水环式真空泵的工作原理_罗茨风机

水环式真空泵的工作原理：水环式真空泵的工作原理与基本类型与特点

　　水环式真空泵是液环式真空泵中最常见的一种。液环式真空泵是带有多叶片的转子偏心装在泵壳内。当它旋转时，把液体抛向泵壳并形成与泵壳同心的液环，液环同转子叶片形成了容积周期变化的旋转变容真空泵。当工作液体为水时，称水环泵。

　　水环泵主要用于粗真空、抽气量大的工艺过程中。在化工、石油、轻工、医药及食品工业中得到了广泛地应用，如真空过滤、真空送料、真空浓缩、真空脱气等。

　　单级水环泵的极限压力可达8～2×103Pa，双级水环泵的极限压力可达1×102Pa，排气量为0.25～500m3/h。

　　一、水环式真空泵的工作原理

　　水环泵工作轮2在泵体1中旋转时形成了水环3和工作室5。水环与工作轮构成了月牙形空间。右边半个月牙形的容积由小变大，形成吸气室。左边的半个月牙形的容积由大变小，构成了压缩过程(相当于排气室)。被抽气体由进气管8和进气口4进入吸气室。转子进一步转动，使气体受压缩，经过排气口6和排气管7排出。排出的气体和水滴由排气管道7进入水箱10，此时气体由水中分离出来，气体经管管道9排到大气中，水由水箱进入泵中，或经过管道11排到排水设备中。

　　图 水环泵的工作原理图

　　水环泵的压缩比由泵的吸气口终了位置和排气口开始位置所决定。因为吸气口终止位置决定着吸气腔吸入气体的体积；而排气口开始的位置决定着排气时压缩了的气体的体积。对已经确定了结构尺寸的水环泵，可以求出其压缩比。

　　二、水环式真空泵的基本类型与特点

　　水环泵按不同结构可分成如下几种类型：

　　1、单级单作用水环泵：单级是指只有一个叶轮，单作用是指叶轮每旋转一周，吸气、排气各进行一次。这种泵的极限真空较高，但抽速和效率较低。

　　2、单级双作用水环泵：单级是指只有一个叶轮，双作用是指叶轮每旋转一周，吸气、排气各进行二次。在相同的抽速条件下，双作用水环泵比单作用水环泵大大减少尺寸和重量。由于工作腔对称分布于泵轮毂两侧，改善了作用在转子上的载荷。此种泵的抽速较大，效率也较高，但极限真空较低。

　　3、双级水环泵：双级水环泵大多是单作用泵串联而成。实质上是两个单级单作用的水环泵的叶轮共用一根心轴联接而成。它的主要特点是在较高真空度下，仍然具有较大的抽速，而且工作状况稳定。

　　4、大气水环泵：大气水环泵实际是大气喷射器串联水环泵的机组。水环泵前面串联大气泵是为了提高极限真空，扩大泵的使用范围。

　　水环泵和其它类型的机械真空泵相比有以下优点：

　　1、结构简单，制造精度要求不高，容易加工。操作简单，维修方便。

　　2、结构紧凑，泵一般与电动机直联，转数较高。用较小的结构尺寸，可以获得较大的排气量。

　　3、泵腔内没有金属摩擦表面，无须对泵内进行润滑。转动件和固定件之间密封可直接由水封来完成。

　　4、泵腔内压缩气体过程温度变化很小，可认为是等温压缩，故可以抽除易燃、易爆的气体。

　　5、由于没有排气阀及摩擦表面，故可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体及气水混合物。

　　水环泵也有其缺点：

　　1、效率低，一般在30%左右，较好的可达50%。

　　2、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。

　　总的说来，由于水环泵具有等温压缩和用水作封液，可以抽除易燃、易爆及腐蚀性气体，还可以抽除含有灰尘和水分的气体等突出优点，所以得到了广泛的应用。

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水环式真空泵的工作原理：水环式真空泵的工作原理动画

　　水环式真空泵的工作原理动画

　　如图所示叶轮3偏心地安装在泵体之内，起动时向泵内注入一定高度的水，因此当叶轮3旋转时，水受离心力的作用而在泵体内壁形成一旋转水环1，水环下部内表面与轮毂相切，沿箭头方向旋转，在前半转过程中，水环内表面逐渐与轮毂脱离，因此在叶轮叶片间与水环形成封闭空间，随着叶轮的旋转，该空间逐渐扩大，空间气体压力降低，气体自圆盘吸气口被吸入；在后半转过程中，水环内表面逐渐与轮毂靠近，叶片间的空间逐渐缩小，空间气体压力升高，高于排气口压力时，叶片间的气体自圆盘排气口被排出。如此叶轮每转动一周，叶片间的空间吸排气一次，许多空间不停地工作，水环式真空泵就连续不断地抽吸或压送气体。

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水环式真空泵的工作原理：水环式真空泵的详细工作原理

　　水环式真空泵的详细工作原理

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　　水环式真空泵的原理,水环式真空泵的工作原理

　　水环式真空泵是用来给离心泵及其吸人系统抽真空引油、抽吸油罐车底油的。在固定油库中，常用的水环式真空泵主要有SZ.(原PMK)型和SZB(原KBH)型及小型水环式真空泵。虽然它们的结构型式有所不同，但工作原理是相同的。

　　水环式真空泵的工作原理

　　现以图2 - 17，分析水环式真空泵的工作原理。

　　图2 - 17(。)是叶轮处于静止状态，水存于泵腔的下部。

　　图2- 17(b)是叶轮和真空泵腔体同心安装。叶轮旋转时，由于离心力的作用，水被甩向四周，形成等厚度的水环，泵腔内也形成等半径的环形空间。若叶片的数目为12，环形空间被分或12个等容积的部分。叶轮在运转过程中，其容积不发生变化，在空腔中的气体不会扩展或压缩。

　　图2 - 17(。)是叶轮偏心地安装在泵体内（设偏心距为e）。当叶轮旋转时，叶片拨动泵内液体旋转，此时所形成的水环仍然是等厚度的，这是因为水环的形成是由于离心力的作用，而与偏心无关。但由于偏心安装不能形成等半径的空腔。叶轮轮毂和水环 之间形成了～个月牙形空腔。空腔被叶轮的12个叶片分成12个容积不等的小空腔。每个小空腔的容积随着叶轮的旋转而逐渐变化。

　　在由A'-B-c顺序运转的前180°中，由于水环内表面逐渐脱离轮毂，小空腔渐渐由小变大，空腔内的气体压力逐渐下降， 形成真空，吸进气体。

　　在由c—D—A顺序运转的后l80。过程中，水环内表面逐渐向轮毂逼近，其小空腔的容积逐渐由大变小，空腔内的气体被压缩’压力逐渐升高，气体从排出口排出。叶轮每旋转一周，轮毂与水环内表面之间的空腔，都经过由小变大，再由大变小的过程，从而达到吸气和排气的作用。

　　在水环泵中A-体随着叶轮而旋转，相对于叶轮轮毂作径向往复运动。在由A—B—c顺序的运转过程中，叶轮把能量传递给水，使其动能增加。当水从叶片端甩出时，达到叶轮切线速度 的水就在泵腔内回转；在由C—D—A的运转过程中，空腔容积逐渐变小，甩出的水重新进入叶轮内，其速度开始下降，被吸进的气体受压缩，液体的动能逐渐转化为压力能，转化后的压力能又传递给气体，使气体获得能量，这就是在水环泵内能量转换的过程。

　　由于水环式真空泵是利用空腔的容积变化而达到吸气、排气的，因此它属于容积泵的类型。在工作中为了保讧容积的不断变化，各个叶片间必须互不连通，要求叶轮两端面与泵盖、泵壳之间的间隙要适宜。若间隙太大，抽真空的能力大大降低，严重时不能抽气；若间隙太小，叶轮加速磨损，容易发热。

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水环式真空泵的工作原理：水环式真空泵／液环真空泵工作原理演示

　　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。

　　水环泵最初用作自吸水泵，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。

　　水环式真空泵/液环真空泵工作原理图

　　如图：在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中顺时针方向旋转时，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。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上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和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部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。

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