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。
水环泵最初用作自吸水泵,而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工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。
在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮顺时针方向旋转时,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。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切,水环的上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和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部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。
机械真空泵的特殊工作条件要求真空泵油应具有以下性能:
(1)极低的蒸汽压:这是真空泵油的最重要性能,由于真空泵要求真空度达到1.33×10-4Pa(或10-6mmHg),高的要求达到1.33×10-6Pa(10-8mmHg)以下,这就要求真空泵油的蒸发性极低,而且要求消耗量极少,以防蒸发。一般要用石蜡基窄馏分润滑油,对于扩散真空泵,还可使用蒸汽压很低的硅油或其它合成油。
(2)合适的粘度和良好的粘温特性:真空泵腔内容积不断变化而形成排气作用,要求润滑油应具有合适的粘度和良好的粘温特性。
(3)良好的热氧化安定性:真空泵不断向高速度发展,由于滑片和泵体的高速摩擦使油温升高,油品很容易氧化分解。而扩散泵往往处于很高的环境温度(可达200℃)下工作,使系统内蒸汽压升高,真空度降低,因此要求真空泵油具有良好的热氧化安定性。
(4)良好的抗腐蚀性与抗乳化性:真空泵吸入的如果是腐蚀性气体,会与油发生化学变化,腐蚀泵内金属零件。另外,吸入空气中往往含有水汽冷凝水,引起真空泵油的乳化并使金属腐蚀,故要求有良好的抗腐蚀性与抗乳化性(水分离性能)。在真空脱水工艺使用的真空泵油的乳化更为突出。
(5)较高的闪点:主要要求真空泵中不携带轻质组分,以免影响油品的饱和蒸汽压。
(6)较低的极限压力:极限压力是真空泵油重要的使用性能指标,以了解在真空极限压力下真空泵的极限压力。