真空是指压力低于大气压的物理环境,根据标准规定,真空被划分为低真空、中善空、高真空、超高真空四个区域。
低真空获得的压力差可以提升和运输物料、吸尘、过滤;中真空可以排除物料中吸留或溶解的气体或所含水分,如真空除气、真空浸渍、真空浓缩、真空干燥、真空脱水和冷冻干燥等;高真空可以用于热绝缘,如真空保温容器;超高真空可以用作空间模拟研究表面特性,如摩擦和黏附等。生产中,有许多操作过程是在真空设备中进行的,如物料的真空过滤和真空蒸发,物料的真空干燥,物料的输送等。设备中的真空环境是由真空泵提供的,从设备中抽吸低压气体并送到大气中去的机械称为真空泵。
真空泵可分为干式和湿式两大类。干式真空泵只能从容器中抽出干燥气体,其真空度可达96%~99%。湿式真空泵在抽吸气体时允许带有较多的液体,产生的真空度为85%~90%。在结构上,真空泵与压缩机类似,有往复式、液环式和喷射式等。
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,只是其吸入阀、排出阀要求更加轻巧,启闭更灵敏。真空泵的压缩比一般比往复式压缩机的压缩比大得多,例如,要得到95%的真空度,其压缩比将达20以上。因此,余隙中残留气体的影响尤显重要。真空泵需有降低余隙影响的装置,即气缸两端设置平衡气道。平衡气道结构非常简单,是在活塞终点时的气缸壁上加工出一个凹槽,当活塞排气终了时,平衡气道连通活塞两侧,余隙气体的一部分经过平衡气道流到活塞的另一侧,降低余隙气体的压力,以提高生产能力。
2.水环真空泵
水环真空泵属于旋转式真空泵。在圆形壳内偏心地装有叶轮,叶轮上有辐射状的叶片。泵内装有约一半容积的水,当转子旋转时形成水环。其工作原理与纳氏泵相似。水环与叶片之间形成许多大小不等的密封小室。当小室逐渐增大时,气体从吸入口吸入。当小室逐渐缩小时,气体由排气口排出。
此类真空泵的结构简单、紧凑,没有阀门,易于制造与维修。由于旋转部分没有机械摩擦,使用寿命长,操作可靠。适用于抽吸含有液体的气体,尤其是有腐蚀性或爆炸性气体。属湿式真空泵,真空度可达86kPa,但效率只有30%~50%。所能产生的真空度受泵体中水的温度所限制。当被抽吸的气体不宜与水接触时,泵内可充以其他液体,所以又称为液环真空泵。
3.真空喷射泵
前面介绍过的喷射泵不仅仅只用于液体,也适用于气体的抽吸,特别是水蒸气为工作流体的蒸汽喷射泵作为真空泵而被广泛使用。水蒸气在高压下以1000~1400m/s的速度从喷嘴喷出,在喷射过程中,水蒸气的静压能转变为动能产生低压将气体吸人。吸人的气体与水蒸气混合后进人扩散管,速度逐渐降低,压力随之升高,而后从压出口排出。单级蒸汽喷射泵仅能达到90%的真空,为了达到更高的真空度,就需采取将几个水蒸气喷射泵串联起来操作,可获得更大的真空度。