浅析水环式真空泵原理、实际应用及选型

摘 要：水环泵广泛应用于石油、化工等许多工业部门。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，串联大气喷射器可达270～670Pa。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。

关键词：水环式真空泵 原理 实际应用 选型

一、水环泵应用范围及工作原理

在化工企业，如化肥生产企业的生产的工艺过程中，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，水环泵应用广泛。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。因水环泵是等温气体压缩，可抽除易燃、易爆的气体、抽除含尘、含水的气体，水环泵应用日益增多。

水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的。水环泵在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按设定方向如顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，因离心力作用，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。

二、水环泵的主要优点及优点

由于水环泵的原理结构决定，有其优点和缺点。

与其它类型的机械真空泵相比，水环泵的优点主要是：1、结构简单，制造精度要求不高，容易加工；2、结构紧凑，泵转速较高，一般可与电动机直联，无须减速装置。可以以小的结构尺寸，获得大的排气量，且占地面积也小；3、压缩气体过程温度变化很小，基本等温，同时因泵腔内无金属磨擦表面，不用对泵内，且磨损小。转动件和固定件之间的密封可直接用水封来实现。；吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。

水环泵的缺点主要包括以下几个方面：1、效率低，一般在30%- 50%；真空度低，因为受结构上及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。如采用油作工作液，可达130Pa。

三、水环泵常见故障现象分析及排除方法

水环泵在实际使用当中，主要故障主要包括真空泵度不够、无法启动或启动噪声大、电机过热、流量不足等。

（一）真空度不够可能原因分析及故障排除：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。发现以上情况，可采取以下措施加以分析解决：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及故障排除：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。发现以上情况，可采取以下措施加以分析解决：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）电机过热可能原因分析及故障排除：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。发现以上情况，可采取以下措施加以分析解决：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。

流量不足可能原因分析及故障排除：管路漏气漏液；阻力损失增加；发现以上情况，可采取以下措施加以分析解决：检查连接处机械密封；检查管路及止回阀等有无故障。

四、泵类型的确定

泵的类型主要由工作所需气量、真空度或排气压力确定。

泵工作时，需要注意以下两个方面：

（一）尽可能要求在高效区内，也就是在临界真空度或临界排气压力的区域内运行。

（二）应避免在最大真空度或最大排气压力附近运行。在此区域内运行，不仅效率极低，而且工作很不稳定，易产生振动和噪音。对于真空度较高的真空泵而言，在此区域之内运行，往往还会发生汽蚀现象，产生这种现象的明显标志是泵内有噪音和振动。汽蚀会导致泵体、叶轮等零件的损坏，以致泵无法工作。 根据以上原则，当泵所需的真空度或气体压力不高时，可优先在单级泵中选取。如果真空度或排气压力较高，单级泵往往不能满足，或者，要求泵在较高真空度情况下仍有较大气量，即要求性能曲线在较高真空度时较平坦，可选用两级泵。如果真空度要求在-710mmHg以上，可选用水环-大气泵或水环-罗茨真空机组作为抽真空装置。如果只作真空泵用，则选用单作用泵比较好。因为单作用泵的构造简单，容易制造和维护，且在高真空情况下抗汽蚀性好。如果仅作较大气量的压缩机使用，则选用双作用的泵比较合适。因为双作用泵的气量大，体积小，重量轻，径向力能得到自动平衡，轴不容易产生疲劳断裂，泵的使用寿命较长。

此外，根据系统所需的气量选择真空泵，在初步选定了泵类型之后，还应该根据系统所需的气量这一因素综合考虑。