水環(huán)式真空泵的工作原理：水環(huán)式真空泵的工作原理與基本類型與特點

　　水環(huán)式真空泵是液環(huán)式真空泵中最常見的一種。液環(huán)式真空泵是帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心裝在泵殼內(nèi)。當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時，把液體拋向泵殼并形成與泵殼同心的液環(huán)，液環(huán)同轉(zhuǎn)子葉片形成了容積周期變化的旋轉(zhuǎn)變?nèi)菡婵毡?。?dāng)工作液體為水時，稱水環(huán)泵。

　　水環(huán)泵主要用于粗真空、抽氣量大的工藝過程中。在化工、石油、輕工、醫(yī)藥及食品工業(yè)中得到了廣泛地應(yīng)用，如真空過濾、真空送料、真空濃縮、真空脫氣等。

　　單級水環(huán)泵的極限壓力可達8～2×103Pa，雙級水環(huán)泵的極限壓力可達1×102Pa，排氣量為0.25～500m3/h。

　　一、水環(huán)式真空泵的工作原理

　　水環(huán)泵工作輪2在泵體1中旋轉(zhuǎn)時形成了水環(huán)3和工作室5。水環(huán)與工作輪構(gòu)成了月牙形空間。右邊半個月牙形的容積由小變大，形成吸氣室。左邊的半個月牙形的容積由大變小，構(gòu)成了壓縮過程(相當(dāng)于排氣室)。被抽氣體由進氣管8和進氣口4進入吸氣室。轉(zhuǎn)子進一步轉(zhuǎn)動，使氣體受壓縮，經(jīng)過排氣口6和排氣管7排出。排出的氣體和水滴由排氣管道7進入水箱10，此時氣體由水中分離出來，氣體經(jīng)管管道9排到大氣中，水由水箱進入泵中，或經(jīng)過管道11排到排水設(shè)備中。

　　圖 水環(huán)泵的工作原理圖

　　水環(huán)泵的壓縮比由泵的吸氣口終了位置和排氣口開始位置所決定。因為吸氣口終止位置決定著吸氣腔吸入氣體的體積；而排氣口開始的位置決定著排氣時壓縮了的氣體的體積。對已經(jīng)確定了結(jié)構(gòu)尺寸的水環(huán)泵，可以求出其壓縮比。

　　二、水環(huán)式真空泵的基本類型與特點

　　水環(huán)泵按不同結(jié)構(gòu)可分成如下幾種類型：

　　1、單級單作用水環(huán)泵：單級是指只有一個葉輪，單作用是指葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，吸氣、排氣各進行一次。這種泵的極限真空較高，但抽速和效率較低。

　　2、單級雙作用水環(huán)泵：單級是指只有一個葉輪，雙作用是指葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，吸氣、排氣各進行二次。在相同的抽速條件下，雙作用水環(huán)泵比單作用水環(huán)泵大大減少尺寸和重量。由于工作腔對稱分布于泵輪轂兩側(cè)，改善了作用在轉(zhuǎn)子上的載荷。此種泵的抽速較大，效率也較高，但極限真空較低。

　　3、雙級水環(huán)泵：雙級水環(huán)泵大多是單作用泵串聯(lián)而成。實質(zhì)上是兩個單級單作用的水環(huán)泵的葉輪共用一根心軸聯(lián)接而成。它的主要特點是在較高真空度下，仍然具有較大的抽速，而且工作狀況穩(wěn)定。

　　4、大氣水環(huán)泵：大氣水環(huán)泵實際是大氣噴射器串聯(lián)水環(huán)泵的機組。水環(huán)泵前面串聯(lián)大氣泵是為了提高極限真空，擴大泵的使用范圍。

　　水環(huán)泵和其它類型的機械真空泵相比有以下優(yōu)點：

　　1、結(jié)構(gòu)簡單，制造精度要求不高，容易加工。操作簡單，維修方便。

　　2、結(jié)構(gòu)緊湊，泵一般與電動機直聯(lián)，轉(zhuǎn)數(shù)較高。用較小的結(jié)構(gòu)尺寸，可以獲得較大的排氣量。

　　3、泵腔內(nèi)沒有金屬摩擦表面，無須對泵內(nèi)進行潤滑。轉(zhuǎn)動件和固定件之間密封可直接由水封來完成。

　　4、泵腔內(nèi)壓縮氣體過程溫度變化很小，可認為是等溫壓縮，故可以抽除易燃、易爆的氣體。

　　5、由于沒有排氣閥及摩擦表面，故可以抽除帶塵埃的氣體、可凝性氣體及氣水混合物。

　　水環(huán)泵也有其缺點：

　　1、效率低，一般在30%左右，較好的可達50%。

　　2、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。

　　總的說來，由于水環(huán)泵具有等溫壓縮和用水作封液，可以抽除易燃、易爆及腐蝕性氣體，還可以抽除含有灰塵和水分的氣體等突出優(yōu)點，所以得到了廣泛的應(yīng)用。

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水環(huán)式真空泵的工作原理：水環(huán)式真空泵的工作原理動畫

　　水環(huán)式真空泵的工作原理動畫

　　如圖所示葉輪3偏心地安裝在泵體之內(nèi)，起動時向泵內(nèi)注入一定高度的水，因此當(dāng)葉輪3旋轉(zhuǎn)時，水受離心力的作用而在泵體內(nèi)壁形成一旋轉(zhuǎn)水環(huán)1，水環(huán)下部內(nèi)表面與輪轂相切，沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)，在前半轉(zhuǎn)過程中，水環(huán)內(nèi)表面逐漸與輪轂脫離，因此在葉輪葉片間與水環(huán)形成封閉空間，隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)，該空間逐漸擴大，空間氣體壓力降低，氣體自圓盤吸氣口被吸入；在后半轉(zhuǎn)過程中，水環(huán)內(nèi)表面逐漸與輪轂靠近，葉片間的空間逐漸縮小，空間氣體壓力升高，高于排氣口壓力時，葉片間的氣體自圓盤排氣口被排出。如此葉輪每轉(zhuǎn)動一周，葉片間的空間吸排氣一次，許多空間不停地工作，水環(huán)式真空泵就連續(xù)不斷地抽吸或壓送氣體。

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水環(huán)式真空泵的工作原理：水環(huán)式真空泵的詳細工作原理

　　水環(huán)式真空泵的詳細工作原理

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　　水環(huán)式真空泵的原理,水環(huán)式真空泵的工作原理

　　水環(huán)式真空泵是用來給離心泵及其吸人系統(tǒng)抽真空引油、抽吸油罐車底油的。在固定油庫中，常用的水環(huán)式真空泵主要有SZ.(原PMK)型和SZB(原KBH)型及小型水環(huán)式真空泵。雖然它們的結(jié)構(gòu)型式有所不同，但工作原理是相同的。

　　水環(huán)式真空泵的工作原理

　　現(xiàn)以圖2 - 17，分析水環(huán)式真空泵的工作原理。

　　圖2 - 17(。)是葉輪處于靜止?fàn)顟B(tài)，水存于泵腔的下部。

　　圖2- 17(b)是葉輪和真空泵腔體同心安裝。葉輪旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用，水被甩向四周，形成等厚度的水環(huán)，泵腔內(nèi)也形成等半徑的環(huán)形空間。若葉片的數(shù)目為12，環(huán)形空間被分或12個等容積的部分。葉輪在運轉(zhuǎn)過程中，其容積不發(fā)生變化，在空腔中的氣體不會擴展或壓縮。

　　圖2 - 17(。)是葉輪偏心地安裝在泵體內(nèi)（設(shè)偏心距為e）。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉片撥動泵內(nèi)液體旋轉(zhuǎn)，此時所形成的水環(huán)仍然是等厚度的，這是因為水環(huán)的形成是由于離心力的作用，而與偏心無關(guān)。但由于偏心安裝不能形成等半徑的空腔。葉輪輪轂和水環(huán) 之間形成了～個月牙形空腔?？涨槐蝗~輪的12個葉片分成12個容積不等的小空腔。每個小空腔的容積隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)而逐漸變化。

　　在由A'-B-c順序運轉(zhuǎn)的前180°中，由于水環(huán)內(nèi)表面逐漸脫離輪轂，小空腔漸漸由小變大，空腔內(nèi)的氣體壓力逐漸下降， 形成真空，吸進氣體。

　　在由c—D—A順序運轉(zhuǎn)的后l80。過程中，水環(huán)內(nèi)表面逐漸向輪轂逼近，其小空腔的容積逐漸由大變小，空腔內(nèi)的氣體被壓縮’壓力逐漸升高，氣體從排出口排出。葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，輪轂與水環(huán)內(nèi)表面之間的空腔，都經(jīng)過由小變大，再由大變小的過程，從而達到吸氣和排氣的作用。

　　在水環(huán)泵中A-體隨著葉輪而旋轉(zhuǎn)，相對于葉輪輪轂作徑向往復(fù)運動。在由A—B—c順序的運轉(zhuǎn)過程中，葉輪把能量傳遞給水，使其動能增加。當(dāng)水從葉片端甩出時，達到葉輪切線速度 的水就在泵腔內(nèi)回轉(zhuǎn)；在由C—D—A的運轉(zhuǎn)過程中，空腔容積逐漸變小，甩出的水重新進入葉輪內(nèi)，其速度開始下降，被吸進的氣體受壓縮，液體的動能逐漸轉(zhuǎn)化為壓力能，轉(zhuǎn)化后的壓力能又傳遞給氣體，使氣體獲得能量，這就是在水環(huán)泵內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的過程。

　　由于水環(huán)式真空泵是利用空腔的容積變化而達到吸氣、排氣的，因此它屬于容積泵的類型。在工作中為了保訌容積的不斷變化，各個葉片間必須互不連通，要求葉輪兩端面與泵蓋、泵殼之間的間隙要適宜。若間隙太大，抽真空的能力大大降低，嚴重時不能抽氣；若間隙太小，葉輪加速磨損，容易發(fā)熱。

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水環(huán)式真空泵的工作原理：水環(huán)式真空泵／液環(huán)真空泵工作原理演示

　　水環(huán)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)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。

　　水環(huán)式真空泵/液環(huán)真空泵工作原理圖

　　如圖：在泵體中裝有適量的水作為工作液。當(dāng)葉輪按圖中順時針方向旋轉(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)的下部分內(nèi)表面恰好與葉輪輪轂相切，水環(huán)的上部內(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和葉片數(shù)目相等的若干個小腔。如果以葉輪的下部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?/p>

　　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)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)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。

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