制药装备中常用的真空泵

　　1液环式真空泵1.1工作原理液环式真空泵属于容积泵其工作介质为液体，如果该液体用的是水则称为水环式真空泵。其工作原理如圄1所示，叶轮（转子）偏心安装于柱壳体a内，当叶轮旋转时，由于离心力的作用，使泵壳中的水甩向四周形成等厚度水环b冰环与叶轮相切形成月牙形空间d，此空间腔被分割成几个小室，并随叶轮转动而逐渐变化。当此空间由小变大时形成吸气腔e泵吸入气体当月牙形空间由大变小时形成排气腔f泵排出气体从而实现了泵的抽气作用。

　　1.2使用方法采用液环泵不可能得到低于工作液体蒸汽压力的入口压力如果液体蒸汽压力接近入口压力则会产生气蚀对泵造成损害。例如冰在15C时的蒸汽压力为103Pa，为避免气蚀，允许水环泵的最低入口压力为3.3X103Pa.如果需要入口压力低于该值l应连具有更低蒸汽压力的介质如煤油、苯乙烯、乙二醇等极限压力为6.7X从泵出口侧流出的气体和液体混合物流入分离器在分离器内气液分离，非出的气体含有相当于液体同温度下蒸汽压力的蒸汽含量。从工作液的价格和环境保护两方面考虑液环泵运行方式如所示。该运行方式的主要特点是新液体的使用量大量减少，大部分液体从分离器返回泵内在泵入口前加入冷液体，使泵的入口温度基本保持恒定。

　　液环泵运行原理图如果液环泵抽除有毒有害气体，或因工作需要必须使用高价格的工作液体，在分离器中分离出来的气体不能放空应回收处理，而分离出来的液体则必须经换热器冷却至泵液正常工作温度后，全部返回泵中。

　　目前国产水环泵的主要型号有SZ型、SZB型、SZH型、SZZ型、SZL型、SK型和ZBE1型。其中，Z型水环泵可用于抽除无腐蚀性、不溶于水、或不含有固体颗粒的气体和空气；ZB型为悬臂式，使用特性与SZ型基本相同；SZH型水环式真空泵主要用于抽除空气，亦可以用于真空过滤装置：SZZ型和SZL型为直联泵，用途同ZS型泵；SK型水环式真空泵是一种效率较高的双作用型水环真空泵工作气体温度在-10~+40°C广泛用于真空干燥、真空脱水、真空过滤等有大量水蒸汽溢出装置ZBZ1型水环泵是引进德国技术开发的节能产品用途同SK型水环式真空泵。

　　1.3运转特性通常水环式真空泵的运行条件是泵吸入的气体温度为20CI相对湿度为70%的空气入口气体压力为101.325kPa泵工作液为15C的水。工作液体的温度及其蒸汽压力严重影响抽速。抽气室与叶轮室中工作液体分压力随温度升高而增大，结果使输运气体容积变小泵抽速下降。圄3给出被抽除气体为20C干空气，泵工作液为水时，在不同温度下的抽速SU2.与15C下的抽速入a压力p，单级泵工作液体温度对抽速的影响被抽气体对泵性能也有影响。如果被抽气体是由空气与蒸汽混合物组成，则被抽蒸汽与冷的工作液相接触时可发生冷凝，这时抽速有所增大。圄4为采用15C水为工作液时，抽除不同温度下一定量的空气与水蒸汽混合物的抽速3（35.5与20C干燥空气的抽速Su，20之比。当然空气与水蒸汽的比例不同对抽速的影响也是不一样的。

　　如果输送干燥空气，由于干燥空气的热容量小，它单级泵输送的蒸汽饱和气体的温度对抽速的影响很快被冷却至工作液温度，被抽气体与工作液之间较大的温度差使气体的体积减小，结果会使液环泵抽速增大。如果被抽气体溶解于工作液中当它随着工作液进入泵入口侧时会释放出来结果会使抽速减小。液环真空泵所需功率受工作液粘度、密度、流量以及出口压力影响运行时要予以关注。

　　2水喷射式真空泵2.1工作原理水喷射泵工作原理如圄5所示，具有一定压力的工作介质水通过喷嘴向吸入室高速喷出；将水的压力能变为动能形成高速射流吸入室中的气体被高速射流强制携带与之混合，形成气液混合流，进入扩压器，从而使吸入室压力降低，形成真空，在扩压器的扩张段内，混合射流的动能转变为压力能，速度降低压力升高，气体被进一步压缩与水一起排出泵外，在水箱中气水分离，气体释放入大气冰由水泵循环再利用，周而复始达到抽真空的目的。单级水喷射泵的喷嘴可以是由一个渐缩喷嘴构成的单喷嘴结构，也可以是在一个孔板上开设多个孔口的多喷嘴结构。

　　ZSW型水啧射抽气特性曲线2.2运转特性水喷射泵工作系统由水泵、水喷射泵、管路、阀门、水汽分离器及测试仪表等组成，常用系统有立式和卧式两种安装方式所示的是一种立式安装方式。

　　国产水喷射泵的抽气量在5800m3/h之间，单级泵的极限真空度可达300023托）左右。圄7所示的是上海沪冈真空设备有限公司生产的ZSW型水喷射泵单级旋片泵如圄8所示这种泵只有一个工作室，泵主要由定子、旋片、转子组成。在定子腔内偏心地装有转子转子槽中装有两块旋片由于弹簧弹力和旋片离心力的作用而紧贴于腔壁。定子上的进、排气口及月牙形泵腔被转子和旋片分成吸气腔和排气腔两部分。

　　当转子在定子腔内旋转时，周期性地使进气口容积逐渐扩大而吸入气体，同时逐渐缩小排气口容积将已吸入气体压缩从排气阀排出。排气阀浸在油里以防止大气流入泵中。油通过泵体上的缝隙、油孔及排气阀进入泵腔使泵腔内所有的运动表面被油覆盖形成了吸气腔与排气腔之间的密封。同时，油还充满了泵腔内的一切有害空腔，以消除它们对极限真空或称残余压强）的影响。（图注纵坐标真空度mmHg为非法定单位应换算成Pa，为提高真空度可采用汽水串联方式运行如果采用一级水喷射泵与三级蒸汽喷射泵搭配组成4级汽水串联喷射泵机组极限压力可达到20（0.15mmHg）。为防止被抽介质腐蚀真空泵可连用防腐型喷射泵。离心水泵可用增强聚丙烯RPP）不锈钢、氟合金、玻璃钢制造；喷射泵可连用不锈钢、铸铁内滚为性聚乙烯（PE）或聚三氟氯乙烯钢衬陶瓷，喷嘴为聚四氟乙烯或陶瓷等。

　　3旋片式真空泵3.1结构及工作原理旋片式真空泵，分单级和双级两种结构。

　　双级旋片泵的工作原理如圄9所示，双级旋片式真空泵由两个工作室组成，两室前后串联，同向等速旋转。I室是室的前级，室是低真空级，室是较高真空级。被抽气体由进气口首先进入室当进入气体压强较高时，气体经室压缩后压强急增，被压缩的气体除经级间通道2进入I室外，还能推开中间排气阀1从中排出从而实现泵的排气作用。当进入室的气体压强较低时，虽经室的压缩，也推不开排气阀1，气体全部经级间通道2进入I室经I室的继续压缩，由排气阀3排出。因而双级旋片式真空泵比单级旋片式真空泵的极限真空高。

　　3.2高速直联泵直联高速旋片式真空泵简称直联泵。电动机不用1一中间排气阀2―通道3―排气阀皮带，直接带动机械泵具有振动小、音低、体积小、重量轻等特点，并附有气镇装置，当抽可凝性气体时，旋开气镇阀，掺入少量空气，可使可凝性气体排出而不致凝结在泵中影响极限真空。直联泵的结构如0所示。

　　3.3气镇装置难以大量抽除水蒸汽一直是旋片式机械泵应用的难题。原因是当被抽除气体含有较多水蒸汽时，气体在泵内被压缩至达到排气压强前，其中水蒸汽的分压力就已经达到了对应温度下的饱和蒸汽压，于是水蒸汽凝结成液态水留存在泵腔内与泵油混合并使其乳化；当水分随泵油循环至吸气腔时，又因压力降低而重新蒸发为水蒸汽，导致水蒸汽在泵腔内反复循环无法排出，也大大降低了泵的性能指标和抽气能力。

　　气镇装置就是为减少和防止水蒸汽在机械泵内凝结而专门设计的一个向泵腔内充气的单向逆止微调阀。气镇阀接在旋片泵低真空级的排气口处与排气腔相通。气镇阀芫全关闭时对泵的工作不产生影响。如果被抽气体中水蒸汽含量大，可以旋转气镇阀的阀盖压帽；将其打开。每当泵内转子带动旋片芫成一次压缩排气，另一侧旋片所封闭隔离的气体与排气口相通时，该排气腔内的气体压力还远小于外界大气压，外界空气推开气镇阀内的单向阀流入泵的排气腔内。由于外界气体的引入和排气腔容积的不断减小，腔内气体压强迅速升高，当排气腔内压力等于外界大气压时，气镇阀内的单向阀关闭，停止向泵内充气，也防止泵内气体通过气镇阀排出。外界空气的引入使排气腔内气体中的永久气体成分增多冰蒸汽含量相对下降，在混合气体被压缩至排气压强从排气口排出的过程中，水蒸汽的分压力可以被控制在其饱和蒸汽压以下，从而防止在泵腔内发生凝结达到排除水蒸汽的目的。

　　旋片泵的转子每转动一周，两个旋片分别芫成一次压缩排气过程，气镇阀也就向泵内芫成两次充气。由于充入排气腔的空气会通过泵内间隙漏入吸气腔所以打开气镇阀时，旋片泵的入口极限真空度会降低约一个数量级。调节气镇阀阀盖压帽的旋开程度，可以调节向泵腔内的充气量以适应不同的水蒸汽抽除量。打开气镇阀时旋片泵排气量增大会出现排气声增加的现象，有时还会导致泵排气口喷油。气镇阀的另一种使用方式是在关闭泵入口阀门、不对真空系统抽气的情况下，打开气镇阀启动旋片泵空载运行这样可以有效排除已经凝结在泵腔、泵油中的水分，适当减轻泵油的乳化程度提高泵的工作性能。

　　4滑阀式真空泵4.1结构及工作原理滑阀式真空泵简称滑阀泵）是一种操作简便、坚固耐用而且安全可靠的真空泵，其应用范围大致与旋片泵相同，可单独作高真空系统的前级泵，也可与罗茨泵串联做大型系统的粗抽泵还可用于真空浸渍、真空蒸馏、真空干燥等作业。但对于含氧过高、有爆炸性和对黑色金属有腐蚀性的气体不适用。

　　滑阀泵的结构如1所示，该泵由泵体、滑阀、电机及底座等部件组成。在泵体中装有柱形的滑阀环3，滑阀环是由装在轴4上的偏心轮5所带动，可沿泵缸内表面滚动，滑阀环上部装有阀杆2，阀杆保持在两个半形的滑枕6中，能自由上下滑动，因此泵缸被滑阀环及阀杆分成两个室，电机带动轴按逆时针方向旋转时若一室逐渐扩大，气体就被吸入，同时另一室逐渐缩小最后气体由排气阀排出，如此循环不息而实现了泵的抽气作用。排气阀11主要由弹簧和被弹簧压紧的阀门片等零件所组成，当泵内的气体和泵油由于被压缩，顶开排气阀门片时，再经过底座进行油气分离最后气体由排气口排出。

　　这种泵的润滑是自动进行的，油是被大气压力自泵底座经油管压至轴承压盖，再经轴承进入滑阀部件和泵缸。这样真空油既能润滑、又能起密封作用，最后油被排出排气阀和气体一同回到底座。滑阀泵与旋片泵相同，也有单级与双级之分。前者极限真空度只能达到7X10-1Pa左石，而后者可达7X10-2Pa. 5往复式真空泵5.1结构和工作原理往复泵的结构和工作原理如2所示，图中a）为单作用泵（，b）为双作用泵。图中主要部件有气缸1及在其中做往复直线运动的活塞2，活塞的驱动是用曲柄连杆机构3包括十字头）来芫成的。除上述主要部件外还有排气阀4和吸气阀5等重要部件，以及机座、曲轴箱、动密封和静密封等辅助部件。

　　运转时在电动机的驱动下通过曲柄连杆机构的作用，使气缸内的活塞做往复运动。当活塞在气缸内从左端向石端运动时，由于气缸的左腔体积不断增大，气缸内气体的密度减小而形成抽气过程，此时被抽容器中的气体经过吸气阀5进入泵体左腔。当活塞达到最石位置时气缸左腔内就芫全充满了气体。接着活塞从石端向左端运动（此时吸气阀5关闭。气缸内的气体随着活塞从石向左运动而逐渐被压缩，当气缸内气体的压力达到或稍大于一个大气压时，排气阀4被打开（将气体排到大气中芫成一个工作循环。当活塞再自左向石运动时，又重复前一循环，如此反复下去，被抽容器内最终达到某一稳定的平衡压力。

　　双作用泵在气缸两端均有吸排气阀。当活塞向下运动时，上边的吸气阀吸气，排气阀关闭；下边的排气阀排气吸气阀关闭。当活塞向上运动时，下边的吸气阀吸气（非气阀关闭上边的排气阀排气吸气阀关闭。

　　活塞往复一次实现两次吸排气过程，在同样泵腔容积的情况下<抽速比单作用泵提高一倍。

　　5.2使用往复泵如3所示在启动时应检查其旋转方向是否正确。往复泵的工作环境要保持清洁、干燥，温度变化不大。冬天环境温度如果低于5C，停车后应将冷却水套里的水放出以免温度降低到零度时冻裂泵体。

　　往复泵只能抽清洁干燥的空气运转1h后，须检查活塞、活塞环、导轨、气阀、轴承、十字头及密封圈等摩擦部分的易损件，如有磨损应及时修复或更换。

　　6罗茨真空泵6.1工作原理罗茨真空泵是一种容积式真空泵，利用泵腔内工作室的容积变化产生抽气作用。泵腔容积变化是通过一对具有特殊型线的转子，在泵腔内以同步等角速度作方向相反的旋转造成的如4所示。转子从a）开始，向b）位置旋转是泵的吸气过程，被抽气体从吸气口进入转子、泵体、端盖构成的空间旋转到c）位置时吸气终了，吸入的气体为阴影面积A.与泵腔长度之积形成的容积V.，旋转到d）位置，V.容积与排气口相通转子再旋转时将气体排出泵外，这时转子的另一面与进气口相通又开始吸气重复上述过程。转子每旋转一周一个转子抽走两个V.容积的气体。两个转子抽走4个V.容积的气体。

　　6.2运转特性从罗茨泵的工作原理可知，泵腔内不发生气体压缩，因此可抽出水蒸汽等可凝性气体。除直排大气罗茨泵外一般罗茨泵均不能直排大气，需要配置前级泵才能正常工作。制药装备中常用罗茨水环泵机组，罗茨旋片泵机组和罗茨滑阀泵机组。运行时其特点是：为尽量使机组的体积小一些，可设法使待抽的蒸汽在进入泵机组之前冷凝，剩下不可凝性气体和微量残余蒸汽，气体降温后在相同压力下体积也减小。冷凝后所需抽气量小相应地泵也可以连的小一点。

　　由于罗茨泵的转子与转子之间转子与泵之间存在着间隙因此有返流存在，而这种返流受进口压力和出口压力的影响，即使同一台罗茨泵，使用不同的前级泵时，抽速会不相同极限真空度也会不同，前极泵极限真空度高时，罗茨泵机组的极限真空度也会高。

　　7结语本文从制药装备中经常使用的几类真空泵的工作原理入手对其运转特性进行了阐述，目的使从事应用这些真空设备的人员有更系统的认识，以使较芫美的与有的放矢地应用这些真空设备。

　　杨乃恒主编。真空获得设音第2版。北京：冶金工业出版社，2001.6徐成海主编。真空干燥。Vtol.徐成海等。真空干燥。化学工业出版社，2004.1 4罗茨真空泵工作原理图PA一吸入压力PV―出口压力V2―泵腔容积委员会委员，化工学会干燥学组成员研究方向真空干燥理论。