液環泵的工作原理
液環泵屬於容積泵，如圖1所示。葉輪在泵腔內是偏心安裝，當葉輪旋轉時，會迫使工作液沿著泵腔內形成一個等厚的旋轉液環，於是在兩個相鄰葉片、葉輪輪轂和液環內表面之間形成一個“氣腔”，隨著葉輪旋轉，氣腔在泵的吸氣區的體積逐漸增大，其內部壓力下降，從而將氣體吸入泵內，相反，氣腔在排氣區的體積則逐漸變小，其內部壓力上升，從而將氣體排出。
圖1液環泵剖面圖
液環泵有單級和雙級兩種，單級液環泵工作壓力範圍為1000~150mbar，入口壓力低於150mbar時，抽速急劇下降，抽氣效率較低。雙級液環泵工作壓力範圍為1000~30mbar，在入口壓力較低的情況下仍有較大抽速。
液環泵的工作液有兩個作用：一是用於密封，二是用於冷卻。常用的工作液是水，亦可以用與工藝介質相適應的其他液體，如低粘度的油、乙二醇，以及其他工藝溶劑如甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和乙苯等。
液環泵的優點
液環泵有許多優點：
·操作簡便、運動部件少，泵腔內沒有潤滑油，不存在油的汙染問題；
·密封液的選擇範圍廣；
·既適合於抽可凝性蒸汽，又可以抽非可凝性氣體；
·可以抽出氣流中的小液滴和微小顆粒；
·可以選擇不同的結構材料，標準產品是全鑄鐵和全316不鏽鋼，亦可以用合金鋼20和哈氏族合金材料。
液環泵的缺點
液環泵最大的缺點就是功耗比其他機械類的真空泵要大，比如滑閥泵消耗在密封、軸承、帶動運動部件的功率佔總功率的30%~40%，而液環泵在上述方面消耗的功率佔總功率的60%~75%。
另外，液環泵的極限壓力受到密封液蒸氣壓的限制，例如液環泵用水作為密封液，其極限壓力就是水在工作溫度下的蒸汽壓，當水溫在20℃時，其極限壓力就是3200Pa。
同時，液環泵在低的入口壓力下，會產生氣蝕現象，造成氣蝕的原因是：當泵的入口壓力低於密封液的蒸氣壓時，密封液迅速沸騰，併產生大量氣泡，在氣泡上升、破裂過程中會產生很大的衝擊力，並從表面剝離少量金屬，如果這種氣蝕持續時間很長，就會對泵造成嚴重損害。如圖2所示。
圖2液環泵的葉輪由於氣蝕遭到損壞
液環泵在低壓下抽氣量小、效率低，而且還產生氣蝕現象，建議在液環泵的入口上增設一個大氣噴射器，如圖3所示，大氣噴射器是噴射泵的一種類型，它利用液環泵工作時與大氣壓（或者是液環泵的排氣壓力）之間的壓差將氣體吸入到工作噴嘴，並獲得超音速的射流，在混合室內造成真空，從而將被抽氣體吸入，兩股氣體混合後，經過擴壓管再被液環泵吸入並排到泵外。
圖3液環泵+大氣噴射器工作原理圖
機組
大氣噴射器液環泵機組主要在較低工作壓力或密封液溫度較高情況下工作。噴射器吸入的氣體可以是空氣，亦可以用液環泵排出的氣體作為大氣噴射器的驅動氣體。特別是羅茨液環機組，如果在液環泵入口配上大氣噴射器，如圖4所示，既可以提高機組的極限真空，又可以降低羅茨泵的壓縮比，在羅茨液環機組進入極限壓力時，羅茨泵不會過熱，液環泵亦不會產生氣蝕。
圖4 羅茨泵/大氣噴射器/液環泵機組
本文文字及圖片摘自《適用於化工工業的真空泵》一文，原文發表於《真空》雜誌2020年第2期，作者：姜燮昌。
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