離心噴射式真空泵結構原理及應用

楊清平

摘要：節能減排是全社會關注焦點之一，每逢盛夏酷暑到來之際，空調的大量使用需消耗大量的能源，給電網及供電企業帶來很大壓力，也給民眾帶來經濟上的負擔。文章介紹了實用新型真空泵的原理及在新型空調機中的應用，解決了真空制冷、太陽能吸收吸附式制冷中的難題，具有極高的應用價值。

關鍵詞：線速度；離心噴射；流體減壓；蒸發

中圖分類號：TB752 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）04-0074-02

一、研發背景及關鍵技術

現有的制冷主要有壓縮制冷、吸收吸附式太陽能制冷、真空制冷、壓縮式制冷技術成熟應用最廣，太陽能制冷和真空制冷設備大、投資高，受天氣影響大。

離心噴射泵采用了新的結構，結合流體減壓技術，使新型噴射泵具有體積小、排量大、效率高、噪音低、一致性好、對氣體無要求等特點，使得在真空制冷時不需設置捕水器，而進一步取消了壓縮制冷環節。用于替代太陽能制冷中的吸收吸附劑時可取消太陽能集熱器、溶液泵和冷凝器等設施，使設備更簡化。

二、結構及工作原理

（一）結構

結構如圖1所示。由電機、變速箱、離心噴射輪（以下簡稱噴射輪）、阻流罩、機械密封件組成。其中噴射輪外沿表面是一與噴射輪兩圓側壁密封焊接的環，環上有均勻布置的小孔，孔的軸向沿噴射輪徑向布置，孔徑小，孔的總面積與噴射面總面積占比小，阻流罩安裝在噴射輪噴射面相對應的外部，阻流罩內設有阻流板，阻流板沿噴射輪徑向布置，阻流板的末端離噴射孔很近。

（二）工作原理

電機通電后驅動噴射輪使噴射孔以1千米/秒左右（視真空度而定）線速度高速旋轉，此時噴孔將與周圍空氣發生高速相對運動，由于空氣流經物體表面時具有速度越高壓力越低的特性（飛機機翼、汽車化油器、噴霧器等即是根據此原理制成），所以當噴孔與外部空氣發生高速相對運動時就會因噴孔外部壓力降低而形成噴射，再加上噴射輪內部的離心作用，使噴射輪中心至噴孔處產生一定的壓力差，就能在噴射輪內部中心產生高度真空。在噴射輪高速旋轉的同時，外部表面空氣會在摩擦的作用下隨噴孔發生同向轉動而降低噴孔與空氣的相對運動速度，相對速度的降低就意味著真空度的降低。阻流罩的設置阻止了外部空氣的旋轉，進一步提高了真空度。又因有噴射工作面的存在，加上噴孔孔徑極小，即使內部真空度很高時也不會發生喘振。

從另一方面，也可視為在噴射輪外產生了一股比自然界更強的龍卷風還要強數倍的龍卷風，自然界的龍卷風最大風速也只有300米/秒左右，就能導致中心氣壓很低，溫度驟降，使水蒸氣迅速凝結，所不同的是龍卷風發生時空氣是動因，中心物體是靜因，而噴射泵工作時外部空氣是靜因，噴射輪是動因。

離心噴射泵集離心泵和噴射泵優點于一體，具有體積小、排量大、效率高、噪音低、一致性好、對氣體無要求，單泵真空度高等優點。

三、直排式真空制冷空調機的應用

（一）天然制冷劑水的特性

水是自然界極易獲得的物質，安全無毒，不燃燒、不爆炸、汽化潛熱大（汽化潛熱為R22的16倍，R600a的10倍），缺點是常壓下沸點為100℃，低于610Pa及采用鹽溶液時可為零下，水與潤滑油混合后會導致潤滑油乳化而破壞潤滑。

（二）空調機結構

1．結構如圖2所示，由真空泵、蒸發器、集水槽、貯水箱構成，真空泵進氣口通過管路連接蒸發器出氣口，蒸發器進水口通過管路插入貯水箱底部，集水槽位于蒸發器下方，集水槽出水口通過管路連接貯水箱。

2．空調機工作原理。整機連接好后先給貯水箱裝滿水，通電后真空泵產生真空，水在大氣的壓力下進入蒸發器，當蒸發器內水的液面高度達到設定值時進水閥關閉，此后水便會在低壓下沸騰，水的沸騰需向周圍吸熱，與此同時，室內空氣在風扇的作用下產生循環，與蒸發器進行進行熱交換，實現制冷。制冷過程中蒸發器內的水因吸熱沸騰會導致水位逐漸降低，當降至一定值時進水閥打開，貯水箱內的水又自動進入蒸發器，維持其液面高度不變，而蒸發器所產生的冷凝水則經集水器收集后注入貯水箱作為制冷劑使用。

制冷過程中，蒸發器內所產生的水蒸汽用容積型真空泵是無法在經濟的情況下排出的，只有采用速度型且不會發生喘振的離心噴射式真空泵才能完成。

真空制冷的工作過程就好比抽水機抽水的過程，所不同的是抽水機所抽的是水，空調機所抽取的是室內溫熱水蒸汽，留下低溫干燥空氣，其工作效率只受壓力差的影響，而不受室外溫度影響，制冷過程中室內的熱量是以水蒸汽的形式被排到室外，故取消了冷凝器而不能制熱。

由于水的汽化潛熱大，在蒸發器中換熱面積大，再加上離心泵的高效率及無冷凝器，故真空制冷效率可高于壓縮制冷數倍，具有巨大的市場潛力及價值。

除此之外，離心噴射泵還可用于真空制鹽、真空包裝、真空冷藏等行業。

參考文獻

[1]申江．冷藏凍結設備與裝置[M]．中國建筑工業出版社，2010．

[2]李代廣．風與風能[M]．化學工業出版社，2009．

[3]張小松．制冷技術與裝置設計[M]．重慶大學出版社，2008．

[4]周國良．壓縮機維修手冊[M]．化學工業出版社，2010．

[5]高中物理第二冊[M]．人民教育出版社，2007．

[6]孫唯真，王忠誠．零起點學電冰箱與空調器維修技術

[M]．電子工業出版社，2009．

[7]王竹如，代彥軍，太陽能制冷[M]．化學工業出版社，2007．

（責任編輯：趙秀娟）