一、液环式真空泵的工作原理

(一)概念

液环式真空泵采用带有多叶片的转子安装在泵壳内,当转子旋转时,会将液体抛向泵壳并形成液环,液环和转子叶片形成容积周期变化的旋转变容真空泵。水环泵是液环式真空泵中最常见的一种。


解释:

液环的形成:旋转离心力;

工作腔形成:转子+液环+泵端盖;

抽气原理:利用若干个、体积变化的工作腔的容积变化来实现抽气作用;

也可以作为压缩机来使用。

(二)实际工作过程


叶轮2和泵壳1形成水环3和工作腔5;

工作腔容积有小变大,由大变小,构成压缩过程被抽气体由入口4和进气管8进入;

被抽气体由排气口6和排气管7排出;

排出的气体和水经排气管7进入水箱10,水被回收;

排出的气体经管道9排入大气。

(三)能量传输过程

液体被叶轮带动后,获得动能并形成紧贴于泵腔的液环;

液环在泵腔内回转,在吸气侧不断被加速,并吸入气体在向排气侧转动过程中,液体经历了加速~减速的过程,动能经历了增加~降低,势能则降低~增加;

在排气侧,气体被压缩,而液体增加的势能则被传递给气体,以抵抗气体膨胀压力;

压缩的气体在排气侧排出;

液环剩余的能量将会推动叶轮旋转。


二、液环真空泵的基本类型及优缺点

(一)型号及基本参数


(二)基本类型

1.(按照叶轮个数分类)

单级泵:泵中只有一个叶轮,为液环泵最常见的形式;

两级泵:利用心轴将两个单级泵串联而成(非泵管道的串联)。

比较:

两级泵的极限真空度高;

在较低压力下,两级泵仍具有较大抽速;

两级泵更适合较高真空条件下的需要。


2.按照吸、排气状态分类

液环真空泵:泵的进口为真空状态,出口为大气压力。该类泵主要用于粗低真空获得,化工行业的脱酸、脱气等。

液环压缩机:泵进口为大气压力状态,出口高于大气压力。主要用于化工行业介质的输送。

介于真空泵和压缩机之间:介于真空泵和压缩机二者之间的液环泵。进口为真空状态,出口为压缩状态,用于煤矿瓦斯气体抽除和火炉煤气的抽送。

3.按照作用方式分类

单作用:叶轮与泵体呈单偏心结构,叶轮旋转一次进行一次吸、排气。(该方式结构简单,容易制造,吸、排气口面积大,压缩段较长,可以获得较高效率及极限真空,且不易产生涡流和气蚀。但叶轮转子受力不均匀。)

双作用:叶轮与泵体呈双偏心结构,叶轮旋转一次进行两次吸、排气。



(三)优缺点

优点:

结构简单,制造精度要求不高,容易加工;

结构紧凑,可以和驱动电机直联;

接近等温压缩过程,抽排过程中,气体温度变化小,因此可以处理易燃、易爆气体;

泵腔内无金属摩擦表面,无需润滑,因此可抽排含有灰尘、可凝性气体或气水混合物;

吸气均匀,工作平稳可靠,操作简单,维修方便

缺点:

功耗大,效率低;极限压力高;叶轮圆周速度不高,结构尺寸大。

三、液环真空泵的结构

(一)典型结构

1.泵腔

液环真空泵一般由壳腔、端盖、叶轮、气体分配器、轴承体和轴承压盖、进/放水管路和轴封部分组成。

泵腔为两个偏心半圆腔构成的近似椭圆体。中间根据是单级还是双级设置有隔板(两级也可以体现在叶轮隔板上)。

吸、排气口可以设置在泵腔壳体上,但该设置会将泵腔变为易损件,所以一般不采用。


2.叶轮

叶轮是液环泵中唯一的动部件,l中间有隔板将叶轮分为两部分,每部分的中心有圆柱形的空腔,该腔体和气体分配器配合。



3.侧盖和气体分配器

气体分配器安装在侧盖和泵壳之间,气体分配器和泵壳、侧盖之间有装配面,且与叶轮存在着磨擦配合面,因此制造精度要求较高。侧盖根据单/双作用、单/双级的区别具有不同结构。

侧盖位于泵壳两侧,各有一个吸气口和排气口,吸气通道和排气通道和气体分配器连接。

4.进、放水管路和轴承及轴承压盖

进水管路完成两部分的供水,即填料密封供水和水环供水。相应的设置有放水管路。

轴承有两个固定在位于侧盖上的轴承座中,采用润滑脂润滑并设有轴承压盖。

5.轴封

液环真空泵采用的轴封结构可以采用两类结构,填料函密封和机械密封。前者较为常见,后者可根据用户需要进行改装。

(1)填料函密封


(2)机械密封


(二)水环—大气喷射机组

对于水环泵,即使采用双级水环泵极限真空度的提高也只是在一定的范围之内,这是因为受到水的饱和蒸汽压的限制,水环泵的理论极限压力就是水的饱和蒸汽压。

如果考虑气体返流等因素的影响,实际上水环泵的极限压力显著比该水温上的饱和蒸汽压力为高。

为了提高前级泵的极限真空度,可以将水环泵与大气泵组合使用。

水环-大气喷射机组可以有效的降低水环泵的极限压力,而且压力较低条件下抽速明显增加。

(三)液环真空泵的工作参数

四、液环泵的主要参数计算及选型

(一)主要参数计算

工况条件包括:抽速要求,吸入压力、排气压力、被抽介质种类成分、液环液体种类、工作温度。

(二)选型

1.明确用户需求;

2.尽量在高效区工作,避免在临界真空度或排气压力区域工作;

3.避免在最大真空度/排气压力范围工作;

4.作为真空泵,尽量选择单作用泵;

5.可考虑通过连接大气喷射泵来扩大液环泵使用范围;

6.作为压缩机,选择双作用泵较合适。

五、液环泵的使用、维护注意事项

液环泵在很多领域获得了广泛的应用,特别是矿产(煤矿等)、化工(氧碱、化肥、造纸、制药等)、冶金、轻工等领域(用于真空过滤、送料、脱气、蒸发、浓缩、回潮等场合)。

主要应用趋势有大型化、成套要求高以及在较高真空条件下保持较大抽气量,这给相关的生产、销售企业带来了严格的要求。

使用、维护注意事项

1.彻底理解并执行使用说明书的要求;

2.安装合理;

3.工作条件和泵的最佳工作范围吻合;

4.保持液环泵泵液工作温度正常必要时设查合理的冷却装置);

5.保持泵液浓度正常;

6.在水蒸气较多的工作条件下,尽量避免使用油液环泵;

7.一般不使用三级或多级液环泵,必要条件下,液环泵和大气泵、水喷射泵或罗茨泵组成串联机组使用。