Водокольцевые вакуумные насосы

Разница между линейками состоит почти целиком в материалах проточной части и в сборке. Глубина вакуума у всех одна: 33 мбар. Поэтому выбирают не по вакууму, а по тому, что вы откачиваете и сколько лет насос должен прожить.

• Нужен минимальный бюджет на небольшой объём. Yulo SK − самая компактная пара моделей в каталоге: расход 9 и 12 м³/час, колесо из бронзы, вес от 14 кг, цена от 39 647 ₽.

• Нужен недорогой рабочий насос на 27–500 м³/час. Vetlan SKA-BS − от 43 680 ₽, девять моделей. Корпус и разделительная пластина из чугуна HT250, рабочее колесо из нержавеющей стали AISI 304: колесо стоит в самой нагруженной зоне и защищено от коррозии, а чугунный корпус помогает удерживать отличную бюджетную стоимость. Отдельно отметим разборное крепление колеса вместо посадки «на горячий вал» − колесо и торцевое уплотнение меняются без пресса.

• Откачиваемый воздух несёт абразив или мелкую взвесь. Vetlan SKA-A с чугунным колесом − от 48 084 ₽. Чугун тяжелее переносит влагу, зато лучше держит механический износ и стоит недорого. Это самая «неприхотливая» линейка каталога, по ней же больше всего отзывов.

• Влажный газ, пар, перепады pH. Vetlan SKA-AS − то же колесо AISI 304, но с гарантией 18 месяцев, от 60 934 ₽. Если агрессивна не только среда в камере, но и сама сервисная жидкость, берите полностью нержавеющее исполнение: Vetlan SKA-BSS от 84 032 ₽ или Vetlan SKA-SS от 102 765 ₽ − корпус и колесо из AISI 304.

• Умеренная цена при повышенном ресурсе. Yulo 2BV − колесо из нержавейки, антикоррозионное покрытие рабочей камеры, гарантия 24 месяца, от 50 700 ₽. Завод Yulo делает водокольцевые насосы десятки лет, и статистика отзывов по линейке у нас одна из лучших.

• Взрывоопасная зона. Vetlan SKA-EX − та же гидравлика, но с двигателем в исполнении Ex, от 96 564 ₽.

• Нужен европейский насос. Busch Dolphin LX британской сборки: колесо из AISI 316, расход 25–372 м³/час, шум 70–72 дБ(А), расход сервисной жидкости 3–35 л/мин, от 151 891 ₽. Учтите: антикавитационного клапана по умолчанию в ней нет.

Про направление вращения. Рабочее колесо Vetlan SKA вращается по часовой стрелке — так же, как у европейских насосов. Если вы меняете импортный насос на своей линии, наш вариант встаёт в существующую систему без переделок обвязки.

Водокольцевой насос устроен предельно просто: цилиндрическая рабочая камера, в ней на валу вращается продолговатое рабочее колесо с изогнутыми лопатками. Колесо стоит эксцентрично − не по центру камеры, а со смещением к одной из стенок. Движущаяся деталь в насосе ровно одна, это колесо.

Рисунок 1. Водокольцевой насос в разрезе

На поперечном срезе видно, как насос работает. Расстояние от колеса до стенок камеры по периметру неодинаковое из-за смещения. В камеру залита вода или другая сервисная жидкость. В торцевой плите сделаны два отверстия-порта: большое для входа откачиваемого газа, поменьше − для выхода.

Рисунок 2. Поперечный срез рабочей камеры водокольцевого насоса

Колесо начинает вращаться. Центробежная сила разгоняет жидкость и прижимает её к стенкам камеры равномерным кольцом. Промежутки между лопатками и кольцом превращаются в ячейки разного объёма, как раз потому, что колесо стоит не по центру. Дальше цикл повторяется на каждом обороте:

1. Газ засасывается из откачиваемой ёмкости через входной патрубок и через порт всасывания попадает в ячейку.

2. Ячейка вращается и уменьшается, газ внутри сжимается, давление растёт.

3. Ячейка проходит мимо порта нагнетания, и газ выходит из насоса под давлением.

4. Объём ячейки снова увеличивается, в ней возникает разрежение, и она затягивает новую порцию газа.

Чем глубже вакуум, тем толще становится кольцо воды и тем меньше свободного объёма остаётся в ячейках − производительность падает. На предельной для насоса глубине вакуума она обращается в ноль. По принципу действия водокольцевой насос относится к объёмным: рабочая камера сообщается то со входом, то с выходом, а не с обоими сразу, как у динамических машин.

Обратите внимание на важную деталь: отдельного канала для отвода воды в насосе нет. Сервисная жидкость выходит наружу вместе с газом через нагнетательный патрубок — и именно из-за этого водокольцевому насосу всегда нужна какая-то схема обвязки (см. ниже).

Рисунок 3. Путь газа и сервисной жидкости через насос. Газ заходит через всасывающий патрубок, вода подаётся через отверстие на передней части корпуса, наружу они выходят вместе через нагнетательный патрубок

Деревообработка и производство бумаги

Вакуумная сушка пиломатериалов − классическая задача для водокольцевой машины: из камеры идёт горячий влажный воздух с древесной пылью и смолой, то есть ровно тот поток, на котором масляный насос быстро теряет ресурс. Здесь же производство целлюлозы, бумаги и картона, где насос работает на отсосе воды с сетки и прессовой части. Расходы на бумаге большие, обычно это модели от 165 до 500 м³/час. Влинейке SKA это типоразмеры 5110–5161.

Пищевое производство и упаковка

Вакуумная упаковка, сухая загрузка ингредиентов в тестомес и печь, рафинация и дезодорация растительных масел, консервные линии, молочное производство. Ключевое требование − отсутствие масла в выходящем газе, и водокольцевой насос выполняет его по самой своей конструкции. Если газ или сервисная жидкость контактируют с продуктом, берите нержавеющее исполнение − SKA-SS или SKA-BSS.

Химия, фармацевтика, медицина

Дистилляция и выпаривание, производство моющих средств, очистка фармацевтического сырья, больничные вакуумные системы, стерилизация, стоматологические аспирационные установки. Пары растворителей и постоянная влага требуют колеса из нержавеющей стали: AISI 304 у линеек SKA-BS, SKA-AS, SKA-SS и SKA-BSS. Следите за pH сервисной жидкости − рабочий диапазон 6,5–9,5.

Пластмассы, резина, стройматериалы

Экструзия пластиковых труб, наложение изоляции на кабель, дегазация расплава и удаление водяного пара с поверхности, формование резинотехнических изделий. В строительных производствах − пневмотранспорт цемента и сыпучих, дегазация керамических и глиняных масс. Абразивная пыль в потоке? Повод взять чугунное колесо SKA-A, но если есть твёрдые включения в сервисной жидкости, то водокольцевые вам не подойдут.

Водоподготовка и очистные сооружения

Сжатие анаэробного газа на очистных, аэрация рыбоводных водоёмов, опреснение и дегазация воды. Для биогаза и других взрывоопасных сред есть исполнение SKA-EX.

Вакуумирование больших ёмкостей и прочие задачи

Создание вакуума в реакторах, конденсаторах и смесителях при производстве соусов, кондитерских масс, резиновых деталей. Сюда же относятся текстильные производства (обработка пряжи и нитей, отжим и сушка полотна) и металлургия: порошковая металлургия, вакуумная плавка, производство сверхпроводников, лазерных кристаллов и сверхчистых соединений.

Идеального способа получить вакуум не существует, у каждого типа насоса свои сильные и слабые места:

1. В выходящем газе нет масла. Пожалуй, главное преимущество. Среди безмасляных машин водокольцевые дают довольно глубокий вакуум за небольшие деньги: безмасляные устройства, которые идут глубже (например, спиральные насосы), стоят в разы дороже.

2. Насос не боится грязного и влажного газа. Это свойство, которого нет ни у одного другого вакуумного устройства. Мелкие твёрдые частицы водокольцевой насос переносит спокойно: они уходят вместе с водой через нагнетательный патрубок и оседают в ней. То есть насос попутно очищает откачиваемый газ. Оговорка тоже есть: мы говорим не про абразив. Песок и другие твёрдые включения производитель прямо запрещает, ведь они убивают зазоры и торцевое уплотнение.

3. Сжатие идёт почти изотермически. Газ при сжатии греется, но тут же отдаёт тепло кольцу жидкости, и на выходе его температура почти равна температуре на входе. Обратная сторона: греется сама жидкость, и её приходится охлаждать.

4. Конструкция простая, ремонт возможен своими силами. Движущаяся деталь одна − импеллер. Во время работы он не касается ни стенок камеры, ни торцевой плиты. Наличие зазоров резко снижает требования к точности изготовления и делает водокольцевой насос самой ремонтопригодной вакуумной машиной из существующих. У линейки SKA-BS, например, колесо посажено разборно, а не «на горячий вал» − снять его и добраться до уплотнения можно на месте.

5. Глубина вакуума средняя. Предел для водокольцевых машин 33–150 мбар в зависимости от конструкции и производителя; в нашем каталоге у всех линеек это 33 мбар. Для многих задач этого достаточно, для других − нет. Хуже по вакууму вихревые воздуходувки (до 500 мбар) и безмасляные пластинчато-роторные насосы. Зато пластинчато-роторные насосы с масляным уплотнением уходят до 0,1 мбар и глубже. Оценка нейтральная.

6. Насосу нужна сервисная жидкость, и её нужно куда-то девать. Первый и самый существенный минус. Вода в насосе нагревается и загрязняется, поэтому её приходится либо сливать, либо возвращать по контуру. Три варианта:

• слить безвозвратно − когда жидкость загрязнена и очищать её нецелесообразно;

• вернуть частично;

• вернуть полностью − жидкость ходит по замкнутому контуру через сепаратор для отделения газа и теплообменник для охлаждения.

Раз насос всё время работает с жидкостью, критично качество уплотнения вала. Во всех линейках нашего каталога стоит механическое (торцевое) уплотнение. Сальниковой набивки, с которой у эксплуатационников вечная история с протечками, нет ни у одной линейки.

Расход сервисной жидкости − обязательная характеристика каждой модели, она указана в карточке и вынесена в фильтр.

7. Кавитация. Беда, от которой избавлены все сухие вакуумные машины. При низком давлении на всасывании в кольце жидкости начинают вскипать пузырьки, которые затем схлопываются и разрушают рабочее колесо. Момент слышно: насос начинает трещать и стучать. Лечится регулировкой давления на входе, понижением температуры подаваемой жидкости или установкой антикавитационного клапана.

8. Производительность зависит от температуры воды и влажности газа. Кривые производительности завод создает при температуре жидкости +20 °С и нулевой влажности. Если вода теплее, производительность падает, причём быстро. Влажный газ, наоборот, производительность повышает, особенно вблизи предельного вакуума. Практический вывод: летом, на тёплой оборотной воде, паспортных цифр вы не увидите − это нормально и лечится охлаждением контура.

Проще всего слить выходящую из насоса воду в канализацию. Так и делают, когда откачиваемый газ несёт сажу или другую грязь: жидкость становится грязной, очищать её смысла нет. Но это неэкономично, а иногда просто неудобно.

Самая простая схема с возвратом воды − через сепаратор. Газ с водой выходит из нагнетательного патрубка в сепаратор, газ уходит наружу через отверстие в верхней части, вода оседает и возвращается в насос. 

Рисунок 4. Простейшая схема рециркуляции с сепаратором. Клапан подачи воды закрыт, пока насос выключен, и открывается по перепаду давления при пуске

Проблему нагрева эта схема не решает: тёплая вода с выхода тут же идёт обратно в насос, и производительность падает. Охлаждать её можно тремя способами.

Частичная рециркуляция. Добавляются два элемента: терморегулирующий клапан и дополнительный канал слива. Когда температура переходит заданный порог, клапан подмешивает в сепаратор холодную воду, а излишек тёплой уходит в слив. При правильной настройке подмес составляет всего 10–20 % от общего расхода.

Полная рециркуляция с водяным теплообменником. Появляется теплообменник и второй, внешний контур воды. Жидкость из сепаратора по дороге в насос проходит через теплообменник и отдаёт тепло воде второго контура; подачей в него управляет терморегулирующий клапан.

Рисунок 9. Схема работы водокольцевого насоса с частичной рециркуляцией воды

Полная рециркуляция с двумя теплообменниками. То же самое, но второй контур замкнут и сам охлаждается во втором теплообменнике с вентилятором. Температурой управляет термостат. Полного охлаждения такая схема не даёт: вода на входе в насос будет примерно на 20 °С выше температуры окружающего воздуха.

Логичный вопрос − почему нельзя обдувать вентилятором сразу первый теплообменник. Потому что воздушные теплообменники делают из мягких металлов, меди и алюминия, а примеси в сервисной жидкости их разрушают.

Рисунок 10. Схема работы с полной рециркуляцией и теплообменником

Рисунок 11. Водокольцевой насос в системе с двумя теплообменниками (водяным и воздушным)

Можно ли залить вместо воды что-то другое?

Да, если жидкость совместима с материалами проточной части и укладывается в ограничения по вязкости и плотности. Для Ангара, например, это вязкость до 4 сСт и плотность до 1,2 кг/дм³. На практике чаще всего используют воду, иногда масло или гликолевые смеси в замкнутом контуре. Согласуйте выбор с нами до заказа: от жидкости зависит и глубина вакуума, и подбор уплотнения.

Сколько воды потребляет насос?

Единой цифры нет, она зависит от типоразмера. Расход сервисной жидкости указан в карточке каждой модели, по нему же можно фильтровать каталог. При полной рециркуляции вода почти не тратится, уходит только на подмес для охлаждения, обычно 10–20 %.

Насос трещит и стучит. Что это? Почти наверняка кавитация: при слишком низком давлении на всасывании в жидкостном кольце вскипают и схлопываются пузырьки. Долго так работать нельзя − разрушается рабочее колесо. Поднимите давление на входе, понизьте температуру подаваемой жидкости или поставьте антикавитационный клапан.

Можно ли откачивать запылённый воздух?

Пыль и сажу − да, это сильная сторона водокольцевых: частицы уходят с водой через нагнетательный патрубок. Абразив вроде песка − нет, твёрдые включения запрещены производителем. Требования к жидкости тоже есть: для Vetlan SKA-BS это pH от 6,5 до 9,5 и отсутствие твёрдых частиц.

Насос может работать «на сухую»?

Нет. Без жидкостного кольца сжимать нечем, а торцевое уплотнение остаётся без смазки и охлаждения. Подачу воды открывают одновременно с пуском, а не после.

Летом производительность упала. Насос неисправен? Скорее всего нет. Паспортные кривые сняты при температуре жидкости +20 °С. Тёплая оборотная вода снижает производительность довольно резко. Проверьте температуру на входе в насос и охлаждение контура.

Что будет с насосом зимой на неотапливаемом участке? Воду из камеры нужно слить: замерзая, она разорвёт корпус. Это же правило действует при любой длительной остановке. Застоявшаяся вода оставляет отложения и прихватывает колесо.