Водокільцеві вакуумні насоси

Принцип роботи та особливості

Жідкостнокольцевие насоси часто називають водокільцевими, так як в якості робочої рідини в них переважно застосовується вода, а іноді машинами з рідинним поршнем. Ексцентрично розташований ротор з радіальними лопатками (робоче колесо) обертається в циліндричному корпусі, який частково заповнений рідиною. Лопатки робочого колеса при обертанні захоплюють рідину і відкидають її до корпусу. В результаті цього усередині корпусу утворюється кільце, що обертається рідини, яке і дало назву цьому типу насосів. Між втулкою робочого колеса і кільцем рідини виникає серпоподібна простір, що є робочою порожниною машини. Це простір розділяється лопатками робочого колеса на окремі осередки змінного обсягу.

При збільшенні обсягу осередку відбувається процес всмоктування, а при зменшенні - процес стиснення і нагнітання. Процес стиснення в насосі супроводжується інтенсивним відведенням тепла від стискання газу до рідини. Температура сжімaeмoгo газу при виході з насоса мало відрізняється від температури на вході, а робоча рідина нагрівається, тому її необхідно постійно замінювати. Робоча рідина подається або в усмоктувальний патрубок, або через гідравлічне ущільнення вала робочого колеса в робочу порожнину машини, а йде через нагнітальні вікна разом зі стисненим газом. Основна перевага жідкостнокольцевих вакуумних насосів - простота роботи. Насос складається з невеликої кількості деталей - корпуса, робочого колеса і двох торцевих кришок.

У насосі є тільки одна рухома деталь - обертається робоче колесо. Між робочим колесом і корпусом машини, а також торцевими кришками є гарантований зазор, а оскільки в машині немає деталей, що труться, відсутня викликається цим знос. У насосі немає клапанів, шестерних передач і т.п. деталей, що також забезпечує високу надійність роботи. Машина не має маслонасосів і спеціальних систем змащення, Всі зазори між робочим колесом і корпусом ущільнюються робочою рідиною, яка змащує також сальники ущільнення вала ротора. У консистентним мастилі потребують тільки підшипники ротора.

Виготовлення деталей насоса не вимагає висoкoгo класу точності, всі деталі в ній взаємозамінні. У разі нeкoтopoгo зносу торцевих поверхонь робочого колеса в результаті багаторічної роботи, при наявності в відсмоктувати газі пилу, піску та інших домішок відновлення необхідних зазорів проводиться підбором прокладок між корпусом і торцевими кришками. Перераховані особливості зумовлюють невисоку вартість насоса і простоту її обслуговування. Машина може працювати протягом тривалого часу автономно.

Водокільцеві вакуумні насоси забезпечують рівномірний відсмоктування і подачу стиснення газу. Вони мoгут виробляти відсмоктування газу і одночасно подавати eгo в ємність з тиском, великим aтмосферного. Одним з істотних переваг насоса є изотермичности процесу стиснення, що є необхідною в цілому ряді виробництв: при стисканні ацетилену, вуглекислого газу, хлору та інших газів.

Якщо в відсмоктуються газах є велика кількість водяної пари, то при зіткненні з рідиною вони конденсуються в машині, в результаті чого зростає її продуктивність. Основним недоліком водокільцеві насосів є відносно низький вакуум. У вітчизняних водокільцевих вакуумних насосах граничний вакуум при нульовій продуктивності становить 90-95% (80-40 мм рт.ст.). В окремих примірниках досягається вакуум до 20 мм рт.ст. але це не є стабільним. Двоступеневі насоси деяких зарубіжних фірм забезпечують вакуум до 10 мм рт.ст.

рис.1 "Водокільцевий вакуумний насос ВВН"

Але і такий тиск в цілому ряді випадків є недостатньо низьким. Для подальшого зниження робочого тиску застосовуються попередньо включений повітряні ежектори. Їх установка дозволяє досягти вакууму порядку 5-8 мм рт.ст. При необхідності встановлюються двоступеневі попередньо включений ежектори, що забезпечують вакуум порядку 2-0,5 мм рт.ст.

області nрімененія

Водокільцеві вакуумні насоси широко застосовуються в різних галузях народного господарства завдяки їх конструктівноі простоті, безвідмовності в роботі і здатності ізотермічні стискати газорідинні суміші без забруднення їх маслом. Найбільш часто жідкостнокольцевие машини використовуються в різних технологічних процесах хімічної промисловості. Вони застосовуються як вакуумні насоси для створення розрідження з абсолютним тиском до 3-5 кПа, як компресори для стиснення газу до O, 6-0,8 МПа і як хімічні реактори для масообмінних процесів між стисливим газом і робочі рідини.

У хімічній nромишленності:
массобмена;
розчинення і сорбирования шкідливих газів, рідин (фенолу та ін.);
кристалізаційні і дистиляційні установки для виробництва барвників і азотних добриві.
Сушильні апарати у виробництві синтетичних волокон, полімідов, амінопластів, поліетилену, органічних pacтворітелеі;
Вaкуумная просочення у виробництві трансформаторів, електродвигунів, конденсаторів, кабелів;
Вакуумні фільтри для виробництва целюлози, антибіотиків, збагачення руд;
Стиснення інертних, агрессівниx і легкозаймистих газів (гелію, водню, хлору, кисню, ацетилену і ін.).
У деревообробні та папероробної nромишленності:
Обробка, сушка та переробка деревини; виробництво целюлози, картону, паперу.
У металургії:
Плавка і переплавлення металів, порошкова металургія.
Надчисті речовини, кристали для лазерів, надпровідники;
як джерело стисненого повітря в пневмосистемах.
У машинобудуванні:
Сварка електронно-променева і дифузійна.
В оптиці:
Вакуумне алюминирование дзеркал, просвітлення оптики.
У харчовій промисловості:
Тривале зберігання та консервування продуктів - сушка сублімації;
випарювання при виробництві цукру, опріснення води;
ректифікація вінноводочних виробів, приготування солоду в пивоварінні.
У медицині та фармації:
Установки для проведення хірургічних операцій;
Виготовлення ліків, зберігання медичних препаратів.
У наукових дослідженнях фізичних процесів:
Прискорювачі, установки для термоядерного синтезу.
У сільському господарстві:
Доїльні установки;
транспортування сипучих матеріалів (борошна, зерна тощо).
У виробництві будматеріалів:
Дегазація глин і кераміки.
Транспортування сипучих матеріалів (цементу і ін.).
У кріогенної техніки:
Для переохолодження кріогенних (низкокипящих) рідин.

Як видно з наведеного переліку, область застосування насосів дуже широка. У ряді виробництв вони є єдино прийнятним типом машин, наприклад, коли потрібно безмасляний вакуум з абсолютним тиском до 10-20 кПа. Із застосуванням повітряних ежекторів це значення знижується до 0,1 кПа, що дає можливість застосовувати водокільцеві вакуумні насоси (ВВН) в якості форвакуумних насосів в системах безмасляної відкачування, наприклад, в системі насосів на установці термоядерного синтезу "Tокамaк-15". на вакуумних печах плавки титану та інших металів.

Насоси використовуються також для відсмоктування пароповітряної суміші в паротурбінних установках теплових електростанцій замість водоструминних вакуумних насосів, що дозволяє приблизно на два порядки зменшити витрату води, ресурси якої, як відомо, обмежені і рік від року зростає її ціна. Для знегажування робочої рідини при бурінні свердловин і забезпечення протипожежної безпеки на нафтових і газових родовищах щорічно потрібно кілька тисяч таких установок.

Це лише кілька господарських напрямків, де відчувається потреба в більш досконалих технологіях при функціонуванні основнoгo або супутніх робочих процесів. Крім тoгo, є тенденція використовувати в системах відкачування ряду хімічних виробництв блок з декількох водокільцевих насосів меншою продуктивності замість одного насоса більшої продуктивності. Все це веде до зростання потреби в таких насосах.