水环真空泵由于具有结构紧凑、操作简便，对环境有着非常强的适应能力，因而在实际生产之中有着最为广泛的应用，然而水环真空泵在实际生产使用过程中，其存在的故障问题却制约着自身的有效使用。

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不同型号的水环真空泵尽管结构有所不同，但其基本原理都大致相同，水环真空泵中最典型的类型便是单级单作用、轴向吸排气的水环真空泵，单级单作用水环真空泵的结构有进气口、出气口、泵盖、泵壳、叶轮、隔板、电机等。
在水环真空泵工作时，电机带动叶轮旋转，使得工作腔内的水在离心力的作用下形成水环，若水环适当，则形成的水环在上侧刚好与轮毂相切，在下侧刚好与叶轮顶端相接触。此时水环内表面、轮毂与叶片之间会形成一个个大小不等互不相通的月牙形空间。
当电机驱动叶轮旋转时，图中右侧的月牙形空间的体积就会从小变大，从而使压力降低，与吸气孔相通时，气体就会被吸入;而当它的体积从大变小时，则气体就会被压缩，压力增大，当气体被压缩到一定程度时，使其与排气孔相通，气体就会被排出。
由于补充水可以连续导入，水环基本可以保持恒温状态，而且还能吸收由于压缩气体产生的热量，所以这个过程也可以近似看作是一个等温过程。
水环真空泵工作时的能量传递过程如下：在吸入侧，叶轮将能量传递给水，使其动能增加，并形成水环，之后水环的动能再转化成压能，并传递给气体，从而实现压缩排气的过程，水环真空泵的工作原理实际上和其他容积式泵的原理很相似，其区别之处只是水环真空泵能量传递的媒介是水环。
由于受到饱和蒸汽压的限制，水环真空泵用水做工作液时极限压强只能达到2000～4000Pa，此外，水环真空泵效率低也是水环真空泵最为普遍的缺点，一般效率在35%左右。
但是由于水环真空泵具有结构简单、占地面积小、等温压缩、维修方便等众多优点，所以在各行业得到了广泛的应用。