Pompy próżniowe z pierścieniem cieczowym – klasyczna, a jednak wciąż nowoczesna technologia próżniowa

Rozwój technologii próżniowej trwa od wielu dziesięcioleci i nadal się nie zakończył. Dziś śrubowe pompy próżniowe są używane w technologii przetwórstwa chemicznego i w wielu innych zastosowaniach, podobnie jak suche kłowe pompy próżniowe, które zdobyły pozycję standardowych generatorów próżni w całych gałęziach przemysłu. Rotacyjne łopatkowe pompy próżniowe smarowane olejem to obecnie najnowocześniejszy produkt w wielu dziedzinach, a ze względu na ich rozwój można stwierdzić, że nie osiągnęły one jeszcze szczytu popularności. W swoich obszarach zastosowania są w zasadzie najbardziej powszechnymi pompami próżniowymi.

Zasada działania pompy próżniowej z pierścieniem cieczowym została opracowana w 1890 roku jako „pompa z pierścieniem wodnym”. Pompy próżniowe z pierścieniem cieczowym ze względu na swoją prostą i wytrzymałą konstrukcję (il. 1) nadają się do wytwarzania próżni tam, gdzie usuwane są zawilgocone gazy/opary, lub wtedy, gdy podczas sprężania cieczy występuje tendencja do kondensacji wewnątrz pompy próżniowej. To czyni z nich idealne urządzenia do procesów wilgotnych. Wykorzystuje się je do generowania niskiej próżni w procesach technologicznych, przemyśle chemicznym, przy przetwórstwie ropy i produktów naftowych, do opróżniania skraplaczy turbin parowych, produkcji papieru, w przemyśle spożywczym i w wielu innych obszarach zastosowania w przemyśle.

Zasada działania

Płynem eksploatacyjnym w pompach próżniowych z pierścieniem cieczowym jest woda lub ciecz niereagująca z usuwanym gazem lub parą. Można także używać glikolu etylenowego, olejów mineralnych oraz rozpuszczalników organicznych i innych płynów, które są już częścią procesu. Podstawowa zasada jest taka sama w przypadku wszystkich rozmiarów i wersji.

Mimośrodowo zamontowany wirnik obraca się w cylindrycznej obudowie (il. 2). Obudowa jest tak wypełniona płynem eksploatacyjnym, aby łopatki wirnika były w niej zanurzone. Ruch obrotowy wirnika napędzanego i wynikająca z tego siła odśrodkowa sprawiają, że płyn w obudowie formuje tak zwany pierścień cieczowy. Gaz jest pompowany w przestrzeniach między poszczególnymi łopatkami i pierścieniem cieczowym. Dzięki mimośrodowemu ułożeniu wirnika napędzanego objętości tych przestrzeni zmieniają się, w związku z czym gaz jest zasysany, sprężany i ponownie uwalniany. Pierścień cieczowy uszczelnia poszczególne przestrzenie do cylindra. Z tego powodu czasem zamiast nazwy „płyn eksploatacyjny” stosuje się termin „płyn uszczelniający”.

Mechanizm

Ze względu na płyn eksploatacyjny ten mechanizm może być użytkowany wyłącznie w zakresie niskiej próżni. Dzieje się tak dlatego, że poziom próżni możliwy do osiągnięcia zależy od prężności par i lepkości płynu eksploatacyjnego stale pompowanego przez pompę próżniową. Umożliwia to pracę pompy próżniowej z pierścieniem cieczowym w stosunkowo niskich temperaturach. Pompa działa przy tym głównie izotermicznie. Oznacza to, że pompowane medium podczas sprężania prawie się nie nagrzewa. Z tego powodu pompy próżniowe z pierścieniem cieczowym są praktycznie przeznaczone do pompowania oparów i gazów o dużej wilgotności. Niskie temperatury w pompie próżniowej to preferowane warunki kondensacji wilgotnych par i gazów. W pewnym stopniu oznacza to, że pompa próżniowa działa dodatkowo jako kondensator. W związku z tym, że kondensacja ma miejsce już wtedy, gdy gaz dostaje się do pompy próżniowej, objętość gazu zostaje drastycznie zmniejszona. Oprócz efektu kondensacji powoduje to także zwiększenie nominalnej prędkości pompowania. Płyn eksploatacyjny odprowadza ciepło sprężania, a proces ten sprzyja kondensacji i zwiększeniu wydajności pompowania. Jedną z ważnych zalet pomp próżniowych z pierścieniem cieczowym jest to, że płyn eksploatacyjny oraz materiały, z których wykonano komponenty pompy, można dostosować do pompowanego medium. Dzięki temu możliwe jest pompowanie wybuchowych gazów i par. Ze względu na niską temperaturę roboczą pompowanie materiałów wybuchowych stanowi tu mniejszy problem niż w przypadku dowolnego innego rodzaju mechanicznych pomp próżniowych.

Konstrukcja

Podstawowym rozróżnieniem jest podział na jedno- i dwustopniowe pompy próżniowe z pierścieniem cieczowym. W wersji jednostopniowej proces sprężania opisany powyżej dokonuje się w ramach jednego etapu. W dwustopniowej pompie próżniowej (il. 3) medium wstępnie sprężone w pierwszym etapie transportowane jest do drugiego stopnia sprężania i tam ponownie sprężane. Jednostopniowe pompy próżniowe z pierścieniem cieczowym pozwalają na uzyskanie ciśnienia nie niższego niż 130 hPa (mbar). Wersje dwustopniowe umożliwiają osiągnięcie 33 hPa (mbar).

Produkty znacznie różnią się też rozmiarami. Firma Busch Vacuum Solutions w swoim asortymencie posiada różne serie i wersje pomp próżniowych z pierścieniem cieczowym DOLPHIN. Ich prędkość pompowania mieści się w zakresie 25–26 500 m³ na godzinę.

Warianty

Doprowadzenie i usuwanie płynu eksploatacyjnego może być realizowane na trzy sposoby:

1. Praca bez recyrkulacji
To najprostszy wariant pracy pompy próżniowej z pierścieniem cieczowym. Korzysta się z niego w dowolnym momencie, gdy dostępna jest wystarczająca ilość płynu eksploatacyjnego. Stopień sprężania jest ciągle zasilany płynem eksploatacyjnym. Następnie płyn zostaje odprowadzony razem z gazem i kondensatem.

2. Otwarty obieg płynu
W obiegu otwartym (il. 4) płyn eksploatacyjny po opuszczeniu pompy jest kierowany wraz z gazem do separatora cieczy. Dochodzi tam do separacji cieczy i gazu. Gaz jest odprowadzany lub przenoszony, natomiast świeży płyn eksploatacyjny, dostarczany do separatora cieczy. To gwarantuje, że w obiegu znajduje się wystarczająco dużo płynu, a temperatura nie wzrasta. Ten typ otwartego obiegu pozwala na zaoszczędzenie nawet 50% płynu w porównaniu z pracą bez recyrkulacji.

3. Zamknięty obieg płynu
W obiegu zamkniętym za pompami także występuje separator cieczy (il. 5). Gaz jest odprowadzany z separatora, a płyn eksploatacyjny przed powrotem do pompy próżniowej zostaje skierowany do wymiennika ciepła. Zapewnia to stałe chłodzenie płynu eksploatacyjnego. Ta konfiguracja umożliwia oszczędność nawet 95% płynu eksploatacyjnego. Dzięki temu wystarczy dodawanie niewielkiej ilości świeżego płynu przez separator cieczy. Z tego powodu polecamy używanie zamkniętego obiegu zawsze, gdy nie jest dostępna odpowiednia ilość płynu lub wtedy, gdy należy oszczędzać płyn eksploatacyjny.

Systemy próżniowe szyte na miarę

Pompy próżniowe z pierścieniem cieczowym doskonale nadają się do używania jako elementy składowe systemów i instalacji próżniowych. Niższe ciśnienie końcowe można uzyskać w połączeniu ze strumienicami gazowymi. W przypadku systemów próżniowych można znaleźć rozwiązania optymalne pod względem technicznym i ekonomicznym, które są idealnie dopasowane do konkretnego zastosowania. Firma Busch Vacuum Solutions ma wieloletnie doświadczenie w projektowaniu, konfigurowaniu i tworzeniu systemów umożliwiających ekonomiczną i bezpieczną eksploatację w branży przetwórstwa chemicznego, petrochemicznej, energetycznej i w wielu innych obszarach. Indywidualnie dobrane rozmiary pomp próżniowych z pierścieniem cieczowym z serii DOLPHIN są dostępne w różnych wersjach z certyfikatem ATEX.