Водокольцевые вакуумные насосы - основные понятия и применение

Принцип работы и особенности

Жидкостнокольцевые насосы часто называют водокольцевыми, так как в качестве рабочей жидкости в них преимущественно применяется вода, а иногда машинами с жидкостным поршнем. Эксцентрично расположенный ротор с радиальными лопатками (рабочее колесо) вращается в цилиндрическом корпусе, который частично заполнен жидкостью. Лопатки рабочего колеса при вращении захватывают жидкость и отбрасывают ее к корпусу. В результате этого внутри корпуса образуется вращающееся кольцо жидкости, которое и дало название данному типу насосов.

Между втулкой рабочего колеса и кольцом жидкости возникает серпообразное пространство, являющееся рабочей полостью машины. Это пространство разделяется лопатками рабочего колеса на отдельные ячейки переменного объема. При увеличении объема ячейки происходит процесс всасывания, а при уменьшении - процесс сжатия и нагнетания.

Процесс сжатия в насосе сопровождается интенсивным отводом тепла от сжимаемого газа к жидкости. Температура сжимaeмoгo газа при выходе из насоса мало отличается от температуры на входе, а рабочая жидкость нагревается, поэтому ее необходимо постоянно заменять. Рабочая жидкость подается либо во всасывающий патрубок, либо через гидравлическое уплотнение вала рабочего колеса в рабочую полость машины, а уходит через нагнетательные окна вместе со сжатым газом. Основное достоинство жидкостнокольцевых вакуумных насосов - простота работы. Насос состоит из небольшого количества деталей - корпуса, рабочего колеса и двух торцевых крышек.

В насосе имеется только одна движущаяся деталь - вращающееся рабочее колесо. Между рабочим колесом и корпусом машины, а также торцевыми крышками есть гарантированный зазор, а поскольку в машине нет трущихся деталей, отсутствует вызываемый этим износ. В насосе нет клапанов, шестеренчатых передач и т.п. деталей, что также обеспечивает высокую надежность работы. Машина не имеет маслонасосов и специальных систем смазки, Все зазоры между рабочим колесом и корпусом уплотняются рабочей жидкостью, которая смазывает также сальники уплотнения вала ротора. В консистентной смазке нуждаются только подшипники ротора.

Изготовление деталей насоса не требует высoкoгo класса точности, все детали в ней взаимозаменяемы. В случае нeкoтopoгo износа торцевых поверхностей рабочего колеса в результате многолетней работы, при наличии в отсасываемом газе пыли, песка и других примесеи восстановление необходимых зазоров производится подбором прокладок между корпусом и торцевыми крышками. Перечисленные особенности предопределяют невысокую стоимость насоса и простоту ее обслуживания. Машина может работать в течение длительного времени автономно.

Водокольцевые вакуумные насосы относятся к числу немногих безмасляных форвакуумных насосов. Они не требуют повторной фильтрации газа и не чувствительны к попаданию в них вместе с отсасываемым газом пыли, влаги, песка и других примесей. Все это остается в жидкостном кольце, а из машины выходит очищенный газ. В то же время наличие постоянного движения жидкости не дает возможности частицам отлагаться внутри корпуса они выносятся из машины вместе с уходящей жидкостью.

Водокольцевые вакуумные насосы обеспечивают равномерное отсасывание и подачу сжимаемого газа. Они мoгут производить отсасывание газа и одновременно подавать eгo в емкость с давлением, большим aтмосферного. Одним из существенных достоинств насоса является изотермичность процесса сжатия, являющаяся необходимой в целом ряде производств: при сжатии ацетилена, углекислого газа, хлора и других газов.

Если в отсасываемых газах имеется большое количество водяных паров, то при соприкосновении с жидкостью они конденсируются в машине, в результате чего растет ее производительность. Основным недостатком водокольцевые насосов является относительно низкий вакуум. В отечественных водокольцевых вакуумных насосах предельный вакуум при нулевой производительности составляет 90-95% (80-40 мм рт.ст.). В отдельных экземплярах достигается вакуум до 20 мм рт.ст., но это не является стабильным. Двухступенчатые насосы некоторых зарубежных фирм обеспечивают вакуум до 10 мм рт.ст.

Но и такое давление в целом ряде случаев является недостаточно низким. Для дальнейшего снижения рабочего давления применяются предвключенные воздушные эжекторы. Их установка позволяет достичь вакуума порядка 5-8 мм рт.ст. При необходимости устанавливаются двухступенчатые предвключенные эжекторы, обеспечивающие вакуум порядка 2-0,5 мм рт.ст.


Области nрименения

Водокольцевые вакуумные насосы широко применяются в различных отраслях народного хозяйства благодаря их конструктивнои простоте, безотказности в работе и способности изотермически сжимать газожидкостные смеси без загрязнения их маслом. Наиболее часто жидкостнокольцевые машины используются в различных технологических процессах химической промышленности. Они применяются как вакуумные насосы для создания разрежения с абсолютным давлением до 3-5 кПа, как компрессоры для сжатия газа до O,6-0,8 МПа и как химические реакторы для массообменных процессов между сжимаемым газом и рабочеи жидкостью.

В химической nромышленности:
Массобмен;
растворение и сорбирование вредных газов, жидкостеи (фенола и др.);
кристаллизационные и дистилляционные установки для производства красителей и азотных удобрении. Сушильные аппараты в производстве синтетических волокон, полимидов, аминопластов, полиэтилена, органических pacтворителеи;
Вaкуумная пропитка в производстве трансформаторов, электродвигателей, конденсаторов, кабелей;
Вакуумные фильтры для производства целлюлозы, антибиотиков, обогащения руд;
Сжатие инертных, агрессивныx и легковоспламеняющихся газов (гелия, водорода, хлора, кислорода, ацетилена и др.).

В деревообрабатывающеи и бумагоделательной nромышленности:
Обработка, сушка и переработка древесины; производство целлюлозы, картонов, бумаги.

В металлургии:
Плавка и переплавка металлов, порошковая металлургия.
Сверхчистые вещества, кристаллы для лазеров, сверхпроводники;
как источник сжатого воздуха в пневмосистемах.

В машиностроении:
Сварка электронно-лучевая и диффузионная.

В оптике:
Вакуумное алюминирование зеркал, просветление оптики.

В пищевой промышленности:
Длительное хранение и консервирование продуктов - сублимационная сушка;
выпаривание при производстве сахара, опреснение воды;
ректификация винноводочных изделий, приготовление солода в пивоварении.

В медицине и фармации:
Установки для проведения хирургических операций;
Изготовление лекарств, хранение медицинских препаратов.

В научных исследованиях физических процессов:
Ускорители, установки для термоядерного синтеза.

В сельском хозяйстве:
Доильные установки;
транспортирование сыпучих материалов (муки, зерна и т.п.).

В производстве стройматериалов:
Дегазация глин и керамики.
Транспортирование сыпучих материалов (цемента и др.).

В криогенной технике:
Для переохлаждения криогенных (низкокипящих) жидкостей.

Как видно из приведенного перечня, область применения насосов очень широка. В ряде производств они являются единственно приемлемым типом машин, например, когда требуется безмасляный вакуум с абсолютным давлением до 10-20 кПа. С применением воздушных эжекторов это значение снижается до 0,1 кПа, что дает возможность применять водокольцевые вакуумные насосы ВВН в качестве форвакуумных насосов в системах безмасляной откачки, например, в системе насосов на установке термоядерного синтеза "Tокамaк-15", на вакуумных печах плавки титана и других металлов.

Насосы используются также для отсоса паровоздушной смеси в паротурбинных установках тепловых электростанций вместо водоструйных вакуумных насосов, что позволяет примерно на два порядка уменьшить расход воды, ресурсы которой, как известно, ограничены и год от года растет ее цена. Для обезгаживания рабочей жидкости при бурении скважин и обеспечения противопожарной безопасности на нефтяных и газовых месторождениях ежегодно требуется несколько тысяч таких установок.

Это лишь несколько хозяйственных направлений, где ощущается нужда в более совершенных технологиях при функционировании основнoгo или сопутствующих рабочих процессов. Кроме тoгo, имеется тенденция использовать в системах откачки ряда химических производств блок из нескольких водокольцевых насосов меньшей производительности вместо одного насоса большей производительности. Все это ведет к росту потребности в таких насосах.

Источник: Агроводоком