水环式真空泵的工作原理及影响因素分析

水环式真空泵的工作原理及影响因素分析

第43卷第21期

2015年11月广州化工Guangzhou Chemical Industry Vol.43No.21Nov.2015化工机械水环式真空泵的工作原理及影响因素分析

马磊1，崔芙红2

（1兰州蓝星纤维有限公司，甘肃

兰州730071；2兰州石化职业技术学院，甘肃兰州730060）摘要：在工业生产的许多工艺过程中，如真空过滤、真空脱气、真空蒸馏、真空吸液、真空浓缩、真空干燥、真空冶炼等，水环泵得到广泛的应用。通过对水环式真空泵工作原理的介绍，说明了水环液补水方法，及气水分离器和换热器在水环液流量节约方面的应用，重点分析了影响真空泵工作能力，如水环液介质的选择、水环液流量的大小，水环液的温度，真空辅助系统，最后对真空泵的一些常见故障和启停注意事项作了简单说明。

关键词：水环式真空泵；汽水分离器；汽蚀保护；极限真空

中图分类号：TQ342+.39文献标志码：B 文章编号：1001－9677（2015）021－0162－03

第一作者：马磊（1986－），男，助理工程师，主要从事化工生产技术工作。

通讯作者：崔芙红（1985－），女，大学助教，主要从事化工教学工作。Working Principle and Influence Factors of Water Ｒing Vacuum Pump

MA Lei 1，CUI Fu －hong 2

（1Lanzhou BLUE－STAＲFiber Co ，Ltd.，Gansu Lanzhou 730071；

2Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology ，Gansu Lanzhou 730060，China ）

Abstract ：In many industrial production processes ，such as vacuum filter ，vacuum degassing ，vacuum distillation ，vacuum suction ，vacuum concentration ，vacuum drying ，vacuum smelting ，water ring pumps are widely used.Through the introduction about the water ring vacuum pump working principle ，the way of replenishing for water ring ，the application of gas water separator and heat exchanger in saving the water ring liquid flow were introduced ，analysis of the affect of working ability about vacuum pumps ，such as selecting of the water ring liquid medium ，water ring liquid flow rate ，the temperature of water ring liquid ，and some auxiliary system ，was emphasized on.A brief description about vacuum pump faults was given ，and some tips when start up or stop a water ring vacuum pump were provided.

Key words ：water ring vacuum pump ；steam water separator ；cavitation protection ；limiting vacuum

水环式真空泵是用来抽吸空气和其他无腐蚀性、不溶于

水、不含有固体颗粒的气体的机泵，以便在密闭容器中形成真

空，满足工艺流程要求［1］。

1水环式真空泵的工作原理

如图1所示，启动前，通过水环液补水管线给真空泵腔体

加适量的水作为工作液，启动泵后当叶轮顺时针旋转时，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。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［2］

。图1工作原理Fig.1Working principle 真空泵工作时，在水环的作用下，气体由吸气管路进入泵内，泵在排气时连同水一起排出，由于吸入的气体压缩产生的热量，使水环液的温度不断升高，这对泵的性能影响较大。而且泵填料处也需要冷却，因此，在真空泵工作过程中，必须不断地给泵供水，以冷却和补充泵内消耗的水。在不缺水源或废水可回收再利用的情况下，水环液可直接排放。在许多装置

中，为节约用水，真空泵一般都配有气液分离器。例如2BV 系

水环式真空泵的工作原理及影响因素分析

第43卷第21期马磊，等：水环式真空泵的工作原理及影响因素分析163

列真空泵，以15?水做水环液，配气液分离器和部分工作液循环连接的情况下，实际补水量为未配分离器时的1/2左右［3］。在真空泵排气一端接有汽水分离器，真空泵排出的气体和所带的部分水排入汽水分离器后，汽水分离，气体由排气管排出后直接进入大气或通过回收装置回收，留下的水经气液分离器底部回水管供至真空泵内继续使用，随着工作时间的延长，循环使用的工作液温度会不断的升高，这时需从汽水分离器的补水处供给一定的冷水，以降低工作液的温度，保证泵能达到设计的技术要求和性能指标，多出的水则通过汽水分离器的溢水口排出。汽水分离器与真空泵之间设计有换热器时，气水分离器液位一般通过浮球阀等自动控制，液位降低后浮球阀开启补水，一定液位后浮球阀自动关闭，液位超过溢水口部分溢流排出，操作简单。

当水环真空泵在吸气压力接近极限真空下长期工作时，应在排水管路或汽水分离器与泵盖之间联接气蚀保护管，以对泵进行保护并消除气蚀声。泵不带汽蚀保护时，吸气压力不得低于8000Pa，这是为了避免在水温15?，抽除20?干空气时引起汽蚀，更高水温时，允许的最低吸气压力会相应高些，泵带汽蚀保护时，泵可抽气至最大真空度［4］。

2极限真空的影响因素

液环真空泵的极限真空由工作液饱和蒸汽压决定，主要取决于以下几个方面：

2.1液环所选用的介质

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［2］。由于油的成本较高以及直排后污染环境，用油做水环液相对较少，一般只在确实真空需求较高的情况下使用，而且需加装气液分离器，并在气液分离器循环补液给真空泵的管路中加装换热器进行冷却，确保油可以循环使用，降低成本。工业生产中大多使用自来水、工业水、生产水、循环水、脱盐水等作为工作液，价格相对便宜，成本较低，可以选择做水环液后直接排入污水系统，如化工厂中用于物料冷却的循环水，需要定期排掉一部分，补加药剂并使用新水置换，用来做水环液后以一定量连续直排非常经济。若水环液需要回收，一般使用脱盐水做水环液，这样不会带入其他杂质离子。在一些装置中也会选择用其它参与生产或反应的有机或无机溶剂做水环液，回收气相组分后可直接利用，既环保又经济，但真空泵设计时需注意泵腔、叶轮等可能接触到溶剂部分材质的选择。

2.2水环液的工作温度

水环液的工作温度对真空泵的大小影响也较为明显，工作液温度太高，会降低泵的抽气量。一定情况下，水环液的温度越低，所能形成的真空越大，一般要求工作液最高温度不能超过65?。当抽除高温气体或80?以上蒸汽时，需在真空泵吸气管路中加装冷凝器。工作液直排时，可维持水环液在较低的温度，循环使用的工作液，由于真空泵的做功放热使工作液温度升高，可选择加装换热器在汽水分离器与真空泵之间的连接管路上，利用冷却水来冷却。对需要精确控制真空大小的装置，可使用水环液温度的自动控制，根据真空大小设定需要的水环液工作温度后，通过与冷却水进料阀门开度大小的联锁调节来确保水环液温度稳定，从而确保真空稳定；另外一种控制方式是确保冷却水的温度在一定范围，换热器进出口手动阀门固定在一定开度，如全开，通过自动控制开度大小的真空吸气阀门同样可以起到稳定真空的作用，对真空大小精度确实要求较高的时候也可以考虑使用水环液温度自动控制与真空自动控制相结合的方式。

2.3水环液的流量

真空泵水环液供水流量的大小，对泵的真空度、抽气量以及功率消耗均有影响。在工作液温度相同的情况下，真空泵的吸气量越大，所需要消耗的水也越多。如果水环液流量过低，会造成真空泵真空能力的下降，但是如果水环液流量过大，也会导致泵的功率消耗增大，甚至过电流跳车。因此，供水量的大小应严格控制在规定范围内。不管是直进直排还是通过气液分离器循环使用的工作液补水管路上，一般都设计有流量计和阀门，同时确保进水管路上的压力稳定在一定范围，精确控制真空时使用水环液补水的流量与自控阀门联锁调节，这样就可以通过阀门开度大小来调整真空泵的补水量，或者是汽水分离器的补水量以及汽水分离器向泵的供水量。以便用最小的水耗量，确保泵在要求的技术条件下运转，使功率消耗最小，并且达到性能指标。当抽除高温气体或80?蒸汽时，建议使用前置冷凝器或使用2倍于标准流量的工作液［3］。

2.4真空辅助系统

在工业生产的一些过程中，如真空脱气、真空蒸发浓缩等，除水环式真空泵工作产生真空以外，还经常在真空泵的吸气管路上设计有辅助的喷淋系统、冷凝系统等，其主要目的一是回收脱出的气体，二是冷却真空泵的进气，即能有效的利用热量又起到保护真空泵的作用。这些装置中较低温度液体的持续喷淋循环、气体冷凝成为液体时体积的骤缩，都能产生一定程度的负压，也等于是增大了系统的真空，或者是要求控制一定真空的条件下，减小了真空泵的功率消耗。实践证明，一定范围内，如果喷淋循环流量越大，喷淋液温度越低，持续的喷淋循环所能形成的真空也越大，在一些化工设计中，真空泵可只作为开车初始迅速达到要求真空度使用，随后通过喷淋循环就可以维持真空稳定，这样就可以停止真空泵，节约能源，而且所有可能的有毒有害气体都通过溶解性能良好的喷淋回收掉，十分环保。

3启停注意事项

长期停车的真空泵在启动前，必须先进行盘车，检查泵有无卡涩或损坏，然后打开真空泵水环液补水阀门，观察流量计读数，通过阀门调节到要求流量。一般真空泵的瞬时允许吸水量稍大于连续运转时设计的允许吸水量。启动真空泵前需保证泵腔工作液处于一定的液位，一般在真空泵腔体容积的1/2处左右，若真空泵腔水位偏高甚至充满水，真空泵瞬间启动后，由于水的密度远远大于空气的密度，会造成真空泵发出较大声响乃至过载跳车。真空泵启动前要确保排气阀门完全打开，一般吸气阀门处于关闭状态，启动真空泵后迅速再打开，停止时关闭吸气阀然后迅速停止真空泵，然后关闭排气阀门，关闭水环液补水阀门，这样启停时都确保真空泵在最小负荷下运行，起到保护泵的作用。若停车时间较长，必须将泵及汽水分离器内的水全部排掉，以防结垢或发生锈蚀。

水环式真空泵在极限压力下工作时，泵内可能由于物理作用而发出喘振的声音，但检测电机运转电流可能会发现实际功率并没有变大，这是由于泵已经处于极限吸气压力之下，长时间运转在低于最低允许吸气压力下会使泵受到损坏，设计及实际操作时需要避免此现象的发生，如果泵开始喘振，可将进气管路上的手动或自动真空调节阀门打开，使之进入少量空气，

（下转第202页）

水环式真空泵的工作原理及影响因素分析

202广州化工2015年11月

校、教师和学生都提出了更高的要求，目前，国内高校开设的综合与设计性实验项目大多还处在建设期。笔者的实践也表明，在应用型本科院校要想顺利和成功的开展应用化学综合与设计性实验，需要从多方面进行配套和协调。

4.1现代分析测试平台的开放建设

应用化学综合与设计性实验包括合成、表征和应用性能测试等环节，特别是结构表征和性能测试，仅仅通过滴定等常规分析手段无法达到目的，必须借助现代分析测试技术来完成。而现代分析测试仪器都较为贵重，各学校的分析测试中心一般都有自己严格的管理制度和要求，特别是在应用性本科院校，还无法完全做到为学生开放。因此，对于应用性本科院校，综合与设计性实验的开展之前还应建设好为学生开放的现代分析测试平台。这里，可以借鉴有关国内重点高校的经验，可以平时对学生进行培训，取得相应地仪器使用资格证书后，对学生实行开放。

4.2师资队伍的搭配和协调

综合与设计性实验在锻炼学生的同时，对教师也提出了更高的要求。对于学生设定的实验方案，教师要把握其科学性和可行性；对于实验中涉及的学生遗忘的综合理论知识，教师需要耐心的讲解；对于实验中出现的意想不到的状况，教师需要提前准备预案等等。因此，综合与设计性实验的指导教师个人需要扎实的理论基础，更需要较好的师德修养，整个实验教学团队也需要注意专业的搭配和协作配合。

4.3新型合理的考核和评价体系的建立

综合与设计性实验是对学生创新能力和综合素质能力的锻炼和提高，因此，传统的验证性和演示性实验的考核和评价体系对综合与设计性实验教学是不适用的。根据综合与设计性实验的特点和目标，新的考核和评价体系应当包括实验方案的设计和可行性、实验综合操作过程、实验结果以及综合素质能力等多部分。对于综合与设计性实验不能只顾实验结果，否则在撰写实验报告时抄袭严重，而应当更加注重对学生自主设定方案的考核和评价以及实验中操作过程体现出的综合理论水平和能力的评价。笔者实践中发现，在实验过程的空余时间里，分别与各实验小组人员讨论实验项目得到的综合信息会准备的帮助考核和评价学生的综合能力。

4.4实验室开放平台的建设和管理

应用化学综合与设计性实验通常需要较长的时间，且实验带有探索性质，加之实验的综合性、设计性和应用性，完成整个实验过程需要的仪器、设备种类也较传统实验多，因此，综合与设计性实验应在实验室开放的基础上进行。这就要求充分挖掘实验室资源建设学生实验室开放平台，没有开放的实验室平台，学生的实验时间和实验教学效果就得不到保证。此外，开放实验室平台的建设涉及实验员、管理人员、设备、场地等多方面，因此，还需要进一步提高管理水平和健全相应的管理制度，切实做好应用化学综合与设计性实验开展过程中的服务工作。

5结语

对于应用化学专业来说，综合与设计性实验在选题上需要体现其综合性和设计性的同时，还应注重其应用性。通过几年的探索，我们深刻认识到应用型本科院校的综合与设计性实验项目需与自身定位、社会生产实践接轨，并从实验资源和师资力量等多方面给予配套和保障。应用型本科院校应用化学专业开设符合本校学生综合能力的综合与设计性实验，必定能进一步提高学生创新能力和综合素质，为社会培养具有高素质和高创新能力的复合应用型人才。

参考文献

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檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵

91－93．

（上接第163页）

喘振声即行消失，随后检查水环液的流量及温度是否在要求的范围之内，并进行调整。如果吸入空气后喘振声不消失，且电机的功率消耗增大，则表明泵已发生故障，应停车检修。

4结语

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，吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。而且真空泵与压缩机的组合，真空泵与大气喷射泵的组合，双极水环泵的应用可以达到更高的真空，因此，水环泵在工业生产中发挥着越来越重要的作用。

参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/87dm.html