Водокольцевые вакуумные насосы: устройство и принцип работы

Водокольцевые вакуумные насосы (ВВН) — производительные агрегаты, разработанные для транспортировки густых и вязких сред. Помимо жидкостей, они используются для откачки газов и паров из герметичных резервуаров, перемещения сыпучих материалов, консервации, опреснения, сушки, обслуживания всевозможных технологических процессов, решения других задач.

Содержание:

Общие сведения о ВВН: назначение, особенности.
Устройство водокольцевого вакуумного насоса.
Принцип действия ВВН.
Типы водокольцевых насосов.
Виды вакуумных насосов водокольцевого типа.
Основные характеристики ВВН.
Преимущества и недостатки водокольцевых насосов.
Сфера применения ВВН.
Популярные бренды водокольцевых насосов.

Общие сведения о ВВН: назначение, особенности

Водокольцевые вакуумные насосы (ВВН) — устройства объемного типа, предназначенные для перекачки насыщенных сред в условиях низкого давления или разряжения. Необходимый вакуум создается под действием центробежных сил, образующихся внутри кольцевых камер в процессе вращения ротора. После запуска электродвигателя насосы втягивают газообразный поток и выталкивают его в нужном направлении без каких-либо примесей или загрязнений.

Особенность ВВН в том, что экологичные агрегаты не предназначены для перекачки взрыво- или пожаробезопасных сред. В зависимости от конкретной модели их производительность 4,4–30000 м3/ч при вакууме 25–30 Торр (0,03–0,04 бар, 3,33–4 КПа, 340–407 кгс/м2). Величина максимального разряжения ограничивается давлением насыщенных паров рабочих сред. Помимо воды, возможно использование трансформаторного масла. В этом случае порог предельного вакуума увеличивается в 2 раза.

Устройство водокольцевого вакуумного насоса

Конструкция вакуумных насосов водокольцевого типа, в которых всасывание и отвод рабочей среды осуществляется вдоль оси, состоит из таких элементов:

Корпус. Цилиндрическая оболочка с двумя торцевыми крышками литого типа из нержавеющего сплава X5CrNi, чугуна, углеродистой стали или другого высокопрочного материала.
Рабочее колесо. Литой ротор (импеллер) с лопатками особой конфигурации из нержавеющей стали X5CrNi 18-10\1.4301 или другого высокопрочного сплава. Колесо смонтировано на валу насоса так, что центр его вращения не совпадает с осью корпуса.
Всасывающий канал. Входной патрубок, подключенный к входному окну на корпусе, обеспечивает отсасывание воздуха из приемного бака.
Нагнетающий канал. Патрубок, соединенный с верхней частью приемного бака, куда подается отработанная вода и воздух, выдавливаемый из трубопровода.
Электропривод. Вал электромотора, смонтированный на двух шарикоподшипниках, заходит внутрь корпуса насоса. С помощью предохранительной муфты он соединен с валом насоса, на котором зафиксирован ротор.
Клеммная коробка с блоком управления. Обеспечивает подключение питания, настройку и управление режимами работы ВВН, а также защиту насоса от перегрузок.
Уплотнители. Механические уплотнители вала из карбида кремния, графита или другого материала. Уплотнительные кольца обычно изготавливаются из бутадиен-нитрильного каучука.

Для работы вакуумных насосов водокольцевого типа обычно используются приемные баки из коррозионностойкого сплава. Герметичные емкости комплектуются выхлопными, впускными и сливными патрубками. Первые обеспечивают выпуск воздушной массы, вторые — подачу чистой воды, а третьи — слив жидкости.

Принцип действия ВВН

Работа вакуумных насосов водокольцевого типа осуществляется по следующему принципу. Под действием электропривода рабочее колесо (ротор) вращается внутри корпуса, где изначально есть небольшой объем воды или другой рабочей жидкости. При определенной угловой скорости центробежные силы формируют по контуру ротора жидкостное кольцо. Оно прижимается к стенкам корпуса.

Ближе к оси вращения между лопатками создаются несколько камер. Учитывая эксцентричное расположение вала (оси вращения), объемы этих камер как отличаются друг от друга, так и постоянно изменяются по мере вращения. Сначала они увеличиваются, а потом уменьшаются. Благодаря этому создаются отсеки с низким и высоким давлением. В торцевой крышке имеются специальные окна в области создания максимального (всасывающие) вакуума и минимального (нагнетающие) разряжения.

В верхней части водяное кольцо касается поверхностей ступицы ротора, а в нижней — полностью омывает лопатки. Благодаря этому происходит разделение областей с максимальным и минимальным вакуумом. Чтобы повысить величину разряжения, всасывающие окна делаются с большими размерами, чем нагнетающие отверстия. Плюс к этому, повышенное внимание уделяется качеству уплотнений. В противном случае — ухудшается производительность, снижается КПД.

Типы водокольцевых насосов

В зависимости от варианта конструкции можно купить водокольцевой вакуумный насос одно- или двухступенчатого типа.

Одноступенчатые

Компактные агрегаты, изготовленные по моноблочной схеме. В их конструкции может быть одна или две рабочие полости. В первом случае обеспечивается относительно низкая мощность в пределах 15 кВт. Один ротор также не способен достичь высокой скорости перекачки. Более производительными считаются насосы с двумя рабочими камерами в сочетании с парой импеллеров. Они комплектуются четырьмя патрубками, что дает возможность подавать воздух одновременно через два окна, обеспечивая самостоятельную работу отсеков.

Двухступенчатые

Производительные двухступенчатые ВВН агрегаты с двумя роторами и парой рабочих камер позволяют достичь более высокого разряжения (высокого вакуума) благодаря ступенчатому понижению давления. Их отличие от одноступенчатых моделей в том, что две камеры работают не одновременно, а поочередно, последовательно повышая вакуум. Такое решение дает возможность не только увеличить разряжение, но и значительно повысить скорость транспортировки среды.

Виды вакуумных насосов водокольцевого типа

С учетом конфигурации корпуса, ротора и расположения оси вращения вакуумные насосы водокольцевого типа поставляются двух видов: стандартные и двойного действия. В первом случае — это типовые агрегаты с цилиндрической компоновкой и эксцентричным расположением вала рабочего колеса относительно оси корпуса.

Отличие моделей второй группы в том, что они изготовлены с сечением овальной формы, а ось корпуса и вал электропривода совпадают. Благодаря овальному исполнению, при вращении ротора создается в 2 раза больше рабочих камер по сравнению с обычными моделями. В то же время производительность таких насосов увеличивается лишь в 1,4–1,5 раза. Это происходит из-за того, что часть рабочего объема постоянно вращается внутри «мертвого» пространства. Плюс к этому, увеличивается стоимость оборудования из-за сложной конструкции, а также повышается вероятность разрыва водяного кольца.

Основные характеристики ВВН

Наряду с типом и стоимостью, при выборе вакуумных насосов водокольцевого типа, нужно изучить следующие характеристики предлагаемых моделей:

Производительность (скорость перекачки среды), м³\ч: 1–62400.
Мощность электродвигателя, кВт: 2–100.
Частота вращения вала, об/мин: 750–1500.
Вес агрегата вместе с электродвигателем, кг: 25–2700.

Преимущества и недостатки водокольцевых насосов

Популярность вакуумных насосов водокольцевого типа обусловлена массой уникальных особенностей и достоинств. В их числе:

Долговечность, длительный ресурс, простота обслуживания и эксплуатации благодаря надежной конструкции при минимуме трущихся элементов.
Активный теплообмен исключает чрезмерное повышение температуры, что позволяет перекачивать среды с низким порогом термостойкости, включая быстроразлагающиеся и легко воспламеняющиеся вещества.
Низкий уровень шума независимо от мощности работы.
Высокая производительность в сочетании с широким диапазоном создаваемого вакуума.
Нет утечек и загрязнения транспортируемой среды.

Недостатки: вращение водяного кольца требует ощутимого расхода энергии, высокая цена, большие размеры. Плюс к этому, применение ВВН ограничено довольно низким порогом создаваемого вакуума. Стальные детали, взаимодействующие с водой, подвержены коррозии.

Сфера применения ВВН

Вакуумные насосы ВВН широко используются в металлургии, деревообрабатывающей, медицинской, фармацевтикой, химической и других отраслях. Мощные агрегаты заказывают предприятия по изготовлению оптики, стройматериалов, консервов. Экологичные установки востребованы для организации пневмотранспорта, проведения лабораторных и других исследований.