液环泵的工作原理
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液环泵属于容积泵，如图1所示。叶轮在泵腔内是偏心安装，当叶轮旋转时，会迫使工作液沿着泵腔内形成一个等厚的旋转液环，于是在两个相邻叶片、叶轮轮毂和液环内表面之间形成一个“气腔”，随着叶轮旋转，气腔在泵的吸气区的体积逐步增大，其内部压力下降，从而将气体吸入泵内，相反，气腔在排气区的体积则逐步变小，其内部压力提升，从而将气体排出。
图1液环泵剖面图
液环泵有单级和双级两种，单级液环泵工作压力范围为1000~150mbar，入口压力小于150mbar时，抽速急剧下降，抽气效率较低。双级液环泵工作压力范围为1000~30mbar，在入口压力较低的状况下仍有很强抽速。
液环泵的工作液有两个功效：一是用于密封，二是用于冷却。常用的工作液是水，也能够用与工艺介质相适应的其他液体，如低粘度的油、乙二醇，以及其他工艺溶剂如甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和乙苯等。
液环泵的优点
液环泵有许多优点：
·操作简便、运动部件少，泵腔内无润滑油，不存在油的污染问题；
·密封液的选取范围广；
·既适合于抽可凝性蒸汽，又能够抽非可凝性气体；
·能够抽出气流中的小液滴和微小颗粒；
·能够选取区别的结构材料，标准制品是全铸铁和全316不锈钢，也能够用合金钢20和哈氏族合金材料。
液环泵的缺点
液环泵最大的缺点便是功耗比其他机械类的真空泵要大，例如滑阀泵消耗在密封、轴承、带动运动部件的功率占总功率的30%~40%，而液环泵在以上方面消耗的功率占总功率的60%~75%。
另一，液环泵的极限压力受到密封液蒸气压的限制，例如液环泵用水做为密封液，其极限压力便是水在工作温度下的蒸汽压，当水温在20℃时，其极限压力便是3200Pa。
同期，液环泵在低的入口压力下，会产生气蚀现象，导致气蚀的原由是：当泵的入口压力小于密封液的蒸气压时，密封液快速沸腾，并产生海量气泡，在气泡提升、破裂过程中会产生很大的冲击力，并从表面剥离少量金属，倘若这种气蚀连续时间很长，就会对泵导致严重损害。如图2所示。
图2液环泵的叶轮因为气蚀遭到损坏
液环泵在低压下抽气量小、效率低，况且还产生气蚀现象，意见在液环泵的入口上增设一个大气喷射器，如图3所示，大气喷射器是喷射泵的一种类型，它利用液环泵工作时与大气压（或是液环泵的排气压力）之间的压差将气体吸入到工作喷嘴，并得到超音速的射流，在混合室内导致真空，从而将被抽气体吸入，两股气体混合后，经过扩压管再被液环泵吸入并排到泵外。
图3液环泵+大气喷射器工作原理图
机组
大气喷射器液环泵机组重点在较低工作压力或密封液温度较高状况下工作。喷射器吸入的气体能够是空气，也能够用液环泵排出的气体做为大气喷射器的驱动气体。尤其是罗茨液环机组，倘若在液环泵入口配上大气喷射器，如图4所示，既能够加强机组的极限真空，又可以降低罗茨泵的压缩比，在罗茨液环机组进入极限压力时，罗茨泵不会过热，液环泵也不会产生气蚀。
图4 罗茨泵/大气喷射器/液环泵机组
本文文字及照片摘自《适用于化工工业的真空泵》一文，原文发布于《真空》杂志2020年第2期，作者：姜燮昌。
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发表于 2024-10-8 16:56:35