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        水(液)環式真空泵工作原理

        水(液)環式真空泵工作原理

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          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。
          水環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稱為液環式真空泵。水環式真空泵是液環式真空泵中最常見、應用最廣泛的一種泵。

         

         

          如圖:在泵體中裝有適量的水作為工作液。當葉輪按圖中順時針方向旋轉時,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。水環的下部分內表面恰好與葉輪輪轂相切,水環的上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內界面之間形成一個月牙形空間,而這一空間又被葉輪葉片分成和葉片數目相等的若干個小腔。如果以葉輪的下部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。


        液環真空泵的汽蝕現象

          液環真空泵在工作時,在一定溫度下,當低壓處的液體壓力低于在該溫度下的汽化壓力(即飽和蒸汽壓),液體開始汽化而產生氣泡,并隨液體進入高壓區時,氣泡破裂,周圍液體迅速填充原氣泡空穴,產生水力沖擊。這種氣泡的產生、發展和破裂現象就稱為汽蝕。
          在液環真空泵的工作過程中,吸入區域的絕對壓力與被抽系統的絕對壓力是一致的。也就是說,被抽系統的真空度越高,吸入區域的真空度也越高。
          液環真空泵需要用液體作為工作介質。每種液體在某一溫度下都有對應的飽和蒸汽壓。當吸入區域的絕對壓力越接近液體的飽和蒸汽壓時,液體越接近沸騰狀態。這時,在吸入區域的工作液表面會產生大量的汽泡,由于液體在工作腔內產生的工作液蒸汽會占據部分工作腔的空間,泵對外的吸氣能力會有所下降。當吸入區域的壓力達到工作液的飽和蒸汽壓時,可以認為工作腔內全部充滿了工作液蒸汽,此時泵對外的吸氣能力接近于0,而此時泵的汽蝕現象也最為嚴重。
          如果工作液是水,水溫越高,泵的抽氣性能下降越多。水溫對水環真空泵的抽氣速率的影響可參照本手冊72頁。
        液環泵的汽蝕損壞和離心式水泵的汽蝕損壞原理是一樣的,都是在汽泡產生和破裂的部位,金屬表面出現點蝕現象,嚴重的會出現蜂窩狀損壞。如果真空泵葉輪在汽蝕部位有較大的殘余應力,還會引起應力釋放,產生裂紋。
          由于泵汽蝕時,氣泡在高壓區連續發生突然破裂,以及伴隨的強烈水擊,而產生噪聲和振動??梢月牭较癖顾频呐九镜穆曇?。實測結果表明,汽蝕引起的振動頻率范圍為600~25000Hz,壓力達49MPa。
          如果上述氣泡在金屬表面上破裂,金屬表面將受到連續強烈的水擊,出現麻點,金屬晶粒松動并剝落而成蜂窩狀,甚至穿孔。汽蝕破壞除機械作用外,還伴隨有電解、化學腐蝕等多種復雜的作用。實際破壞情況表明,泵過流部件汽蝕破壞的部位,正是氣泡消失的地方。


         汽蝕現象的預防措施及消除方法

         


          液環真空泵在汽蝕狀態下長時間工作,會造成泵的噪聲、振動變大,甚至對泵造成損壞,因此應盡量避免液環真空泵在汽蝕狀態下工作,可通過以下方法:

          1、 降低工作液的溫度

          在液環真空泵工作點為固定值的前提下,降低工作液的溫度可以達到防止汽蝕的效果。

          2、 使真空泵運行在安全區域,提高選型的準確性

          這要求在選型階段,選擇液環真空泵吸入壓力及工作液溫度時盡量避開液環泵容易發生汽蝕的壓力范圍。

          3、 安裝汽蝕保護管路或單向閥

          汽蝕過程中產生的氣泡在壓縮過程中破裂時,從外部引入壓力較高的不凝氣體能夠及時補充因氣泡破裂而出現的空間,這樣可以大大減輕汽蝕對泵的損害及降低汽蝕引起的噪聲和振動。

          2BV、2BE1設有汽蝕保護接口。在泵發生汽蝕現象時,從泵排氣側的汽蝕保護接口充入不凝氣體即可消除汽蝕噪聲,并大大減輕汽蝕對泵的損害。

          4、 配大氣噴射器

          如液環真空泵吸氣口配有大氣噴射器,則液環泵不易發生汽蝕現象。

          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、圓盤采用防汽蝕能力較強的材質。

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