水環(huán)式真空泵工作原理

水環(huán)式真空泵工作原理

葉輪和殼體是水環(huán)式真空泵的主要部件。葉輪是由葉片和輪轂構(gòu)成，葉片有徑向平板式，也有向前(向葉輪旋轉(zhuǎn)方向)彎式。殼體內(nèi)部形成一個(gè)圓柱體空間，葉輪偏心地安裝在這個(gè)空間內(nèi)，同時(shí)在殼體上開(kāi)設(shè)吸氣口和排氣口。吸氣口和排氣口開(kāi)設(shè)在葉輪側(cè)面殼體的氣體分配器上，形成吸氣和排氣的軸向通道。

殼體不僅為葉輪提供工作空間，更重要的作用是直接影響泵內(nèi)工作介質(zhì)(水)的運(yùn)動(dòng)，從而影響泵內(nèi)能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程。水環(huán)式真空泵工作之前，需要向泵內(nèi)注入一定量的水，它起著傳遞能量的媒介和密封作用。當(dāng)葉輪在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水在葉片推動(dòng)下獲得圓周速度，由于離心力的作用，水向外運(yùn)動(dòng)，即水有離開(kāi)葉輪輪轂流向殼體內(nèi)表面的趨勢(shì)，從而在貼近殼體內(nèi)表面處形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的水環(huán)。由于葉輪是偏心的，水環(huán)內(nèi)表面也偏心。由水環(huán)內(nèi)表面、葉片表面、輪轂表面和殼體的兩個(gè)側(cè)蓋表面圍成許多互不相通的小腔室。由于水環(huán)與葉輪偏心，因此處于不同位置的小腔室的容積是不相同的。小腔室隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)，它的容積是不斷變化的。如果能在小腔室的容積由小變大的過(guò)程中，使之與吸入的氣體相通，就會(huì)不斷地吸入氣體。當(dāng)這個(gè)腔室的容積由大變小時(shí)，使之封閉，這樣已經(jīng)吸入的氣體就會(huì)隨著空間容積的減小而被壓縮。氣體被壓縮到一定程度后，使該空間與排氣口相通，即可以排出已經(jīng)被壓縮的氣體。水環(huán)式真空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?/p>

如上所述，水環(huán)式真空泵的工作原理可以歸納如下：由于葉輪偏心地裝在殼體上隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)，工作液體在殼體內(nèi)形成運(yùn)動(dòng)的水環(huán)，水環(huán)內(nèi)表面與葉輪偏心，由于在殼體的適當(dāng)位置開(kāi)設(shè)有吸氣口和排氣口，真空泵就完成了吸氣、壓縮和排氣這三個(gè)相互連續(xù)的過(guò)程從而實(shí)現(xiàn)抽送氣體的目的。在真空泵的工作過(guò)程中，工作介質(zhì)傳遞能量的過(guò)程為：在吸氣區(qū)內(nèi)，工作介質(zhì)在葉輪推動(dòng)下增加運(yùn)動(dòng)速度(獲得動(dòng)能)，并在葉輪中心被擠壓，氣體被壓縮。由此可見(jiàn)，在真空泵的整個(gè)工作過(guò)程中，工作介質(zhì)接受來(lái)自葉輪的機(jī)械能，并將其轉(zhuǎn)換為自身的動(dòng)能，然后液體動(dòng)能再轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，并對(duì)氣體進(jìn)行壓縮做功，從而將液體能量轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能。

真空泵運(yùn)行時(shí)，自密水從水環(huán)頂部引出，而工作水從水環(huán)底部進(jìn)入。系統(tǒng)中的補(bǔ)給水來(lái)自凝結(jié)水，經(jīng)一個(gè)水位調(diào)節(jié)閥后進(jìn)入真空泵的汽水分離器。當(dāng)水位調(diào)節(jié)閥故障時(shí)，可以通過(guò)該閥的手動(dòng)旁路閥來(lái)控制水位。正常運(yùn)行時(shí)，從水環(huán)式真空泵中排出的氣水混合物在分離箱中自然分離，分離出來(lái)的氣體經(jīng)逆止閥排入大氣，分離后的水則留在氣水分離箱內(nèi)，經(jīng)一離心泵升壓后，進(jìn)入真空泵冷卻器，降溫后重新回到真空泵內(nèi)。水環(huán)式真空泵在排氣時(shí)，工作水會(huì)排出一小部分。經(jīng)過(guò)汽水分離器后，這一小部分水又送回泵內(nèi)，所以工作水的損失較小。為保證穩(wěn)定的水環(huán)厚度，在運(yùn)行中需要向泵內(nèi)補(bǔ)充凝結(jié)水，但量很少。

由于水環(huán)式真空泵是利用凝結(jié)水作為工質(zhì)進(jìn)行工作的，泵體內(nèi)的水溫決定了各小室內(nèi)空間在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所能達(dá)到的最高真空度。也就是說(shuō)，最高真空度是由工作水溫度對(duì)應(yīng)下的汽化壓力所決定的，而水的汽化壓力就工作水溫度對(duì)應(yīng)下的飽和蒸汽壓力。因此，從理論上，水環(huán)式真空泵不可能達(dá)到很高的真空。而且隨著工作水溫度的升高，所能達(dá)到的最高真空度也將隨之下降。為此，水環(huán)式真空泵還配備了一臺(tái)水一水熱交換器，以開(kāi)式水作為冷卻水，用來(lái)冷卻水環(huán)式真空泵的工作水，使其盡可能地達(dá)到較低溫度。

汽側(cè)真空泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)：

(1)吸氣管路入口安裝控制可靠、動(dòng)作靈活的進(jìn)口氣動(dòng)蝶閥，一旦失去氣源，氣動(dòng)蝶閥留在原位。

(2)真空泵在吸氣端的結(jié)構(gòu)采取了可靠措施，對(duì)抽吸氣體預(yù)冷卻，增加真空泵的出力，同時(shí)減少汽蝕的發(fā)生。

(3)真空泵入口設(shè)置逆止閥，以防止設(shè)備在停運(yùn)時(shí)，大