水環式真空泵的工作原理

水環式真空泵（簡稱水環泵）是一種粗真空泵，它所能獲得的極限壓力，對于單級泵為 2.66 ～ 9.31kPa ；對于雙級泵為 0.133 ～ 0.665kPa 。水環泵也可用作壓縮機，它屬于低壓的壓縮機，其壓力范圍為（ 1 ～ 2 ） X105Pa 表壓力（在特定的條件下）。水環泵在石油、化工、機械、礦山、輕工、造紙、動力、冶金、醫藥和食品等工業及市政與農業等部門的許多工藝過程中，如真空過濾、真空送料、真空脫氣、真空蒸發、真空濃縮和真空回潮等，得到了廣泛的應用，由于水環泵壓縮氣體的過程是等溫的，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，水環泵的應用日益增大。

如圖為水環式真空泵的工作原理示意圖，水環泵是由葉輪、泵體、吸排氣盤、水在泵體內壁形成的水環、吸氣口、排氣口、輔助排氣閥等組成的。

葉輪被偏心的安裝在泵體中，當葉輪按圖示方向旋轉時，進入水環泵泵體的水被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，水形成了一個與泵腔形狀相似的等厚度的封閉的水環。水環的上部內表面恰好與葉輪輪轂相切（如 Ⅰ-Ⅰ 斷面），水環的下部內表面剛好與葉片頂端接觸（實際上，葉片在水環內有一定的插入深度）。此時，葉輪輪轂與水環之間形成了一個月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成與葉片數目相等的若干個小腔。如果以葉輪的上部 0° 為起點，那么葉輪在旋轉前 180° 時，小腔的容積逐漸由小變大（即從斷面 Ⅰ-Ⅰ 到 Ⅱ-Ⅱ ），壓強不斷的降低，且與吸排氣盤上的吸氣口相通，當小腔空間內的壓強低于被抽容器內的壓強，根據氣體壓強平衡的原理，被抽的氣體不斷地被抽進小腔，此時正處于吸氣過程。當吸氣完成時與吸氣口隔絕，從 Ⅱ-Ⅱ 到 Ⅲ-Ⅲ 斷面，小腔的容積正逐漸減小，壓力不斷地增大，此時正處于壓縮過程，當壓縮的氣體提前達到排氣壓力時，從輔助排氣閥提前排氣。從斷面 Ⅲ-Ⅲ 到 Ⅰ-Ⅰ ，而與排氣口相通的小腔的容積進一步地減小壓強進一步的升高，當氣體的壓強大于排氣壓強時，被壓縮的氣體從排氣口被排出，在泵的連續運轉過程中，不斷地進行著吸氣、壓縮、排氣過程，從而達到連續抽氣的目的。

在水環式真空泵中，輔助排氣閥是一種特殊結構，一般采用橡皮球閥，它的作用是消除泵在運轉過程中產生的過壓縮與壓縮不足的現象。這兩種現象都會引起過多的功率消耗。因為水環泵沒有直接的排氣閥，而且排氣壓力始終是固定的，水環泵的壓縮比決定于進氣口的終止位置和排氣口的起始位置，然而這兩個位置是固定不變的，因而不適應吸入壓力變化的需要。為了解決這個問題，一般在排氣口下方設置橡皮球閥，以便當泵腔內過早達到排氣壓力時，球閥自動開啟，氣體排出，消除了過壓縮現象。一般在設計水環泵時都以低吸入壓力來確定壓縮比，以此來確定排氣口的起始位置，這樣就解決了壓縮不足的現象。