Жидкостно-кольцевой насос

Входной порт этого жидкостно-кольцевого насоса можно увидеть справа, а выходной порт частично скрыт слева. Жидкостное уплотнение изображено синим цветом.

Жидкостно -кольцевой насос прямого вытеснения представляет собой вращающийся газовый насос , в котором жидкость под действием центробежной силы действует как уплотнение .

Описание операции

Жидкостно-кольцевые насосы обычно используются в качестве вакуумных насосов , но также могут использоваться в качестве газовых компрессоров . Функция жидкостно-кольцевого насоса аналогична работе пластинчато-роторного насоса , с той разницей, что лопасти являются жесткой частью ротора и перемешивают вращающееся кольцо жидкости, образуя уплотнение камеры сжатия. Они по своей сути имеют конструкцию с низким коэффициентом трения, при этом ротор является единственной движущейся частью. Трение скольжения ограничивается уплотнениями вала. Жидкостно-кольцевые насосы обычно приводятся в действие асинхронным двигателем .

Жидкостно-кольцевой насос сжимает газ за счет вращения лопастного рабочего колеса, расположенного эксцентрично внутри цилиндрического корпуса. Жидкость (часто вода) подается в насос и за счет центробежного ускорения образует движущееся цилиндрическое кольцо, прижимающееся к внутренней части корпуса. Это жидкостное кольцо создает ряд уплотнений в пространствах между лопатками рабочего колеса, которые образуют камеры сжатия. Эксцентриситет между осью вращения рабочего колеса и геометрической осью корпуса приводит к циклическому изменению объема, заключенного между лопатками и кольцом.

Газ (часто воздух) всасывается в насос через впускное отверстие на боковой стороне корпуса. Газ задерживается в камерах сжатия, образованных лопатками рабочего колеса и жидкостным кольцом. Уменьшение объема, вызванное вращением рабочего колеса, сжимает газ, который выходит через выпускное отверстие в боковой части корпуса.

Сжатый газ на выходе из насоса содержит небольшое количество рабочей жидкости, которую обычно удаляют в парожидкостном сепараторе .

История

получила патент Самые ранние жидкостно-кольцевые насосы датируются 1903 годом, когда в Германии компания Siemens-Schuckert . Патент США № 1 091 529 на жидкостно-кольцевые вакуумные насосы и компрессоры был выдан Льюису Х. Нэшу в 1914 году. Они были изготовлены компанией Nash Engineering Company в Норуолке, Коннектикут, США. Примерно в то же время в Австрии компании Siemens-Schuckertwerke был выдан патент 69274 на аналогичный жидкостно-кольцевой вакуумный насос.

Приложения

Эти простые, но очень надежные насосы находят разнообразное промышленное применение. Они используются для поддержания вакуума в конденсаторе на больших паротурбинных генераторных установках путем удаления неконденсирующихся газов, где уровень вакуума обычно составляет 30–50 мбар. Они используются на бумагоделательных машинах для обезвоживания пульпы и извлечения воды из прессового войлока. Еще одним применением является вакуумное формование формованных изделий из бумажной массы ( коробок для яиц и другой упаковки). Другие применения включают восстановление почвы, когда загрязненные грунтовые воды извлекаются из колодцев с помощью вакуума. В нефтепереработке при вакуумной перегонке также используются жидкостно-кольцевые вакуумные насосы для создания технологического вакуума. Жидкостно-кольцевые компрессоры часто используются в улавливания паров системах . В индустрии экструзии пластмасс он используется в качестве вакуумных насосов для дегазации .

Дизайн

Одно- и многоступенчатые

Одноступенчатый вакуумный насос

Жидкостно-кольцевые системы могут быть одно- и многоступенчатыми. Обычно многоступенчатый насос имеет до двух каскадных ступеней сжатия на общем валу. При работе в вакууме достижимое снижение давления ограничивается давлением пара кольцевой жидкости. Когда создаваемый вакуум приближается к давлению паров кольцевой жидкости, увеличивающийся объем пара, выделяемого из кольцевой жидкости, уменьшает оставшуюся вакуумную емкость. Эффективность системы снижается по мере приближения к пределу.

Одноступенчатые вакуумные насосы обычно создают вакуум до 35 торр (мм рт. ст.) или 47 миллибар (4,7 кПа), а двухступенчатые насосы могут создавать вакуум до 25 торр, при условии, что перекачивается воздух, а кольцевой жидкостью является вода при температуре 15°. C (59 °F) или меньше. Сухой воздух и температура воды-герметика 15 °C являются стандартными показателями производительности, которые большинство производителей используют для своих кривых производительности.

Рециркуляция кольцевой жидкости

Некоторое количество кольцевой жидкости также увлекается газообразным выпускным потоком. Эта жидкость отделяется от газового потока другим оборудованием, внешним по отношению к насосу. В некоторых системах сбрасываемая кольцевая жидкость охлаждается теплообменником или градирней , а затем возвращается в корпус насоса. В некоторых рециркуляционных системах загрязнения из газа задерживаются в кольцевой жидкости, в зависимости от конфигурации системы. Эти загрязнения концентрируются по мере рециркуляции жидкости и в конечном итоге могут привести к повреждению и сокращению срока службы насоса. В этом случае необходимы системы фильтрации, обеспечивающие поддержание загрязнения на приемлемом уровне.

В нерециркуляционных системах сбрасываемая горячая жидкость (обычно вода) рассматривается как поток отходов. В этом случае для восполнения потерь используется пресная прохладная вода. Из экологических соображений такие «прямые» системы становятся все более редкими.

Выбор жидкости

Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы могут использовать в качестве герметизирующей жидкости любую жидкость, совместимую с технологическим процессом, при условии, что она имеет соответствующие характеристики давления пара. Хотя наиболее распространенным герметиком является вода, можно использовать практически любую жидкость. Второй по распространенности герметик – масло. Поскольку масло имеет очень низкое давление паров, жидкостно-кольцевые вакуумные насосы с масляным уплотнением обычно имеют воздушное охлаждение. При использовании сухого газообразного хлора концентрированная серная кислота в качестве герметика используется .

Возможность использования любой жидкости позволяет жидкостно-кольцевому вакуумному насосу идеально подходить для регенерации растворителя (паров). Например, если в результате такого процесса, как перегонка или вакуумная сушка, образуются пары толуола , то в качестве герметика можно использовать жидкий толуол, при условии, что охлаждающая вода достаточно холодная, чтобы поддерживать давление паров герметизирующей жидкости на достаточно низком уровне, чтобы вытягивать желаемый вакуум.

Ионные жидкости в жидкостно-кольцевых вакуумных насосах могут снизить вакуумное давление примерно с 70 мбар до уровня ниже 1 мбар.