Водокольцевой насос: принцип работы

Водокольцевые насосы – это разновидность нагнетающего вакуумного оборудования, применяемого в разных направлениях промышленности. Чаще всего агрегаты применяют для перекачки насыщенных неагрессивных газовых смесей из замкнутой области для создания в ней вакуума нужной глубины. Аппараты этого типа широко представлены на рынке как отечественными, так и иностранными производителями. Они отличаются высокой производительностью, надежностью и большим ресурсом.

Содержание:

1. Общие сведения о водокольцевых вакуумных насосах
2. Устройство водокольцевого вакуумного насоса
3. Принцип работы водокольцевого вакуумного насоса
4. Основные характеристики насосов ВВН
5. Типы водокольцевых вакуумных насосов
6. Виды водокольцевых вакуумных насосов
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

Вакуумные водокольцевые насосы – яркий пример форвакуумного механического нагнетателя объемного действия с водяным или масляным уплотнением соединенных между собой деталей.

С помощью ВВН достигают предельного остаточного давления в - 25-30 Торр при использовании водяной среды или 5-6 Торр с трансформаторным маслом. Показатель ограничен лишь давлением насыщенных паров применяемой рабочей жидкости.

Водокольцевые агрегаты активно применяют в разных отраслях. Причем они могут работать как самостоятельные насосы или входить в состав высоковакуумных откачивающих систем вместе с другими типами вакуумного оборудования.

Устройство водокольцевого вакуумного насоса

Почти все водокольцевые насосы имеют стандартную конфигурацию и включают в себя следующие элементы:

• сам нагнетатель;
• патрубки для ввода и вывода среды;
• магистраль для всасывания газовой смеси;
• выводящая магистраль для газовой смеси;
• приемный бак, в котором накапливается воздух и использованная жидкость;
• выхлопная трубка, устанавливаемая на баке;
• труба для подачи новой воды;
• сливной патрубок, помогающий сливать использованную жидкость из приемного бака;
• барабан цилиндрической формы;
• уплотнительное кольцо;
• ротор с лопатками.

Принцип работы водокольцевого вакуумного насоса

Ротор с радиальными лопатками располагается эксцентрично внутри корпуса агрегата. Данную деталь называют рабочим колесом. При передаче движения от электродвигателя ротор начинает вращаться внутри области, заполненной некоторым количеством жидкости. Лопатки захватывают воду и откидывают ее, постепенно разгоняясь. Отбрасываемая жидкость превращается в водяное колесо, участвующее в перекачивании и сжатии газовой среды.

Между рабочим колесом и образованным водяным кольцом остается свободное пространство серповидной формы. Лопатки при движении делят данное пространство на сектора с переменным объемом. Сначала пространство расширяется и засасывает газ, а затем сжимается, осуществляя сжатие и перенаправление среды.

Разница давлений между полостями позволяет быстро направить газовую среду в центр устройства, где осуществляется ее очистка при помощи водно-кольцевого механизма. Затем ячейки соединяются с выходным отверстием, откуда выпускается полностью очищенный газ.

Особенностью устройств можно считать то, что температура выпускаемого воздуха остается одинаковой на входе и выходе. Газ сначала нагревается, а затем охлаждается прямо в рабочей камере. При этом рабочая жидкость насоса испытывает постоянный нагрев, так что требует регулярной замены.

Использованная жидкость удаляется через нагнетательное окно, а новая заливается через всасывающий патрубок.

Основные характеристики насосов ВВН

Существующие водокольцевые насосы способны успешно решать множество производственных или исследовательских задач. Они обладают следующими характеристиками:

• подача газовой среды – от 1 до 50 кубических метров в единицу времени;
• производительность электродвигателя – от 2 до 100 кВт;
• скорость вращения ротора – от 750 до 1550 оборотов в минуту;
• вес конструкции – от 75 до 2500 кг.

Как можно заметить, разброс в некоторых показателях весьма значительный. Это связано с большим разнообразием доступных водокольцевых вакуумных нагнетателей, среди которых можно подобрать устройство для выполнения конкретных функций. Выбирать оборудование надо исходя из требований к производительности, габаритам и скорости откачивания среды.

Типы водокольцевых вакуумных насосов

Все нагнетатели этого типа можно разделить на три группы в зависимости от назначения и особенностей работы:

• ВВН – водокольцевые вакуумные насосы;
• ВК – водокольцевые компрессоры;
• ДВК – водокольцевые устройства двойного действия.

Виды водокольцевых вакуумных насосов

Отдельно принято рассматривать классификацию ВВН по количеству ступеней и камер. Выделяют разновидности:

• одноступенчатые нагнетатели с одной рабочей камерой;
• одноступенчатые аппараты с двумя рабочими камерами;
• двухступенчатые насосы с двумя рабочими камерами.

В первую группу входят все моноблочные водокольцевые насосы, имеющие один импеллер и одну камеру. Мощность подобного оборудования чаще всего не превышает 15 кВт. Вторая категория объединяет устройства с двумя камерами и двумя импеллерами. Также в системах устанавливается 4 патрубка. Воздух подается одновременно с двух сторон, а каждая камера функционирует независимо.

Двухступенчатые ВВН насосы способны создавать более высокий вакуум, поскольку воздушная смесь при перекачивании проходит поочередно через каждую камеру.

Очень часто водокольцевые нагнетатели используются не в виде самостоятельного оборудования, а как часть вакуумной системы. Они отвечают за поддержание оптимального давления, необходимого для последующего включения высоковакуумных откачивающих приборов.

Отличие одноступенчатых от двухступенчатых ВВН

Главное отличие двухступенчатого насоса от одноступенчатого заключается в более высокой производительности, связанной с последовательным сжатием газовой среды в каждой ступени. При помощи подобных систем удается создать разреженную среду, близкую к предельному вакууму. Они характеризуются надежностью, неприхотливостью к обслуживанию, а также возможностью работы с любыми газами или парами.

Выходной патрубок первой камеры имеет прямое соединение с входом второй камеры. Воздух сначала сжимается и ускоряется, а затем приобретает еще большее давление во второй ступени.

Преимуществом двухступенчатых насосов можно считать функцию дополнительной очистки откачиваемой среды, а также повышение давления на выхлопе всего агрегата. За счет этого сводится к минимуму вероятность возникновения так называемой кавитации, связанной с образованием заполненных газом пузырьков в рабочей жидкости.

Преимущества и недостатки водокольцевых вакуумных насосов

Популярность водокольцевых нагнетателей обусловлена большим количеством преимуществ у приборов этого типа:

• отказ от смазки в рабочих узлах позволяет поддерживать чистоту перекачиваемой среды;
• возможность нормальной работы с загрязненными средами или насыщенными паром газовыми смесями;
• автоматическое охлаждение воздуха прямо в рабочей камере за счет взаимодействия с жидкостью;
• простота и ремонтопригодность конструкции;
• отсутствие трущихся деталей способствует повышению ресурса оборудования;
• достаточно простое управление;
• надежность;
• минимальная опасность для окружающих;
• при грамотном охлаждении выдает КПД на уровне 70%;
• экономичность;
• относительно невысокая стоимость по сравнению с другими типами вакуумных насосов;
• удобный монтаж в любом месте;
• устойчивость к проникновению пыли, грязи и тому подобных посторонних частиц;
• при использовании специальной рабочей среды (вместо воды) можно перекачивать даже агрессивные газовые смеси;
• экологичность.

К недостаткам конструкций относят:

• значительные энергозатраты при вращении водяного кольца;
• подойдет только для создания вакуума низкого уровня или подготовки среды;
• большие размеры, накладывающие ограничения на использование;
• нужно постоянно отслеживать уровень рабочей жидкости в камере и, при необходимости, восполнять ее;
• повышение температуры жидкости может существенно снизить производительность оборудования;
• вероятность появления кавитации, избавиться от которой можно только дополнительным охлаждением рабочей жидкости.

Сфера применения водокольцевых вакуумных насосов

Нагнетатели водокольцевого типа применяются во многих процессах. Их можно встретить на производствах, а также в научных лабораториях, где принципиальным условием является отсутствие масляных паров в перекачиваемой среде.

Основные отрасли использования ВВН:

• поддержание нужных условий для производств в химической промышленности;
• производство бумаги;
• деревообрабатывающая сфера;
• выплавка металлов;
• сварка деталей в машиностроении;
• вакуумная сушка или пропитка материалов;
• создание оптических приборов и полупроводниковой продукции;
• консервация, опреснение, пневматическая транспортировка в пищевой промышленности;
• производство лекарственных средств или препаратов;
• обеспечение нужного давления в хирургическом оборудовании для операций;
• различные исследования в искусственно сформированных условиях;
• оборудование для дойки;
• организация пневмотранспорта для перемещения сыпучих веществ в сельском хозяйстве;
• производство и обработка строительных материалов.

Популярные бренды водокольцевых вакуумных насосов

Существует много производителей, выпускающих водокольцевые насосы разных конфигураций. К наиболее популярным относят следующие фирмы:

Ангара

Отечественная компания, создающая промышленное оборудование для создания вакуума в замкнутых системах. Аппараты эффективны, удобны в использовании, безопасны и не требуют слишком больших вложений.  Востребованными считаются линейки GMPV, GMP и GMVT.

Busch

Продукция этого известного немецкого концерна выделяется высоким качеством сборки, долговечностью и общей надежностью. Распространены аппараты серий Dolphin LA, Dolphin LB и Dolphin LX.

Pompetravaini

Итальянская фирма, выпускающая водокольцевые насосы для продвинутых вакуумных систем с теплообменником и водоотделителем.

Robuschi

Ведущий итальянский бренд, под которым выпущено много производительных водокольцевых агрегатов для разных сфер промышленности. Компания работает с 1941 года и начинала с простой починки центробежных насосов для сельского хозяйства. Сейчас компания создает безмасляные компрессоры, центробежные насосы и жидкостнокольцевые нагнетатели с разными рабочими характеристиками. Самыми популярными представителями представляются модели Robuschi RVS и Robuschi KRVS.

Elmo Rietschle

Одна из самых старых компаний Германии и мира вакуумного оборудования, которая вот уже более ста лет занимается разработкой компрессорного и вакуумного оборудования. Аппараты этого бренда устойчивы к воздействию внешней среды, коррозии, а также агрессивных газовых смесей.

ERSTEVAK

Российский поставщик насосов ВВН. Выпускает все виды водокольцевых насосов от моноблочных модификаций, до водокольцевых вакуумных установок. Компания располагает огромными складскими запасами оборудования и запасный частей, производит наладку, ремонт техники ВВН. В своём ассортименте имеет более 500 модификации водокольцевого оборудования.