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水環式真空泵的工作原理說明

  水環式真空泵(簡稱水環泵)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)。水環泵在石油、化工、機械、礦山、輕工、造紙、動力、冶金、醫藥和食品等工業及市政與農業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、真空濃縮和真空回潮等,得到了廣泛的應用,由于水環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,水環泵的應用日益增大。

  水環泵的工作原理示意圖,水環泵是由葉輪、泵體、吸排氣盤、水在泵體內壁形成的水環、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,當葉輪按圖示方向旋轉時,進入水環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。水環的上部內表面恰好與葉輪輪轂相切(如Ⅰ -Ⅰ斷面),水環的下部內表面剛好與葉片頂端接觸(實際上,葉片在水環內有一定的插入深度)。此時,葉輪輪轂與水環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,當小腔空間內的壓強低于被抽容器內的壓強,根據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 -,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,在泵的連續運轉過程中,不斷地進行著吸氣、壓縮、排氣過程,從而達到連續抽氣的目的。

  在水環泵中,輔助排氣閥是一種特殊結構,一般采用橡皮球閥,它的作用是消除泵在運轉過程中產生的過壓縮與壓縮不足的現象。這兩種現象都會引起過多的功率消耗。因為水環泵沒有直接的排氣閥,而且排氣壓力始終是固定的,水環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置橡皮球閥,以便當泵腔內過早達到排氣壓力時,球閥自動開啟,氣體排出,消除了過壓縮現象。一般在設計水環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象。

  水環真空泵(簡稱水環泵 )是一種粗真空泵,它所能獲得的極限真空為 2000~4000Pa,串聯大氣噴射器可達 270~670Pa。水環泵也可用作壓縮機,稱為水環式壓縮機,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、醫藥及食品等許多工業部門。在工業生產的許多工藝過程中,如真空過濾、真空引水、真空送料、真空蒸發、真空濃縮、真空回潮和真空脫氣等,水環泵得到廣泛的應用。由于真空應用技術的飛躍發展,水環泵在粗真空獲得方面一直被人們所重視。由于水環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,水環泵應用日益增多。

  在泵體中裝有適量的水作為工作液。當葉輪按圖中指示的方向順時針旋轉時,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。水環的上部分內表面恰好與葉輪輪轂相切,水環的下部內表面剛好與葉片頂端接觸(實際上葉片在水環內有一定的插入深度)。此時葉輪輪轂與水環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,當吸氣終了時小腔則與吸氣口隔絕;當葉輪繼續旋轉時,小腔由大變小,使氣體被壓縮;當小腔與排氣口相通時,氣體便被排出泵外。

  綜上所述,水環泵是靠泵腔容積的變化來實現吸氣、壓縮和排氣的,因此它屬于變容式真空泵。

  水環泵和其它類型的機械真空泵相比有如下優點

  結構簡單,制造精度要求不高,容易加工。

  結構緊湊,泵的轉數較高,一般可與電動機直聯,無須減速裝置。故用小的結構尺寸,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。

  由于泵腔內沒有金屬磨擦表面,無須對泵內進行潤滑,而且磨損很小。轉動件和固定件之間的密封可直接由水封來完成。吸氣均勻,工作平穩可靠,操作簡單,維修方便。

  水環泵也有其缺點:

  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構上的限制,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用。

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