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水(液)環(huán)式真空泵工作原理
標(biāo)簽: 真空泵
2023-01-12  閱讀

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  【康沃真空網(wǎng)】水環(huán)真空(簡稱水環(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(dá)270~670Pa。

  水環(huán)泵也可用作壓縮機(jī),稱為水環(huán)式壓縮機(jī),是屬于低壓的壓縮機(jī),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(jī)械、礦山、輕工、醫(yī)藥及食品等許多工業(yè)部門。在工業(yè)生產(chǎn)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(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(yīng)用。

  由于真空應(yīng)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(yīng)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(tǒng)稱為液環(huán)式真空泵。水環(huán)式真空泵是液環(huán)式真空泵中最常見、應(yīng)用最廣泛的一種泵。

  在泵體中裝有適量的水作為工作液。當(dāng)葉輪按圖中順時針方向旋轉(zhuǎn)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(huán)。

  水環(huán)的下部分內(nèi)表面恰好與葉輪輪轂相切,水環(huán)的上部內(nèi)表面剛好與葉片頂端接觸(實際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度)。此時葉輪輪轂與水環(huán)內(nèi)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(shù)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(zhuǎn)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(dāng)吸氣終了時小腔則與吸氣口隔絕;當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時,小腔由大變小,使氣體被壓縮;當(dāng)小腔與排氣口相通時,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實現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣的,因此它屬于變?nèi)菔秸婵毡谩?/p>

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

  結(jié)構(gòu)簡單,制造精度要求不高,容易加工。

  結(jié)構(gòu)緊湊,泵的轉(zhuǎn)數(shù)較高,一般可與電動機(jī)直聯(lián),無須減速裝置。

  故用小的結(jié)構(gòu)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(nèi)沒有金屬磨擦表面,無須對泵內(nèi)進(jìn)行潤滑,而且磨損很小。轉(zhuǎn)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(wěn)可靠,操作簡單,維修方便。

  水環(huán)泵也有其缺點:

  效率低,一般在30%左右,較好的可達(dá)50%。

  真空度低,這不僅是因為受到結(jié)構(gòu)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(qiáng)只能達(dá)到2000~4000Pa。用油作工作液,可達(dá)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(yīng)用。

  液環(huán)真空泵的汽蝕現(xiàn)象

  液環(huán)真空泵在工作時,在一定溫度下,當(dāng)?shù)蛪禾幍囊后w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(chǎn)生氣泡,并隨液體進(jìn)入高壓區(qū)時,氣泡破裂,周圍液體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(xiàn)象就稱為汽蝕。

  在液環(huán)真空泵的工作過程中,吸入?yún)^(qū)域的絕對壓力與被抽系統(tǒng)的絕對壓力是一致的。也就是說,被抽系統(tǒng)的真空度越高,吸入?yún)^(qū)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(yīng)的飽和蒸汽壓。當(dāng)吸入?yún)^(qū)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(tài)。

  這時,在吸入?yún)^(qū)域的工作液表面會產(chǎn)生大量的汽泡,由于液體在工作腔內(nèi)產(chǎn)生的工作液蒸汽會占據(jù)部分工作腔的空間,泵對外的吸氣能力會有所下降。當(dāng)吸入?yún)^(qū)域的壓力達(dá)到工作液的飽和蒸汽壓時,可以認(rèn)為工作腔內(nèi)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(xiàn)象也最為嚴(yán)重。

  如果工作液是水,水溫越高,泵的抽氣性能下降越多。

  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(xiàn)點蝕現(xiàn)象,嚴(yán)重的會出現(xiàn)蜂窩狀損壞。如果真空泵葉輪在汽蝕部位有較大的殘余應(yīng)力,還會引起應(yīng)力釋放,產(chǎn)生裂紋。

  由于泵汽蝕時,氣泡在高壓區(qū)連續(xù)發(fā)生突然破裂,以及伴隨的強(qiáng)烈水擊,而產(chǎn)生噪聲和振動??梢月牭较癖顾频呐九镜穆曇?。實測結(jié)果表明,汽蝕引起的振動頻率范圍為600~25000Hz,壓力達(dá)49MPa。

  如果上述氣泡在金屬表面上破裂,金屬表面將受到連續(xù)強(qiáng)烈的水擊,出現(xiàn)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(jī)械作用外,還伴隨有電解、化學(xué)腐蝕等多種復(fù)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(xiàn)象的預(yù)防措施及消除方法

  液環(huán)真空泵在汽蝕狀態(tài)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(yīng)盡量避免液環(huán)真空泵在汽蝕狀態(tài)下工作,可通過以下方法:

  1、 降低工作液的溫度

  在液環(huán)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(dá)到防止汽蝕的效果。

  2、 使真空泵運(yùn)行在安全區(qū)域,提高選型的準(zhǔn)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盡量避開液環(huán)泵容易發(fā)生汽蝕的壓力范圍。

  3、 安裝汽蝕保護(hù)管路或單向閥

  汽蝕過程中產(chǎn)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(bǔ)充因氣泡破裂而出現(xiàn)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(shè)有汽蝕保護(hù)接口。在泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象時,從泵排氣側(cè)的汽蝕保護(hù)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(xiàn)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(qiáng)的材質(zhì)。