Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы - машины с жидкостным ротором

Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы или машины с жидкостным ротором, как их еще называют, часто носят название и водокольцевых насосов по причине частого использования в них воды в качестве рабочей жидкости. Название жидкостно-кольцевых насосов дано на основании принципа действия механизма данного типа насосов. Так, рабочее колесо, что вращается в цилиндрическом корпусе, частью заполненного жидкостью, являет собой эксцентрично расположенный ротор с радиально расположенными лопатками. При вращении лопатки рабочего колеса захватывают жидкость, а после отбрасывают ее к стенкам корпуса. Как результат, образовывается вращающееся кольцо жидкости внутри корпуса насоса. Рабочей полостью аппарата данного типа является серповидной формы пространство, находящееся между втулкой рабочего колеса и кольцом жидкости. Рабочая полость машины делится на отсеки переменного объема благодаря лопаткам рабочего колеса.

В зависимости от объема ячейки происходит либо всасывание (при ее увеличении), либо сжатие и нагнетание (при уменьшении ячейки). При процессе сжатия тепло, подвергнутого сжатию газа, передается жидкости. Это дает возможность сохранить температуру газа практически неизменной – на выходе из насоса и на входе его температуры почти не отличаются. А температура рабочей жидкости повышается, из-за чего появляется необходимость ее регулярной замены. Поступает в насос рабочая жидкость двумя путями: либо посредством всасывающего патрубка, либо посредством гидравлического уплотнения вала рабочего колеса в рабочую полость аппарата. Уходит рабочая жидкость через нагнетательные окна вместе со сжатым газом. Основным плюсом жидкостно-кольцевых вакуумных насосов является простота их работы. Насос содержит небольшое количество деталей – это корпус, рабочее колесо и две торцевые крышки.

Данный тип насоса имеет только одну движущуюся деталь – это вращающееся рабочее колесо. Рабочее колесо и корпус машины, также торцевые крышки имеют гарантированный зазор, а отсутствие в машине трущихся деталей гарантирует износостойкость. Кроме того, отсутствие в насосе таких деталей как шестеренчатые передачи и клапаны также обеспечивает высокий уровень надежности работы аппарата. В необходимости применения маслонасосов и специальных систем смазки насосы с жидкостным ротором также не нуждаются, потому как уплотнение зазоров между корпусом и рабочим колесом, а также смазка сальников уплотнения вала ротора происходит благодаря рабочей жидкости. Консистентная смазка производится только в подшипниках ротора.

Низкую стоимость и простоту использования насоса обеспечивает отсутствие необходимости изготовления деталей высокого класса точности. Износ торцевых поверхностей рабочего колеса появляется спустя много лет службы насоса и при наличии в отсасываемом газе примесей. Такой износ корректируется при помощи подбора прокладок между торцевыми крышками и корпусом.

Водокольцевые вакуумные насосы одни из немногочисленных безмасляных форвакуумных насосов. Такие насосы не нуждаются в многократной фильтрации газа и нечувствительны к наличию в газе разного рода примесей. Примеси остаются в жидкостном кольце, в то время как на выходе из аппарата получаем очищенный газ. К тому же, постоянное движение жидкости препятствует отложению внутри корпуса засоряющих насос частиц – они выводятся им с уходящей жидкостью.

Вакуумными насосами с водой в качестве рабочей жидкости производится равномерное отсасывание и подача сжимаемого газа: одновременно с отсасыванием газа производится и его подача в емкость с давлением, что превышает атмосферное. Водокольцевые вакуумные насосы отличает изотермичность процесса сжатия газа, что является непременным условием при сжатии ряда газов.

Высокое содержание в отсасываемых газах водяных паров взаимодействуя с рабочей жидкостью способствует образованию конденсата в насосе, что, в свою очередь, повышает его производительность.

Среди недостатков водокольцевых вакуумных насосов – относительно низкий вакуум. Так, водокольцевые вакуумные насосы отечественных производителей обеспечивают вакуум до 80-40 мм рт.ст., а некоторые насосы достигают вакуума в 20 мм рт.ст., но он не является стабильным. Двухступенчатые водокольцевые вакуумные насосы зарубежных производителей обеспечивают достижение вакуума в 10 мм рт.ст. Но такие показатели давления в ряде случаев являются недостаточно низкими. В таких случаях, с целью снижения рабочего давления до 5-8 мм рт.ст. используют предвключенные воздушные эжекторы. А для достижения еще более низких показателей вакуума (порядка 2-0,5 мм рт.ст.) применяют двухступенчатые предвключенные эжекторы.

Сферы применения жидкостно-кольцевых вакуумных насосов

Водокольцевые вакуумные насосы нашли применение в ряде отраслей производства преимущественно благодаря доступности, конструктивной простоте в использовании и обслуживании, высокой надежности, возможности изотермического сжатия газожидкостных смесей, не загрязняя их маслом. Жидкостно-кольцевые насосы нашли широкое применение в химической промышленности, где используют их в качестве компрессоров для сжатия газа до 0,6-0,8 мПа, как вакуумные насосы с целью разрежения с абсолютным давлением до 3-5 кПа, а также в качестве химических реакторов для осуществления массообменных процессов между рабочей жидкостью и сжатым газом.

В ряде производств водокольцевые насосы являются единственно приемлемым типом насосов для применения. К примеру, при необходимости использования безмасляного вакуума, абсолютное давление которого достигает 10-20 кПа. А использование воздушных эжекторов дает возможность снизить абсолютное давление до 0,1 кПа, а это в свою очередь делает возможным применение водокольцевых вакуумных насосов в системах безмасляной откачки как форвакуумные насосы.

Вакуумные насосы с жидкостным ротором используются вместо водоструйных вакуумных насосов для отсоса паровоздушной смеси в паротурбинных установках тепловых электростанций, снижая расход воды примерно в два раза. Ежегодно несколько тысяч таких установок используются для обеспечения противопожарной безопасности на газовых и нефтяных месторождениях, а также для дегазации рабочей жидкости во время бурения скважин. Кроме того, жидкостно-кольцевые насосы широко применяются в производстве строительных материалов, где их используют для обезгаживания минеральных масс. Насосы данного типа также нашли применение в кондитерском производстве для ускоренного приготовления карамели, для сушки в ряде производств, в доильных установках и пр.