水环式真空泵的工作原理说明:
水环式真空泵(简称水环泵)是一种粗真空泵,它所能获得的极限压力,对于单级泵为2.66~
9.31kPa;对于双级泵为0.133~0.665kPa。水环泵也可用作压缩机,它属于低压的压缩机,其压力
范围为(1~2)X105Pa表压力(在特定的条件下)。水环泵在石油、化工、机械、矿山、轻工、造
纸、动力、冶金、医药和食品等工业及市政与农业等部门的许多工艺过程中,如真空过滤、真空送
料、真空脱气、真空蒸发、真空浓缩和真空回潮等,得到了广泛的应用,由于水环泵压缩气体的过程
是等温的,故可抽除易燃、易爆的气体,此外还可抽除含尘,含水的气体,因此,水环泵的应用日益
增大。如图为水环泵的工作原理示意图,水环泵是由叶轮、泵体、吸排气盘、水在泵体内壁形成的水
环、吸气口、排气口、辅助排气阀等组成的。
叶轮被偏心的安装在泵体中,当叶轮按图示方向旋转时,进入水环泵泵体的水被叶轮抛向四周,由于
离心力的作用,水形成了一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭的水环。水环的上部内表面恰好与叶轮
轮毂相切,水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触(实际上,叶片在水环内有一定的插入深度)。此
时,叶轮轮毂与水环之间形成了一个月牙形空间,而这一空间又被叶轮分成与叶片数目相等的若干个
小腔。如果以叶轮的上部0°为起点,那么叶轮在旋转前180°时,小腔的容积逐渐由小变大,压强不
断的降低,且与吸排气盘上的吸气口相通,当小腔空间内的压强低于被抽容器内的压强,根据气体压
强平衡的原理,被抽的气体不断地被抽进小腔,此时正处于吸气过程。当吸气完成时与吸气口隔绝,
小腔的容积正逐渐减小,压力不断地增大,此时正处于压缩过程,当压缩的气体提前达到排气压力
时,从辅助排气阀提前排气。从断面Ⅲ-Ⅲ到Ⅰ-Ⅰ,而与排气口相通的小腔的容积进一步地减小压强
进一步的升高,当气体的压强大于排气压强时,被压缩的气体从排气口被排出,在泵的连续运转过程
中,不断地进行着吸气、压缩、排气过程,从而达到连续抽气的目的。 在水环泵中,辅助排气阀
是一种特殊结构,一般采用橡皮球阀,它的作用是消除泵在运转过程中产生的过压缩与压缩不足的现
象。这两种现象都会引起过多的功率消耗。因为水环泵没有直接的排气阀,而且排气压力始终是固定
的,水环泵的压缩比决定于进气口的终止位置和排气口的起始位置,然而这两个位置是固定不变的,
因而不适应吸入压力变化的需要。为了解决这个问题,一般在排气口下方设置橡皮球阀,以便当泵腔
内过早达到排气压力时,球阀自动开启,气体排出,消除了过压缩现象。一般在设计水环泵时都以zui
低吸入压力来确定压缩比,以此来确定排气口的起始位置,这样就解决了压缩不足的现象。 水环真
空泵(简称水环泵)是一种粗真空泵,它所能获得的极限真空为2000~4000Pa,串联大气喷射器可达
270~670Pa。水环泵也可用作压缩机,称为水环式压缩机,是属于低压的压缩机,其压力范围为
1~2×105Pa表压力。
水环泵zui初用作自吸水泵,而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部
门。在工业生产的许多工艺过程中,如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空
回潮和真空脱气等,水环泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展,水环泵在粗真空获得方
面一直被人们所重视。由于水环泵中气体压缩是等温的,故可抽除易燃、易爆的气体,此外还可抽除
含尘、含水的气体,因此,水环泵应用日益增多。 如图:在泵体中装有适量的水作为工作
液。当叶轮按图中指示的方向顺时针旋转时,水被叶轮抛向四周,由于离心力的作用,水形成了一个
决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切,水环的下部
内表面刚好与叶片顶端接触(实际上叶片在水环内有一定的插入深度)。此时叶轮轮毂与水环之间形
成一个月牙形空间,而这一空间又被叶轮分成叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0°为起
点,那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大,且与端面上的吸气口相通,此时气体被吸入,当
吸气终了时小腔则与吸气口隔绝;当叶轮继续旋转时,小腔由大变小,使气体被压缩;当小腔与排气
口相通时,气体便被排出泵外。综上所述,水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的,
因此它属于变容式真空泵。
水环泵和其它类型的机械真空泵相比有如下优点:
结构简单,制造精度要求不高,容易加工。 结构紧凑,泵的转数较高,一般可与电动机直联,无
须减速装置。故用小的结构尺寸,可以获得大的排气量,占地面积也小。 压缩气体基本上是等温
的,即压缩气体过程温度变化很小。 由于泵腔内没有金属磨擦表面,无须对泵内进行润滑,而且磨
损很小。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。 吸气均匀,工作平稳可靠,操作简单,
维修方便。
水环泵也有其缺点: 效率低,一般在30%左右,较好的可达50%。 真空度低,这不仅是因为受到
结构上的限制,更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制。用水作工作液,极限压强只能达到
2000~4000Pa。用油作工作液,可达130Pa。
总之,由于水环泵中气体压缩是等温的,故可以抽除易燃、易爆的气体。由于没有排气阀及摩擦表
面,故可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体和气水混合物。有了这些突出的特点,尽管它效率低
,仍然得到了广泛的应用。