离心喷射式真空泵结构原理及应用

摘要：节能减排是全社会关注焦点之一，每逢盛夏酷暑到来之际，空调的大量使用需消耗大量的能源，给电网及供电企业带来很大压力，也给民众带来经济上的负担。文章介绍了实用新型真空泵的原理及在新型空调机中的应用，解决了真空制冷、太阳能吸收吸附式制冷中的难题，具有极高的应用价值。

关键词：线速度；离心喷射；流体减压；蒸发

中图分类号：TB752 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）04-0074-02

一、研发背景及关键技术

现有的制冷主要有压缩制冷、吸收吸附式太阳能制冷、真空制冷、压缩式制冷技术成熟应用最广，太阳能制冷和真空制冷设备大、投资高，受天气影响大。

离心喷射泵采用了新的结构，结合流体减压技术，使新型喷射泵具有体积小、排量大、效率高、噪音低、一致性好、对气体无要求等特点，使得在真空制冷时不需设置捕水器，而进一步取消了压缩制冷环节。用于替代太阳能制冷中的吸收吸附剂时可取消太阳能集热器、溶液泵和冷凝器等设施，使设备更简化。

二、结构及工作原理

（一）结构

结构如图1所示。由电机、变速箱、离心喷射轮（以下简称喷射轮）、阻流罩、机械密封件组成。其中喷射轮外沿表面是一与喷射轮两圆侧壁密封焊接的环，环上有均匀布置的小孔，孔的轴向沿喷射轮径向布置，孔径小，孔的总面积与喷射面总面积占比小，阻流罩安装在喷射轮喷射面相对应的外部，阻流罩内设有阻流板，阻流板沿喷射轮径向布置，阻流板的末端离喷射孔很近。

（二）工作原理

电机通电后驱动喷射轮使喷射孔以1千米/秒左右（视真空度而定）线速度高速旋转，此时喷孔将与周围空气发生高速相对运动，由于空气流经物体表面时具有速度越高压力越低的特性（飞机机翼、汽车化油器、喷雾器等即是根据此原理制成），所以当喷孔与外部空气发生高速相对运动时就会因喷孔外部压力降低而形成喷射，再加上喷射轮内部的离心作用，使喷射轮中心至喷孔处产生一定的压力差，就能在喷射轮内部中心产生高度真空。在喷射轮高速旋转的同时，外部表面空气会在摩擦的作用下随喷孔发生同向转动而降低喷孔与空气的相对运动速度，相对速度的降低就意味着真空度的降低。阻流罩的设置阻止了外部空气的旋转，进一步提高了真空度。又因有喷射工作面的存在，加上喷孔孔径极小，即使内部真空度很高时也不会发生喘振。

从另一方面，也可视为在喷射轮外产生了一股比自然界更强的龙卷风还要强数倍的龙卷风，自然界的龙卷风最大风速也只有300米/秒左右，就能导致中心气压很低，温度骤降，使水蒸气迅速凝结，所不同的是龙卷风发生时空气是动因，中心物体是静因，而喷射泵工作时外部空气是静因，喷射轮是动因。

离心喷射泵集离心泵和喷射泵优点于一体，具有体积小、排量大、效率高、噪音低、一致性好、对气体无要求，单泵真空度高等优点。

三、直排式真空制冷空调机的应用

（一）天然制冷剂水的特性

水是自然界极易获得的物质，安全无毒，不燃烧、不爆炸、汽化潜热大（汽化潜热为R22的16倍，R600a的10倍），缺点是常压下沸点为100℃，低于610Pa及采用盐溶液时可为零下，水与油混合后会导致油乳化而破坏。

（二）空调机结构

1．结构如图2所示，由真空泵、蒸发器、集水槽、贮水箱构成，真空泵进气口通过管路连接蒸发器出气口，蒸发器进水口通过管路插入贮水箱底部，集水槽位于蒸发器下方，集水槽出水口通过管路连接贮水箱。

2．空调机工作原理。整机连接好后先给贮水箱装满水，通电后真空泵产生真空，水在大气的压力下进入蒸发器，当蒸发器内水的液面高度达到设定值时进水阀关闭，此后水便会在低压下沸腾，水的沸腾需向周围吸热，与此同时，室内空气在风扇的作用下产生循环，与蒸发器进行进行热交换，实现制冷。制冷过程中蒸发器内的水因吸热沸腾会导致水位逐渐降低，当降至一定值时进水阀打开，贮水箱内的水又自动进入蒸发器，维持其液面高度不变，而蒸发器所产生的冷凝水则经集水器收集后注入贮水箱作为制冷剂使用。

制冷过程中，蒸发器内所产生的水蒸汽用容积型真空泵是无法在经济的情况下排出的，只有采用速度型且不会发生喘振的离心喷射式真空泵才能完成。

真空制冷的工作过程就好比抽水机抽水的过程，所不同的是抽水机所抽的是水，空调机所抽取的是室内温热水蒸汽，留下低温干燥空气，其工作效率只受压力差的影响，而不受室外温度影响，制冷过程中室内的热量是以水蒸汽的形式被排到室外，故取消了冷凝器而不能制热。

由于水的汽化潜热大，在蒸发器中换热面积大，再加上离心泵的高效率及无冷凝器，故真空制冷效率可高于压缩制冷数倍，具有巨大的市场潜力及价值。

除此之外，离心喷射泵还可用于真空制盐、真空包装、真空冷藏等行业。

参考文献

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