水环式真空泵的工作原理

水环式真空泵（简称水环泵）是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为2000~4000Pa，串联大气喷射器可达270~670Pa。水环式真空泵也可用作压缩机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围为1~2×105Pa表压力。

水环式真空泵最初用作自吸水泵，而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中，如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等，水环式真空泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展，水环式真空泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环式真空泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，因此，水环泵应用日益增多。

如图：在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中指示的方向顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。

1.2工程概况

1.2.1厂址：本工程建设地位于湖南省经仕公司有限公司。

1.2.2挥发窑主要设备情况：挥发窑系统主要负荷分配 (2226kw)

（一）1#配电室（鼓风机房旁）

1． 挥发窑 Φ3500*4800075*3=225kw

DCS上 开/停车及运行状况、电流监视

2． 鼓风机 4L-44/2 ( 五开二备) 132*5=560 kw

DCS上 开/停车及运行状况、电流监视

3． 空压机 3L-10/8( 一开一备) 55kw

DCS上 开/停车及运行状况、电流监视

4． 双梁抓斗吊 5t50kw

5． 冲渣水泵HTB-200-150-315( 三开三备) 55*3=165kw

DCS上 开/停车及运行状况、电流监视

6． 循环水泵 IS125-100-315 ( 两开两备) 15*2=30kw

DCS上 开/停车及运行状况、电流监视

（空压机、轴承座； 窑皮、表冷等各一套）

小计：1140kw

（二）2#配电室（排风机房旁）

1． 排风机 y4-73-11NO16D 185*3=555kw

DCS上 开/停车及运行状况、变频AI调节、转速指示

2． 皮带运输机 7.5*9=67.5 kw

DCS上 开/停车及运行状况

3． 圆盘给料机 Φ1500 7.5*6=45kw

DCS上 开/停车及运行状况

4． 埋刮板运输机 B=400 15kw

DCS上 开/停车及运行状况

5． 水环式真空泵 SK-60 （两开一备） 95*2=190kw

DCS上 开/停车及运行状况、电流监视

6． 预留尾气吸收 300kw

小计：1172.5kw

（三）3#配电室(高压室旁)

1． 生活、办公区 100kw

2． 厂区照明 100kw

3． 机修、化验室 100kw

4． 双梁抓斗吊 5t （配料厂房） 50*4=200kw

5． 其他 100kw

（四）三台窑每台配二台带调节的电子皮带下料称、二个温度测点200-1200℃、一个负压压力测点。在DCS上显示

1.3系统介绍

随着工业自动化过程控制理论和计算机技术的迅猛发展，以及对工业自动化过程控制系统的可靠性、复杂性、功能的完善性、系统的可维护性、人机界面的友好性、数据的可分析、可管理性等各个方面都提出了愈来愈高的要求，单纯的PLC系统和系统已不能满足当今自动化过程控制系统的设计标准和要求，为此，德国 SIEMENS 公司开发了解决自动化问题的革新方法--全集成自动化（Totally Integrated Automation），PCS7系统如下图所示：

全集成自动化（TIA）PCS7系统就是将所有自动化产品（包括工业控制器、分布式 I/O、工控机、工业控制软件、人机界面、工业通讯网络等）进行整体统一的设计，建立在一个共同SIMATIC集成系统平台上。SIMATIC全集成自动化（TIA）意味着用全集成系统就可完成所有的自动化任务，就可以组建一个能满足当今工业自动化领域各种要求的、全集成的、结构完整、功能完善、面向整个生产过程的新一代过程控制系统.

SIMATIC 全集成自动化系统主要包含了以下几个部分：

 SIMATIC SOFTWARE 工业控制软件

 SIMATIC HMI 人机接口

 SIMATIC NET 工业通讯网络

 SIMATIC S7 系列工业控制器

 SIMATIC S7-400 全热插拔式 I/O

SIMATIC 全集成自动化（TIA）具有以下几个方面的优点：

 所有组件最优组合，保证了系统可靠性，缩短了安装、调试时间

 利用高效方便的诊断工具，缩短了故障处理时间

 在全厂范围内使用统一共享的关系型数据库平台

 具有灵活的扩展性能，使扩展和改进更快、更廉价

 统一的组态编程工具，使工程变得简单，培训费用与时间大大减少

 统一的诊断和监控、很好的稳定性和技术容错功能，减少了事故和 停机时间，提高了生产效率

 通过标准接口的开放性硬件和软件，可方便地和第三方产品同时使 用，并减少了不同厂家产品之间的通讯和接口的硬件费用

PCS7系统（DCS）是基于德国SIEMENS公司的SIMATIC全集成自动化（TIA）系统U进行设计的。TIA就是用一种系统或一个自动化平台完成原来由多种系统塔配 起来才能完成的所有功能，可大大简化系统结构、提高整体协调性、降低系统整体费用，它是自动化过程控制系统的新一代解决方案。SIMATIC全集成自动化（TIA）系统已广泛应用于众多领域，如化工、钢铁、 建材、发电、制药、饮料、环保等，经过多年的实践证明，它是一个成熟的性能优良的、安全可靠的自动化控制系统。

长沙毅超自控技术有限公司是德国SIEMENS公司的SIMATIC系统集成商（SI），多年来在工业自动化控制领域特别是在化工、电力行业完成了大量的工程项目，在系统集成、设备成套、项目实施、软件编程、技术服务及培训等方面积累了丰富经验，因此，我公司能保证出色完成该自控系统的工程项目。

1.4 PCS 7系统特点

1.4.1系统网络分为现场控制层、管理控制层和企业管理层：

现场控制层采用了唯一作为中国国家标准的 PROFIBUS 现场总线，通讯速率最高可达到12MB/s。通过附加的设备，现场控制层可以与各种标准的现场总线（Modbus、FF 等）相连接。现场控制站通过配置现场总线模块，可以与远程 I/O 及DP标准智能仪表连接，通过 DP/PA 耦合器与 PA 标准仪表连接。在本系统中，所有远程站都是通过PROFIBUS-DP现场总线与现场控制站向连接的。

管理控制层采用了环形光纤工业以太网，通讯速率为100M，最远通讯距离达到1000Km，系统具很高的扩展能力，最大可以扩展到1000个负载站（包括现场站和操作站）。环网所使用的交换机使的SIEMENS公司生产的OSM工业交换机。同时，OSM工业交换机采用了冗余电源供电，并可以把供电及网管理入DCS系统，进一步提高了管理控制层的可靠性。

1.4.2系统结构简单、清晰、高速；配置灵活、维护方便

本DCS系统所有现场控制站和远程控制站都采用了德国SIEMENS 公司的S7-400系列自动化产品，具有很高的处理能力。系统所采用的电源、CPU、工业通讯网卡、各种功能模块都是相同的安装尺寸。系统结简单清晰。

过程控制器CPU 采用高性能32位CPU，用户内存容量为4MB，最大可以扩展到64MB。所有功能模块都不受槽位限制，可以插入柜体内的任何一个槽位，并可以视自动识别，系统配置非常灵活。系统所有 I/O 模件都具有容错功能，可以集中或分散布置。系统支持热插拔功能，所有功能模块都可以在运行中带电拔出或插入，不会影响现场信号的变化。系统所有功能模块、通讯设备都具有自诊断功能。通过此项功能，操作员可以很方便地找到系统中有故障的设备并及时处理故障。

水环式真空泵是液环式真空泵中最常见的一种。液环式真空泵是带有多叶片的转子偏心装在泵壳内。当它旋转时，把液体抛向泵壳并形成与泵壳同心的液环，液环同转子叶片形成了容积周期变化的旋转变容真空泵。当工作液体为水时，称水环泵。

水环泵主要用于粗真空、抽气量大的工艺过程中。在化工、石油、轻工、医药及食品工业中得到了广泛地应用，如真空过滤、真空送料、真空浓缩、真空脱气等。

单级水环泵的极限压力可达8～2×103Pa，双级水环泵的极限压力可达1×102Pa，排气量为0.25～500m3/h。

水环式真空泵的工作原理

水环泵工作轮2在泵体1中旋转时形成了水环3和工作室5。水环与工作轮构成了月牙形空间。右边半个月牙形的容积由小变大，形成吸气室。左边的半个月牙形的容积由大变小，构成了压缩过程(相当于排气室)。被抽气体由进气管8和进气口4进入吸气室。转子进一步转动，使气体受压缩，经过排气口6和排气管7排出。排出的气体和水滴由排气管道7进入水箱10，此时气体由水中分离出来，气体经管管道9排到大气中，水由水箱进入泵中，或经过管道11排到排水设备中。

图 水环泵的工作原理图

水环泵的压缩比由泵的吸气口终了位置和排气口开始位置所决定。因为吸气口终止位置决定着吸气腔吸入气体的体积；而排气口开始的位置决定着排气时压缩了的气体的体积。对已经确定了结构尺寸的水环泵，可以求出其压缩比。

SK水环真空泵在工作过程中，气体的压缩过程是等温的，所以在压缩和抽吸易爆气体时，不易发生危险，所以其应用更加广泛。

SK水环真空泵的型号意义：

以SK系列水环式真空泵SK-3为例

SK-3

SK---水环式真空泵

3------代表抽气量（m3/min）

SK水环真空泵及压缩机注意事项:

1、真空泵从40%到90%或压力从0.05MPa到0.15MPa的吸排气量随着供水量的大小

，叶轮与侧盖的间隙大小而变化，叶轮与侧盖的间隙大小而变化，特别是流量较小时，如果调整不准确更容易引起偏小

2、表内数值是在下列条件下得出：①水温15℃；

②空气20℃；

③气体相对温度70%；④大气压力0.1013MPa

3、表内性能偏差不超过5%

SK水环真空泵的工作原理

SSK水环真空泵由于在工作过程中，做功产生热量，会使工作水环发热，同时一部分水和气体一起被排出，因此，在工作过程中，必须不断地给泵供水，以冷却和补充泵内消耗的水，满足泵的工作要求。

当真空泵排出的气体不再利用时，在泵排气一端接有气水分离器（可自己制作一水箱代替），废水和所带的部分水排人气水分离器后，气水分离，气体由排气管排出，留下的水经回水管供至泵内继续使用。随着工作石匠的延长，工作水温度会不断地升高，这时需从气水分离器的供水处供给一定的冷水（自来水），以降低工作水的温度，保证泵能达到所要求的技术药酒和性能指标。

当作为压缩机使用时，泵排气口接气水分离器，气水混合物进入气水分离器后自动分离，气体由排气管输送到所需系统而工作水经过自动溢于开关放出，压缩气体时，工作水极易发热，水由真空泵出口排出，温度会变得较高，因此在气水分离器的底部，要不断地供给冷水，以补充被放走的热水，同时起冷却作用，使工作水温度不至过高，从而保证压缩机性能，达到技术指标，满足工艺要求。

SK水环真空泵的普遍使用的领域介绍：

真空蒸馏：牛奶厂，食品厂，化工厂，纸浆厂

真空消毒：医院，医务室，实验室

挤出成型：塑料行业

真空过滤：，造纸厂，家禽加工厂，选煤厂，化学制品处理厂，铁矿厂，采矿业，磷肥厂，化学制品过滤厂

成型：塑料，聚乙烯，橡胶，轮胎等制造业

浸渍：胶合板厂，电线杆的制造，食品加工，木器加工，纺织厂等

液体脱气：食品加工，水软化，瓶装厂

压缩空气再生：纸浆，钢铁，汽车，玻璃，化工

冷凝器水箱补水：电站

烘干：化工、医药制造业

食品加工：食品加工厂，牛奶厂

蒸汽回收：蒸馏器，装卸站

水泵引水：自来水厂

通过叶轮与泵腔不同心安装，到达吸气、压缩、排气的目的，获得真空，即水环式真空泵的工作原理。

水环真空泵最初用作自吸水泵，而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中，如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等，水环泵得到广泛的应用。

由于真空应用技术的飞跃发展，水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，因此，水环泵应用日益增多。

真空泵是指利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。通俗来讲，真空泵是用各种方法在某一封闭空间中改善、产生和维持真空的装置。

按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分为两种类型，即气体捕集泵和气体传输泵。其广泛用于冶金、化工、食品、电子镀膜等行业。

1、工作原理是气体由管路经阀门进入真空泵或压缩机，然后经导气弯管排入气水分离器中，经气水分离器排气管排出。

2、水环真空泵（简称水环泵）是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为2000~4000Pa，与真空泵组成机组真空度可达1~600Pa。水环泵也可用作压缩机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围为1~2×105Pa表压力。