液环式真空泵基础知识

2020年10月18日机械维修公司2015年××月××日目录2020年10月18日一、概述二、工作原理及结构说明三、基本类型和优缺点四、液环式真空泵结构五、液环泵的主要参数计算及选型六、安装与拆卸七、起动和停机八、运行和保养九、常见故障分析及处理2020年10月18日一、概述1.1真空泵的简介1.1.1真空的概述a、真空的概念在给定的空间内低于标准大气压的气体状态称为真空。所谓真空，仅仅是指气体稀薄的状态，没有任何物质的“绝对真空”是存在的。b、真空的度量和真空区城的划分在真空技术中，用“真空度”表示气体稀薄的程度，也就是气体压强的高低。气体越稀薄其压强就越低，即真空度越高;反之，气体压强越高，其真空度越低。通常我们所说的气体的“压强低”与“真空度高”的意义是相同的，气体压强，是气体分子作用于单位面积上的力。大气中0℃时760毫米汞柱所产生的压强，称为一个“标准大气压”。真空技术中用压强作为真空的测量，其单位用“毫米汞柱”即“托”来表示。2020年10月18日c、表压、绝压、真空度表压：以当时当地大气压为基准的压力（g）。绝压：以绝对零压为基准的压力（a）。真空度：绝对压力低于大气压时，大气压与绝压之差。d、大气压、表压、绝压、真空度之间的关系1.1.2真空泵的概念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。按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分为两种类型，即气体捕集泵和气体传输泵。其广泛用于冶金、化工、食品、电子镀膜等行业。2020年10月18日1.2真空泵的分类1.3液环式真空泵概述液环真空泵是靠偏置叶轮在泵腔内回转运动使工作室容积周期性变化以实现抽气的真空泵。它的工作室由旋转液环和叶轮构成，其结构和工作原理与液环压缩机相似。工作时吸气口接被抽真空容器。所以按工作原理和结构特点来分类，液环真空泵属于机械式容积真空泵（靠机械运动使泵腔工作容积周期变化来实现抽气作用的真空泵）。2020年10月18日图1.1液环式真空泵示图2020年10月18日液环真空泵主要用于粗真空的形成过程。由于其具有接近等温压缩、对粉尘不敏感、吸入气体可以夹带液体或大量水蒸气等优点，在电力、石油化工、制药、造纸等领域得到广泛的应用。在大多数应用场合，液环真空泵以水做工作液，人们习惯将其称为水环真空泵，被抽气体温度以-20～40℃为宜。循环水不应含有杂质。液环真空泵的抽气速率范围为0.25～500m3/min；极限压力：单极泵为2×103～8×103Pa，双级泵为2×103～4×103Pa。液环真空泵主要用于真空蒸馏、真空干燥和水泵引水等方面。如按性能特点和用途来分类，液环真空泵也属于低真空泵（泵的极限压力高于102Pa的真空泵）。2020年10月18日液环真空泵是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为2000~4000Pa，与真空泵组成机组真空度可达1~600Pa。液环泵也可用作压缩机，称为液环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围为1~2×105Pa表压力。液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，液环泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展，液环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于液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，液环泵应用日益增多。二、工作原理及结构说明2020年10月18日2.1液环真空泵的工作原理（概念）液环式真空泵采用带有多叶片的转子安装在泵壳内，当转子旋转时，会将液体抛向泵壳并形成液环，液环和转子叶片形成容积周期变化的旋转变容真空泵。水环泵是液环式真空泵中最常见的一种。图2.1液环式真空泵结构简图2.1.1概念2020年10月18日2.1.2工作原理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。注释：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。相邻叶片旋转时，与液环形成的空间（气室）变大即进气，空间（气室内）逐渐变小，即空气被压缩。多组相邻叶片，即多组往复压缩。气室图2.2液环式真空泵工作原理2020年10月18日如果以叶轮的上部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。水环式真空泵工作原理解释：水环的形成：旋转离心力；工作腔形成：转子+液环+泵端盖；抽气原理：利用若干个、体积变化的工作腔的容积变化来实现抽气作用；也可以作为压缩机来使用。2020年10月18日2.1.3工作液的作用和要求（1）工作液通常为常温清水，如水质容易结垢，应经软化后再使用。（2）工作液除了起着形成液环的作用外，还起着带走气体压缩热以及密封分配板与叶轮端面间隙的作用。（3）运行时，液环真空泵内的部分工作液会随气体排出，须连续向液环真空泵供工作液。（4）使用不同的工作液时，必须注意过流部件要采用相应的材质。（5）当工作液为常温清水时，应尽可能采用较低温的工作水。（6）工作液中不能含有固体颗粒，如混有脏物或颗粒，应在供液管路上装上过滤网，以防液环真空泵内零件磨损或叶轮被卡死。2020年10月18日2.2液环真空泵的工作原理（实际工作过程）叶轮2和泵壳1形成水环3和工作腔5；工作腔容积由小变大，由大变小，构成压缩过程；被抽气体由入口4和进气管8进入；被抽气体由排气口6和排气管7排出；排出的气体和水经排气管7进入水箱10，水被回收；排出的气体经管道9排入大气。泵壳叶轮水环排气管道水箱进气口进气管工作腔排气管排气口排液管道11闸阀图2.3液环真空泵的实际工作过程2020年10月18日2.3液环真空泵的工作原理（能量传输过程）液体被叶轮带动后，获得动能并形成紧贴于泵腔的液环；液环在泵腔内回转，在吸气侧不断被加速，并吸入气体；在向排气侧转动过程中，液体经历了加速~减速的过程，动能经历了增加~降低，势能则降低~增加；在排气侧，气体被压缩，而液体增加的势能则被传递给气体，以抵抗气体膨胀压力；压缩的气体在排气侧排出；液环剩余的能量将会推动叶轮旋转。2.3液环真空泵的工作原理思考：橡胶球的作用？2020年10月18日三、基本类型和优缺点3.1型号及基本参数6P1ASK2水环真空泵级数，阿拉伯数字表示，单级不表示，2表示两级。水环真空泵用”SK”、“SZ”表示；水环压缩机用”SY”表示。最大气量相同，但极限真空度不同的水环泵，A代表较高，B代表较低。大气喷射器的级数。1表示1级，2表示2级。是否带有大气喷射器，带有则用“P”。最大抽速，m3/min。2020年10月18日3.2基本类型（按照叶轮个数分类）单级泵：泵中只有一个叶轮，为液环泵最常见的形式；两级泵：利用心轴将两个单级泵串联而成（非泵管道的串联）；比较：两级泵的极限真空度高；在较低压力下，两级泵仍具有较大抽速；两级泵更适合较高真空条件下的需要。叶轮泵体图3.1液环式真空泵叶轮2020年10月18日3.3基本类型（按照吸、排气状态分类）液环真空泵：泵的进口为真空状态，出口为大气压力。该类泵主要用于粗低真空获得，化工行业的脱酸、脱气等。液环压缩机：泵进口为大气压力状态，出口高于大气压力。主要用于化工行业介质的输送。介于真空泵和压缩机之间：介于真空泵和压缩机二者之间的液环泵。进口为真空状态，出口为压缩状态，用于煤矿瓦斯气体抽除和火炉煤气的抽送。2020年10月18日3.4基本类型（按照作用方式分类）单作用：叶轮与泵体呈单偏心结构，叶轮旋转一次进行一次吸、排气。（该方式结构简单，容易制造，吸、排气口面积大，压缩段较长，可以获得较高效率及极限真空，且不易产生涡流和气蚀。但叶轮转子受力不均匀。）双作用：叶轮与泵体呈双偏心结构，叶轮旋转一次进行两次吸、排气。图3.2单作用液环式真空泵图3.3双作用液环式真空泵2020年10月18日3.5基本类型（按照结构分类）3.5.1锥体液环泵（锥形结构）图3.4分配器结构锥形结构在市场上，称为锥体真空泵的产品即为分配器结构的真空泵。分配器是真空泵一个零件，是泵吸、排气的通道。分配器伸入叶轮内部，气体从径向进入和排出泵的工作腔。所以，我们又称分配器真空泵为径向进排气的真空泵。2020年10月18日3.5.2平板液环泵（平板结构）在市场上，称为平板真空泵的产品即为分配板结构的真空泵。分配板是真空泵一个主要零件，是液环泵进排气的通道。分配板装在叶轮的两端。气体从轴向进入和排出泵的工作腔，所以，我们称分配板真空泵为轴向进排气真空泵。图3.5分配板结构平板结构2020年10月18日3.5.3分配器真空泵与分配板真空泵的差别吸排气口所在的零件为锥形结构，这个零件称为分配器。这种泵称为锥体泵。吸排气口所在的零件为平板结构，这个零件称为分配板。这种泵称为平板泵。目前：国际上所有液环真空泵厂家生产的液环泵都可分为两大类：1、锥体液环泵；2、平板液环泵。图3.6锥体泵图3.7平板泵2020年10月18日图3.8锥形结构图3.9平板结构分配器的排气口只能做成刚性排气口。分配板的排气口装有柔性阀板，称为柔性排气口。差别2020年10月18日3.5.4分配板真空泵的特点图3.10平板结构由于分配板的排气口装有柔性阀板，可以根据不同压缩比自动调节排气角。优点：以不同的排气角来适应不同的压缩比，在整个真空抽吸范围内，真空泵都能平稳高效地工作。高效工作范围宽广（参考相关曲线）。2020年10月18日运行曲线平稳，不会因为偏移了工作点而引起轴功率大幅度上升和气量大幅度下降。（请查阅参考相关性能曲线）与分配器真空泵比较，分配板真空泵更容易修复。缺点：根据全性能范围配套电机，电机装机容量较大。（分配板真空泵也可以根据不同的工作点配套不同的电机，但为了使操作更可靠，习惯按最大轴承率的工作点配套电机。）2020年10月18日3.6液环真空泵的优缺点优点：结构简单，制造精度要求不高，容易加工；结构紧凑，可以和驱动电机直联；接近等温压缩过程，抽排过程中，气体温度变化小，因此可以处理易燃、易爆气体；泵腔内无金属摩擦表面，无需润滑，因此可抽排含有灰尘、可凝性气体或气水混合物；吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。缺点：功耗大，效率低；极限压力高；叶轮圆周速度不高，结构尺寸大。(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130KPa。)2020年10月18日3.7黔希化工乙二醇装置液环真空泵系统简介1、脱甲醇塔液环真空泵系统一套系统，主要有两台液环真空泵（一台操作，一台备用），一台气液分离器，一台换热器。（1）液环真空泵—P-5311A/B（按单台设计的参数）：型号：2BV6110-OHEOO型式：单级液环吸气气体成分：氮气：71％mass二甲醚：10.3％mass甲醇：11.5％mass甲酸甲酯：7.6％mass大气压力：87.18KPa吸气温度：-10℃排气温度：约39℃入口压力：65KPa（A）出口压力：120KPa（A）进口分子量（湿基）：30.9转速：1450rpm真空泵实际入口流量：89m3/h轴功率消耗：约2.8KW内部工作液循环流量：0.4m