Водокольцевые вакуумные насосы: устройство и принцип работы

Водокольцевым называют механический объемный насос, в котором уплотнение реализовано жидкостным слоем по краям корпуса. Активно применяется в пищевой промышленности, металлургии, фармацевтике, деревообработке и других отраслях. Пользуется спросом по причине простой конструкции, ремонтопригодности и долговечности.

Содержание:

1. Общие сведения о водокольцевых вакуумных насосах
2. Устройство водокольцевого вакуумного насоса
3. Принцип работы водокольцевого вакуумного насоса
4. Типы водокольцевых вакуумных насосов
5. Виды водокольцевых вакуумных насосов
6. Основные характеристики насосов ВВН
7. Отличие одноступенчатых от двухступенчатых ВВН
8. Преимущества и недостатки водокольцевых вакуумных насосов
9. Сфера применения водокольцевых вакуумных насосов
10. Популярные бренды водокольцевых вакуумных насосов

Общие сведения о водокольцевых вакуумных насосах

Первый патент на аппарат, напоминающий вакуумный водокольцевой насос, был зарегистрирован в США в 1914 году. С тех пор технология применяется повсеместно. В основном для создания низкого вакуума. Чтобы повысить степень сжатия, производители вместо воды применяют другие жидкости (например, трансформаторное масло). Главный критерий отбора – давление насыщенных паров.

В аппарате можно отследить несколько базовых физических законов. Один из них – влияние центробежной силы на жидкость внутри замкнутой системы. Другой – повышение температуры газа при его сжатии.

Устройство водокольцевого вакуумного насоса

Основные конструктивные элементы:

• Корпус. Имеет цилиндрическую форму, внутри заполнен жидкостью до необходимого уровня. Для предотвращения протекания предусмотрена система уплотнительных колец.
• Импеллер. Главный рабочий элемент в виде подвижного ротора с многочисленными лопастями особой формы (определяется производителем).
• Двигатель. Электрическая машина, передающая энергию вращения на вал, соединенный с импеллером.

Воздух поступает и удаляется из системы через патрубки и распределительный диск. Охлаждение двигателя преимущественно воздушное (вентилятором). Вес устройства передается опорной плите, а через нее на фундамент здания.

Принцип работы водокольцевого вакуумного насоса

В спокойном состоянии жидкостный слой скапливается в нижней части корпуса (обязательно остается пустое пространство сверху). Как только двигатель начинает вращаться, приходит в движение импеллер, установленный на валу. Ротор смещен в сторону относительно центральной оси корпуса. В результате воздух проходит следующие стадии:

1. Всасывание через входной патрубок.
2. Заключение в небольшие объемы, сформированные границами ротора, соседних лопастей и жидкостным кольцом, которое образуется за счет центробежной силы.
3. Постепенное сжатие из-за уменьшения объема «камеры заключения» (если бы ротор располагался по центру, такого бы не происходило).
4. Выход через патрубок нагнетания.

Обычно сжатый газ выбрасывается в атмосферу, но некоторые производства используют и его. Важный элемент системы – поддержание уровня воды. Нельзя нарушать процесс, иначе откачка прекратится.

Типы водокольцевых вакуумных насосов

Распространенные типы по количеству ступеней и камер:

• 1 ступень, 1 рабочая камера;
• 1 ступень, 2 рабочие камеры;
• 2 ступени, 2 рабочие камеры.

Первый тип дешевле остальных, маломощный (до 15 кВт), не подходит для создания глубокого вакуума. Во втором присутствуют уже две зоны, работающие отдельно. Производительность повышается, но и устроено такое оборудование сложнее. Двухступенчатые водокольцевые вакуумные насосы применяются на производствах, где важен высокий вакуум. Удается его создать за счет последовательного расположения камер – газовый поток проходит через обе.

Виды водокольцевых вакуумных насосов

В отечественной производственной практике принято делить насосное вакуумное оборудование на три вида в зависимости от характерных особенностей:

• Эжекторное. Помимо классического ВВН здесь присутствует эжектор – устройство, которое помогает захватывать воздушную среду за счет движения другой. То есть, один поток, двигаясь в заданном направлении, «берет с собой» откачиваемый.
• Химически стойкие. Некоторые агрессивные среды способны разрушить внутренние поверхности устройства. Поэтому они покрываются специальными защитными составами (у каждого производителя свои).
• Взрывозащищенные. Если производственный процесс выйдет из-под контроля, и возникнет взрывная волна, двигатель останется целым благодаря усиленной раме.

Существуют модели, объединяющие в себе сразу три свойства. Такие ВВН используются в особо неблагоприятных и опасных условиях.

Основные характеристики насосов ВВН

Параметры, на которые стоит обратить внимание:

• Производительность (м3/ч). Показывает, какой объем газа способен откачать насос за определенный промежуток времени.
• Минимальное рабочее давление (мм.рт.ст.). Здесь выигрывают эжекторные модели, работающие с низким уровнем давления.
• Расход воды (л/мин). Без рабочей жидкости ВВН бесполезен. Стоит оценить, возможно ли обеспечить в производственных условиях требуемый расход.
• Модность двигателя (кВт). Определяет производительность и нагрузку на электрическую сеть.

Указанные выше характеристики влияют на габариты и вес конструкции. Чем массивнее аппарат, тем сложнее его доставить, установить на место и подключить. Уровень шума и вибраций увеличивается (возможны ограничения на работу людей и насоса в одном помещении).

Отличие одноступенчатых от двухступенчатых ВВН

Главная отличительная черта двухступенчатой модели по сравнению с одноступенчатой – повышенная мощность. Газ сначала сжимается в первой камере, а после достижения требуемого давления попадает во вторую. Такая схема не позволяет рабочей жидкости насытиться воздухом, а сам газ получается чище на выходе.

Одноступенчатые насосы встречаются гораздо чаще, так как в большинстве случаев обеспечивают необходимый вакуум. Двухступенчатые актуальны только там, где важны скорость откачки и мощность. При этом они дороже и сложнее конструктивно (что сказывается на ремонтопригодности).

Преимущества и недостатки водокольцевых вакуумных насосов

Характерные плюсы:

• В камере насоса отсутствуют трущиеся элементы – здесь только ротор и вода. Поэтому насосы надежны и долговечны.
• Принцип действия и конструкция устройства крайне просты. Не придется при каждой неисправности обращаться к заводу-изготовителю. Рабочая камера легко разбирается и собирается.
• Доступная цена (если сравнивать с другими видами вакуумного оборудования).
• Широкая линейка в плане производительности (от миниатюрных на 3 м3/ч до сверхмощных в пределах 62400 м3/ч).
• Применение в конструкции ротора и корпуса нержавеющей стали (решение еще лучше сказывается на долговечности, но есть не у всех брендов).

Недостатки:

• ВВН не подходят для создания глубокого вакуума (остаточное давление газов при заливке воды – около 25 Торр, масла – до 5 Торр).
• Каким бы современным ни был водокольцевой насос, в газе всегда остаются частички рабочей жидкости. Если нужна чистая среда на выходе, придется устанавливать систему фильтрации.
• Коррозионное воздействие воды на конструктивные элементы.

ВВН – универсальная установка, обеспечивающая широкий спектр производственных циклов. Но как раз из-за универсализма такой насос не применяется в особо требовательных сферах. Например, для создания сверхвысокого вакуума лучше взять турбомолекулярное оборудование.

Сфера применения водокольцевых вакуумных насосов

Производственный цикл, где важно отсутствие масляных паров – это сфера деятельности водяных ВВН. Области использования:

• химическая промышленность (пропитка, сушка, производство красителей, фильтрация антибиотиков, сжатие взрывоопасных газов);
• выпуск строительных материалов (пневматическая транспортировка сыпучих фракций);
• деревообработка (производство всех видов изделий из бумаги);
• сельское хозяйство и животноводство (перемещение сыпучих удобрений, доильные аппараты);
• металлургия (выплавка металлов, порошковая обработка металлических деталей);
• наука (лабораторные испытания, имитация сложных условий);
• машиностроение (сварка);
• медицина (помощь во время проведения хирургических операций, фасовка лекарств);
• оптика (повышение прозрачности линз, покрытие зеркал алюминием).

ВВН используются практически на всех промышленных предприятиях, специализирующихся на выпуске упакованных пищевых продуктов. Например, для опреснения воды, розлива алкогольных напитков, формовки сахара, вакуумирования консервных банок.

Популярные бренды водокольцевых вакуумных насосов

Наибольших успехов в производстве вакуумного оборудования добились компании из Германии, Швеции, Италии и США. Не отстают российские поставщики. Популярные бренды:

• Atlas Copco. Известный шведский производитель промышленного оборудования, ведущий историю с 1873 года. Также выпускает генераторы, трансформаторы, электроинструменты и т. д.
• Busch. Немецкий поставщик премиум-класса. Мировой лидер, взявший на вооружение высокие технологии.
• Elmo Rietschle. Еще один представитель Германии. Первоначально существовали две разные компании – Elmo и Rietschle. Позже усилия были объединены.
• ERSTEVAK. Российская компания с недорогим оборудованием в ассортименте.
• Nash. Полное название – Gardner Denver Nash. Немецкая компания с качественной и надежно продукцией.
• Pompetravaini. Узкоспециализированный бренд, ориентированный именно на насосы. Представитель итальянской школы.
• Robuschi. Еще одна компания из Италии, помогающая создать вакуум в промышленных масштабах. Работает с 1941 года.
• Sterling SIHI. Фирма из Германии, поставляющая высокопроизводительное оборудование для крупных промышленных предприятий.
• «Ангара». Русско-турецкая фирма, работающая на отечественном рынке больше 12 лет. Помимо ВВН производит холодильное, климатическое, теплообменное оборудование.
• «Вакууммаш». Старейший российский производитель промышленных насосов (1943 г.). Базируется в Казани. Некоторые модели завода поставляются на рынок в течение 30 лет.
• «Вакуумтех». Отечественная компания, занимающаяся как проектированием, так и реализацией водокольцевых и мембранных аппаратов.

Европейское и американское оборудование – дорогое, но надежное и крайне эффективное. Среднюю категорию составляют отечественные и турецкие бренды: функционала меньше, но отмечаются ремонтопригодность и долговечность. Китайские модели – это доступная цена и простота обслуживания.