Принцип работы и устройство вакуумной автоматической жидкостной станции

Жидкостная вакуумная станция — особый класс оборудования. Её отличие от обычных вакуумных установок — использование жидкости непосредственно в рабочем цикле насоса. Не для охлаждения, не для смазки — а как рабочий орган. Это даёт уникальные преимущества там, где откачиваемый газ содержит пары, конденсат или агрессивные компоненты. И одновременно определяет границы применимости.

Основа станции — водокольцевой вакуумный насос. Вокруг него — система подготовки и циркуляции рабочей жидкости, автоматика управления, вспомогательная обвязка. Всё вместе и называется жидкостной вакуумной станцией.

В отличие от пластинчато-роторных или скроллерных насосов, где рабочим органом служит механический элемент, здесь роль уплотнения и рабочего органа одновременно играет кольцо жидкости, вращающееся внутри корпуса.

Рабочее колесо с лопатками вращается эксцентрично относительно корпуса. Корпус частично заполнен рабочей жидкостью — обычно водой. При вращении центробежная сила отбрасывает жидкость к стенкам, и она образует кольцо, повторяющее форму корпуса.

Между ступицей колеса и кольцом жидкости возникают серповидные камеры. Из-за эксцентриситета объём камер циклически меняется: растёт — газ всасывается, уменьшается — газ сжимается и выталкивается. Рабочая жидкость одновременно уплотняет камеры и отводит тепло. Насос получается изотермическим — газ не перегревается. Это важно при работе с термочувствительными или взрывоопасными средами.

Достижимое разрежение — до 25–30 мбар. Для низкого и начала среднего диапазона вполне достаточно.

Устойчивость к влаге — главное преимущество. Капли жидкости и насыщенные паром газы не повреждают насос: жидкость и так рабочее тело. Там, где пластинчато-роторный насос при попадании воды быстро выходит из строя, водокольцевой продолжает работать.

Устойчивость к агрессивным средам — при правильном выборе материалов корпуса (чугун, нержавеющая сталь, специальные сплавы) насос работает с кислотными, щелочными и растворительными парами.

Ограничение по глубине — предел разрежения определяется давлением насыщенных паров рабочей жидкости. При +15 °C для воды — около 17 мбар. При нагреве жидкости предел ухудшается: горячая вода испаряется интенсивнее. Именно поэтому теплообменник в схеме — не опция, а обязательный элемент.

Водокольцевой насос — одноступенчатый (до 30 мбар) или двухступенчатый (до 25 мбар).

Сепаратор жидкости — смесь газа и воды после насоса поступает сюда. Газ выходит в атмосферу. Жидкость возвращается в насос через теплообменник.

Теплообменник — поддерживает температуру рабочей жидкости в допустимом диапазоне. При перегреве ухудшается разрежение и растёт кавитация.

Бак с поплавковым регулятором — часть воды уносится с газом. Поплавковый клапан добавляет воду из водопровода при снижении уровня.

Блок автоматики — управляет насосом, следит за давлением, температурой жидкости и уровнем в баке. Включает и отключает агрегат по уставкам.

Разомкнутая (проточная) — отработанная жидкость сбрасывается в канализацию, поступает свежая из водопровода. Простая схема, не нужен теплообменник, но потребляет много воды.

Замкнутая (рециркуляционная) — жидкость циркулирует по контуру: насос → сепаратор → теплообменник → насос. Расход воды минимален. Требует теплообменника и контроля температуры.

Частично замкнутая — компромисс. Часть воды рециркулирует, часть сбрасывается.

Химическая промышленность — вакуумная дистилляция, фильтрация с парами растворителей и кислот. Пищевая — концентрирование соков, вакуумная варка, упаривание. Бумажная — обезвоживание полотна на бумагоделательных машинах. Фармацевтика — сушка, кристаллизация.

Везде — там, где откачиваемый газ влажный или содержит агрессивные компоненты, а требуемое разрежение не выходит за 30 мбар.

О других типах вакуумных насосов — в статье «Как работает вакуумная станция», о схеме обвязки — в статье «Схема вакуумной станции». Каталог — в разделе компрессорных и вакуумных станций.

Основные точки внимания — качество рабочей жидкости и состояние механического уплотнения насоса. Жёсткая вода образует накипь на рабочем колесе и стенках корпуса. Накипь снижает производительность и увеличивает кавитацию. При жёсткости воды выше 3–4 мг-экв/л рекомендуется умягчение или ингибирование.

Механическое уплотнение (торцевое) — самый изнашиваемый элемент. Признак его износа — подтекание жидкости по валу. Уплотнение меняют превентивно, по регламенту производителя, не дожидаясь течи.