水（液）環(huán)式真空泵工作原理

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　　水環(huán)真空泵（簡(jiǎn)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(dá)270~670Pa。水環(huán)泵也可用作壓縮機(jī)，稱為水環(huán)式壓縮機(jī)，是屬于低壓的壓縮機(jī)，其壓力范圍為1~2×105Pa表壓力。

水（液）環(huán)式真空泵工作原理

　　水環(huán)泵最初用作自吸水泵，而后逐漸用于石油、化工、機(jī)械、礦山、輕工、醫(yī)藥及食品等許多工業(yè)部門(mén)。在工業(yè)生產(chǎn)的許多工藝過(guò)程中，如真空過(guò)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)式真空泵的工作液也可采用其他合適的液體，不管采用哪種工作液均統(tǒng)稱為液環(huán)式真空泵。水環(huán)式真空泵是液環(huán)式真空泵中最常見(jiàn)、應(yīng)用最廣泛的一種泵。

水（液）環(huán)式真空泵工作原理　　　　　

　　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(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，水被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，水形成了一個(gè)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?jī)?nèi)表面剛好與葉片頂端接觸(實(shí)際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度)。此時(shí)葉輪輪轂與水環(huán)內(nèi)界面之間形成一個(gè)月牙形空間，而這一空間又被葉輪葉片分成和葉片數(shù)目相等的若干個(gè)小腔。如果以葉輪的下部0°為起點(diǎn)，那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前180°時(shí)小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時(shí)氣體被吸入，當(dāng)吸氣終了時(shí)小腔則與吸氣口隔絕;當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，小腔由大變小，使氣體被壓縮;當(dāng)小腔與排氣口相通時(shí)，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(lái)實(shí)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(jī)械真空泵相比有如下優(yōu)點(diǎn)：
　　
　　.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)直聯(lián)，無(wú)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(guò)程溫度變化很小。
　　
　　.由于泵腔內(nèi)沒(méi)有金屬磨擦表面，無(wú)須對(duì)泵內(nèi)進(jìn)行潤(rùn)滑，而且磨損很小。轉(zhuǎn)動(dòng)件和固定件之間的密封可直接由水封來(lái)完成。
　　
　　.吸氣均勻，工作平穩(wěn)可靠，操作簡(jiǎn)單，維修方便。
　　
　　水環(huán)泵也有其缺點(diǎn)：
　　
　　.效率低，一般在30%左右，較好的可達(dá)50%。
　　
　　.真空度低，這不僅是因?yàn)槭艿浇Y(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(qiáng)只能達(dá)到2000~4000Pa。用油作工作液，可達(dá)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(méi)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(diǎn)，盡管它效率低，仍然得到了廣泛的應(yīng)用。
　　
　　液環(huán)真空泵的汽蝕現(xiàn)象
　　
　　液環(huán)真空泵在工作時(shí)，在一定溫度下，當(dāng)?shù)蛪禾幍囊后w壓力低于在該溫度下的汽化壓力（即飽和蒸汽壓），液體開(kāi)始汽化而產(chǎn)生氣泡，并隨液體進(jìn)入高壓區(qū)時(shí)，氣泡破裂，周圍液體迅速填充原氣泡空穴，產(chǎn)生水力沖擊。這種氣泡的產(chǎn)生、發(fā)展和破裂現(xiàn)象就稱為汽蝕。
　　
　　在液環(huán)真空泵的工作過(guò)程中，吸入?yún)^(qū)域的絕對(duì)壓力與被抽系統(tǒng)的絕對(duì)壓力是一致的。也就是說(shuō)，被抽系統(tǒng)的真空度越高，吸入?yún)^(qū)域的真空度也越高。
　　
　　液環(huán)真空泵需要用液體作為工作介質(zhì)。每種液體在某一溫度下都有對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓。當(dāng)吸入?yún)^(qū)域的絕對(duì)壓力越接近液體的飽和蒸汽壓時(shí)，液體越接近沸騰狀態(tài)。這時(shí)，在吸入?yún)^(qū)域的工作液表面會(huì)產(chǎn)生大量的汽泡，由于液體在工作腔內(nèi)產(chǎn)生的工作液蒸汽會(huì)占據(jù)部分工作腔的空間，泵對(duì)外的吸氣能力會(huì)有所下降。當(dāng)吸入?yún)^(qū)域的壓力達(dá)到工作液的飽和蒸汽壓時(shí)，可以認(rèn)為工作腔內(nèi)全部充滿了工作液蒸汽，此時(shí)泵對(duì)外的吸氣能力接近于0，而此時(shí)泵的汽蝕現(xiàn)象也最為嚴(yán)重。
　　
　　如果工作液是水，水溫越高，泵的抽氣性能下降越多。手冊(cè)72頁(yè)。
　　
　　液環(huán)泵的汽蝕損壞和離心式水泵的汽蝕損壞原理是一樣的，都是在汽泡產(chǎn)生和破裂的部位，金屬表面出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)蜂窩狀損壞。如果真空泵葉輪在汽蝕部位有較大的殘余應(yīng)力，還會(huì)引起應(yīng)力釋放，產(chǎn)生裂紋。
　　
　　由于泵汽蝕時(shí)，氣泡在高壓區(qū)連續(xù)發(fā)生突然破裂，以及伴隨的強(qiáng)烈水擊，而產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)?？梢月?tīng)到像爆豆似的劈劈啪啪的聲音。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，汽蝕引起的振動(dòng)頻率范圍為600～25000Hz，壓力達(dá)49MPa。
　　
　　如果上述氣泡在金屬表面上破裂，金屬表面將受到連續(xù)強(qiáng)烈的水擊，出現(xiàn)麻點(diǎn)，金屬晶粒松動(dòng)并剝落而成蜂窩狀，甚至穿孔。汽蝕破壞除機(jī)械作用外，還伴隨有電解、化學(xué)腐蝕等多種復(fù)雜的作用。實(shí)際破壞情況表明，泵過(guò)流部件汽蝕破壞的部位，正是氣泡消失的地方。
　　
　　汽蝕現(xiàn)象的預(yù)防措施及消除方法
　　
　　液環(huán)真空泵在汽蝕狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間工作，會(huì)造成泵的噪聲、振動(dòng)變大，甚至對(duì)泵造成損壞，因此應(yīng)盡量避免液環(huán)真空泵在汽蝕狀態(tài)下工作，可通過(guò)以下方法：
　　
　　1、降低工作液的溫度
　　
　　在液環(huán)真空泵工作點(diǎn)為固定值的前提下，降低工作液的溫度可以達(dá)到防止汽蝕的效果。
　　
　　2、使真空泵運(yùn)行在安全區(qū)域，提高選型的準(zhǔn)確性
　　
　　這要求在選型階段，選擇液環(huán)真空泵吸入壓力及工作液溫度時(shí)盡量避開(kāi)液環(huán)泵容易發(fā)生汽蝕的壓力范圍。
　　
　　3、安裝汽蝕保護(hù)管路或單向閥
　　
　　汽蝕過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡在壓縮過(guò)程中破裂時(shí)，從外部引入壓力較高的不凝氣體能夠及時(shí)補(bǔ)充因氣泡破裂而出現(xiàn)的空間，這樣可以大大減輕汽蝕對(duì)泵的損害及降低汽蝕引起的噪聲和振動(dòng)。
　　
　　2BV、2BE1設(shè)有汽蝕保護(hù)接口。在泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象時(shí)，從泵排氣側(cè)的汽蝕保護(hù)接口充入不凝氣體即可消除汽蝕噪聲，并大大減輕汽蝕對(duì)泵的損害。
　　
　　4、配大氣噴射器
　　
　　如液環(huán)真空泵吸氣口配有大氣噴射器，則液環(huán)泵不易發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。
　　
　　5、采用具有更低的飽和蒸汽壓的液體作為工作液。
　　
　　6、泵的葉輪、圓盤(pán)采用防汽蝕能力較強(qiáng)的材質(zhì)。