Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Водокольцевой вакуумный насос — это объёмный газоперекачивающий насос с жидкостным «поршнем», в роли которого выступает кольцо рабочей жидкости (как правило, воды), формируемое центробежной силой во вращающемся рабочем колесе. Эксцентричное расположение оси колеса относительно оси цилиндрической рабочей камеры приводит к тому, что ячейки между лопатками то увеличиваются в объёме (всасывание), то уменьшаются (сжатие и нагнетание). Принцип удобен тем, что весь процесс сжатия идёт в контакте с водой: газ омывается, охлаждается и очищается, а сам насос почти не боится влаги, пыли и небольших капельных уносов в потоке.
Ниже разобраны устройство водокольцевого вакуумного насоса (ВВН), его рабочий цикл, ограничения по глубине вакуума, требования к рабочей жидкости и её расход, особенности откачки влажных и загрязнённых газов, отличия одно- и двухступенчатых исполнений, схемы обвязки с прямоточной, оборотной и замкнутой циркуляцией воды.
Водокольцевой вакуумный насос (ВВН, liquid-ring vacuum pump) относится к группе механических вакуумных насосов объёмного действия. По терминологии вакуумной техники (ГОСТ 5197) насос такого типа создаёт разрежение за счёт периодического отсечения объёма всасываемого газа и его перемещения к нагнетательному окну — функцию подвижной границы выполняет вращающееся кольцо рабочей жидкости.
В русскоязычной технической литературе и сортаменте чаще встречаются три обозначения: «водокольцевой», «жидкостно-кольцевой» и «насос с жидкостным поршнем». Все три равнозначны; «водокольцевой» — это устоявшееся название, в котором закрепилась самая распространённая рабочая жидкость, но реально насос может работать на любой подходящей низковязкой жидкости.
Главная особенность ВВН — отсутствие сухих скользящих пар внутри проточной части. Лопатки рабочего колеса работают «по воде», а не «по металлу», поэтому насос терпим к капельной влаге, пыли и небольшим загрязнениям в откачиваемом газе.
Базовая конструкция предельно проста и за десятилетия эксплуатации почти не изменилась.
В России и странах ЕАЭС типоразмерный ряд водокольцевых вакуумных насосов общепромышленного применения исторически обозначается аббревиатурой ВВН с двумя цифрами через дефис: первая указывает исполнение по расчётному давлению всасывания (1 — для давления всасывания 0,04 МПа, 2 — для 0,02 МПа), вторая — номинальную производительность в кубических метрах в минуту при этом давлении. Так, ВВН 1-3 — насос исполнения 1 с производительностью около 3 м³/мин при давлении всасывания 0,04 МПа. Типовые типоразмеры: ВВН 1-1,5; 1-3; 1-6; 1-12; ВВН 2-150 и другие.
При остановленном насосе рабочая жидкость занимает нижнюю часть корпуса. При запуске рабочее колесо разгоняет жидкость до угловой скорости, близкой к своей; центробежная сила отбрасывает жидкость от центра вращения и формирует у стенки цилиндрического корпуса вращающееся кольцо жидкости. Геометрический центр этого кольца совпадает с осью корпуса, но не с осью рабочего колеса — оси сдвинуты на величину эксцентриситета e.
Полный рабочий цикл совершается за один оборот рабочего колеса; каждая ячейка проходит цикл «всасывание → перенос → сжатие → нагнетание» один раз. Чем больше лопаток и чем выше частота вращения, тем чаще повторяются циклы и тем выше производительность.
Главная идея конструкции: «поршень» в водокольцевом насосе — это не металлическая деталь, а инерционное кольцо жидкости.
Сжатие газа в ВВН — практически изотермическое: тепло сжатия мгновенно поглощается окружающей жидкостью. Это редкое для объёмных машин свойство, и именно благодаря ему ВВН так хорошо работает с теплочувствительными и взрывоопасными газами при правильной обвязке.
Предельное остаточное давление, которого может достичь водокольцевой насос, ограничено физикой рабочей жидкости. Конструкция работает только до тех пор, пока в зоне всасывания жидкость остаётся в жидком состоянии: при падении давления ниже давления насыщенного пара рабочей жидкости при её температуре вода начинает интенсивно вскипать, кольцо разрушается, насос «срывает».
Принципиальный предел остаточного давления:
pпред ≈ ps(Tж), где ps(Tж) — давление насыщенного пара рабочей жидкости при её температуре в насосе.
pпред ≈ ps(Tж)
ps(Tж)
Для воды (по справочным таблицам термодинамических свойств):
10 °С
1,23 кПа
15 °С
1,71 кПа
20 °С
2,34 кПа
30 °С
4,25 кПа
40 °С
7,38 кПа
Практически достижимое остаточное давление одноступенчатого водокольцевого насоса при работе на воде составляет, по паспортным данным насосов общепромышленного ряда, приблизительно 30–60 мбар (нижняя граница достигается при холодной воде, верхняя — при тёплой и в типовых эксплуатационных условиях). Двухступенчатые исполнения с холодной водой выходят на 25–35 мбар; конкретные значения зависят от типоразмера, температуры рабочей жидкости и режима работы.
Глубина вакуума у ВВН прямо зависит от температуры рабочей жидкости. Чем теплее вода, тем выше предельное остаточное давление и тем ниже фактическая откачивающая способность. Это главный практический критерий выбора схемы обвязки и охлаждения.
Замена воды на жидкость с меньшим давлением насыщенного пара (например, низкокипящие масла, специальные технологические жидкости) позволяет получить более глубокий вакуум — на этом основан принцип жидкостно-кольцевых насосов с маслом или с растворителями вместо воды. Но в общепромышленном применении вода остаётся самой массовой и безопасной рабочей жидкостью.
По числу ступеней сжатия водокольцевые вакуумные насосы делятся на два класса.
Для задач с ещё более глубоким вакуумом водокольцевой насос используют как первую ступень, дополняя его эжектором (газовым или паровым) либо последующим насосом другого принципа (роторно-пластинчатый, винтовой, диффузионный). В такой схеме ВВН обеспечивает рабочее окно, в котором эффективно работает «доводчик».
Рабочая жидкость в водокольцевом насосе одновременно выполняет четыре функции: формирует «поршень», уплотняет зазоры, отводит теплоту сжатия и омывает внутренние поверхности от загрязнений. Чтобы все четыре функции выполнялись стабильно, к жидкости предъявляются требования.
Через рабочую камеру всё время идёт проточный расход воды, который компенсирует унос с нагнетаемым газом и поддерживает температуру кольца. Конкретное значение расхода нормируется производителем для каждого типоразмера; ориентировочно — единицы–десятки литров в минуту для насосов общепромышленного ряда и больше для крупных. В технической документации эту величину обычно называют «расход рабочей жидкости» или «расход уплотняющей воды».
Точный расход рабочей жидкости для конкретного типоразмера всегда берётся из паспорта насоса. Уменьшение проточного расхода ниже паспортного приводит к перегреву воды в кольце, росту давления её насыщенного пара и срыву насоса; избыточный расход напрасно расходует воду и охлаждает уплотнения.
Способ подачи и отведения воды определяет и эксплуатационные затраты, и стабильность работы. На практике распространены три схемы.
Выбор схемы определяется доступностью и стоимостью воды, температурой источника водоснабжения, характером откачиваемого газа (можно ли его сбрасывать с водой в дренаж), и требованиями по стабильности вакуума.
Одно из главных преимуществ ВВН — устойчивость к работе с «трудными» газами, на которых сухие вакуумные насосы либо отказывают, либо требуют сложной предварительной подготовки.
«Сухие» вакуумные насосы (роторно-пластинчатые, винтовые, мембранные) могут давать более глубокий вакуум и меньший расход воды, но требуют тщательной предварительной осушки и очистки газа. На «грязных» и влажных средах их ресурс резко падает. Для откачки конденсата, паров и пылесодержащих газов водокольцевой насос остаётся одним из самых надёжных решений.
Водокольцевой насос занимает уверенную нишу «грубого» промышленного вакуума с устойчивостью к «грязным» средам. В большинстве технологических задач, где не требуется давление ниже примерно 30 мбар, ВВН оказывается оптимальным по сочетанию стоимости, ресурса и надёжности.
В цилиндрический корпус, частично заполненный водой, эксцентрично установлено лопаточное колесо. При вращении центробежная сила формирует у стенки корпуса вращающееся кольцо воды. Поскольку оси колеса и корпуса смещены, между лопатками и водой образуются ячейки переменного объёма: на одной стороне они увеличиваются — туда через распределительный диск засасывается газ, на другой уменьшаются — газ сжимается и выталкивается. Жидкостное кольцо играет роль «поршня».
Из цилиндрического корпуса с патрубками, эксцентрично установленного многолопаточного рабочего колеса, вала с подшипниковыми опорами, торцевого распределительного диска с серповидными всасывающим и нагнетательным окнами, сальникового или торцового уплотнения вала и внешнего сепаратора-газоотделителя. Внутри корпуса — рабочая жидкость, как правило, вода.
Глубина вакуума ограничена давлением насыщенного пара рабочей жидкости при её температуре. Для воды это около 1,7 кПа при 15 °С и 2,3 кПа при 20 °С. По паспортным данным насосов общепромышленного ряда практически достижимое остаточное давление одноступенчатого ВВН лежит в диапазоне примерно 30–60 мбар (лучшие значения — при холодной воде), двухступенчатого — около 25–35 мбар. Глубже опуститься невозможно без замены рабочей жидкости на низкокипящую или без второй ступени откачки иного типа.
Роль уплотняющей и охлаждающей среды у ВВН выполняет вода в рабочей камере; у роторно-пластинчатого — масло. ВВН даёт менее глубокий вакуум (десятки мбар против долей мбар), но превосходно работает с влажными, запылёнными, химически активными газами и не требует специальной осушки потока. Роторно-пластинчатый чувствителен к влаге и парам растворителей, зато даёт глубокий вакуум при компактных габаритах.
Без эксцентриситета (когда ось колеса совпадает с осью корпуса) объёмы ячеек между лопатками не менялись бы и насос не работал бы. Именно смещение оси колеса относительно оси цилиндрической рабочей камеры создаёт ситуацию, при которой ячейки по одну сторону колеса увеличиваются в объёме (всасывание), а по другую — уменьшаются (сжатие).
Чем холоднее, тем лучше. Типовая допустимая температура воды на входе в насос — порядка 15–20 °С; при 25–30 °С предельный вакуум заметно ухудшается, при 40 °С насос практически теряет работоспособность по глубине вакуума. Конкретные ограничения указываются производителем для каждого типоразмера.
Да, и это одно из главных преимуществ водокольцевого насоса. Капельная влага, пары и небольшое количество мелкой пыли просто становятся частью рабочей жидкости и выводятся с нагнетательным потоком в сепаратор. Сухие вакуумные насосы на таких средах либо отказывают, либо требуют сложной предварительной подготовки газа.
Зависит от типоразмера, режима и схемы циркуляции. В прямоточной схеме расход рабочей жидкости — единицы или десятки литров в минуту для общепромышленных насосов и больше для крупных. В оборотной схеме свежей воды нужно в несколько раз меньше, в замкнутой — внешняя вода идёт только на охладитель в теплообменнике. Точное значение всегда берётся из паспорта конкретного насоса.
Это вскипание рабочей жидкости в зоне всасывания, когда давление в ячейке падает ниже давления насыщенного пара воды при её температуре. Сопровождается характерным шумом, вибрацией, эрозией лопаток и распределительного диска. Решается понижением температуры воды, увеличением подсоса газа в всасывающую линию (антикавитационный клапан) или ограничением минимального давления всасывания.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.