(рабочая жидкость — вода, задача — грубый и средний вакуум, абсолютно безмасленный процесс)
1. Где используются — в двух словах
- Целлюлозно-бумажные заводы: качают воду из волокнистой массы, разрежение 0,3–0,5 бар.
- ТЭЦ и ГРЭС: дегазация питательной воды, 30–70 мбар, остаточный O₂ ≤ 20 мкг·дм⁻³.
- Нефтепереработка: вакуум-колонны, 50–200 мбар, вторичная перегонка мазута.
- Химия: сушка, кристаллизация, откачка растворителей.
- Пищевая: вакуум-смесители, деаэрация соков, MAP-упаковка.
- Медицина/фарма: стерилизаторы, лиофильзаторы (форвакуум).
Советуем — https://vacma.ru/.
2. Устройство и принцип (на пальцах)
- Кольцевой корпус — «пончик».
- Ротор — лопасти, но без соприкосновения со стенкой.
- Вода заливается до ⅓ объёма; при 1 450 об·мин⁻¹ центробежная сила образует толстый кольцевый «жидкий поршень».
- Между лопастями и водой появляются клиновые камеры — они растут ⇢ затягивают газ, сжимают ⇢ выталкивают через выхлоп.
- Газ насыщается водяным паром → частичная конденсация паров продукта (бонус).
Плюсы:
- Нет масла → взрыво-пожаробезопасны (категория 1 по ГОСР).
- Может работать на сырой воде, паре, щелочи, рассоле.
- Поглощает конденсируемые пары (ацетон, метанол) — не требуем холодильных ловушек.
- Служит одновременно насосом и скруббером: пыль остаётся в воде.
Минусы:
- Предел всасывания 33 мбар (давление насыщения воды при 15 °C).
- Потребляет воду 0,3–1,2 м³·ч⁻¹ на 1 м³·ч⁻¹ газа.
- Кавитация при падении температуры ≤ 10 °C или росте до 60 °C.
3. Семейство УВВ и АВВ — чем отличаются
| Параметр | УВВ (однокаскад) | АВВ (двухкаскад) |
|---|---|---|
| Остаточное давление | 33–80 мбар | 8–25 мбар |
| Предел по пару H₂O 15 °C | 33 мбар | 8 мбар |
| Производительность | 3–600 м³·ч⁻¹ | 30–1 200 м³·ч⁻¹ |
| Температура службы воды | 5–45 °C | 5–35 °C |
| Энерго-эффективность (кВ·ч/100 м³) | 3,5–5 | 2,8–4 |
| Цена (от) | 180 т.р. | 420 т.р. |
Схема АВВ: первый кольцевой насос создаёт 120–200 мбар, второй «добивает» до 8–25 мбар.
Промежуточный конденсатор между каскадами отжимает влагу → меньше нагрузка на второй насос ⇒ ниже предел и выше КПД.
4. Расчёт «водного» предела (физика)
Давление насыщения водяного пара:
pH2O=611⋅exp(17,27⋅T+237,3T)[Па]
- 15 °C → 1 705 Па ≈ 17 мбар (абсолютное).
- 20 °C → 2 337 Па ≈ 23 мбар.
- 25 °C → 3 167 Па ≈ 32 мбар.
Практика: чтобы добиться 25 мбар, температура воды ≤ 20 °C; для 8 мбар — ≤ 5 °C (ледяная вода или чиллер).
5. Типовые установки и аксессуары
- Замкнутый контур: бак 200–1 000 л, теплообменник, насос-сервис 1–2 кВт, фильтр 100 мкм.
- Пуск с частотным преобразователем: экономия электроэнергии 15–25 %.
- Кавитационный контроль: датчик давления на всасывании + PLC-защита.
- Материалы: корпус СЧ-20, ротор 08Х18Н10Т (кислотостойкий), втулки бронзовые.
6. Сравнение с «конкурентами» (грубый вакуум)
| Тип | Предел мбар | Смазка | Паро-способность | Цена/обслуживание |
|---|---|---|---|---|
| Водокольцевой УВВ | 33 | вода | + | средняя |
| Ротационный масляный ГВ | 0,1 | масло | – | низкая, но масло |
| Винтовый сухой | 0,5 | – | – | высокая |
| Жидкостно-ринговый с маслом | 0,6 | масло | + | высокая |
Вывод: если есть вода, пары, взрывоопасность или жидкая фаза — УВВ/АВВ лучшее решение по цене и безопасности.
7. Кейсы из жизни
7.1 ЦБК, Красноярск
- 2 × АВВ-400 (Q = 1 200 м³·ч⁻¹).
- Разрежение 60 мбар на вакуум-пресс-роллах.
- Снижение влаги картона 7 → 4 % ⇒ сушильный цилиндр потребляет на 12 % меньше пара.
- Окупаемость 1,3 года.
7.2 ТЭЦ-2, Тюмень
- УВВ-100 на дегазаторе.
- Остаточный O₂ снижен с 80 до 15 мкг·дм⁻³ ⇒ коррозия труб ↓, межремонт ↑ 1,8 раза.
7.3 Переработка этанола в Липецке
- АВВ-60 + чиллер 5 °C.
- Конденсация спиртовых паров 96 %, выбросы в атмосферу < 50 мг·м⁻³ (норма 400).
8. Подбор «быстро и грубо»
- Определить Q (м³·ч⁻¹) по технологии + 20 % «про запас».
- Требуемый Pmin (мбар).
- 80 мбар → УВВ.
- 8–80 мбар → АВВ.
- Температура воды:
- 25 °C → чиллер обязателен.
- Проверить химическую совместимость (щёлочь, H₂S, Cl⁻) → выбрать нержавейку.
- Экономика: стоимость воды, электричества, очистки стоков.
9. Эксплуатационные хитрости
- Следить за температурой — кавитация начинается при ΔT 10 °C выше/ниже номинала.
- Смягчение воды (ионообмен) продлеет жизнь корпусу в 2 раза.
- Дренаж 1 раз в смену — сброс насыщенной жидкости ↓ взрывоопасность (пары лёгких углеводородов).
- Периодически «промораживать» — пуск на чистой 5 °C воде удаляет накипь.
10. Итог (в 3 строчки)
Водокольцевие УВВ/АВВ — самый дешёвый и безопасный способ получить грубо-средний вакуум до 8 мбар. Работают на обычной воде, глотают пары и пыль, не требуют масляного сервиса. Недостаток — потребление воды и низкий предел, решаемый двухкаскадной схемой АВВ и чиллером.