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                  BOKE VACUUM

                  水(液)環(huán)式真空泵工作原理


                    水環(huán)真空泵(簡(jiǎn)稱(chēng)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270~670Pa。水環(huán)泵也可用作壓縮機,稱(chēng)為水環(huán)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(huán)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(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)泵得到廣泛的應用。由于真空應用技術(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稱(chēng)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(shí)針?lè )较蛐D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)的下部分內表面恰好與葉輪輪轂相切,水環(huán)的上部?jì)缺砻鎰偤门c葉片頂端接觸(實(shí)際上葉片在水環(huán)內有一定的插入深度)。此時(shí)葉輪輪轂與水環(huán)內界面之間形成一個(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,當吸氣終了時(shí)小腔則與吸氣口隔絕;當葉輪繼續旋轉時(shí),小腔由大變小,使氣體被壓縮;當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)現吸氣、壓縮和排氣的,因此它屬于變容式真空泵。

                    水環(huán)泵和其它類(lèi)型的機械真空泵相比有如下優(yōu)點(diǎn):

                    .結構簡(jiǎn)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(dòng)機直聯(lián),無(wú)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(guò)程溫度變化很小。

                    .由于泵腔內沒(méi)有金屬磨擦表面,無(wú)須對泵內進(jìn)行潤滑,而且磨損很小。 轉動(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(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用。

                    液環(huán)真空泵的汽蝕現象

                    液環(huán)真空泵在工作時(shí),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(kāi)始汽化而產(chǎn)生氣泡,并隨液體進(jìn)入高壓區時(shí),氣泡破裂,周?chē)后w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)展和破裂現象就稱(chēng)為汽蝕。

                    在液環(huán)真空泵的工作過(guò)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(shuō),被抽系統的真空度越高,吸入區域的真空度也越高。

                    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(shí),液體越接近沸騰狀態(tài)。這時(shí),在吸入區域的工作液表面會(huì )產(chǎn)生大量的汽泡,由于液體在工作腔內產(chǎn)生的工作液蒸汽會(huì )占據部分工作腔的空間,泵對外的吸氣能力會(huì )有所下降。當吸入區域的壓力達到工作液的飽和蒸汽壓時(shí),可以認為工作腔內全部充滿(mǎn)了工作液蒸汽,此時(shí)泵對外的吸氣能力接近于0,而此時(shí)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(huán)真空泵的抽氣速率的影響可參照本手冊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,金屬表面出現點(diǎn)蝕現象,嚴重的會(huì )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(huì )引起應力釋放,產(chǎn)生裂紋。

                    由于泵汽蝕時(shí),氣泡在高壓區連續發(fā)生突然破裂,以及伴隨的強烈水擊,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)測結果表明,汽蝕引起的振動(dòng)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(diǎn),金屬晶粒松動(dòng)并剝落而成蜂窩狀,甚至穿孔。汽蝕破壞除機械作用外,還伴隨有電解、化學(xué)腐蝕等多種復雜的作用。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。

                    汽蝕現象的預防措施及消除方法

                    液環(huán)真空泵在汽蝕狀態(tài)下長(cháng)時(shí)間工作,會(huì )造成泵的噪聲、振動(dòng)變大,甚至對泵造成損壞,因此應盡量避免液環(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(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(dòng)。

                    2BV、2BE1設有汽蝕保護接口。在泵發(fā)生汽蝕現象時(shí),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(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的材質(zhì)。

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