第三节 抽真空设备
在抽真空装置中，常用的真空泵有水环式真空泵和旋片式真空泵等，下面主要介绍水环式真空泵和旋片式真空泵，辅助介绍蒸汽喷射泵、水力喷射泵和罗茨真空泵。
一、水环式真空泵
水环式真空泵的构造如图2-47所示，它主要由叶轮（又称转子）和圆柱形泵缸所组成。叶轮4偏心安装在泵缸6中，启动真空泵前泵缸6内应灌满水，当叶轮4旋转时，水被甩向四周，形成相对于叶轮为偏心的水环5，于是在叶轮4和水环5表面之间构成一个月牙形空间，叶轮的叶片把月牙形空间分成若干个容积不同的格腔。当叶轮按图中箭头方向旋转时，气体由吸气管1进入吸入腔2，然后被吸入水环5与叶轮4之间的月牙形空间。由于旋转，月牙形空间的容积由小变大，因而产生真空；当叶轮继续转动，月牙形空间运行到叶轮左侧时，其容积又逐渐缩小，使气体受到压缩，因而气体被压至排出腔3，废水与抽出来的空气经过排出管8一起进入水箱10，再由放气管11排出。废水进入水箱10后循环利用，多余的水从溢流管12排出。循环过程中损失的水经过注水管9进行补充。叶轮每转一周，进行一次吸气、一次排气。叶轮不断旋转，泵就可以源源不断地吸气和排气。
图2-47 水环式真空泵
1—吸气管；2—吸入腔；3—排出腔；4—叶轮；5—水环；6—泵缸；7—连接头；8—排出管；9—注水管；10—水箱；11—放气管；12—溢流管
水环式真空泵可作为高真空吸送式气力输送装置的气源设备，可用来抽吸空气和其他无腐蚀性、不溶于水的气体。水环式真空泵优点是构造简单、结构紧凑、使用方便、操作可靠、内部不需润滑。缺点是高速旋转的叶片及密封填料磨损严重时，会使真空度下降，故需经常检查和更换。轴承需定期加足润滑脂，以延长使用寿命。
水环式真空泵抽气量不大，但排气较均匀，能获得高真空度，且压力变化较大时，风量变化较小，调节性能较好，能获得较高的输送浓度。
二、旋片式真空泵
旋片式真空泵（简称旋片泵）是一种油封式机械真空泵，属于低真空泵。它可以单独使用，也可以作为其他高真空泵或超高真空泵的前级泵。
旋片泵多为中小型泵。旋片泵有单级和双级两种。所谓双级，就是在结构上将两个单级泵串联起来。一般多做成双级的，以获得较高的真空度。
1.工作原理
在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内表面相切（二者有很小的间隙），转子槽内装有带弹簧的两个旋片。旋转时，靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触，转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。两个旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分，当转子按箭头方向旋转时，与吸气口相通的空间A的容积是逐渐增大的，处于吸气过程。而与排气口相通的空间C的容积是逐渐缩小的，处于排气过程。居中的空间B的容积也是逐渐减小的，处于压缩过程。由于空间A的容积是逐渐增大（即膨胀），气体压强降低，泵的入口处外部气体压强大于空间A内的压强，因此将气体吸入。当空间A与吸气口隔绝时，即转至空间B的位置，气体开始被压缩，容积逐渐缩小，最后与排气口相通。当被压缩气体超过排气压强时，排气阀被压缩气体推开，气体穿过油箱内的油层排至大气中。由泵的连续运转，达到连续抽气的目的。如果排出的气体通过气道而转入另一级（低真空级），由低真空级抽走，再经低真空级压缩后排至大气中，即组成了双级泵。双级旋片式真空泵在冰箱中普遍使用。
2.结构和工作过程
图2-48所示为旋片式真空泵，旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。其主要部分是定子6和转子4。转子4在电动机及传动系统的带动下，绕自身中心轴作顺时针旋转；转子4装配在定子6腔壁的正上方，与定子6紧密接触；转子4上的两个旋片7横嵌在转子圆柱体的直径上，它们中间有一根弹簧8，使旋片7在旋转过程中始终紧贴在定子6的腔壁上；在旋片7旋转的过程中，旋片7把定子6和转子4之间的空间分隔成两个腔室；当旋片7随着转子4一起旋转时，靠近进气口1的腔室容积逐渐增大，经进气管2吸入过滤后的气体，而在另一腔室中，旋片7对已吸入的气体进行压缩，使气体顶开排气阀9，通过油气分离室12，排气孔13后，从排气口14排入大气中。转子4不断转动，过程重复进行，就不断地进行抽气、压缩、排气过程，最终实现抽真空目的。为避免漏气，排气阀9以下部分全浸没在真空油内，油量多少可以通过油标11观察。
图2-48 旋片式真空泵
1—进气口；2—进气管；3—进气滤网； 4—转子；5—工作腔；6—定子；7—旋片；8—弹簧；9—排气阀；10—放油阀；11—油标；12—油气分离室；13—排气孔；14—排气口
旋片泵可以抽除密封容器中的干燥气体，若附有气镇装置，还可以抽除一定量的可凝性气体。但它不适于抽除含氧过高的，对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。
三、蒸汽喷射真空泵
在食品行业中常用的蒸汽喷射真空泵（简称蒸汽喷射泵）结构如图2-49所示。其工作原理是具有较高压强的工作蒸汽从高压蒸汽入口2进入泵后，其压强沿喷嘴3依次迅速降低，流速沿喷嘴3依次迅速升高。在混合室4内，蒸汽流至喉管部5时，速度最快，已达到音速。由于蒸汽的可压缩性，已达音速的蒸汽流，在喷嘴截面渐扩后仍会继续渐增。直到离开喷嘴出口，蒸汽流的速度已经超过音速，出至扩压管6时压强显著降低，造成真空状态，从而可将待抽气体从低压气体吸进口1吸入，与蒸汽在混合室4内混合。混合气体又以一定速度进到扩压管，动能又转变成静压能。从而实现抽真空的目的。
图2-49 蒸汽喷射真空泵
1—低压气体吸进口；2—高压蒸汽入口；3—喷嘴；4—混合室；5—喉管部；6—扩压管
蒸汽喷射泵有单级和多级之分。如果从真空区抽入的气体与蒸汽混合成的气体喷出压强高于大气压，则可直接排到大气环境，这种泵称为单级蒸汽喷射泵。如果混合气口的压强低于大气压，则需要由前级泵抽走。因此，多个喷射器联在一起就可以构成蒸汽喷射泵。需要的真空度越高，喷射泵的级数越多。
四、水力喷射真空泵
在食品行业中常用的水力喷射真空泵（简称水力喷射泵）结构如图2-50所示，它由喷嘴、吸气室、混合室、扩散室等部分组成。水力喷射真空泵工作原理类似于蒸汽喷射真空泵，具有一定压头的冷水以从冷水进口1高速（15～30m/s）进入，再从水室2，通过喷嘴3射入混合室8，快速经过喉管9后，进入扩散室10，然后进入排水管11中，从冷却水出口12排出。水流在喷嘴3的出口处于低压状态，因此可以不断地从抽真空接口5吸入二次蒸汽，由于二次蒸汽与冷水之间存在温差，与冷水混合即凝结为冷凝水，同时夹带不凝结气体，随冷却水一起排出。这样既达到冷凝，又能起抽真空作用。在真空浓缩系统中，水力喷射泵一般由循环水泵、水箱组成，具有二次蒸汽冷凝器的作用，同时还具有抽真空的双重作用。系统能获得的真空度越高，需要的水温越低，真空度相对于水和蒸汽比较，冷水温度对真空度的影响更大些。因此，为了应对冷却水温度随季节变化而引起系统真空度变化，需要及时补充冷却水来保证抽真空的效果。
图2-50 水力喷射真空泵
1—冷水进口；2—水室；3—喷嘴；4—吸气室；5—二次蒸汽进口（抽真空接口）；6—圆锥形导向挡板；7—支脚；8—混合室；9—喉管；10—扩散管；11—排水管；12—冷却水出口
水力喷射泵优点是结构简单，不需要经常检修，安装高度低，方便与浓缩锅的二次蒸汽排出管水平方向直接连接，具有抽真空和冷凝器的双重作用。缺点是水力喷射泵的高水压需要配备离心水泵来带动水力喷射，为了水力喷射泵连续工作，还需要配备水箱才能实现水的循环利用。水力喷射泵虽然有一定的抽真空效果，但不能获得高真空度，并且真空度随着水温的升高而逐渐降低，受水温影响很大。因此该泵只能用于需要二次蒸汽冷凝的抽真空使用，不能作为高真空度的专业抽气真空泵使用。
五、罗茨真空泵
罗茨真空泵实际上是一种机械增压泵，其结构和工作原理与罗茨风机相同，见图2-51。所不同的是它用作真空泵，其压缩比大。工作时，主动转子4和从动转子3紧贴泵体1向相反方向旋转，从抽真空进气口2吸进空气，再从排气口5排出气体，从而实现抽真空的目的。罗茨真空泵转子间以及与泵壳之间配合较紧密（只有约0.1mm的间隙），尽管如此，运转时，仍然有气体会从排出侧通过间隙向吸气侧泄漏，所以其压缩效率远低于油封旋片式真空泵。但是也正因为没有摩擦接触，转速才有可能很高（一般1000～3000r/min），所以泵的抽速很大。当泵内平均压强降低时，间隙的流导值也随之降低，从而可提高泵的效率。在压强6.665Pa、压缩比约为10的条件下，泵的效率最高。所以罗茨真空泵一般需与低真空泵配合时才能使用，一般不作为专业的抽真空泵使用。
图2-51 罗茨真空泵
1—泵体；2—抽真空进气口；3—从动转子；4—主动转子；5—排气口
六、往复式真空泵
往复式真空泵如图2-52所示，它由泵体、气缸、活塞、曲轴、连杆和气阀等组成。在电动机驱动下，通过曲轴连杆的作用，使汽缸内的活塞作往复运动；汽缸侧有气室，气室上装有气阀，气阀弹簧紧压在阀座上，借曲轴偏心轮的转动，通过阀杆带动阀座，气阀也作往复运动。利用气阀和逆止装置的联合运动，控制进排气时间，完成配气作用。活塞上装有活塞环，以保证汽缸的气密性。工作时活塞运动，当工作室的容积扩大时，气体被吸入，反之气体被压缩并排出泵外，如此循环以达到抽气目的。这种真空泵常与逆流冷凝器配套使用，将冷凝器中的不凝结气体抽出，效果较好，但设备费用较大。
图2-52 往复式真空泵
1—汽缸；2—机身；3—活塞；4—十字头；5—曲轴；6—连杆；7—偏心轮；8—气阀
思考题
一、判断题
1.带式输送机是食品工厂中使用最少的一种固体物料连续输送机械。（ ）
2.带式输送机常用于在水平方向或倾斜角度不大（<25°）的方向上对物料进行传送。（ ）
3.装载装置不是喂料器，它的作用是保证均匀地供给输送机以定量的物料，使物料在输送带上均匀分布，通常使用料斗进行装载。（ ）
4.带式输送机也可兼作选择检查、清洗或预处理、装填、成品包装入库等工段的操作台。（ ）
5.斗式提升机可以往返运送物料。（ ）
6.斗式提升机主要用于在不同高度间升运物料，适合将松散的粉粒状物料由较低位置提升到较高位置上。（ ）
7.斗式提升机的浅斗适合黏稠性大和沉重的块状物的运送。（ ）
8.斗式提升机的深斗，用于干燥、流动性好的粒状物料的输送。（ ）
9.吸送式气力输送又称真空输送，可以将物料从一处送到多处。（ ）
10.低真空吸送式气力输送装置中常采用离心式通风机作为气源设备。（ ）
11.罗茨泵可以作为真空泵或风机，但不能输送液体。（ ）
12.罗茨真空泵产生真空度比较低，所以一般不作为专业的抽真空泵使用。（ ）
13.罗茨泵不适合输送黏稠料液，但适合输送带有颗粒的料液。（ ）
14.罗茨风机是根据罗茨原理进行设计制造的一种设备，而罗茨原理的发明者是美国的Roots兄弟，为了纪念这个发明，所以将这个原理用他们的名字命名。（ ）
15.螺杆泵输出的压头大小与螺杆长短无关。（ ）
16.罗茨风机和罗茨真空泵的原理是一样的，都是罗茨原理。（ ）
17.螺杆泵和离心泵只要改变旋转方向，就可以改变输送方向。（ ）
18.高压均质机采用的就是三缸单作用柱塞泵，也就是活塞泵。（ ）
19.旋片式真空泵和滑片泵都能产生真空度，而且旋片和滑片里面都有弹簧，都可以自由伸缩。（ ）
20.水力喷射泵只能用于需要二次蒸汽冷凝的抽真空使用，不能作为高真空度的专业抽气真空泵使用。（ ）
21.在气流输送装置中，当输送量相同时，压送式系统管道比真空输送系统管道要粗。（ ）
22.在气流输送装置中，真空输送系统的加料处，不需要供料器。（ ）
23.在气流输送装置中，真空输送系统排料处不需要装有封闭较好的排料器，不用担心排料时发生物料反吹。（ ）
24.在气流输送装置中，压送式系统在加料处需装有封闭较好的供料器，以防止在加料处发生物料反吹，而在排料处就不需排料器，可自动卸料。（ ）
25.旋转式供料器又称星形供料器，在真空输送系统中用作供料器使用，但是在压送式气流输送系统中可用作卸料器使用。（ ）
26.袋式过滤器的最大优点是除尘效率高。同时也适用于过滤含有油雾、凝结水及黏性的粉尘。（ ）
27.水环式真空泵抽气量大，所以能获得高真空度，且压力变化较大时，风量变化较小，因此使用调节性能较好，能获得较高的输送浓度。（ ）
28.蒸汽喷射泵有单级和多级之分，多个喷射器联在一起就可以构成蒸汽喷射泵。喷射泵的级数越多，真空度就越高。（ ）
29.活塞泵属于往复式容积泵，可以输送液体，但不可以输送气体。（ ）
30.外啮合齿轮泵结构简单、质量轻、具有自吸功能、工作可靠、应用范围较广。但是，所输送的液体必须具有润滑性，否则轮齿极易磨损，甚至发生咬合现象。（ ）
二、填空题
1.带式输送机的带速视其用途和工艺要求而定，用作输送时一般取 m/s，用作检查性运送时取 m/s，在特殊情况可按要求选用。
2.斗式提升机主要由牵引件、 、 、加料和卸料装置、 和料斗等组成。
3.螺旋输送机也叫 ，螺旋输送机是一种没有 的连续输送机械。主要用于各种摩擦性小、干燥松散的粉状、粒状、小块状物料的输送。
4.振动输送机工作时，由激振器驱动主振弹簧支承的工作槽体。主振弹簧通常倾斜安装，斜置倾角也称为 。
5.振动输送机的结构主要包括 、 、 、导向杆、隔振弹簧、平衡底架、进料装置、卸料装置等部分。
6.气力输送装置所采用的气源设备主要有 、 、 等。
7.在抽真空装置中，产生真空的动力源为各类真空设备，常用的真空泵有 。
8.斗式提升机有垂直的和倾斜的两种，料斗形式有 、 和 三种，装料的方式有 、 两种。
9.螺旋输送机当运送干燥的小颗粒或粉状物料时，宜采用 ；输送块状或黏滞性物料时，宜采用 ；当输送韧性和可压缩性物料时，宜采用 ；这两种螺旋在运送物料的同时，还可以对物料进行 、 及 等工艺操作。
10.离心式除尘器又称旋风除尘器，其结构和工作原理与离心式分离器相同，所不同的是离心式除尘器的筒径 ，圆锥部分 。
11.离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也 。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸到泵内，虽启动离心泵，但不能输送液体，此现象称为 。
12.离心泵的主要构件有 、 和 。食品厂最常使用的离心式饮料泵，因其泵壳内所有构件都是用不锈钢制作，通常称之为 ，在饮料厂常用于输送原浆、料液等。
13.水力喷射泵优点是结构简单，不需要经常检修，安装高度低，方便与浓缩锅的二次蒸汽排出管水平方向直接连接，具有 和 的双重作用。
14.旋转供料器一般在旋转叶片转速为0.25～0.5m/s的低速旋转供料时，供料量与速度呈 。但当速度再加快时，供料量反而 ，并出现不稳定的情况。
15.喷射式供料器主要在 、短距离的 气力输送装置中使用。
三、选择题
1.旋转分离器和除尘器原理 。
A.不同
B.相同
C.相似
D.相似
2.水环式真空泵可作为 吸送式气力输送装置的气源设备，可用来抽吸空气和其他无腐蚀性、不溶于水的气体。
A.低真空度
B.中真空度
C.高真空度
D. A和B
3.旋片式真空泵是一种油封式机械真空泵，属于 泵。它可以单独使用，也可以作为其他高真空泵或超高真空泵的前级泵。
A.低真空度
B.中真空度
C.高真空度
D. A和B
4.射流式真空泵是一类泵体本身没有 的泵，主要依靠通过喷嘴产生的高速射流来抽真空。
A.叶轮
B.齿轮
C.电动机
D.运动部件
5.罗茨真空泵转子间以及与泵壳之间配合较紧密（只有约 的间隙），尽管如此，运转时，仍然有气体会从排出侧通过间隙向吸气侧泄漏，所以其压缩效率远低于油封选片式真空泵。
A. 0.01mm
B. 0.1mm
C. 1mm
D. 10mm
6.螺杆泵具有效率高、自吸能力强、适用范围广等优点，各种 的介质都可用螺杆泵来输送。
A.水
B.牛奶
C.饮料
D.难以输送
7.齿轮泵是一种回转式容积泵，主要用来输送 料液。
A.低黏度
B.中等黏度
C.黏稠
D.牛奶