НАСОСНАЯ ВАКУУМНАЯ УСТАНОВКА
PUMP VACUUM PLANT

Настоящее изобретение относится к насосостроению, в частности к насосной вакуумной установки, и может быть использовано при проектировании установок общехозяйственного назначения, где используют вакуумную технологию.
Известна насосная вакуумная установка, предназначенная для откачивания газо-водяной смеси, например, в процессе осушки природного газа, содержащая вакуумный насос водокольцевого типа, испаритель (вихревое устройство) с тангенциальным входом жидкости, соединенный с входным патрубком вакуумного насоса, накопительно-разделительный бак, соединенный с выходным патрубком насоса, питательный трубопровод с вентилем, соединенный с всасывающим трубопроводом и вакуумируемую емкость (патент RU 2159357 C1, 1999).
Использование в установке вакуумного насоса водокольцевого типа с испарителем, установленным на всасывающем патрубке, приводит к снижению эффективности рабочего процесса, к усложнению конструкции установки и к высоким энергозатратам.
Наиболее близким по решаемой задаче является известная насосная вакуумная установка, принятая в качестве прототипа, описанная в авторском свидетельстве SU 663885, 1977. Эта установка содержит центробежный насос, вакуумный насос, вакуумируемый бак и предохранительный бачок, смонтированные между двумя насосами и соединительные трубопроводы.
Недостатками этой насосной вакуумной установки являются сложность конструктивного решения, большая металлоемкость и высокие энергозатраты. К тому же установка отличается малой надежностью при эксплуатации, которая обусловлена наличием большого количества трубопроводов; в зимнее время, например, в системах заливки может замерзнуть вода.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по упрощению насосной вакуумной установки, снижению металлоемкости и энергозатрат.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении производительности установки и ее эксплуатационных возможностей при одновременном упрощении и снижении энергозатрат.
Поставленная задача достигается тем, что известная насосная вакуумная установка, содержащая центробежный насос, вакуумный насос, вакуумируемый бак и соединительные трубопроводы, дополнительно содержит емкость для рабочей жидкости, установленную между центробежным насосом и вакуумным насосом и имеющую выход газа в атмосферу и выход для рабочей жидкости, соединенный с входным патрубком центробежного насоса, вакуумный насос выполнен в виде цилиндрической камеры, смонтированной на крышке емкости для рабочей жидкости и имеющей вход для рабочей жидкости, выполненный в виде тангенциального канала и соединенный с выходным патрубком центробежного насоса, вход для газа, соединенный с вакуумируемым баком, и выход для рабочей жидкости, снабженный расширяющимся диффузором, установленным на крышке емкости, и дросселем в виде усеченного конуса, смонтированным внутри диффузора и под крышкой емкости с образованием проходного кольцевого зазора, при этом площадь поперечного сечения кольцевого зазора на входе в диффузор в 2 раза больше площади поперечного сечения тангенциального канала, диаметр цилиндрической камеры в 2,5 раза больше минимального диаметра диффузора, а тангенциальный канал на входе в цилиндрическую камеру имеет прямоугольное сечение по всей высоте цилиндрической камеры.
На чертеже представлена схема насосной вакуумной установки.
Вакуумная установка содержит центробежный насос 1, вакуумируемый бак 2, трубопроводы 3, 4, 5 с вентилями 6, 7, емкость 8 для рабочей жидкости, имеющую выход 9 газа в атмосферу и выход 10 для рабочей жидкости, вакуумный насос, выполненный в виде цилиндрической камеры 11, имеющей вход для рабочей жидкости в виде тангенциального канала 12, вход 13 для газа, и выход, снабженный диффузором 14 и дросселем 15, установленным внутри диффузора с образованием проходного кольцевого зазора 16.
Вакуумная установка работает следующим образом.
При закрытом вентиле 5 открывают вентиль 6, включают центробежный насос 1, в результате чего рабочая жидкость из выхода 10 емкости 8 по трубопроводу 4 поступает во входящий патрубок насоса 1, а затем через его выходящий патрубок по трубопроводу 5 в тангенциальный канал 12 цилиндрической камеры 11. Из камеры 11 рабочая жидкость попадает в проходной кольцевой зазор 16, образованный диффузором 14 и дросселем 15, и далее возвращается в емкость 8.
При этом в центре цилиндрической камеры 11 образуется газовая полость, не занятая жидкостью. При движении рабочей жидкости в цилиндрической камере, имеющей на входе тангенциальный канал 12, за счет сохранения момента количества движения, тангенциальная скорость рабочей жидкости с уменьшением радиуса закручивания увеличивается пропорционально отношению радиуса входа к текущему радиусу закрутки за счет срабатывания статического напора, развиваемого центробежным насосом 1.
Используя центробежный насос 1 и задавая соответствующие геометрические размеры цилиндрической камеры 11 и размеры кольцевого зазора 16 между диффузором 14 и дросселем 15, можно получить тангенциальную скорость жидкости на свободной поверхности до 20-25 м/сек без учета осевой скорости жидкости на входе в диффузор 14. При этом кинетическая энергия потока рабочей жидкости частично преобразуется в потенциальную.
За счет высокой суммарной скорости рабочей жидкости на входе в кольцевой зазор 16 происходит интенсивное «захватывание» газовых частиц из газовой полости, образовавшейся в центральной части цилиндрической камеры 11, и «перенос» их через кольцевой зазор 16 в емкость 8, откуда газ через патрубок 9 удаляется в атмосферу.
После выхода насосной вакуумной установки на режим открывают вентиль 5, в результате чего из вакуумируемого бака 2 удаляется газ, который по трубопроводу 3 и через вход 13 попадает в центральную часть (газовую полость) цилиндрической камеры 11 и далее вместе с потоком жидкости в емкость 8, из которой через выход 10 выходит в атмосферу. Конечное и остаточное давление в емкости 8 зависит от температуры рабочей жидкости в емкости 1 и определяется упругостью паров для данной температуры. Так, например, используя в качестве рабочей жидкости воду с температурой от "плюс" 5 до "плюс" 20°С, остаточное давление в емкости 1 доводят до величины: 20-30 мбар.
Наиболее эффективно технологический процесс в насосной вакуумной установке происходит при условиях: площадь поперечного сечения кольцевого зазора 16 на входе в диффузор 14 в 2 раза больше площади поперечного сечения тангенциального канала 13, диаметр цилиндрической камеры в 2,5 раза больше минимального диаметра диффузора 12, а тангенциальный канал 13 на входе и по всей высоте цилиндрической камеры имеет прямоугольное сечение.
Предлагаемая насосная вакуумная установка сравнительно проще, чем известная по прототипу, обслуживание ее менее трудоемко, и, как показали испытания установки в производственных условиях, производительность ее увеличилась в 2,5 раза, а энергозатраты при этом снижаются на 50%.