水環(huán)真空泵（簡(jiǎn)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。

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。

一、水環(huán)泵的工作原理

不同型號(hào)的水環(huán)真空泵盡管結(jié)構(gòu)有所不同，但其基本原理都大致相同。水環(huán)真空泵中最典型的類型便是單級(jí)單作用、軸向吸排氣的水環(huán)真空泵。單級(jí)單作用水環(huán)真空泵的結(jié)構(gòu)有進(jìn)氣口、出氣口、泵蓋、泵殼、葉輪、隔板、電機(jī)等。

在水環(huán)真空泵工作時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，使得工作腔內(nèi)的水在離心力的作用下形成水環(huán)。若水環(huán)適當(dāng)，則形成的水環(huán)在上側(cè)剛好與輪轂相切，在下側(cè)剛好與葉輪頂端相接觸。此時(shí)水環(huán)內(nèi)表面、輪轂與葉片之間會(huì)形成一個(gè)個(gè)大小不等互不相通的月牙形空間。

當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，圖中右側(cè)的月牙形空間的體積就會(huì)從小變大，從而使壓力降低，與吸氣孔相通時(shí)，氣體就會(huì)被吸入；而當(dāng)它的體積從大變小時(shí)，則氣體就會(huì)被壓縮，壓力增大，當(dāng)氣體被壓縮到一定程度時(shí)，使其與排氣孔相通，氣體就會(huì)被排出。

由于補(bǔ)充水可以連續(xù)導(dǎo)入，水環(huán)基本可以保持恒溫狀態(tài)，而且還能吸收由于壓縮氣體產(chǎn)生的熱量，所以這個(gè)過程也可以近似看作是一個(gè)等溫過程。

水環(huán)真空泵工作時(shí)的能量傳遞過程如下：在吸入側(cè)，葉輪將能量傳遞給水，使其動(dòng)能增加，并形成水環(huán)，之后水環(huán)的動(dòng)能再轉(zhuǎn)化成壓能，并傳遞給氣體，從而實(shí)現(xiàn)壓縮排氣的過程。

水環(huán)真空泵的工作原理實(shí)際上和其他容積式泵的原理很相似，其區(qū)別之處在于水環(huán)真空泵能量傳遞的媒介是水環(huán)。由于受到飽和蒸汽壓的限制，水環(huán)真空泵用水做工作液時(shí)極限壓強(qiáng)只能達(dá)到2000～4000Pa。

二、水環(huán)泵的基本類型與特點(diǎn)

水環(huán)泵按不同結(jié)構(gòu)可分成如下幾種類型：

1) 單級(jí)單作用水環(huán)泵：單級(jí)是指只有一個(gè)葉輪，單作用是指葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，吸氣、排氣各進(jìn)行一次。這種泵的極限真空較高，但抽速和效率較低。

2) 單級(jí)雙作用水環(huán)泵：單級(jí)是指只有一個(gè)葉輪，雙作用是指葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，吸氣、排氣各進(jìn)行二次。

在相同的抽速條件下，雙作用水環(huán)泵比單作用水環(huán)泵大大減少尺寸和重量。

由于工作腔對(duì)稱分布于泵輪轂兩側(cè)，改善了作用在轉(zhuǎn)子上的載荷。此種泵的抽速較大，效率也較高，但極限真空較低。

3) 雙級(jí)水環(huán)泵：雙級(jí)水環(huán)泵大多是單作用泵串聯(lián)而成。實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)單級(jí)單作用的水環(huán)泵的葉輪共用一根心軸聯(lián)接而成。

它的主要特點(diǎn)是在較高真空度下，仍然具有較大的抽速，而且工作狀況穩(wěn)定。

4) 大氣水環(huán)泵：大氣水環(huán)泵實(shí)際是大氣噴射器串聯(lián)水環(huán)泵的機(jī)組。水環(huán)泵前面串聯(lián)大氣泵是為了提高極限真空，擴(kuò)大泵的使用范圍。

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

1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造精度要求不高，容易加工。操作簡(jiǎn)單，維修方便。

2)結(jié)構(gòu)緊湊，泵一般與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)，轉(zhuǎn)數(shù)較高。用較小的結(jié)構(gòu)尺寸，可以獲得較大的排氣量。

3)泵腔內(nèi)沒有金屬摩擦表面，無須對(duì)泵內(nèi)進(jìn)行潤(rùn)滑。轉(zhuǎn)動(dòng)件和固定件之間密封可直接由水封來完成。

4)泵腔內(nèi)壓縮氣體過程溫度變化很小，可認(rèn)為是等溫壓縮，故可以抽除易燃、易爆的氣體。

5)由于沒有排氣閥及摩擦表面，故可以抽除帶塵埃的氣體、可凝性氣體及氣水混合物。

水環(huán)泵缺點(diǎn)：

1)效率低，一般在30%左右，較好的可達(dá)50%。

2)真空度低。這不僅是因?yàn)槭艿浇Y(jié)構(gòu)上的限制，更重要的是受工作液飽和蒸氣壓的限制。

總的說來，由于水環(huán)泵具有等溫壓縮和用水作封液，可以抽除易燃、易爆及腐蝕性氣體，還可以抽除含有灰塵和水分的氣體等突出優(yōu)點(diǎn)，所以得到了廣泛的應(yīng)用。

三、水環(huán)泵的應(yīng)用

在電力行業(yè)中的應(yīng)用：冷凝器抽真空、真空吸水、煙氣脫硫、飛灰輸送、渦輪機(jī)密封管排氣、真空排氣、排出地?zé)釟狻?/p>

在石油化工行業(yè)中的應(yīng)用：氣體回收、氣體回收、燃?xì)馍龎?、?qiáng)化的石油回收、氣體收集、原油穩(wěn)定化、原油真空蒸餾、排氣壓縮、蒸汽回收/氣體升壓、過濾/除臘、尾氣回收、聚酯生產(chǎn)、PVC生產(chǎn)、包裝、循環(huán)氣壓縮、變壓吸附（PSA）、生產(chǎn)、乙炔與氫氣等易燃易爆氣體壓縮、原油減壓蒸餾中的塔頂真空系統(tǒng)、真空結(jié)晶與干燥、真空過濾、各種物料的真空輸送。

在制藥行業(yè)中的應(yīng)用：干燥 (托盤、旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)、錐形和冷凍干燥器)、再生產(chǎn)/反應(yīng)堆干燥、蒸餾、除氣、晶化/汽化、加注和/或材料轉(zhuǎn)移。

在紙漿和紙張生產(chǎn)中的應(yīng)用：黑液蒸發(fā)、粗漿洗漿機(jī)、石灰泥漿和過濾器、沉淀物過濾器、真空脫水機(jī)、原料和白水除氣系統(tǒng)、調(diào)漿箱壓縮機(jī)、吸水箱、伏輥、吸移輥和傳遞輥、真空壓榨、毛布吸水箱、防吹箱。

在塑料行業(yè)中的應(yīng)用：擠出機(jī)除氣、定型臺(tái) (剖面)、EPS 發(fā)泡、干燥、氣動(dòng)輸送裝置、氯乙烯氣體抽取和壓縮。

在器械中的應(yīng)用：蒸汽滅菌、呼吸裝置、氣褥、防護(hù)服、牙科儀、中央真空系統(tǒng)。

在環(huán)保行業(yè)中的應(yīng)用：廢水處理、沼氣壓縮、真空加水、廢水凈化/活性污泥箱氧化、魚塘通風(fēng)、垃圾產(chǎn)生氣體回收（生物氣體）、沼氣回收 (生物氣體)、廢物處理機(jī)。

在食品和飲料行業(yè)中的應(yīng)用：鮭魚清潔機(jī)、礦泉水除氣、色拉油及脂肪除臭、茶葉和調(diào)味品殺菌、香腸火腿生產(chǎn)、煙草制品濕化、真空蒸發(fā)器。

在包裝行業(yè)中的應(yīng)用：給包裝袋充氣，以充填貨物、采用抽氣方式帶開袋子、運(yùn)輸包裝材料和產(chǎn)品、貼附標(biāo)簽及包裝帶有膠水的物品、采用真空機(jī)械手抬高紙板箱，并對(duì)其進(jìn)行組裝、真空包裝和換氣包裝(MAP)、PET容器生產(chǎn)、塑料顆粒的干燥、塑料顆粒的輸送、擠出機(jī)除氣、噴射模塑、注塑件的脫膜及處理、注塑件的干燥、瓶體吹塑、等離子處理，以設(shè)置隔離層、瓶體氣動(dòng)輸送、充填與灌裝 、貼標(biāo)簽、包裝和制模、回收。

在木材加工行業(yè)中的應(yīng)用：保持與抓舉、木材干燥、木材保存、原木浸漬。

在海運(yùn)行業(yè)中的應(yīng)用：冷凝器排氣、中央真空抽水、船用低壓空氣壓縮機(jī)、渦輪機(jī)密封管排氣。

在設(shè)施處理中的應(yīng)用：烘干地板、水路管防腐保護(hù)、中央真空清潔系統(tǒng)。

在冶金行業(yè)中的應(yīng)用：鋼鐵除氣。

在制糖工業(yè)中的應(yīng)用：制備CO2、污物過濾、在蒸發(fā)器與真空吸盤中的應(yīng)用。

四、水環(huán)泵的選擇要點(diǎn)

水環(huán)式真空泵的類型主要由所抽介質(zhì)、工作所需的氣量、真空度或排氣壓力而定。

水環(huán)式真空泵正常工作以后需要注意的有兩點(diǎn)：

1、盡可能要求所選真空泵的真空度要求在高效區(qū)間內(nèi)，也就是在臨界所需真空度或臨界所需排氣壓力的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，這樣才能保證真空泵能夠按照需要的條件和要求正常工作。

?應(yīng)避免在真空泵最大真空度或最大排氣壓力范圍附近運(yùn)行。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，不僅效率極低，而且工作很不穩(wěn)定，容易使真空泵產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。

對(duì)于真空度較高的真空泵而言，在此區(qū)域之內(nèi)運(yùn)行，往往還會(huì)發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的明顯現(xiàn)象是真空泵內(nèi)有噪音和振動(dòng)。

過大的汽蝕會(huì)導(dǎo)致泵體、葉輪等零部件的損壞，以致于真空泵無法正常工作。

由此可以看出，當(dāng)真空泵所需的真空度或氣體壓力不高時(shí)，可以優(yōu)先在單級(jí)泵中選取。

如果對(duì)真空度或排氣壓力要求較高，單級(jí)泵往往不能滿足，或者，要求泵在較高真空度情況下仍有較大氣量，即要求性能曲線在較高真空度時(shí)較平坦，可選用兩級(jí)泵。

如果真空度要求在－710mmHg以上，可選用羅茨水環(huán)真空機(jī)組作為抽真空裝置。

2、根據(jù)系統(tǒng)所需要的抽氣量正確選擇真空泵

如果選定了真空泵或者真空機(jī)組的類型之后，還需要要根據(jù)系統(tǒng)所需的抽氣量來選用正確的型號(hào)。

各種型式的水環(huán)式真空泵，其特點(diǎn)如下：

五、常見故障及處理方法

1.進(jìn)出氣管道積水?

在運(yùn)行過程當(dāng)中，水環(huán)真空泵和蒸汽凝氣器是連通的，管道可能會(huì)由于水汽分離設(shè)備的工作漏洞，產(chǎn)生水汽積流。

水環(huán)真空泵停止運(yùn)行后，水汽就會(huì)逐漸的凝結(jié)，最終成為積水，一次所產(chǎn)生的積水可能較少，但是多次之后，積水就會(huì)增多，最終可能倒流回到真空泵，導(dǎo)致瞬間電壓過大，燒毀電機(jī)。

進(jìn)出氣管道積水的維修處理：首先，在日常的工作當(dāng)中，要定時(shí)對(duì)水環(huán)真空泵進(jìn)行檢查，重點(diǎn)注意進(jìn)出氣管道有無積水的情況，及時(shí)將不多的積水清理。

為了防止這樣的故障再次發(fā)生，還要對(duì)水環(huán)真空泵的水氣分離器進(jìn)行改造和完善，如使用具有更高耐磨性和耐腐蝕性的優(yōu)質(zhì)鋼材，或?qū)⑺畾夥蛛x器管筒直徑加粗，為水氣分離提供更大的空間等，從而減少水蒸汽積流，預(yù)防或消除積水故障。?

2.電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)異常或過熱?

首先電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)異常。“異常”指噪聲過大或無法啟動(dòng)，原因可能是泵內(nèi)（葉輪拖分配板內(nèi)）存在異物、電動(dòng)機(jī)供電壓偏低、電動(dòng)機(jī)缺相等問題。

基于此，檢查電動(dòng)機(jī)的接線，避免存在缺相故障或供電故障等問題；如果真空泵長(zhǎng)時(shí)間未運(yùn)行，除了開端蓋除銹外，還應(yīng)當(dāng)在內(nèi)部增添除銹劑；必要時(shí)還應(yīng)當(dāng)將端蓋打開，檢查其內(nèi)部是否存在雜物，調(diào)整好分配板和葉輪間的距離。

其次電機(jī)過熱。原因有三點(diǎn)，一為真空泵的供水量偏大，進(jìn)而產(chǎn)生較大電機(jī)負(fù)荷；二為電動(dòng)機(jī)存在缺相；三為排氣孔被堵塞。

針對(duì)此，仔細(xì)檢查真空泵排氣量的大小，如果涉及水量較大，則應(yīng)適度調(diào)節(jié)供水閥門（調(diào)?。?；電氣工作者應(yīng)全面檢查電動(dòng)機(jī)，避免存在缺相問題；仔細(xì)檢查排氣孔，如果存在不通暢一類問題，需實(shí)施疏通處理。?

3.真空度不足?

導(dǎo)致水環(huán)真空泵系統(tǒng)真空度不足主要有以下幾點(diǎn)原因：

1）水環(huán)工作不穩(wěn)定。如果進(jìn)水管發(fā)生了結(jié)垢以及進(jìn)口電磁閥出現(xiàn)了堵塞情況的時(shí)候，泵工作水供應(yīng)就會(huì)因此而出現(xiàn)不足，從而使得水環(huán)工作不穩(wěn)定，此時(shí)泵由于偏離設(shè)計(jì)工況而運(yùn)行，必然會(huì)存在出力下降的情況，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)真空度下降。

應(yīng)對(duì)方法：清除進(jìn)水管結(jié)垢，并使進(jìn)口電磁閥保持通暢。

2）進(jìn)口單向閥失效。當(dāng)閥片由于結(jié)垢、存在銹蝕后或發(fā)生卡澀吸不上去的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致串氣現(xiàn)象發(fā)生，即空氣會(huì)從備用泵入口被吸入工作泵，從而使得泵功耗增加以及系統(tǒng)真空度發(fā)生下降。

應(yīng)對(duì)方法：清除閥片結(jié)垢或更換新的閥片。

3）密封不良。在軸端密封不良或密封失效的情況下，如果有外部空氣被吸入了水環(huán)真空泵內(nèi)，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)真空度發(fā)生下降情況，并伴隨泵的兩個(gè)進(jìn)氣管出現(xiàn)溫度不相同等現(xiàn)象。

應(yīng)對(duì)方法：檢查軸端，確保密封嚴(yán)實(shí)。有時(shí)密封水泄漏量會(huì)發(fā)生偏大的現(xiàn)象，如果誤判是盤根壓緊力不足所導(dǎo)致，進(jìn)一步壓緊盤根后，會(huì)導(dǎo)致摩擦力因此而增大，進(jìn)而使得軸功率升高。此時(shí)真實(shí)原因可能是工作水量過大，所以壓緊盤根不能盲目。?

4.閥片斷裂?

水環(huán)真空泵兩個(gè)排氣口分配器旁各裝有一個(gè)閥片，作用是消除真空泵工作中可能發(fā)生的過壓縮或壓縮不足，避免泵的功耗增加和效率下降。

閥片能在分配器和擋板之間沿軸向小距離移動(dòng)。當(dāng)泵內(nèi)被壓縮氣體的壓力小于泵出口的壓力時(shí)，閥片向葉輪方向移動(dòng)而緊貼在分配器上，阻止泵出口的空氣進(jìn)入小空腔，保證氣體繼續(xù)被壓縮。

當(dāng)被壓縮氣體的壓力大于泵出口壓力時(shí)，氣體通過排氣口沖開閥片，使閥片上部擺開一個(gè)角度，以便于氣體順利排放出去。

這樣，閥片經(jīng)常是下部緊貼在分配器上，上部擺開一個(gè)角度，被扭曲成“S”型，長(zhǎng)時(shí)間扭曲導(dǎo)致閥片中間應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞破壞從中間斷裂。

閥片斷裂后，會(huì)產(chǎn)生以下影響：

1）軸承發(fā)熱，當(dāng)一個(gè)閥片斷裂時(shí)，葉輪兩側(cè)的壓力將不平衡，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向力，使球軸承負(fù)載加重，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)引起軸承溫度升高。

當(dāng)兩個(gè)閥片都斷裂時(shí)，斷裂的位置不完全一樣，葉輪兩側(cè)的壓力也有少量的不平衡，軸向力較一個(gè)閥片斷裂時(shí)會(huì)有所減小，軸承溫度有所下降，但仍較高。

2）軸功率上升，閥片不能按正確狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)分配器的合適覆蓋度，將會(huì)有部分已排出的氣體回流重新流入工作小腔，反復(fù)壓縮、排放，引起能量損失，電機(jī)負(fù)荷升高。

3）真空度下降，當(dāng)兩側(cè)閥片都斷裂時(shí)，系統(tǒng)真空將急劇下降。閥片斷裂后，必須及時(shí)更換，若一片閥片斷裂后未及時(shí)更換，另一片閥片的使用壽命會(huì)大大縮短，短時(shí)期內(nèi)也會(huì)發(fā)生斷裂。

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