水环真空泵的内部结构及其工作原理

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。

水环泵最初用作自吸水泵。是由叶轮、泵体、吸排气盘、水在泵体内壁形成的水环、吸气口、排气口、辅助排气阀等组成的。

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。

在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中顺时针方向旋转时，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。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上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和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部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。

综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。

叶轮被偏心的安装在泵体中，当叶轮旋转时，进入水环泵泵体的水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭的水环。水环的上部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。此时，叶轮轮毂与水环之间形成了一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成与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，小腔的容积逐渐由小变大，压强不断的降低，且与吸排气盘上的吸气口相通，当小腔空间内的压强低于被抽容器内的压强，根据气体压强平衡的原理，被抽的气体不断地被抽进小腔，此时正处于吸气过程。当吸气完成时与吸气口隔绝，从Ⅱ-Ⅱ到Ⅲ-Ⅲ断面，小腔的容积正逐渐减小，压力不断地增大，此时正处于压缩过程，当压缩的气体提前达到排气压力时，从辅助排气阀提前排气。从断面Ⅲ-Ⅲ到Ⅰ-Ⅰ，而与排气口相通的小腔的容积进一步地减小压强进一步的升高，当气体的压强大于排气压强时，被压缩的气体从排气口被排出，在泵的连续运转过程中，不断地进行着吸气、压缩、排气过程，从而达到连续抽气的目的。 结构简单，制造精度要求不高，容易加工。

结构紧凑，泵的转数较高，一般可与电动机直联，无须减速装置。故用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，占地面积也小。

压缩气体基本上是等温的，即压缩气体过程温度变化很小。

由于泵腔内没有金属磨擦表面，无须对泵内进行润滑，而且磨损很小。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。

吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。 效率低，一般在30%左右，较好的可达50%。

真空度低，这不仅是因为受到结构上的限制，更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制。用水作工作液，极限压强只能达到2000~4000Pa。用油作工作液，可达130Pa。

总之，由于水环泵中气体压缩是等温的，故可以抽除易燃、易爆的气体。由于没有排气阀及摩擦表面，故可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体和气水混合物。有了这些突出的特点，尽管它效率低，仍然得到了广泛的应用。 一、真空泵度不够

可能原因：电机供电不足导致转速不够；供水量不足；叶轮与分配板之间的间隙过大；机械密封破损导致漏水漏气；叶轮磨损过多；循环水排不出。

排除方法：检查供电电压是否在电机额定的电压范围内；加大供水量（必须控制在正确的范围内，否则会导致电机超载发热）；调小叶轮与分配板的间隙（一般在0.15—0.20mm）；更换机械密封；更换叶轮；检查出水口的管路。

二、启动不了或者启动了噪音大

可能原因：电机供电电压不足；电机缺相运行；泵长时间没用导致锈蚀；泵内吸入杂物；叶轮拖分配板。

排除方法：检查供电电压是否过低；检查电机接线是否都牢靠；如果泵长时间没用导致锈蚀的可以加点除锈剂或者打开泵盖人为去除锈迹；打开泵盖去除杂物；调节叶轮与分配板的距离。

三、电机过热

可能原因：供水量过大导致电机超载；电机缺相；排气孔堵塞；叶轮拖动其他部件。

排除方法：减少供水量至正常范围（参照泵的使用说明书之供液量）；检查接线是否牢固；检查排气口；打开泵盖调节叶轮与其他部件的间隙。

四，流量不足

可能原因：管路漏气漏液；阻力损失增加；

排除方法：检查连接处机械密封；检查管路及止回阀等有无故障。 （1）在正常的工作中要注意检查轴承的工作和润滑情况，其温度（轴承和外圆处）比环境温度一般高出15℃～20℃为宜，最高不允许超过30℃～35℃，即轴承架外圆处实际温度不应超过55℃～60℃；正常工作的轴承每年应加油3～4次，每年至少清洗轴承一次，并将润滑油全部更换。

（2）在正常工作中还要定期压紧填料，如果填料因磨损而不能保证所需要的密封性能时，应更换新填料。如果采用机械密封，发现泄漏现象，应检查机械密封的动静环是否已损坏或是辅助密封老化，如出现上述情况，均需要更换新零件。

（3）在出现特殊声音时，可拆下两端盖上的压板，查看叶轮两端面是否与分配器研伤，还可检查排气阀板是否正常。 在拆卸前应将泵腔内的水放出，要将气水分离器和吸气管部件拆下，在拆卸过程中应将所有的垫片谨慎的取下，如有损坏应更换同样的垫片。泵应从后端（无联轴器或无皮带轮一端）开始拆卸，其顺序如下：

（1）拆后轴承压盖，用勾板手将两圆螺母松开，取下轴承座及轴承；

（2）松开填料压盖螺母，取下填料压盖；

（3）拆下连接结泵盖与泵体的六角螺栓和泵盖底脚处螺栓后，取下后端盖；

（4）取下泵体；

（5）松开另一端底脚螺栓；

（6）卸下联轴器，并取下轴上的键；

（7）卸下前轴承部件；

（8）卸下前端盖后将轴和叶轮一起取出。

拆卸完毕后，应将零件上有关配合面涂上机油，螺纹处也应涂上机油保护好。 装配前应清洗各零件，结合面上纸垫的残面部分应清理好，轴承应清洗后涂上新油，轴承座内旧油也应清除干净。

装配的顺序与拆卸相反，其关键环节是要调整好叶轮端面与前后分配器的间隙，为此要测量好泵体的长度尺寸，（包括定位孔的深度）和叶轮的长度，以决定加垫子的厚度。

水环式真空泵又叫循环水真空泵，顾名思义就是水可以循环使用，但是，由于水在低压下沸点会变低，特别是夏天，要经常补充循环水。当然，如果你用自来水直接供水则可不考虑供水问题。水环式真空泵需要正常工作的循环水量一般在0.1个m³/h以上，具体的数值参考真空泵的使用手册，都是有明确标注的，如下图。

关于水汽分离器的问题，据我所知，水汽分离器并不是阻止水汽化的装置，很多时候是为了回收某种不溶于水的气体而设置的。一般抽吸无毒无气味的气体时，配置水汽分离器的目的是为了更好的利用循环水。我们知道，水环式真空泵的出气口吐出的是气体和循环水并且有一定的压力，如果让出气口直接吐出到循环水箱，会溅起很多水雾。

实际使用中，汽水分离器接于真空泵排气一端：这种一般只有水环式真空泵采用，他的主要作用是，由于水环真空泵排气时会携带一部分工作液排出，在排出端将气体液体进行分离，液体可以返回水箱重新当做工作液，气体通过气路排出或收集。

大概就是这样。

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