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水環式真空泵的圓柱形泵殼內偏心的安裝一個牙狀葉輪。泵殼內注有循環水，在抽真空時，葉輪旋轉，在離心力的作用下，泵殼內的循環水被甩至葉輪四周，在泵殼內壁形成一個旋轉水環。又因葉輪是偏心安裝在泵殼內的，因此水環與牙狀葉片之間形成的空間大小不同。葉輪順時針方向旋轉時，其右半部分兩葉片之間的空間逐漸增大，在密閉條件下，隨著空氣體積的增大，壓力隨之降低，形成真空，水泵和管路內的空氣通過吸氣管，進入真空泵泵殼右側的月牙形吸氣口被吸入真空泵，真空泵葉輪左半部分兩葉片之間的空間是逐漸減小的，因此空氣被壓縮，壓力隨之增高，最后通過真空泵泵殼左側月牙形排氣口排出真空泵，進入水氣分離箱，使被帶出的循環水分離后再重復使用。葉輪不停地旋轉，真空泵就不斷地吸氣和排氣，最后使離心泵內充滿水。
由以上分析可知，水環泵的工作過程可分為吸入、壓縮和排出三個連續的階段：一是吸入過程，右半轉，葉間腔室的容積增大，氣體通過吸人口被吸入；二是壓縮過程，左半轉，葉間腔室的容積縮小，氣體受到壓縮；三是排出過程，當葉間轉到與排出口相通時，氣體排出。水環泵欲正常工作必須同時滿足三個條件：
1.葉輪要有一定轉速，以形成等厚度水環；
2.葉輪與泵體要有一定偏心距，以形成容積不等的工作容腔；
3.泵腔內水適當，使水環內表面恰好與葉輪輪轂相切。
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