的，即壓縮氣體過程溫度變化很小。

由于泵腔內(nèi)沒有金屬磨擦表面，無須對泵內(nèi)進行潤滑，而且磨損很小。轉(zhuǎn)動件和固定件之間的密封可直接由水封來完成。

吸氣均勻，工作平穩(wěn)可靠，操作簡單，維修方便。

水環(huán)式真空泵也有其缺點：

效率低，一般在30%左右，較好的可達50%。

真空度低，這不僅是因為受到結(jié)構(gòu)上的限制，更重要的是受工作液飽和蒸氣壓的限制。用水作工作液，極限壓強只能達到2000~4000Pa。用油作工作液，可達130Pa。

總之，由于水環(huán)式真空泵中氣體壓縮是等溫的，故可以抽除易燃、易爆的氣體。由于沒有排氣閥及摩擦表面，故可以抽除帶塵埃的氣體、可凝性氣體和氣水混合物。有了這些突出的特點，盡管它效率低，仍然得到了廣泛的應(yīng)用。