原则上讲,真空泵就是在负压下吸气、一般在大气压下排气的输送机械,用来维持工艺系统要求的真空状态。对于仅几十帕到上千帕的真空度,普通的通风机和鼓风机就行了。但当希望维持较高的真空度,如绝对压强在20 k Pa以下至几百帕,就需要专门的真空泵。对于需维持绝对压强在0.1 Pa以下的超高真空,就需应用扩散、吸附等原理制造的专门设备,这已超出本书的范围。下面就化工常用的几种真空泵作简要介绍。

(1)往复式真空泵　往复式真空泵的构造和原理与往复式压缩机基本相同。但是,真空泵的压缩比很高(例如,对于95%的真空度,压缩比约为20左右),所抽吸气体的压强很小,故真空泵的余隙容积必须更小。排出和吸入阀门必须更加轻巧灵活。为减少余隙的不利影响,真空泵气缸设有连通活塞左、右两端的平衡气道。在排出行程结束时,让平衡气道连通一个很短的时间,使余隙中的残留气体从活塞的一侧流至另一侧,从而减小余隙的影响。

往复式真空泵所排放的气体不应含有液体,如果气体中含有大量蒸汽时,必须把可凝性气体设法(一般采用冷凝)除掉之后再进入泵内,即它属于干式真空泵。

(2)水环真空泵　水环真空泵的外壳呈圆形,其中有一叶轮偏心安装。水环泵工作时,泵内注入一定量的水,当叶轮旋转时,由于离心力的作用,将水甩至壳壁形成水环。此水环具有密封作用,使叶片间的空隙形成许多大小不同的密封室。由于叶轮的旋转运动,密封室由小变大形成真空,将气体从吸入口吸入;继而密封室由大变小,气体由压出口排出。

水环真空泵在吸气过程中可允许夹带少量液体,属于湿式真空泵,结构简单紧凑,最高真空度可达85%。水环泵运转时,要不断地充水以维持泵内液封,同时也起冷却的作用。水环真空泵可作为鼓风机用,所产生的风压不超过0.1 MPa(表压)。

(3)液环真空泵　液环泵又称纳氏泵,在化工生产中应用很广。液环泵外壳呈椭圆形,其中装有叶轮,叶轮带有很多爪形叶片。当叶轮旋转时,液体在离心力作用下被甩向四周,沿壁形成一椭圆形液环。壳内充液量应使液环在椭圆短轴处充满泵壳与叶轮的间隙,而在长轴方向上形成两月牙形的工作腔。和水环泵一样,工作腔也是由一些大小不同的密封室组成的。但是,水环泵的工作腔只有一个,系由叶轮的偏心造成的,而液环泵的工作腔有两个,是由泵壳的椭圆形状形成的。

由于叶轮的旋转运动,每个工作腔内的密封室逐渐由小变大,从吸入口吸进气体,然后由大变小,将气体强行排出。

液环泵除用作真空泵外,也可用作压缩机,产生的压强可高达0.5~0.6 MPa(表压)。

尤须指出,液环泵在工作时,所输送的气体不与泵壳直接接触。因此,只要叶轮采用耐腐蚀材料制造,液环泵便可输送腐蚀性气体。当然,泵内所充液体,必须不与气体起化学反应。例如,当输送氯气时,壳内充以硫酸,而在输送空气时,泵内充水即可。

(4)旋片真空泵　旋片真空泵是旋转式真空泵的一种,其主要部分浸没于真空油中,为的是密封各部件间隙,充填有害的余隙和得到润滑。此泵属于干式真空泵。如需抽吸含有少量可凝性气体的混合气时,泵上设有专门设计的气镇阀(能在一定压强下打开的单向阀),把经控制的气流(通常是湿度不大的空气)引到泵的压缩腔内,以提高混合气的压强,使其中的可凝性气体在分压尚未达到泵腔温度下的饱和值时,即被排出泵外。

旋片泵可达较高的真空度(绝对压强约为0.67 Pa),抽气速率比较小,适用于抽除干燥或含有少量可凝性蒸汽的气体。不适宜用于抽除含尘和对润滑油起化学作用的气体。

(5)喷射真空泵　喷射泵是利用高速流体射流时压强能向动能转换所造成的真空,将气体吸入泵内,并在混合室通过碰撞、混合以提高吸入气体的机械能,气体和工作流体一并排出泵外。

喷射泵的工作流体可以是水蒸气也可以是水,前者称为蒸汽喷射泵,后者称为水喷射泵。

单级蒸汽喷射泵仅能达到90%的真空度。为获得更高的真空度可采用多级蒸汽喷射泵,工程上最多采用五级蒸汽喷射泵,其极限真空可达1.3 Pa(绝压)。

喷射泵的优点是工作压强范围广、抽气量大、结构简单、适应性强(可抽吸含有灰尘以及腐蚀性、易燃、易爆的气体等),其缺点是效率很低,一般只有10%~25%。因此,喷射泵多用于抽真空,很少用于输送。

习　　题

7-1　泵或风机的工作点是________与________的交点。

7-2　泵的扬程H的定义是:泵所输送的________增值。

7-3　泵和风机的全效率等于________、________及________的乘积。

7-4　什么是汽蚀现象?产生汽蚀现象的原因是什么?

7-5　为什么要考虑水泵的安装高度?什么情况下,必须使泵装设在吸水池水面以下?

7-6　试述泵与风机的工作原理。

7-7　流体流经泵或风机时,共包括哪些损失?

7-8　某工厂由冷冻站输送冷冻水到空气调节室的蓄水池,采用一台单吸单级离心式水泵。在吸入口测得流量为60 L/s,泵前真空计指示真空度为4 m,吸水口径为25 cm。泵本身向外泄漏流量约为吸水口流量的2%。泵出口压力表读数为3 kgf/cm2,泵出口直径为0.2 m,压力表安装位置比真空计高0.3 m,求泵的扬程。

7-9　图7-24所示输水管路,用离心泵将水输送至常压高位槽。已知吸入管直径⌀70 mm×3 mm,管长LAB=15 m,压出管直径⌀60 mm× 3 mm,管长LCD=80 m(管长均包括局部阻力的当量长度),摩擦系数λ均为0.03,ΔZ=12 m,离心泵特性曲线为H e=30-6×105Q 2,式中H e:m;Q:m3/s。试求:

(1)管路流量为多少(m3/h)。

(2)旱季江面下降3 m,与原流量相比,此时流量下降百分之几?

(3)江面下降后,B处的真空表和C处的压力表读数各有什么变化(定性分析)?