CN111102195B - 一种热管式降温型水环真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热管式降温型水环真空泵，包括叶轮、壳体、进气口和排气口，叶轮偏心安装在壳体内部，进气口和排气口设置在壳体上，叶轮包括叶轮轴和安装在叶轮轴上的叶片，叶片顶端的取热段与工作液接触，热管式取热装置耦合在叶轮内部，热管式取热装置包括液态工质入口、空腔和气态工质出口，叶轮轴和叶片连接处设有流道，空腔设置在叶片内，液体工质入口经流道与空腔连通，气态工质出口设置在叶片的一侧或两侧，与空腔连通。本发明巧妙的耦合使得水环泵结构高度集成，完全摆脱了水环泵工作水严重依赖外置循环冷却系统，并且可一直维持工作水温度在较低温度，直接提高了水环泵的抽吸能力。

Description

一种热管式降温型水环真空泵

技术领域

本发明属于水环真空泵技术领域，特别涉及一种热管式降温型水环真空泵。

背景技术

水环真空泵(简称水环泵)是一种利用腔室变容积来实现吸气、压缩和排气过程，属于一种变容式真空泵，叶轮被偏心安装在壳体内部。当叶轮顺时针旋转时，工作水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水在壳体内侧形成一个等厚度的封闭圆环。此时，叶轮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”。水环泵工作时，当“小腔”的容积由小变大过程中形成真空通过抽气口吸入气体；当叶轮继续旋转时，吸有气体的“小腔”的容积由大变小，腔室内气体不断被压缩升压，升压后的气体沿着排气口被排出泵外。

水环真空泵工作过程中，叶片与水环间摩擦，大量机械功直接作用在工作水上，导致工作水温度不断升高，工作水温度升高一方面会使得工作水蒸发量加大，挤占原真空泵的排量，吸气量减小；另一方面工作水温度高，导致其饱和蒸气压升高，影响水环泵真空维持能力，最终影响到工艺安全。为保证工作水温度一直在限制值一下，水环真空泵还需配置一套循环水冷却系统。尽管采用外循环冷却的方式一定程度上缓解了工作水温升带来的真空度问题。但事实情况是，在夏季时，外循环冷却水温度达到35℃以上，此时冷却效果极差；加上泵旋转的摩擦做功以及抽吸不凝汽带入的高温水蒸汽，导致水环泵内工作水甚至达至50℃以上，致使水环泵抽吸能力严重下降。当工作水温达到50℃时，极限真空度为12.4kPa，大大超过30℃对应的4.2kPa。

从水环泵的实际工作过程可以看出，尽管水环泵以其结构简单、抽吸能力强、成本低等优势，但由于水环泵极限真空低，工作性能很大程度上依赖工作水温度。为提高水环泵的抽吸能力，不得不采取增设外置循环冷却水系统，为应对夏季工况，甚至采取制冷机组提供冷却水的方式。这些不仅增加了真空系统的投资成本，且外置的循环冷却水系统占地面积大、布置困难，水环泵工作水温度维持问题已然成为水环泵领域不得不解决的巨大挑战。

发明内容

本发明的目的在于提出一种热管式降温型水环真空泵，能够有效解决现有水环工作水温提高后，会严重降低水环泵抽吸能力，以及需要额外增设外置循环冷却水系统的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种热管式降温型水环真空泵，包括叶轮、壳体、进气口和排气口，叶轮偏心安装在壳体内部，进气口和排气口设置在壳体上，叶轮包括叶轮轴和安装在叶轮轴上的叶片，叶片顶端的取热段与工作液接触，热管式取热装置耦合在叶轮内部，所述热管式取热装置包括液态工质入口、空腔和气态工质出口，所述叶轮轴和所述叶片连接处设有流道，所述空腔设置在所述叶片内，所述液体工质入口经所述流道与所述空腔连通，所述气态工质出口设置在所述叶片的一侧或两侧，与所述空腔连通。

优选的，所述气态工质出口设置在所述叶片靠近所述叶轮轴的根部。

优选的，所述气态工质出口为多孔介质板或者条纹细缝。

优选的，所述气态工质出口设置单向挡板。

优选的，所述空腔的前端至少1厘米以上位于所述取热段内。

优选的，所述热管式取热装置内部工质为乙醇、甲醇或水。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过耦合热管式取热装置，将水环泵工作过程中的工作水温升通过闪蒸吸热带走，并直接排出水环真空泵，维持工作水温一直在较优的工作范围内，解决了现有水环工作水温提高严重恶化抽吸能力的问题；

(2)本发明利用水环泵旋转的离心力，实现热管式取热装置内部液态工质的补给，耦合真空泵吸收、排气过程中“小腔”容积的变化，实现热管式取热装置闪蒸吸热以及产生蒸汽的压缩排放过程；

(3)本发明完全摆脱了水环泵工作水严重依赖具有复杂结构的外置循环冷却系统，整体结构紧凑、占地面积小，适用于对真空要求高，工作环境恶劣的场合。

附图说明

图1为本发明一实施例中水环真空泵的纵向截面图；

图2为本发明一实施例中叶片的轴向图。

图中，1-叶轮；2-叶轮轴；3-叶片；4-壳体；5-进气口；6-排气口；7-工作液；8-抽吸腔室；9-排气腔室；10-气态工质出口；11-液态工质入口；12-取热段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-2所示，一种热管式降温型水环真空泵，包括叶轮1、壳体4、进气口5和排气口6，叶轮1偏心安装在壳体4内部，进气口5和排气口6设置在壳体4上，叶轮1包括叶轮轴2和安装在叶轮轴2上的叶片3，叶片3顶端的取热段12与工作液7接触，热管式取热装置耦合在叶轮1内部，热管式取热装置包括液态工质入口11、空腔和气态工质出口10，叶轮轴2和叶片3连接处设有流道，空腔设置在叶片3内，液体工质入口经流道与空腔连通，气态工质出口10设置在叶片3的一侧或两侧，与空腔连通。

本实施例利用水环真空泵工作时“小腔”的容积由小变大产生真空，“小腔”的容积由大变小产生正压的特点，借助叶轮1特殊的结构耦合一套热管式取热装置，将工作水工作过程中不断增加的热量以潜热形式取出，最终排出水环泵。本发明巧妙的耦合使得水环泵结构高度集成，完全摆脱了水环泵工作水严重依赖外置循环冷却系统，并且可一直维持工作水在较低温度，直接提高了水环泵的抽吸能力。

工作过程中，首先通过液态工质入口11沿着叶轮轴2和叶片3连接处的流道向空腔注入液态工质，在水环泵工作过程中，液态工质在离心力作用下被甩入空腔顶部，即取热段12。叶片3旋转过程中，当“小腔”的容积由小变大时，由于气态工质出口10连通“小腔”空间，热管式取热装置处于高真空环境，取热段12内液态工质极速闪蒸，向取热段12外部工作液7吸热，使得工作液7温度降低；而闪蒸产生的低压蒸汽沿着气态工质出口10进入容积变大的“小腔”中，当叶轮1继续旋转时，吸有气体的“小腔”的容积由大变小，腔室内气体不断被压缩升压，升压后的气体沿着排气口6被排出泵外，从而实现真空泵正常抽吸和工作水的降温功能。

其中，热管式取热装置内部工质是乙醇、甲醇或水。

其中，气态工质出口10设置在叶片3靠近叶轮轴2的根部。

其中，为减少叶片3应力，气态工质出口10可以是多孔介质板或者条纹细缝。

其中，气态工质出口10设置单向挡板，只允许工质从热管式取热装置中流出。

其中，为提高吸热段换热效率，叶片3顶端的取热段12应浸入工作水1厘米以上。

本发明一实施例中水环真空泵的工作过程为：

水环泵启动后，叶片3高速运转，工作水在离心力作用下在壳体4内侧形成一个等厚度的封闭圆环，并且叶轮1与水环之间形成一个月牙形空间。月牙形空间内的腔室在经过膨胀→压缩过程中，抽吸气体从抽气口被吸入泵体内部，压缩成高压状态后沿着排气口6排出。热管式取热装置内部运行工质为乙醇，乙醇通过液态工质入口11沿着轴向补给，在离心力的作用下被摔入叶片3顶端，即取热段12。当工作水温度超过35℃时，“小腔”的容积由小变大时，由于气态工质出口10连通“小腔”空间，整个热管式取热装置处于低压状态，取热段12的乙醇工质极速闪蒸，并向壳体4内部水环吸热，闪蒸产生的蒸汽通过气态工质出口10流进抽吸腔室8中；当叶轮1继续旋转时，吸有气体的“小腔”的容积由大变小，腔室内气体不断被压缩至排气腔室9中，升压后的气体沿着排气口6被排出泵外。

本装置借助真空泵工作过程，耦合热管式取热装置，通过离心力作用实现工质的补给，通过水环腔室容积变化实现闪蒸吸热、压缩排放，系统一体化设计，解决了典型水环泵水温度升高带来的工作性能降低问题。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种水环真空泵，其特征在于：包括叶轮、壳体、进气口和排气口，叶轮偏心安装在壳体内部，进气口和排气口设置在壳体上，叶轮包括叶轮轴和安装在叶轮轴上的叶片，叶片顶端的取热段与工作液接触，热管式取热装置耦合在叶轮内部，所述热管式取热装置包括液态工质入口、空腔和气态工质出口，所述叶轮轴和所述叶片连接处设有流道，所述空腔设置在所述叶片内，所述液体工质入口经所述流道与所述空腔连通，所述气态工质出口设置在所述叶片的一侧或两侧，与所述空腔连通；所述气态工质出口设置在所述叶片靠近所述叶轮轴的根部；所述气态工质出口设置单向挡板使工质只从热管式取热装置中流出；所述空腔的前端至少1厘米以上位于所述取热段内。

2.根据权利要求1所述的一种水环真空泵，其特征在于：所述热管式取热装置内部工质为乙醇、甲醇或水。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种水环真空泵，其特征在于：所述气态工质出口为多孔介质板或者条纹细缝。

Images