жидкостный кольцевой насос 

Жидкостный кольцевой насос — это машина с положительным смещением, в которой в качестве рабочей среды используется жидкость. Он в основном используется для откачки вакуума (вакуумный насос) или сжатия газа (компрессор). Благодаря простой конструкции и высокой адаптивности он широко применяется в промышленности. В следующих разделах представлен обзор основных концепций, принципов работы, конструктивных компонентов, классификации, характеристик и областей применения насоса:

I. Основные понятия

Жидкостный кольцевой насос работает за счет вращения рабочего колеса, которое приводит в движение рабочую жидкость (такую как вода, масло или антифриз) внутри корпуса насоса, образуя «жидкостное кольцо». Изменения объема между жидкостным кольцом и лопастями рабочего колеса обеспечивают всасывание, сжатие и выпуск газа. Основной принцип заключается в «уплотнении газа жидкостью», при котором жидкость действует как уплотнение, предотвращающее утечку газа, а также выполняет функции охлаждения и смазки.

II. Принцип работы

Основной принцип работы жидкостных кольцевых насосов — «циклические изменения объема», конкретный процесс которых выглядит следующим образом:

1. Формирование жидкостного кольца: в корпус насоса впрыскивается необходимое количество рабочей жидкости. Когда рабочее колесо (установленное эксцентрично внутри корпуса насоса) вращается, жидкость под действием центробежной силы отбрасывается к стенке корпуса насоса, образуя замкнутое «жидкостное кольцо», концентрическое по отношению к корпусу насоса. Между жидкостным кольцом и рабочим колесом образуются несколько герметичных небольших камер (рабочих камер), разделенных лопастями.

2. Процесс всасывания: когда рабочее колесо вращается в сторону всасывающего отверстия, объем рабочей камеры постепенно увеличивается с вращением рабочего колеса (из-за эксцентричности рабочего колеса расстояние от жидкостного кольца здесь увеличивается), а давление внутри камеры уменьшается, в результате чего газ всасывается в рабочую камеру.

3. Процесс сжатия: по мере продолжения вращения рабочего колеса объем рабочей камеры постепенно уменьшается (расстояние от жидкостного кольца здесь уменьшается), и газ внутри камеры сжимается, в результате чего давление увеличивается.

4. Процесс выхлопа: когда рабочая камера соединяется с выпускным отверстием, сжатый газ выталкивается из корпуса насоса под давлением, завершая один рабочий цикл.

III. Структурный состав

Основные компоненты жидкостного кольцевого насоса включают:

• Рабочее колесо: многолопастной (обычно 12–20 лопастей) диск, эксцентрично установленный внутри корпуса насоса, служащий ядром для передачи энергии путем вращения, приводящего в движение жидкость и газ.

• Корпус насоса: цилиндрическая или эллиптическая оболочка, внутренняя стенка которой соприкасается с жидкостным кольцом, образуя внешнюю границу рабочей камеры, и оснащена впускным и выпускным отверстиями (обычно симметрично распределенными).

• Рабочая жидкость: среда, образующая жидкостное кольцо, которая должна соответствовать таким требованиям, как совместимость с обрабатываемым газом (отсутствие реакции, отсутствие растворения) и низкое давление насыщенных паров (для минимизации влияния на уровень вакуума). Наиболее часто используется вода (отсюда и название «водяной кольцевой насос»). .

•Вал и уплотнительное устройство: вал приводит в движение рабочее колесо, а уплотнительное устройство (например, механические уплотнения или сальниковые уплотнения) предотвращает утечку рабочей жидкости и газа.

4. Классификация

Классификация может основываться на различных параметрах:

1. По рабочей жидкости: водяной кольцевой насос (наиболее распространенный, использующий воду в качестве среды), масляный кольцевой насос (использующий масло в качестве среды, подходит для применений, чувствительных к воде) и коррозионно-стойкий жидкостный кольцевой насос (использующий коррозионные жидкости, такие как кислоты или щелочи, для работы с коррозионными газами).

2. По конструктивной ступени: одноступенчатый жидкостный кольцевой насос (1 рабочее колесо, более низкое конечное давление вакуума, примерно от -0,08 до -0,09 МПа), двухступенчатый жидкостный кольцевой насос (2 рабочих колеса, соединенных последовательно, более высокое конечное давление вакуума, до -0,095–0,098 МПа).

3. По применению: жидкостные кольцевые вакуумные насосы (для вакуумной экстракции), жидкостные кольцевые компрессоры (для сжатия газа, с давлением на выходе обычно ≤0,2 МПа).

5. Основные характеристики

• Преимущества:

a. Простая конструкция, отсутствие металлических фрикционных компонентов (рабочее колесо изолировано от корпуса насоса жидкостным кольцом), минимальный износ, длительный срок службы и простота обслуживания;

b. Может извлекать газы, содержащие жидкости, пыль или мелкие частицы (жидкость может вымывать примеси и вряд ли вызовет засоры) ;

c. Рабочая жидкость может охлаждать газ, что делает его пригодным для извлечения горючих и взрывоопасных газов (нет риска искр).

• Недостатки:

a. Низкий КПД (обычно 30–50 %) из-за энергопотребления при циркуляции рабочей жидкости;

b. На уровень вакуума значительно влияет температура рабочей жидкости (более высокие температуры увеличивают давление насыщенных паров жидкости, ограничивая предельный вакуум);

c. Скорость откачки уменьшается с увеличением уровня вакуума, что делает его непригодным для применения в условиях сверхвысокого вакуума.

6. Области применения

Благодаря своей высокой адаптивности жидкостный кольцевой насос широко используется в:

• Химической промышленности: вакуумная дистилляция, испарение, кристаллизация, фильтрация и т. д.;

• Фармацевтической промышленности: вакуумная сушка, транспортировка материалов (для предотвращения загрязнения);

• Пищевой промышленности: вакуумная упаковка, дегидратационная обработка;

• Охрана окружающей среды: отсасывание запыленных выхлопных газов, аэрация сточных вод;

• Энергетика: вакуумная экстракция турбин, отвод выхлопных газов из систем конденсации и т. д.

Резюме: Жидкостные кольцевые насосы — это тип универсального гидравлического оборудования, основанного на принципе «жидкостного кольцевого уплотнения + изменения объема». Благодаря своим грязеотталкивающим, влагостойким и простым в обслуживании характеристикам, они незаменимы в ситуациях, требующих работы со сложными газами (содержащими жидкости или пыль).

Переведено с помощью DeepL.com (бесплатная версия)