Pompa z pierścieniem cieczowym - Liquid-ring pump
Pompy o pierścieniu cieczowym jest obrotowy wyporowe pompy .
Są one zwykle używane jako pompy próżniowe , ale mogą być również używane jako kompresory gazu . Funkcja pompy z pierścieniem cieczowym jest podobna do obrotowej pompy łopatkowej , z tą różnicą, że łopatki stanowią integralną część wirnika i ubijają obracający się pierścień cieczy, tworząc uszczelnienie komory ściskania. Mają z natury konstrukcję o niskim współczynniku tarcia, a jedyną ruchomą częścią jest wirnik. Tarcie ślizgowe ogranicza się do uszczelnień wału. Pompy z pierścieniem cieczowym są zazwyczaj napędzane silnikiem indukcyjnym .
Opis działania
Pompa z pierścieniem cieczowym spręża gaz poprzez obracanie łopatkowego wirnika umieszczonego mimośrodowo w cylindrycznej obudowie. Ciecz (zwykle woda) jest podawana do pompy i dzięki przyspieszeniu odśrodkowemu tworzy ruchomy cylindryczny pierścień na wewnętrznej stronie obudowy. Ten płynny pierścień tworzy szereg uszczelnień w przestrzeni pomiędzy łopatkami wirnika, które tworzą komory sprężania. Mimośród pomiędzy osią obrotu wirnika a geometryczną osią obudowy powoduje cykliczną zmianę objętości zamkniętej przez łopatki i pierścień.
Gaz, często powietrze, jest wciągany do pompy przez otwór wlotowy na końcu obudowy. Gaz jest uwięziony w komorach sprężania utworzonych przez łopatki wirnika i pierścień cieczowy. Zmniejszenie objętości spowodowane obrotem wirnika powoduje sprężanie gazu, który trafia do otworu tłocznego na końcu obudowy.
Sprężony gaz na wylocie pompy zawiera pewną ilość cieczy roboczej, która jest zwykle usuwana w separatorze para-ciecz .
Historia
Najwcześniejsze pompy z pierścieniem cieczowym pochodzą z 1903 roku, kiedy w Niemczech przyznano patent firmie Siemens-Schuckert . Patent USA 1 091 529 na pompy próżniowe i sprężarki z pierścieniem cieczowym został przyznany Lewisowi H. Nashowi w 1914 roku. Zostały one wyprodukowane przez Nash Engineering Company w Norwalk, CT. Mniej więcej w tym samym czasie w Austrii przyznano patent 69274 firmie Siemens-Schuckertwerke na podobną pompę próżniową z pierścieniem cieczowym.
Rodzaje i aplikacje
Jedno- i wielostopniowe
Systemy z pierścieniem cieczowym mogą być jedno- lub wielostopniowe. Zazwyczaj pompa wielostopniowa ma do dwóch stopni sprężania na wspólnym wale. W pracy próżniowej osiągalne obniżenie ciśnienia jest ograniczone przez prężność pary cieczy pierścieniowej. Gdy wytworzona próżnia zbliża się do prężności pary pierścieniowej cieczy, rosnąca objętość pary uwalnianej z pierścieniowej cieczy zmniejsza pozostałą wydajność próżni. W rezultacie wydajność systemu spada.
Jednostopniowe pompy próżniowe zwykle wytwarzają próżnię do 35 Torr (mm Hg) lub 47 milibarów (4,7 kPa), a pompy dwustopniowe mogą wytwarzać próżnię do 25 Torr, zakładając, że pompowane jest powietrze, a cieczą pierścieniową jest woda o temperaturze 15 ° C (60°F) lub mniej. Temperatura suchego powietrza i wody uszczelniającej 15°C to standardowa podstawa wydajności, którą większość producentów stosuje w swoich krzywych wydajności.
Recyrkulacja cieczy pierścieniowej
Część cieczy pierścieniowej jest również porywana ze strumieniem odprowadzanym. Ciecz ta jest oddzielana od strumienia gazu przez inne urządzenia znajdujące się poza pompą. W niektórych systemach odprowadzana ciecz pierścieniowa jest chłodzona przez wymiennik ciepła lub wieżę chłodniczą , a następnie zawracana do obudowy pompy. W niektórych systemach z recyrkulacją zanieczyszczenia z gazu zostają uwięzione w cieczy pierścieniowej, w zależności od konfiguracji systemu. Zanieczyszczenia te ulegają koncentracji w miarę recyrkulacji cieczy, co ostatecznie powoduje uszkodzenie i skrócenie żywotności pompy. W takim przypadku wymagane są systemy filtracji, aby zapewnić utrzymanie zanieczyszczenia na akceptowalnym poziomie.
W systemach bez recyrkulacji odprowadzana gorąca ciecz (zwykle woda) jest traktowana jako strumień odpadów. W tym przypadku do wyrównania strat używana jest świeża chłodna woda. Względy środowiskowe sprawiają, że takie systemy „jednorazowe” są coraz rzadsze. Te proste, ale wysoce niezawodne pompy mają różnorodne zastosowania przemysłowe. Służą do utrzymywania próżni skraplacza w dużych zespołach generatorów z turbiną parową poprzez usuwanie nieskraplających się gazów, gdzie poziomy próżni wynoszą zwykle 30–50 mbar. Stosowane są w maszynach papierniczych do odwadniania zawiesiny celulozowej oraz do ekstrakcji wody z filców prasowych. Innym zastosowaniem jest formowanie próżniowe formowanych produktów z masy papierniczej ( kartonów na jajka i innych opakowań). Inne zastosowania obejmują rekultywację gleby, gdzie zanieczyszczona woda gruntowa jest pobierana ze studni za pomocą próżni. W rafinacji ropy naftowej destylacja próżniowa wykorzystuje również pompy próżniowe z pierścieniem cieczowym, aby zapewnić próżnię procesową. Sprężarki z pierścieniem cieczowym są często stosowane w systemach odzyskiwania oparów .
Rodzaj cieczy
Pompy próżniowe z pierścieniem cieczowym mogą wykorzystywać dowolną ciecz zgodną z procesem, pod warunkiem, że ma ona odpowiednie właściwości prężności pary jako ciecz uszczelniająca. Chociaż najczęściej stosowanym uszczelniaczem jest woda, można użyć prawie każdej cieczy. Drugim najczęstszym jest olej. Ponieważ olej ma bardzo niskie ciśnienie pary, uszczelnione olejem pompy próżniowe z pierścieniem cieczowym są zazwyczaj chłodzone powietrzem. Do zastosowań z suchym chlorem gazowym stosowany jest stężony kwas siarkowy .
Możliwość użycia dowolnej cieczy sprawia, że pompa próżniowa z pierścieniem cieczowym idealnie nadaje się do odzyskiwania rozpuszczalnika (par). Jeśli w procesie, takim jak destylacja lub suszarka próżniowa, powstają pary toluenu, to jako szczeliwo można zastosować toluen, pod warunkiem, że woda chłodząca jest wystarczająco zimna, aby utrzymać ciśnienie pary płynu uszczelniającego na wystarczająco niskim poziomie, aby pociągnij żądaną próżnię.
Ciecze jonowe w pompach próżniowych z pierścieniem cieczowym mogą obniżyć podciśnienie z około 70 mbar do poniżej 1 mbar.