Водокольцевые вакуумные насосы - справочная информация
Водокольцевой вакуумный насос (Liquid ring vacuum pump) позволяет создавать в закрытых емкостях вакуум до 33 мбар, что составляет 3,3% атмосферного давления. Для создания вакуума используется жидкостное кольцо, образуемое в результате вращения рабочего колеса (импеллера). Чтобы внутри насоса создавалось жидкостное кольцо, в него непрерывно должна поступать сервисная жидкость. В качестве сервисной жидкости чаще всего используют чистую воду.
Само по себе название водокольцевой насос может вызвать ошибочное суждение, будто этот агрегат предназначен для перекачивания воды. На самом деле его основная цель - откачивать воздух или иной газ из закрытых емкостей (резервуар, цистерна, бочка, банка и т.д.). Поэтому ближайшим родственником водокольцевого вакуумного насоса по назначению является компрессор, а никак не привычный нам насос для перекачивания воды.
В нашем каталоге представлены насосы из Китая, Турции, Великобритании и Германии.
Какой водокольцевой вакуумный насос выбрать?
- Если вам нужен самый недорогой вакуумный насос с приемлемым качеством изготовления, то SL Vacuum SKA-A (Китай) с рабочим колесом из чугуна отлично подойдет. Эти насосы нечувствительны к пыли, частицам грязи, операционной жидкостью традиционно служит вода. Данные модели зарекомендовали себя как вполне надежные и неприхотливые.
- Если вам требуется умеренная цена, но при этом высокое качество, то присмотритесь в линейке Yulo 2BV (Китай). У этих насосов есть рабочее колесо из нержавеющей стали и антикоррозионное покрытие рабочей камеры. Эти насосы в среднем значительно более долговечные чем другие водокольцевые насосы из Китая и уступают лишь лучшим европейским аналогам. Завод Yulo имеет десятки лет опыта в производстве водокольцевых насосов и статистика отзывов клиентов по этой линейке очень положительная.
- Иногда нашим клиентам требуются максимально компактные водокольцевые насосы с небольшой производительностью. В этом случае мы предлагаем Yulo SK (Китай). В этой линейке лишь пара моделей с длиной от 32 см, весом от 14 кг и производительностью всего от 9 м³/час.
- Иногда требуется перекачать газ с высоким содержанием влаги или иных примесей, вызывающих коррозию металла, и для этого вам подойдет насос SL Vacuum SKA из нержавеющей стали AISI 304. Стоимость этих насосов выше, нежели у насосов с корпусом из чугуна, однако разница в цене не драматичная.
- Китайские насосы обеспечивают превосходное отношение цена/качество, но их особенность в том, что рабочее колесо вращается против часовой стрелки. Если ваша система была изготовлена под европейский насос, то разумнее использовать насосы с вращением по часовой стрелке. Самые недорогие насосы с вращением по часовой стрелке Ангара GMVP (Турция). Рабочее колесо этих насосов выполнено из латуни.
- Если вы предпочитаете настоящий европейский насос, то обратите внимание на насосы Busch Dolphin LX британского производства. Их рабочее колесо выполнено из нержавеющей стали. Уровень энергоэффективности этих насосов соответствует самым высоким европейским стандартам. Ценовой уровень насосов - средний.
- И, напоследок, если бюджет не имеет значения и нужен максимально надежный и дорогой водокольцевой насос, то модели Elmo Rietschle 2BV (Германия) удовлетворят ваши запросы.
SL Vacuum SKA-A-2060 | Yulo 2BV-2060 | SL Vacuum SKA-2060_AISI304 | Ангара GMVP 120/030 | Busch Dolphin
LX 0030 B | Elmo Rietschle 2BV2 060 | |
Страна производства | Китай | Китай | Китай | Турция | Великобритания | Германия |
Материал корпуса/импеллера | чугун | чугун/нерж.сталь | нерж.сталь | чугун/латунь | чугун/нерж.сталь | чугун/нерж.сталь |
Макс. расход, м3/час |
27 | 27 | 27 | 24 | 25 | 26 |
Мин. остаточное давление, мбар
|
33 | |||||
Мощность, кВт
|
0,81 | 0,81 | 0,81 | 0,75 | 1,1 | 0,81 |
Входной патрубок, мм | 25 | |||||
Ценовой уровень | бюджетный | ниже среднего | бюджетный | ниже среднего | средний | высокий |
Цена |
540 $ |
745 $ |
913 $
|
624 € |
970 € |
Цена по запросу |
Рублевые цены в таблице приведены ориентировочно и могут меняться по мере изменения курсов валют.
Устройство и принцип работы водокольцевых вакуумных насосов
Водокольцевой насос состоит из цилиндрической рабочей камеры, в которой на валу вращается продолговатое рабочее колесо с изогнутыми лопатками. Колесо расположено эксцентрично (то есть не по центру камеры), а со смещением к одной из ее стенок.
Рисунок 1. Водокольцевой насос в разрезе
На рисунке ниже мы видим поперечный срез рабочей камеры, в которой установлено рабочее колесо с изогнутыми лопатками. Оно расположено не по центру камеры, а со смещением (в нашем случае вверх). Благодаря этому расстояние до стенок камеры у колеса неодинаковое по всему периметру. В рабочей камере залита вода (или другая сервисная жидкость). Также видны 2 отверстия (порта) для входа воздуха (другого откачиваемого газа) в насос и выхода из насоса. Первое из отверстий больше, второе поменьше.
Рисунок 2. Поперечный срез рабочей камеры водокольцевого насоса.
Теперь импеллер начинает вращаться. Под действием центробежной силы жидкость образует равномерное кольцо вдоль внутренних стенок рабочей камеры. Зазоры между лопатками колеса образуют с жидкостным кольцом ячейки разного размера (разный размер как раз обусловлен нецентральным расположением импеллера). Воздух или иной газ засасывается из откачиваемой емкости через входной патрубок насоса и далее через порт входа (всасывания) попадает в ячейку. По мере вращения колеса размер ячейки уменьшается, в результате чего газ внутри ячейки сжимается, создается избыточное давление. При проходе ячейки мимо порта выхода (нагнетания) воздух проходит через порт и выходит из насоса под давлением. Дальше размер ячейки снова увеличивается и в ней создается разрежение. Благодаря этому разрежению воздух снова засасывается через порт входа газа. Цикл повторяется. Чем меньше остаточное давление, тем кольцо воды становится толще, объем свободного пространства в ячейках рабочего колеса становится меньше и производительность падает. При достижении насосом предельно возможной глубины вакуума производительность становится равной нулю. Таким образом, водокольцевой насос относится к объемным насосам.
Теперь посмотрим на этот же процесс под другим углом. На изображении ниже показан путь, который проделывает воздух или иной газ, попадая в корпус водокольцевого насоса. Также показан путь подачи воды или иной сервисной жидкости. Обратите внимание, что специального канала для отвода воды из насоса не предусмотрено, она выходит из него вместе с воздухом через нагнетательный патрубок.
Рисунок 3. Еще одно изображение основных рабочих элементов. Подача воздуха в насос осуществляется через всасывающий патрубок. Вода подается через специальное отверстие на передней части корпуса. Вода и воздух выходят из насоса через нагнетательный патрубок.
Сфера использования
Китайские линейки SKA и Yulo охватывают практически все нижеперечисленные сферы применения. Если ваша система приспособлена под европейский насос, то можно обратить внимание на линейки Ангара (Турция). А в том случае, когда требуется максимально высокое качество – на насосы Busch Dolphin LX (Великобритания) и Elmo Rietschle 2BV (Германия).
- Деревообрабатывающая промышленность: сушка древесины, производство целлюлозы, бумаги, картона и др.
- Пищевая промышленность: сухая загрузка ингредиентов в котел выпекания хлебобулочных изделий, очистка и дезодорирование пищевых (растительных) масел, установки консервирования, молочное производство и др.
- Создание вакуума в больших емкостях может пригодиться на самых разных видах производства: изготовление резиновых деталей, соусов и кондитерских изделий, создание вакуума в конденсаторах и т.д.
- Химическая промышленность: производство моющих средств, дистилляция и выпаривание.
- Текстильная промышленность: обработка пряжи и нитей, высушивание текстиля.
- Производство пластмассы: создание вакуумных упаковок, производство пластиковых труб, покрытие кабеля пластиком, дегазация для удаления водяного пара с поверхности.
- Медицина: больничные вакуумные системы, стерилизация, жидкостные системы для стоматологических кабинетов, очистка сырья для лекарственных препаратов.
- Строительство: транспортировка цемента и других сыпучих материалов, дегазация керамики и глины.
- Металлургическая промышленность: производственные процессы в порошковой металлургии, производство сверхпроводников, лазерных кристаллов и сверхчистых соединений, плавление металлов.
- Водоподготовка: сжатие анаэробного газа для очистки сточных вод, аэрация водоемов для разведения рыбы, опреснение и дегазация воды.
Преимущества и недостатки водокольцевых вакуумных насосов
Существует множество других устройств для получения вакуума и каждое из них имеет право на существование. У каждого есть свои плюсы и минусы. Поставим оценки водокольцевым вакуумным насосам по нескольким основным пунктам.
Глубина создаваемого вакуума +0
Изотермичность процесса сжатия воздуха +1
Стойкость к загрязнению откачиваемого воздуха и способность его очищать +1
Отсутствие масла в выходящем воздухе +1
Простота устройства насоса и длительный срок службы при правильной эксплуатации +1
Необходимость подавать и заменять сервисную жидкость -1
Риск возникновения кавитации в насосе -1
Зависимость производительности от влажности воздуха и температуры сервисной жидкости -1
Теперь разберем каждый из пунктов подробнее.
1. Предельный создаваемый вакуум для водокольцевых насосов составляет 33-150 мбар в зависимости от конструкции и производителя. Этого достаточно в ряде применений, но для других требуется более глубокий вакуум. Худшими характеристиками обладают, например, вихревые воздуходувки (вакуум 500 мбар) и безмасляные пластинчато-роторные насосы (100-200 мбар). Зато пластинчато-роторные насосы с масляным уплотнением способны обеспечивать вакуум до 0,1 мбар. В этом компоненте оценка водокольцевых насосов нейтральная.
2. Отсутствие масла в выходящем воздухе - возможно, самое важное преимущество водокольцевых насосов. Здесь все очевидно. Можно только добавить, что среди безмасляных вакуумных устройств водокольцевые насосы обеспечивают достаточно глубокий вакуум. Те же безмасляные вакуумные устройства, которые обеспечивают глубокий вакуум (например, спиральные вакуумные насосы), стоят намного дороже водокольцевых насосов.
3. Уникальная способность водокольцевых насосов, которой нет ни у одного другого вакуумного устройства - стойкость к загрязнению откачиваемого воздуха. Даже если в воздухе присутствуют твердые частицы (например, сажа), водокольцевой насос к ним нечувствителен. Напротив, эти частицы будут выходить из насоса и оседать в воде (которая, как напомним, тоже выходит из насоса наряду с воздухом). Таким образом откачиваемый газ будет очищаться.
4. Изотермичность сжатия воздуха. В процессе работы водокольцевого насоса откачиваемый воздух сжимается внутри насоса, что приводит к его нагреву. Однако благодаря контакту воздуха с кольцом жидкости, избыточная тепловая энергия передается последней. На выходе из насоса воздух имеет практически ту же самую температуру, что и на входе. У этого плюса есть оборотная сторона. Поскольку жидкость нагревается, ее в насосе необходимо постоянно охлаждать.
5. Простота устройства водокольцевых насосов обусловлена тем, что в них есть только одна движущаяся деталь - импеллер. Во время работы импеллер не задевает ни стенки рабочей камеры, ни торцевую плату. Наличие зазоров резко снижает требования к точности изготовления деталей водокольцевого насоса и делает его наиболее ремонтопригодным подручными средствами среди всех вакуумных устройств.
6. Первым и самым существенным минусом использования водокольцевого насоса является необходимость подведения к нему сервисной жидкости. Во-первых, из-за ее нагрева внутри насоса, во-вторых, из-за возможного загрязнения. В зависимости от сферы применения удаляемая из насоса жидкость может быть:
- удалена безвозвратно (когда жидкость загрязнена и очищать ее нецелесообразно);
- возвращена в насос частично;
- возвращена в насос полностью (в этом случае жидкость циркулирует в замкнутом контуре, проходя через сепаратор для удаления воздуха и через теплообменник для охлаждения).
Поскольку водокольцевые насосы работают с жидкостью, важно использовать качественные уплотнения вала. Если зарубежные производители устанавливаются дорогие механические уплотнения, то на российских моделях пока используются сальниковые набивки. Для инженеров по эксплуатации протечки через сальники являются постоянной головной болью.
Обязательной характеристикой каждой модели водокольцевого насоса является указание расхода сервисной жидкости за единицу времени (обычно литры в час).
7. Второй минус водокольцевых насосов - возможные проблемы с кавитацией. Все другие вакуумные устройства не имеют дела с водой, а потому избавлены от этой беды. При низком давлении на всасывании в кольце жидкости начинают образовываться пузырьки воздуха, которые затем схлопываются, разрушая рабочее колесо. В этот момент насос начинает издавать характерный шум или потрескивание. Возможные варианты избавления от этой проблемы - отрегулировать давление на входе или понизить температуру подаваемой жидкости.
8. Третий минус водокольцевых насосов - зависимость производительности от влажности воздуха и температуры сервисной жидкости. Обычно производители указывают кривые зависимости производительности от глубины вакуума для температуры жидкости +20°С при нулевой влажности воздуха. Если температура возрастает, то производительность падает, причем довольно быстро. Наоборот, влажный воздух повышает производительность насоса, особенно при приближении к предельным значениям вакуума.
Схемы подвода и отвода жидкости для водокольцевого вакуумного насоса
Выходящую из насоса воду проще всего слить в канализацию. В ряде случаев так и поступают, например, если в откачиваемом воздухе есть частички сажи, которые оседают в воде. Поскольку жидкость становится грязной, ее удаляют безвозвратно. Однако такой подход весьма неэкономичен, а в ряде случае неудобен.
На изображении ниже показана простейшая схема рециркуляции воды с использованием сепаратора. Воздух с водой выходят из нагнетательного патрубка и попадают в сепаратор. Воздух выходит наружу через отверстие в верхней части сепаратора, а вода оседает и затем повторно возвращается в насос.
Рисунок 8. Простейшая схема рециркуляции сервисной жидкости с использованием сепаратора. Клапан подачи воды в насос закрыт, когда насос выключен, а при включении насоса реагирует на изменение давления и открывается.
Приведенная выше схема не решает проблемы нагрева воды. Ведь на выходе из насоса вода нагревается, а значит эта же теплая вода будет поступать обратно в насос, что плохо для его производительности. Существует несколько вариантов охлаждения жидкости:
- Частичная рециркуляция
- Полная рециркуляция с использованием теплообменника с проточным водяным охлаждением
- Полная рециркуляция с использованием двух теплообменников, второй из которых с принудительным воздушным охлаждением.
Вначале рассмотрим схему с частичной рециркуляцией. В конструкцию добавляются 2 элемента: терморегулирующий клапан и дополнительный канал для отвода воды. При превышении температуры выше определенного уровня терморегулирующий клапан включает подмес холодной воды в сепаратор. Избыток теплой воды удаляется через дополнительный канал. Если правильно настроить систему, то подмес воды для охлаждения составит всего 10-20% от общего расхода воды.
Рисунок 9. Схема работы водокольцевого насоса с частичной рециркуляцией воды.
Теперь посмотрим схему рециркуляции с использованием теплообменника с водяным охлаждением. На изображении ниже появляется теплообменник и второй внешний контур воды. Жидкость из сепаратора на обратном пути в насос проходит через теплообменник, где отдает тепло воде из дополнительного контура. Терморегулирующий клапан управляет подачей воды в дополнительный контур.
Рисунок 10. Схема работы с полной рециркуляцией и теплообменником
Наконец, последний вариант также предусматривает полную рециркуляцию воды через теплообменник. Разница в том, что дополнительный контур охлаждения является закрытым. Он, в свою, очередь проходит через второй теплообменник, где установлен вентилятор. Принудительное воздушное охлаждение позволяет добиться отвода нужного количества тепла из системы. Термостат необходим для управлением подачей воды во втором контуре. Этот способ не позволяет добиться полного охлаждения воды, она при входе в насос будет примерно на 20°С выше температуры окружающей среды.
Зададимся вопросом, почему нельзя непосредственно охлаждать вентилятором первый теплообменник. Дело в том, что воздушный теплообменник изготавливается из мягких металлов (медь, алюминий), которые могут быть повреждены примесями, присутствующими в сервисной жидкости.
Схема с воздушным охлаждением приведена ниже.
Рисунок 11. Водокольцевой насос в системе с двумя теплообменниками (водяным и воздушным).