水环式真空泵的被关键部件时在泵轴上安装了对于圆柱形泵壳偏心的星形叶轮。在启动真空泵前，向泵内注入规定高度的水，当叶轮旋转时，由于离心力的作用将水甩至泵壳边壁，形成一个和转轴同心的水环。水环上半部的内表面与轮表面相切，水环下半部的内表面则与轮之间形成一个气室，这个气室的容积在右半部是递增的（气体进入后膨胀，压力降低），于是在叶轮旋转的前半圈中随着轮壳与水环间的容积的增加而形成真空，因此气体通过抽气管及真空泵泵壳端盖上的月牙形进气口被吸入空真泵内。其后，在叶轮旋转的后半圈中，随着轮壳与水环间的容积减少而空气被压缩（气体压力升高），因此气体经过泵壳端盖上的另一月牙形排气口被排出。叶轮每旋转一圈，气体都要经过上述膨胀（进气）、压缩（排气）两个过程。随着真空泵叶轮不断的旋转，水环式真空泵就能把被抽容器中的气体不断带走，从而达到抽真空的目的。
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