水環(huán)真空泵(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270~670Pa,。水環(huán)泵也可用作壓縮機,稱為水環(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)真空泵zui初用作自吸水泵,,而后逐漸用于石油,、化工、機械,、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)泵得到廣泛的應用。由于真空應用技術的飛躍發(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(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zui常見,、應用zui廣泛的一種泵,。
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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(huán)。水環(huán)的下部分內表面恰好與葉輪輪轂相切,,水環(huán)的上部內表面剛好與葉片頂端接觸(實際上葉片在水環(huán)內有一定的插入深度),。此時葉輪輪轂與水環(huán)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(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(xù)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(huán)泵是靠泵腔容積的變化來實現(xiàn)吸氣,、壓縮和排氣的,,因此它屬于變容式真空泵。
水環(huán)泵和其它類型的機械真空泵相比有如下優(yōu)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(shù)較高,,一般可與電動機直聯(lián),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(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?!?BR>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?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),,液體開始汽化而產生氣泡,,并隨液體進入高壓區(qū)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(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,,吸入區(qū)域的壓力與被抽系統(tǒng)的壓力是一致的,。也就是說,被抽系統(tǒng)的真空度越高,,吸入區(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。每種液體在某一溫度下都有對應的飽和蒸汽壓,。當吸入區(qū)域的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,在吸入區(qū)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(jù)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(qū)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(xiàn)象也zui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,。
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,都是在汽泡產生和破裂的部位,,金屬表面出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象,,嚴重的會出現(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(qū)連續(xù)發(fā)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簟崪y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(xù)強烈的水擊,,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(xiàn)象的預防措施及消除方法
水環(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到防止汽蝕的效果。
2,、 使真空泵運行在安全區(qū)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(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設有汽蝕保護接口,。在泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)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(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的材質。
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