Водокольцевой насос – это одна из разновидностей объемных насосов. Устройство используется для создания низкого давления, откачивания газа, пара и воздуха. Оно применяется в ряде различных сфер: от целлюлозно-бумажной и химической отраслей до медицины, фармацевтики, пищевой промышленности.
Устройство и принцип работы
Водокольцевой вакуумный насос имеет несколько основных элементов конструкции:
- цилиндрический корпус с системой уплотнительных колец, внутри которого находится жидкость (как правило, вода заливается до середины);
- импеллер – подвижный ротор с лопастями, ось которого не совпадает с осью корпуса;
- двигатель;
- система патрубков для подачи/выведения воздуха;
- опорная плита;
- система охлаждения (как правило, воздушная);
- сепаратор.
При запуске двигатель начинает вращаться, приводя в движение импеллер. При этом возникает центробежная сила, которая захватывает рабочую жидкость. В результате образуется водяное кольцо, ось которого совпадает с осью цилиндрического корпуса, а также серповидное свободное пространство вокруг оси импеллера – герметичная камера. Лопасти ротора при этом образуют ячейки, размер которых изменяется при вращении.
Откачиваемая среда поступает через входной патрубок, затем распределяется по ячейкам. При движении ротора размер ячеек уменьшается, что приводит к сжатию откачиваемого воздуха или газа. Сжатая среда выводится через патрубок нагнетания, затем выбрасывается в атмосферу либо подаётся в резервуар для последующего использования. Перед этим воздух проходит сепаратор, где отделяется от частиц жидкости. Жидкость используется повторно: сразу (при откачке чистого воздуха/газа) либо после предварительной очистки.
Принцип работы устройства подразумевает постоянное уменьшение объема жидкости. Чтобы установка продолжала функционировать, жидкость требуется пополнять.
Типы водокольцевых насосов
В зависимости от конструкции выделяется три разновидности установок:
- Одноступенчатые с одной камерой. Маломощные моноблочные устройства, которые невозможно использовать для создания глубокого вакуума.
- Одноступенчатые с двумя камерами. Камеры работают независимо друг от друга, воздух подается через два отдельных патрубка. Это повышает производительность, но не дает возможности создать глубокий вакуум.
- Двухступенчатые с двумя камерами. Камеры соединены последовательно, обрабатываемый воздух подается через один патрубок и проходит обе рабочие камеры. Это позволяет создать глубокий вакуум. Повышается чистота рабочей среды на выходе.
Помимо количества камер и ступеней, выделяется несколько типов насосов в зависимости от исполнения. Например, для применения на опасных производствах или обработки химически активной рабочей среды используются взрывозащищенные и химически стойкие исполнения. Двигатель взрывозащищенных устройств имеет усиленную раму, что предотвращает его разрушение при возникновении взрывной волны. Внутренние поверхности химически стойких моделей покрыты специальными составами, предотвращающими негативное воздействие химически агрессивных веществ.
Выделяются также эжекторные модели с более интенсивным захватом откачиваемой среды. Эжектор захватывает пассивный (откачиваемый) воздушный поток за счет активного, движущегося в заданном направлении. Это позволяет увеличить скорость откачки, а также обеспечить более низкое рабочее давление.
Основные характеристики насосов:
- Производительность – объем рабочей среды, откачиваемый за минуту.
- Минимальное рабочее давление – уровень вакуума, который может создать устройство. Наиболее глубокий вакуум способны создать двухступенчатые эжекторные модели.
- Расход рабочей жидкости – объем воды, необходимый для работы установки. Эту характеристику необходимо учитывать при расчете расходов на обслуживание оборудования.
- Мощность двигателя – влияет на производительность устройства.
- Габариты и вес – влияют на сложность установки и технического обслуживания. Кроме того, крупные мощные устройства являются источником высокого шумового загрязнения, что может привести к ограничениям на нахождение людей в одном помещении с насосом. Повышенная вибрация при работе больших насосов может потребовать установки дополнительных опор и фундамента.
Преимущества и недостатки водокольцевых насосов
Водокольцевые вакуумные насосы получили широкое распространение по следующим причинам:
- возможность откачки не только чистого воздуха, но и загрязненных воздушных смесей, а также химически агрессивных газов;
- низкая температура откачиваемой среды на выходе благодаря водяному охлаждению, происходящему при прохождении рабочей камеры;
- длительный срок службы и высокая ремонтопригодность благодаря простому устройству и отсутствию трущихся элементов;
- откачиваемая воздушная смесь не контактирует со смазочными материалами, что позволяет при необходимости использовать ее для различных целей.
Недостатки водокольцевых насосов связаны с использованием жидкости в рабочей камере. Во-первых, обрабатываемая рабочая среда захватывает частицы жидкости во время прохождения через камеру, что приводит к необходимости постоянно восполнять уровень воды. Во-вторых, при работе устройства температура воды повышается, что приводит к снижению эффективности. Кроме того, при перегреве жидкости может возникнуть кавитация – нарушение цельности водяного потока из-за образования пузырьков газа во время закипания. Предотвратить это можно, закачивая в насос воду низкой температуры и используя систему воздушного охлаждения устройства.
`
