水环式真空泵工作原理.docx
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水环式真空泵工作原理
水环式真空泵工作原理（含原理图），结构特点
水环式真空泵工作原理
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。
水环泵最初用作自吸水泵，而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。
在工业生产的许多工艺过程中，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，水环泵得到广泛的应用。
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。
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，因此，水环泵应用日益增多。
水环式真空泵工作原理如原理图：
在泵体中装有适量的水作为工作液。
当叶轮按图中指示的方向顺时针旋转时，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。
综上所述，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。
水环泵和其它类型的机械真空泵相比有如下优点：
结构简单，制造精度要求不高，容易加工。
结构紧凑，泵的转数较高，一般可与电动机直联，无须减速装置。
故用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，占地面积也小。
压缩气体基本上是等温的，即压缩气体过程温度变化很小。
由于泵腔内没有金属磨擦表面，无须对泵内进行润滑，而且磨损很小。
转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。
吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。
水环泵也有其缺点：
效率低，一般在30%左右，较好的可达50%。
真空度低，这不仅是因为受到结构上的限制，更重要的是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。
用油作工作液，可达130Pa。
总之，由于水环泵中气体压缩是等温的，故可以抽除易燃、易爆的气体。
由于没有排气阀及摩擦表面，故可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体和气水混合物。
有了这些突出的特点，尽管它效率低，仍然得到了广泛的应用。
水环真空泵与水环压缩机的区别:
如果泵入口接待抽容器就叫水环真空泵/如果泵出口接容器就叫水环压缩机
两者的工作原理是一样的，都是通过安装在泵体内的偏心叶轮旋转带动工作液（水）形成旋转水环，来抽吸或压缩气体介质，两者处理的介质只能是气体。
水环式真空泵的应用
虽然水环式真空泵属于粗真空泵，但在我国的石油、化工、电力、轻纺、造纸、医药等领域仍然有着很大的市场。
在国外，水环式真空泵的销售额占全部真空泵市场的14％，仅次于干泵，所以Nash、Seimems和Kinney等公司都在我国投资建厂或建立销售网络，不断扩大在我国的市场份额。
由于水环式真空泵大部分是铸件，加工要求也不高，属劳动密集型产品，所以国产水环式真空泵在价格上有竞争优势，关键是要改进设计，缩小体积，减轻重量，提高效率，降低能耗。
水环式真空泵和电机的安装
水环式真空泵和压缩机在安装前，用手转动联轴器，保证泵内没有卡住和其它损坏现象。
整套设备运抵安装地点时，如果包装已损坏或受潮，以及泵已经出厂八个月以上时，应在安装前全部拆开检查。
如果真空泵或压缩机正常，将泵和电动机安装在泵座上时，应校正电动机轴与泵轴的同心度，因为如果电动机轴与泵轴之间有极小的倾斜也会引起轴承发热和零件的严重磨损。
校正方法如下：
将直尺平行放在联轴器上，在整个圆周的任何位置直尺应与联轴器圆周完全密合，没有间隙，且联轴器的轴向间隙相等时，则达到了所要求的同心度。
电动机与泵轴，即使有极小的倾斜，也会引起轴承发热和零件过早磨损等严重后果，如果安装正确，用后即能轻松地转动泵轴。
在泵的进气口应安装过滤装置，以防异物进入泵腔内
SK系列水环真空泵型号选型，工作原理，结构特点，操作维修
本篇主要介绍了SK系列水环真空泵的基础知识，包括型号SK系列水环真空泵选型，水环真空泵的工作原理，原理图，水环真空泵的结构特点，设备安装，及水环真空泵维修操作。
SK系列水环真空泵
一、用途及使用范围
SK系列水环工真空泵及压缩机是用来抽吸或压送气体和其它无腐蚀性、不溶于水、不含有固体颗粒的气体，以便在密闭容器中形成真空或压力，从而满足具体工艺流程要求的设备。
吸入或压送的气体中允许含有少量液体。
SK系列水环式真空泵及压缩机广泛应用于机械、石油、化工、制药、食品、陶瓷、制糖、印染、冶金、环保及电子等行业。
由于在工作过程中，该类泵对气体的压缩是在等温状态下进行的，因此在压送或抽吸易燃、易爆的气体时，不易发生危险，所以其应用更加广泛。
泵型号说明。
例如：
SK-12
SK表示为水环真空泵；12表示该泵的最大抽气量为12m3/min（立方米/分钟）
二、工作原理
如图
（1）所示，叶轮3偏心地安装在泵体2内，起动时向泵内注入一定高度的水作为工作液，当叶轮3按图示方向旋转时，水受离心力的作用在泵体内壁形成一旋转的封闭水环5，水环上部内表面与轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触。
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，且与端盖上的吸气口相通，其空间内的气体压力降低，此时气体被吸入，当吸气终也时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮在180°到360°的旋转过程中，水环内表面渐渐与轮毂靠近，小腔由大变小，其空间内气体压力升高，高于排气口压力时，当小腔与排气口相通时，气体被排出。
叶轮每旋转一周，叶片间空间（小腔）吸、排气一次，若干小腔不停地工作，如此往复，泵就连续不断地抽吸或压送气体。
由于在工作过程中，做功产生热量，会使工作水环发热，同时一部分水和气体一起被排走，因此，在工作过程中，必须不断地给泵供水，以冷却和补充泵内消耗的水，满足泵的工作要求。
当泵排出的气体不再利用时，在泵排气口一端接有汽水分离器（可自己制作一水箱代替），废气和所带的部分水排入汽水分离器后，气体由排气管排出，水由于重力作用留在分离器内并经回水管供至泵内循环使用。
随着工作时间的处长，工作液温度会不断地升高，这时需给汽分离器加入一定量的冷水（可以用自来水），以降低工作液的温度，保证泵能达到所要求的技术要求和性能指标。
1.端面2.排气圆盘3.后轴承架4.轴承5.后轴承压盖6.轴7.圆螺母8.后轴套9.填料压盖10.填料压圈11.填料12.平键13.叶轮14.泵体15.吸气圆盘16.前轴套17.前轴承架18.前轴承压盖19.平键20.联轴器21.进水管
当做为压缩机使用时，泵排气口接有汽车分离器，汽车混合物进入汽水分离器后自动分离，气体由排气管输送到所需系统而工作液经过自动溢水开关放出，压缩气体时，工作液极易发热，由泵出口排出时，温度会变得较高，因此在汽水分离器的底部，要不断地供给冷水，以补充被放走的热水，同时起冷却作用，使工作液温度不致过高，从而保证压缩机性能，达到技术指标，满足工作要求。
1.端面2.后吸排气圆盘3.叶轮4.轴承架5.圆螺母6.后轴承压盖7.轴8.轴承9.后轴套10.填料压盖11.填料12.填料压圈13.平键14.泵体15.连通管16.前吸排气圆盘17.前轴套18.联轴器19.平键20.圆螺母21.前轴承压盖22.供水管
三、结构说明
泵的结构如图2、图3、图4所示
泵由泵体、前后端盖、叶轮、轴等零件组成。
进气管和排气管通过安装在端盖上的园盘之上的吸气孔及排气孔与泵腔相连，叶轮用键固定于轴上，偏心地安装在泵体中。
泵两端的总间隙由泵体和园盘之间的垫来调整，叶轮与前、后园盘之间的间隙由轴套（SK-1.5/3/6）推动叶轮来调整，两端间隙保证均匀。
而SK-12以上泵，轴与叶轮为过盈配合，此间隙由前端定位时确定。
SK-120无轴套，其余结构与SK-6/12/30/42/60/85相同。
叶轮两端面与前、后园盘的间隙决定了气体在泵腔内由进气口至排气口流动中损失的大小及其极限压力。
填料安装在两端盖内，密封水经由端盖中的小孔进入填料中，冷却填料及加强密封效果。
叶轮形成水环所需的补充水由供水管供给（自来水），供水管也可与汽水分离器连在一起循环供水。
如果密封形式采用机械密封时，机械密封安装在填料空腔，无需填料，填料压盖换成机械密封压盖，其余结构相同。
轴承由园螺母固定在轴上。
在端盖上安装有园盘，园盘上设有吸、排气孔和橡皮球阀。
橡皮球阀的作用是当叶轮叶片间的气体压力达到排气压力时，在排气口以前就将气体排出，养活了因气体压力过大而消耗的功率，降低了功率消耗。
四、设备说明
SK系列水环式真空泵及压缩机系统由真空泵（压缩机）、联轴器、电动机、汽水分离器及管路等组成。
（如图5示）
1.水环真空泵2.阀门3.导气弯管4.阀门5.汽水分离器6.阀门7.供水管
真空泵及压缩机与汽水分主器的工作过程如下：
气体由管路经阀门进入真空泵或压缩机，然后经导气弯管排入汽水分离器中，经汽水分离器排气管排出。
当作为压缩机使用时，压缩机排出的汽水混合物在汽水分离器中分离后，气体经阀门输送到需要压缩的气体的系统，而水则留在汽水分离器内，汽水分离器内的水位通过自动溢水开关进行调整，当水位高于所要求水位时，溢水开关打开，水从溢水管溢出；当水位低于要求水位时，溢水开关关闭，汽水分离器中水位上升，达到所要求水位。
真空泵或压缩机内的工作液是由汽水分离器供给（也可用自来水）的，供水量的大小，由供水管上的阀门来调整。
气体抽吸和压送系统的区别仅在于汽水分离器的内部构造有所不同。
抽吸气体时，吸气口压力低于大气压，而排气口压力等于大气压，汽水分离器只有溢水管；压送气体时，吸气口为常压（也可为真空状态），排气口压力高于一个大气压，为保证输送气体压力，汽水分离器的水位通过溢水开关来控制。
五、主要技术数据
型号
抽气量m3/min
极限真空
功率KW
转速
r/min
压力
MPa
口径
（mm）
水耗量
（L/min）
最大
真空度为
-450mmHg
mmHg
MPa
真空泵
压缩机
进
出
SK-1.5
1.5
1.35
-680
-0.091
4
4
1440
0～0.1
70
70
10～15
SK-3
3
2.8
-700
-0.093
5.5
7.5
1440
0～0.1
70
70
15～20
SK-6
6
5.4
-700
-0.093
11
15
1440
0～0.1
80
80
20～30
SK-12
12
10.8
-700
-0.093
18.5
30
970
0～0.1
80
80
40～50
SK-20
20
18
-700
-0.093
37
55
730
0～0.1
150
150
60～80
SK-30
30
27
-700
-0.093
55
75
730
0～0.1
150
150
70～100
SK-42
42
37.8
-700
-0.093
75
-
730
-
150
150
95～130
SK-60
60
54
-700
-0.093
95
-
550
-
250
250
140～180
SK-85
85
76.5
-700
-0.093
132
-
550
-
250
250
180～220
SK-120
120
108
-700
-0.093
185
-
490
-
300
300
220～260
SK-0.4
0.4
0.38
-680
-0.091
1.1
1.1
1440
0-0.1
25
25
5
SK-0.8
0.8
0.75
-680
-0.091
2.2
2.2
1440
0-0.1
25
25
5
注：
1.表内数值是在下列条件下得出
1.水温15度2.空气20度3.气体相对湿度70%4.大气压力760mmHg
2.表内性能指标误差不超过10%
六、设备安装
1.泵和电机的安装：
真空泵和压缩机在安装前，用手转动联轴器，保证泵内没有卡住和其它损坏现象。
整套设备运抵安装地点时，如果包装已损坏或受潮，以及泵已经出厂八个月以上时，应在安装前全部拆开检查。
如果真空泵或压缩机正常，将泵和电动机安装在泵座上时，应校正电动机轴与泵轴的同心度，因为如果电动机轴与泵轴之间有极小的倾斜也会引起轴承发热和零件的严重磨损。
校正方法如下：
将直尺平行放在联轴器上，在整个圆周的任何位置直尺应与联轴器圆周完全密合，没有间隙，且联轴器的轴向间隙相等时，则达到了所要求的同心度（图6）。
图六同心度校正方法
1.轴承架2.前轴承压盖3.泵轴4.泵联轴器5.直尺6.电机联轴器7.电机
电动机与泵轴，即使有极小的倾斜，也会引起轴承发热和零件过早磨损等严重后果，如果安装正确，用后即能轻松地转动泵轴。
在泵的进气口应安装过滤装置，以防异物进入泵腔内。
2.汽水分离器的安装：
汽车分离器根据外形图安装在地基上。
如果必须改变安装位置时，应注意分离器的联接管路不宜过长，转弯不宜过急，否则水和气在管道中的流动损失必将增加，从而增加了泵排气端的压力，这样就降低了气量和真空度，增加了功率消耗。
汽水分离器进口的管接头与泵出口管接头之间有一弯管4连接（图5、图9）。
带有阀门的管路7与泵有汽水分离器相连接，可以使工作液循环使用。
分离器上安装有供水管路（图中未画出），供水量通过于阀进行调节。
3.泵与汽水分离器的管路安装：
泵的排气管应与汽水分离器进撖这相连，当作压缩机使用时，汽水分离器的排气管应和使用压缩空气的系统相连接。
抽真空时如不设排气管路，气体则由分离器上的排气口直接排至大气。
如需排至室外，则可将分离器的排气口通过管路引到室外。
在泵的进气管路上应安装阀门进行控制，以便在停车时，防止泵内工作液因系统的真空吸力，回流到系统。
当作为压缩机使用时，若排气管路存在压力，那么在汽水分离器的排气管路上也应安装阀门。
4.调节结构：
SK系列真空泵是通过装在进气管在进气管路上的阀门来调整真空度和气量。
当作为压缩机使用时，可用安装在排气管路上的阀门调节压气装置的压力。
当被压缩气体因为其使用条件不允许排出时，应在进气管和排气管之间装有导气管，其直径与阀门直径相同，以便在最大限度内调节气量与压力。
七、启动及停车
1.启动：
长期停车的泵在开动以前，必须用手转动数周，保证泵内没有卡住或其它损坏现象。
启动按以下顺序进行（参见图5）：
（1）关闭进气管路上的阀门4；
（2）启动电动机（电机的转向必须正确）；
（3）打开供水管路上的阀门6，向泵内供水至符合规定要求为止。
（4）当泵达到极限真空或最大压力时，打开进气管路上阀门4，泵开始正常工作。
（5）调整填料压盖，当水成滴往外滴为最佳。
（6）通过阀门来调整泵的供水量，保证泵在要求的技术条件下运转，使功率消耗最小，达到性能指标，满足工作要求。
（7）调整供给汽水分离器的水量，以便用最小的耗水量，保证泵所要求的技术规范。
（8）当泵在极限压力下工作时，泵内可能由于物理作用则发生爆炸时，但功率消耗并不增大，可将进气管路上的阀门打开，使之进入少量气体，爆炸声随即消失。
如果爆炸声并不消失，且功率消耗增大，则表明泵已发生故障，应停车检查。
2.停车：
停车按以下顺序进时：
（1）关闭进气管上的阀门。
（做压缩机用时关闭排气管上的阀门）
（2）关闭供水阀门，停止向泵内供水。
（3）关闭电动机。
（4）关闭补充水阀门。
（5）如果停车时间超过一天，必须将泵及汽水分离器内的水排空，以锈蚀。
注意：
冬季时，每次长期停车都必须排空工作液，以防冻裂设备。
八、维护
1.经常检查轴承的工作和润滑状况
2.轴承在正常工作状部下比周围温度高15℃~20℃，最高不允许超过55℃~60℃，轴承每年应装油3-4次，并至少清洗一次，更换润滑油。
3.如是填料密封，应定期压紧填料，如果填料因磨损而不能保证密封性能时，应更换填料。
填料不能压得过紧，正常状态下的填料，允许水成滴滴出，从而保证冷却和密封效果。
如果采用机械密封，出现泄漏现象，应检查机械密封的动、静环是否损坏，或是密封圈已老化，否则应更换机械密封。
九、泵的拆卸及装配
1.拆卸：
泵的拆卸分为部分拆卸检查和完全拆卸修理及更换零件，在拆卸前应将泵腔内的水放出，并拆除进气管和排气管。
在拆卸过程中，应将所有的垫谨慎取下，如发生损坏应在装配时更换同样厚度的新垫。
泵应从后端（无联轴器一端）开始拆卸（SK-1.5/3从前端拆卸），其顺序如下：
（1）取下连通管（SK-1.5/3无联通管）。
（2）取下后轴承压盖。
（3）用勾手扳手将园螺母松开，取下轴承架及轴承。
（4）松开填料压盖螺母，取下填料压盖。
（5）松开泵体和端盖的联接螺栓和泵底脚处的螺栓。
（6）在泵体下加一支撑，然后从轴上取下端盖。
（7）取下泵体。
泵的部分拆卸至此为止，此时泵的工作部分及各个另件可进行检查及清洗。
完全拆卸，应按以下顺序继续进行：
（8）松开另一端泵底脚处的螺栓，从底座上取下泵头。
（9）取下联轴器。
（10）从轴上取下联轴器的键。
（11）取下前轴承压盖。
（12）松开轴承锁紧螺母，取下轴承架和轴承。
（13）取下填料压盖。
（14）将轴和叶轮一同从端盖中取出。
（15）从轴上取下轴套。
（16）从轴下取下叶轮。
拆卸完毕，应将配合面和螺纹仔细擦净并涂上机油。
型号
两侧总间隙mm
单侧间隙mm
SK-1.5
0.20～0.30
0.10～0.15
SK-3
0.20～0.30
0.10～0.15
SK-6
0.30～0.40
0.15～0.20
SK-12
0.30～0.40
0.15～0.20
SK-20
0.40～0.60
0.20～0.30
SK-30
0.40～0.60
0.20～0.30
SK-42
0.40～0.60
0.20～0.30
SK-60
0.50～0.70
0.25～0.35
SK-85
0.50～0.70
0.25～0.35
SK-120
0.50～0.70
0.25～0.35
故障
原因
解决方法
抽气量不够
1、间隙过大
2、填料处漏气
3、水环温度高
4、管道系统漏气
1、调整间隙
2、压紧或更换填料
3、增加供水量
4、拧紧法兰螺检，更换垫片或补焊裂纹等
真空度降低
1、法兰连接处漏气
2、管道有裂纹
3、填料漏气
4、叶轮与侧盖间隙过大
5、水环发热
6、水量不足
7、零件摩擦发热，造成水环温度升高
1、拧紧法兰螺栓或更换垫片
2、焊补或更换
3、压紧产更换新填料
4、更换垫片调整间隙
5、降低供水温度
6、增加供水量
7、调整或重新安装
振动或有响声
1、地脚螺栓松动
2、泵内有异物
3、叶片断裂
4、汽蚀
1、拧紧地脚螺栓
2、停泵检查取出异物
3、更换叶轮
4、打开吸入管道阀门
轴承发热
1、润滑油不足
2、填料压的过紧
3、没有填料密封水或不足
4、轴承、轴或轴承架配合过紧，使滚球与内外圈间隙过小，发生摩擦
1、检查润滑油情况，加油
2、适当松开填料压盖
3、供给填料密封水或增加水量
4、调整轴承与轴或轴承架的配合
启动困难
1、长期停机后，泵内生锈
2、填料压的过紧
3、叶轮与泵体发生偏磨
1、用手或特制的工具转动叶轮数周
2、拧松填料压盖
3、重新安装并调整
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