水環(huán)真空泵（簡稱水環(huán)泵）是一種粗真空泵，它所能獲得的極限真空為2000~4000Pa，串聯(lián)大氣噴射器可達270~670Pa。

水環(huán)泵也可用作壓縮機，稱為水環(huán)式壓縮機，是屬于低壓的壓縮機，其壓力范圍為1~2×105Pa表壓力。

由于水環(huán)泵中氣體壓縮是等溫的，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(huán)泵應用日益增多。

一、水環(huán)泵的工作原理

不同型號的水環(huán)真空泵盡管結構有所不同，但其基本原理都大致相同。水環(huán)真空泵中最典型的類型便是單級單作用、軸向吸排氣的水環(huán)真空泵。單級單作用水環(huán)真空泵的結構有進氣口、出氣口、泵蓋、泵殼、葉輪、隔板、電機等。

在水環(huán)真空泵工作時，電機帶動葉輪旋轉，使得工作腔內的水在離心力的作用下形成水環(huán)。若水環(huán)適當，則形成的水環(huán)在上側剛好與輪轂相切，在下側剛好與葉輪頂端相接觸。此時水環(huán)內表面、輪轂與葉片之間會形成一個個大小不等互不相通的月牙形空間。

當電機驅動葉輪旋轉時，圖中右側的月牙形空間的體積就會從小變大，從而使壓力降低，與吸氣孔相通時，氣體就會被吸入；而當它的體積從大變小時，則氣體就會被壓縮，壓力增大，當氣體被壓縮到一定程度時，使其與排氣孔相通，氣體就會被排出。

由于補充水可以連續(xù)導入，水環(huán)基本可以保持恒溫狀態(tài)，而且還能吸收由于壓縮氣體產生的熱量，所以這個過程也可以近似看作是一個等溫過程。

水環(huán)真空泵工作時的能量傳遞過程如下：在吸入側，葉輪將能量傳遞給水，使其動能增加，并形成水環(huán)，之后水環(huán)的動能再轉化成壓能，并傳遞給氣體，從而實現(xiàn)壓縮排氣的過程。

水環(huán)真空泵的工作原理實際上和其他容積式泵的原理很相似，其區(qū)別之處在于水環(huán)真空泵能量傳遞的媒介是水環(huán)。由于受到飽和蒸汽壓的限制，水環(huán)真空泵用水做工作液時極限壓強只能達到2000～4000Pa。

二、水環(huán)泵的基本類型與特點

水環(huán)泵按不同結構可分成如下幾種類型：

1) 單級單作用水環(huán)泵：單級是指只有一個葉輪，單作用是指葉輪每旋轉一周，吸氣、排氣各進行一次。這種泵的極限真空較高，但抽速和效率較低。

2) 單級雙作用水環(huán)泵：單級是指只有一個葉輪，雙作用是指葉輪每旋轉一周，吸氣、排氣各進行二次。

在相同的抽速條件下，雙作用水環(huán)泵比單作用水環(huán)泵大大減少尺寸和重量。

由于工作腔對稱分布于泵輪轂兩側，改善了作用在轉子上的載荷。此種泵的抽速較大，效率也較高，但極限真空較低。

3) 雙級水環(huán)泵：雙級水環(huán)泵大多是單作用泵串聯(lián)而成。實質上是兩個單級單作用的水環(huán)泵的葉輪共用一根心軸聯(lián)接而成。

它的主要特點是在較高真空度下，仍然具有較大的抽速，而且工作狀況穩(wěn)定。

4) 大氣水環(huán)泵：大氣水環(huán)泵實際是大氣噴射器串聯(lián)水環(huán)泵的機組。水環(huán)泵前面串聯(lián)大氣泵是為了提高極限真空，擴大泵的使用范圍。

水環(huán)泵和其它類型的機械真空泵相比有以下優(yōu)點：

1)結構簡單，制造精度要求不高，容易加工。操作簡單，維修方便。

2)結構緊湊，泵一般與電動機直聯(lián)，轉數較高。用較小的結構尺寸，可以獲得較大的排氣量。

3)泵腔內沒有金屬摩擦表面，無須對泵內進行潤滑。轉動件和固定件之間密封可直接由水封來完成。

4)泵腔內壓縮氣體過程溫度變化很小，可認為是等溫壓縮，故可以抽除易燃、易爆的氣體。

5)由于沒有排氣閥及摩擦表面，故可以抽除帶塵埃的氣體、可凝性氣體及氣水混合物。

水環(huán)泵缺點：

1)效率低，一般在30%左右，較好的可達50%。

2)真空度低。這不僅是因為受到結構上的限制，更重要的是受工作液飽和蒸氣壓的限制。

總的說來，由于水環(huán)泵具有等溫壓縮和用水作封液，可以抽除易燃、易爆及腐蝕性氣體，還可以抽除含有灰塵和水分的氣體等突出優(yōu)點，所以得到了廣泛的應用。

三、水環(huán)泵的應用

在電力行業(yè)中的應用：冷凝器抽真空、真空吸水、煙氣脫硫、飛灰輸送、渦輪機密封管排氣、真空排氣、排出地熱氣。

在石油化工行業(yè)中的應用：氣體回收、氣體回收、燃氣升壓、強化的石油回收、氣體收集、原油穩(wěn)定化、原油真空蒸餾、排氣壓縮、蒸汽回收/氣體升壓、過濾/除臘、尾氣回收、聚酯生產、PVC生產、包裝、循環(huán)氣壓縮、變壓吸附（PSA）、生產、乙炔與氫氣等易燃易爆氣體壓縮、原油減壓蒸餾中的塔頂真空系統(tǒng)、真空結晶與干燥、真空過濾、各種物料的真空輸送。

在制藥行業(yè)中的應用：干燥 (托盤、旋轉、翻轉、錐形和冷凍干燥器)、再生產/反應堆干燥、蒸餾、除氣、晶化/汽化、加注和/或材料轉移。

在紙漿和紙張生產中的應用：黑液蒸發(fā)、粗漿洗漿機、石灰泥漿和過濾器、沉淀物過濾器、真空脫水機、原料和白水除氣系統(tǒng)、調漿箱壓縮機、吸水箱、伏輥、吸移輥和傳遞輥、真空壓榨、毛布吸水箱、防吹箱。

在塑料行業(yè)中的應用：擠出機除氣、定型臺 (剖面)、EPS 發(fā)泡、干燥、氣動輸送裝置、氯乙烯氣體抽取和壓縮。

在器械中的應用：蒸汽滅菌、呼吸裝置、氣褥、防護服、牙科儀、中央真空系統(tǒng)。

在環(huán)保行業(yè)中的應用：廢水處理、沼氣壓縮、真空加水、廢水凈化/活性污泥箱氧化、魚塘通風、垃圾產生氣體回收（生物氣體）、沼氣回收 (生物氣體)、廢物處理機。

在食品和飲料行業(yè)中的應用：鮭魚清潔機、礦泉水除氣、色拉油及脂肪除臭、茶葉和調味品殺菌、香腸火腿生產、煙草制品濕化、真空蒸發(fā)器。

在包裝行業(yè)中的應用：給包裝袋充氣，以充填貨物、采用抽氣方式帶開袋子、運輸包裝材料和產品、貼附標簽及包裝帶有膠水的物品、采用真空機械手抬高紙板箱，并對其進行組裝、真空包裝和換氣包裝(MAP)、PET容器生產、塑料顆粒的干燥、塑料顆粒的輸送、擠出機除氣、噴射模塑、注塑件的脫膜及處理、注塑件的干燥、瓶體吹塑、等離子處理，以設置隔離層、瓶體氣動輸送、充填與灌裝 、貼標簽、包裝和制模、回收。

在木材加工行業(yè)中的應用：保持與抓舉、木材干燥、木材保存、原木浸漬。

在海運行業(yè)中的應用：冷凝器排氣、中央真空抽水、船用低壓空氣壓縮機、渦輪機密封管排氣。

在設施處理中的應用：烘干地板、水路管防腐保護、中央真空清潔系統(tǒng)。

在冶金行業(yè)中的應用：鋼鐵除氣。

在制糖工業(yè)中的應用：制備CO2、污物過濾、在蒸發(fā)器與真空吸盤中的應用。

四、水環(huán)泵的選擇要點

水環(huán)式真空泵的類型主要由所抽介質、工作所需的氣量、真空度或排氣壓力而定。

水環(huán)式真空泵正常工作以后需要注意的有兩點：

1、盡可能要求所選真空泵的真空度要求在高效區(qū)間內，也就是在臨界所需真空度或臨界所需排氣壓力的區(qū)域內運行，這樣才能保證真空泵能夠按照需要的條件和要求正常工作。

應避免在真空泵最大真空度或最大排氣壓力范圍附近運行。在這個區(qū)域內運行，不僅效率極低，而且工作很不穩(wěn)定，容易使真空泵產生振動和噪音。

對于真空度較高的真空泵而言，在此區(qū)域之內運行，往往還會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，產生這種現(xiàn)象的明顯現(xiàn)象是真空泵內有噪音和振動。

過大的汽蝕會導致泵體、葉輪等零部件的損壞，以致于真空泵無法正常工作。

由此可以看出，當真空泵所需的真空度或氣體壓力不高時，可以優(yōu)先在單級泵中選取。

如果對真空度或排氣壓力要求較高，單級泵往往不能滿足，或者，要求泵在較高真空度情況下仍有較大氣量，即要求性能曲線在較高真空度時較平坦，可選用兩級泵。

如果真空度要求在－710mmHg以上，可選用羅茨水環(huán)真空機組作為抽真空裝置。

2、根據系統(tǒng)所需要的抽氣量正確選擇真空泵

如果選定了真空泵或者真空機組的類型之后，還需要要根據系統(tǒng)所需的抽氣量來選用正確的型號。

各種型式的水環(huán)式真空泵，其特點如下：

五、常見故障及處理方法

1.進出氣管道積水

在運行過程當中，水環(huán)真空泵和蒸汽凝氣器是連通的，管道可能會由于水汽分離設備的工作漏洞，產生水汽積流。

水環(huán)真空泵停止運行后，水汽就會逐漸的凝結，最終成為積水，一次所產生的積水可能較少，但是多次之后，積水就會增多，最終可能倒流回到真空泵，導致瞬間電壓過大，燒毀電機。

進出氣管道積水的維修處理：首先，在日常的工作當中，要定時對水環(huán)真空泵進行檢查，重點注意進出氣管道有無積水的情況，及時將不多的積水清理。

為了防止這樣的故障再次發(fā)生，還要對水環(huán)真空泵的水氣分離器進行改造和完善，如使用具有更高耐磨性和耐腐蝕性的優(yōu)質鋼材，或將水氣分離器管筒直徑加粗，為水氣分離提供更大的空間等，從而減少水蒸汽積流，預防或消除積水故障。

2.電動機啟動異?；蜻^熱

首先電動機啟動異常。“異?！敝冈肼曔^大或無法啟動，原因可能是泵內（葉輪拖分配板內）存在異物、電動機供電壓偏低、電動機缺相等問題。

基于此，檢查電動機的接線，避免存在缺相故障或供電故障等問題；如果真空泵長時間未運行，除了開端蓋除銹外，還應當在內部增添除銹劑；必要時還應當將端蓋打開，檢查其內部是否存在雜物，調整好分配板和葉輪間的距離。

其次電機過熱。原因有三點，一為真空泵的供水量偏大，進而產生較大電機負荷；二為電動機存在缺相；三為排氣孔被堵塞。

針對此，仔細檢查真空泵排氣量的大小，如果涉及水量較大，則應適度調節(jié)供水閥門（調?。?；電氣工作者應全面檢查電動機，避免存在缺相問題；仔細檢查排氣孔，如果存在不通暢一類問題，需實施疏通處理。

3.真空度不足

導致水環(huán)真空泵系統(tǒng)真空度不足主要有以下幾點原因：

1）水環(huán)工作不穩(wěn)定。如果進水管發(fā)生了結垢以及進口電磁閥出現(xiàn)了堵塞情況的時候，泵工作水供應就會因此而出現(xiàn)不足，從而使得水環(huán)工作不穩(wěn)定，此時泵由于偏離設計工況而運行，必然會存在出力下降的情況，進而導致系統(tǒng)真空度下降。

應對方法：清除進水管結垢，并使進口電磁閥保持通暢。

2）進口單向閥失效。當閥片由于結垢、存在銹蝕后或發(fā)生卡澀吸不上去的時候，就會導致串氣現(xiàn)象發(fā)生，即空氣會從備用泵入口被吸入工作泵，從而使得泵功耗增加以及系統(tǒng)真空度發(fā)生下降。

應對方法：清除閥片結垢或更換新的閥片。

3）密封不良。在軸端密封不良或密封失效的情況下，如果有外部空氣被吸入了水環(huán)真空泵內，就會導致系統(tǒng)真空度發(fā)生下降情況，并伴隨泵的兩個進氣管出現(xiàn)溫度不相同等現(xiàn)象。

應對方法：檢查軸端，確保密封嚴實。有時密封水泄漏量會發(fā)生偏大的現(xiàn)象，如果誤判是盤根壓緊力不足所導致，進一步壓緊盤根后，會導致摩擦力因此而增大，進而使得軸功率升高。此時真實原因可能是工作水量過大，所以壓緊盤根不能盲目。

4.閥片斷裂

水環(huán)真空泵兩個排氣口分配器旁各裝有一個閥片，作用是消除真空泵工作中可能發(fā)生的過壓縮或壓縮不足，避免泵的功耗增加和效率下降。

閥片能在分配器和擋板之間沿軸向小距離移動。當泵內被壓縮氣體的壓力小于泵出口的壓力時，閥片向葉輪方向移動而緊貼在分配器上，阻止泵出口的空氣進入小空腔，保證氣體繼續(xù)被壓縮。

當被壓縮氣體的壓力大于泵出口壓力時，氣體通過排氣口沖開閥片，使閥片上部擺開一個角度，以便于氣體順利排放出去。

這樣，閥片經常是下部緊貼在分配器上，上部擺開一個角度，被扭曲成“S”型，長時間扭曲導致閥片中間應力集中，產生疲勞破壞從中間斷裂。

閥片斷裂后，會產生以下影響：

1）軸承發(fā)熱，當一個閥片斷裂時，葉輪兩側的壓力將不平衡，轉子產生軸向力，使球軸承負載加重，長時間運行會引起軸承溫度升高。

當兩個閥片都斷裂時，斷裂的位置不完全一樣，葉輪兩側的壓力也有少量的不平衡，軸向力較一個閥片斷裂時會有所減小，軸承溫度有所下降，但仍較高。

2）軸功率上升，閥片不能按正確狀態(tài)實現(xiàn)對分配器的合適覆蓋度，將會有部分已排出的氣體回流重新流入工作小腔，反復壓縮、排放，引起能量損失，電機負荷升高。

3）真空度下降，當兩側閥片都斷裂時，系統(tǒng)真空將急劇下降。閥片斷裂后，必須及時更換，若一片閥片斷裂后未及時更換，另一片閥片的使用壽命會大大縮短，短時期內也會發(fā)生斷裂。