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乐动LDSports:动画演示泵的工作原理及性能特点(四)
时间:2023-11-24 19:30:45 点击次数:

泵的主要作用是用来输送水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等液体,也可输送液、气混合物及含悬浮固体物的液体。生化人(微信公众号:生物化工人)计划整理一系列资料,通过动画演示学习各种泵的工作原理及其性能特点,上篇介绍了往复泵的工作原理和特点,本文主要介绍真空泵,希望对大家有所帮助。

真空泵是指利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。通俗来讲,真空泵是用各种方法在某一封闭空间中改善、产生和维持真空的装置。按照技术原理不同,真空泵可分为水环式真空泵、蒸汽喷射泵、罗茨真空泵、旋转式真空泵等。

水环式真空泵

水环式真空泵的工作原理如下图所示,泵的叶轮与泵壳成偏心,泵壳内充一定量的水,叶轮旋转使水形成水环。相邻叶片(如图中红色叶片)旋转时,与水环形成的空间(气室)变大即进气,空气(气室)逐渐变小,即空气被压缩。多组相邻叶片,即多组往复压缩,形成真空。

乐动LDSports:动画演示泵的工作原理及性能特点(四)(图1)

乐动LDSports:动画演示泵的工作原理及性能特点(四)(图2)

水环式真空泵优点:

1.结构简单,制造精度要求不高,容易加工。操作简单,维修方便。

2.结构紧凑,泵一般与电动机直联,转数较高。用较小的结构尺寸,可以获得较大的排气量。

3.泵腔内没有金属摩擦表面,无须对泵内进行润滑。转动件和固定件之间密封可直接由水封来完成。

4.泵腔内压缩气体过程温度变化很小,可认为是等温压缩,故可以抽除易燃、易爆的气体。

5.由于没有排气阀及摩擦表面,故可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体及气水混合物。

水环式真空泵缺点:

1.效率低,一般在30%左右,较好的可达50%。

2.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。

总的说来,由于水环泵具有等温压缩和用水作封液,可以抽除易燃、易爆及腐蚀性气体,还可以抽除含有灰尘和水分的气体等突出优点,所以得到了广泛的应用。

蒸汽喷射泵

蒸汽喷射泵的结构及运行原理如下图,其主要由喷嘴、接受室、混合室、扩压室等几部分组成 。蒸汽喷射泵的工作原理是高压蒸汽通过喷嘴时产生高速气流 , 在喷嘴出口处产生低压区 , 在此区域将低压蒸汽吸入 , 高压蒸汽在膨胀的同时压缩低压蒸汽 , 用高压蒸汽的裕压提高低压蒸汽的品位 , 然后通过混合室进行良好混合 , 混合后的蒸汽再通过扩压室恢复部分压力 ,达到要求的蒸汽压力后供给热用户使用。

乐动LDSports:动画演示泵的工作原理及性能特点(四)(图3)

乐动LDSports:动画演示泵的工作原理及性能特点(四)(图4)

蒸汽喷射泵的优点

1.利用高压蒸汽抽取低压、常压蒸汽,从而在喷射器的出口达到需要的压力(当然出口的压力是有一定的范围的,即低压、常压蒸汽升压有一定的限度),此设备替代了减压阀的部分功能同时也达到了节能的目的。

2.设备内无转动部件,安装后基本不用维护。

3.设备体积小,便于安装。

4.设备为自控,一次设定无需人工操作。

蒸汽喷射泵的缺点

1.对汽源和抽取低压、常压蒸汽有一定的要求

2.对低压、常压蒸汽升压有一定的范围,超过最佳引射系数,设备效率大大降低

3.对工况有一定的要求(这就是无法提供设备选型的主要原因,都是一机一设计、制造。)

4.设计、制造精度要求高(制造完成后无法改动,设计、制造精度不高影响使用效果)

罗茨真空泵

罗茨真空泵(简称:罗茨泵)是指泵内装有两个相反方向同步旋转的叶形转子,转子间、转子与泵壳内壁间有细小间隙而互不接触的一种变容真空泵。

  其工作原理如下图所示,由于转子的不断旋转,被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v0内,再经排气口排出。由于吸气后v0空间是全封闭状态,所以,在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘,v0空间与排气侧相通时,由于排气侧气体压强较高,则有一部分气体返冲到空间v0中去,使气体压强突然增高。当转子继续转动时,气体排出泵外。

乐动LDSports:动画演示泵的工作原理及性能特点(四)(图5)

罗茨真空泵的优点

1、在较宽的压力范围内具有较大的抽速。

2、起动快。

3、泵腔及转子工作时为干式无油,对被抽气体中的灰尘,水蒸汽不敏感,油蒸汽污染真空系统的情况比油增压泵、油扩散泵和油封机械泵要少得多。

4、由于动平衡较好,所以运转时的振动小、噪声低。

5、驱动功率小,这是因为机械摩擦损失小。

6、不用排气阀。

7、转速高、体积小,可制成任何几何抽速的泵。

8、可凝性蒸汽对泵无影响,因为经过泵时还没压缩到饱和蒸汽压。

9、与其它机械真空泵比较,节能效果显著,且耗油量小。

罗茨真空泵的缺点:

1、对氢气的抽气效果比油增压泵差,通过间隙返回的流量较大。

2、泵的制造较复杂,特别是转子型线,加工和检查都比较困难,而油增压泵结构简单,无大的运动部件,安装较方便。

3、不能单独使用,须有前级真空泵组成机组形式使用。一般与前级泵的抽速比为1:2~1:10不等,为保护罗茨真空泵,须在机组中安装过载保护装置。  

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旋片式真空泵

旋片式真空泵泵内偏心安装的转子与定子固定面相切,两个(或以上)旋片在转子槽内滑动(通常为径向)并与定子内壁相接触,将泵腔分为几个可变容积的一种旋转变容积真空泵。通常,旋片与泵腔之间的间隙用油来作为密封,所以旋片真空泵一般是油封式机械真空泵。乐动LD登录

  其运行原理如下图所示,旋片泵的旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分,当转子按箭头方向旋转时,与吸气口相通的空间A的容积是逐渐增大的,正处于吸气过程。而与排气口相通的空间C的容积是逐渐缩小的,正处于排气过程。居中的空间B的容积也是逐渐减小的,正处于压缩过程。

  由于空间A的容积是逐渐增大(即膨胀),气体压强降低,泵的入口处外部气体压强大于空间A内的压强,因此将气体吸入。当空间A与吸气口隔绝时,即转至空间B的位置,气体开始被压缩,容积逐渐缩小,最后与排气口相通。当被压缩气体超过排气压强时,排气阀被压缩气体推开,气体穿过油箱内的油层排至大气中。由泵的连续运转,达到连续抽气的目的。如果排出的气体通过气道而转入另一级(低真空级),由低真空级抽走,再经低真空级压缩后排至大气中,即组成了双级泵。这时总的压缩比由两级来负担,因而提高了极限真空度。

乐动LDSports:动画演示泵的工作原理及性能特点(四)(图7)

旋片真空泵的优点:

1、由于旋片真空泵内的气体压缩是等温的,因此可以抽出易燃易爆气体。由于没有排气阀和摩擦面,可以抽出含尘气体、可凝性气体和气水混合物。凭借这些突出的特点,尽管效率不高,但仍被广泛使用。

2、抽气量:0.43-560m3/min

3.低吸入绝对压力: 33-160hPa

4、工作温度:-10°℃-40°℃

5、 配套功率:7.5-560KW

6.过流材质:铸铁、不锈钢

7、结构简单,制造精度要求低,加工简单,结构紧凑。

旋片真空泵的缺点:

1、效率低:一般在30%左右,最好能到50%。

2、真空度低:这不仅是结构上的限制,更重要的是受工作流体饱和蒸汽压的限制。

3、以水为工作流体:极限压力只能达到2000-4000Pa,以油为工作流体,最高130Pa。

综上所述,结合它的优点和缺点。我们可以知道,真空泵内的气体压缩是等温的,因此可以将易燃易爆气体排除,其安全性可以得到保证。由于没有排气阀,也没有相互冲突的表面,因此可以抽出含尘气体和气水混合物。由于这些特点,它虽然效率低下,但在整个市场上仍然具有很强的竞争力。

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参考资料

1.部分图片及信息来源于网络;

2.动画演示由化工707剪辑完成;

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