水环式真空泵详解

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图1 水环式真空泵

01 水环式真空泵分类

按结构不同分为单级单作用水环泵、单级双作用水环泵、双吸水环泵和大气水环泵。

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圈，吸气、排气各进行一次，这种泵的极限真空较高，但是抽速和效率较低。

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、排气各进行两次。在相同的拍速条件下，双作用水环泵比单作用水泵大大減少尺寸和重量，由于工作腔对称分布于泵轮壳觳两侧，改善了作用在转子上的载荷。此种泵的抽速较大，效率较高，但极限真空较低。

双吸水环泵：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的真空度下，仍然具有较大的抽速，而且工作状况稳定。

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，扩大泵的适用范围。

按吸气和排气方式分为轴向吸排气和径向吸排气。

轴向吸排气：气体的吸入和排出是通过壳体侧盖上的吸气口和排出口进行的，其优点是结构简单、维修方便，缺点是气体进入和排出叶轮时，气体流动方向与叶轮叶片运动方向相垂直，而且气体不能在整个叶片宽度上均匀地进出叶轮，这就加大了气体进入和流出叶轮时的水力损失，降低了泵的效率。

径向吸排气：气体进入和排出叶轮是通过设置在叶轮内圆处(相当于轮觳处)的气体分配器上的吸气口和排气口来实现的，其优点是气体可以在叶片全宽范围内进入和流出叶轮，而且还可以借助吸气口和排气口的形状使气体进入和排出叶轮的方向与叶轮运动方向大体一致，这就降低了水力损失，提高了泵的效率，缺点是气俸分配器结构较为复杂、加工和安装精度较高。

02 水环式真空泵工作原理

（a）

（b）

图2 水环式真空泵工作原理

水环式真空泵工作原理如图2，在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮顺时针旋转时，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。水环的上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下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叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部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，气体便被排除泵外。如此叶轮每转动一周，叶片间的空间吸排一次，许多空间不停地工作，泵就连续不断地抽吸或压送气体。

当作为压缩机使用时，泵排气口接有气水分离器。汽水混合物进入气水分离器后自动分离，气体由排气管输送到所需要系统而工作，水经过自动溢水开关放出。压缩气体时，工作水极易发热，水由泵出口排出，温度会变得较高，因此在气水分离器的底部，要不断地供给冷水，以补充被放走的热水，同时起冷却作用，使工作水温度不致过高，从而保证压缩机性能，达到技术指标，满足工艺要求。

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。气体抽吸和压送系统的区别仅在于气水分离器的内部结构有所不同。抽吸气体时，吸气口压力低于大气压，而排气口压力等于大气压，气水分离器只有溢水管。压送气体时吸气口为常压（也可以真空状态），排气口压力高于一个大气压，为保证输送气体压力，气水分离器的水位通过溢水开关来控制。