Kapalinokruhová čerpadla se často nazývají kapalinokružná čerpadla, protože jako pracovní tekutinu používají převážně vodu a někdy stroje s kapalinovým pístem. Excentricky umístěný rotor s radiálními lopatkami (oběžné kolo) se otáčí ve válcové skříni, která je částečně naplněna kapalinou. Při otáčení lopatky oběžného kola zachycují kapalinu a vrhají ji směrem ke skříni. V důsledku toho se uvnitř pouzdra vytvoří rotující prstenec kapaliny, který dává tomuto typu čerpadla jméno. Mezi pouzdrem oběžného kola a kapalinovým prstencem, který je pracovní dutinou stroje, se objeví prostor ve tvaru půlměsíce. Tento prostor je rozdělen lopatkami oběžného kola na samostatné buňky proměnného objemu.
Při zvětšování objemu buněk dochází k procesu sání a při jeho snižování dochází k procesu komprese a vstřikování. Proces stlačování v čerpadle je doprovázen intenzivním odvodem tepla ze stlačeného plynu do kapaliny. Teplota stlačeného plynu opouštějícího čerpadlo se jen málo liší od vstupní teploty a pracovní kapalina se zahřívá, takže musí být neustále vyměňována. Pracovní kapalina je přiváděna buď do sacího potrubí nebo přes hydraulické těsnění hřídele oběžného kola do pracovní dutiny stroje a odchází výtlačnými okny spolu se stlačeným plynem. Hlavní výhodou kapalinokružných vývěv je snadná obsluha. Čerpadlo se skládá z malého počtu dílů – pouzdra, oběžného kola a dvou koncovek.
Čerpadlo má pouze jednu pohyblivou část – rotující oběžné kolo. Mezi oběžným kolem a tělem stroje, stejně jako koncovými kryty, je zaručená mezera, a protože ve stroji nejsou žádné třecí části, nedochází tím k opotřebení. Čerpadlo nemá žádné ventily, převody atd. dílů, což zároveň zajišťuje vysokou provozní spolehlivost. Stroj nemá olejová čerpadla ani speciální mazací systémy Všechny mezery mezi oběžným kolem a skříní jsou utěsněny pracovní kapalinou, která zároveň maže ucpávky hřídele rotoru. Pouze ložiska rotoru vyžadují mazání plastickým mazivem.
Výroba dílů čerpadla nevyžaduje vysokou úroveň přesnosti, všechny díly jsou vzájemně zaměnitelné. V případě určitého opotřebení koncových ploch oběžného kola v důsledku mnohaleté práce, pokud je v nasávaném plynu prach, písek a jiné nečistoty, provede se obnova potřebných mezer výběrem těsnění mezi skříní a koncové kryty. Uvedené vlastnosti určují nízkou cenu čerpadla a snadnou údržbu. Stroj může pracovat autonomně po dlouhou dobu.
Kapalinokruhové vakuové pumpy (odkaz) jsou jedny z mála bezolejových předních pump. Nevyžadují opakovanou filtraci plynu a nejsou citlivé na vnikání prachu, vlhkosti, písku a dalších nečistot spolu s nasávaným plynem. To vše zůstává v kapalinovém prstenci a ze stroje vychází vyčištěný plyn. Přítomnost konstantního pohybu kapaliny zároveň neumožňuje usazování částic uvnitř krytu, jsou vynášeny ze stroje spolu s unikající kapalinou.
Tekutinové vývěvy zajišťují rovnoměrné sání a dodávku stlačeného plynu. Dokážou odsát plyn a zároveň ho dodat do nádoby s tlakem větším než je atmosférický. Jednou z významných výhod čerpadla je izotermický charakter kompresního procesu, který je nezbytný v řadě průmyslových odvětví: při stlačování acetylenu, oxidu uhličitého, chlóru a dalších plynů.
Pokud nasávané plyny obsahují velké množství vodní páry, pak při kontaktu s kapalinou ve stroji kondenzují, v důsledku čehož se zvyšuje jeho produktivita. Hlavní nevýhodou kapalinokruhových čerpadel je relativně nízké vakuum. U domácích vodních kruhových vývěv je maximální vakuum při nulovém výkonu 90-95 % (80-40 mmHg). V některých případech je dosaženo vakua až 20 mm Hg, ale to není stabilní. Dvoustupňová čerpadla některých zahraničních firem poskytují vakuum až 10 mm Hg.
pic.1 “Vokruhové vakuové čerpadlo VVN”
Ale ani tento tlak v řadě případů není dostatečně nízký. Pro další snížení provozního tlaku se používají předpřipojené vzduchové ejektory. Jejich instalace umožňuje dosáhnout vakua asi 5-8 mm Hg. V případě potřeby jsou instalovány dvoustupňové předpřipojené ejektory, které poskytují vakuum řádově 2-0,5 mm Hg.
Oblasti použití
Kapalinokruhové vývěvy jsou široce používány v různých odvětvích národního hospodářství pro svou konstrukční jednoduchost, bezproblémový provoz a schopnost izotermicky stlačovat směsi plyn-kapalina bez jejich kontaminace olejem. Kapalinové prstencové stroje se nejčastěji používají v různých technologických procesech v chemickém průmyslu. Používají se jako vývěvy k vytvoření vakua o absolutním tlaku do 3-5 kPa, jako kompresory pro stlačování plynu na 6-0,8 MPa a jako chemické reaktory pro procesy přenosu hmoty mezi stlačeným plynem a pracovní kapalinou.
V chemickém průmyslu:
Hromadná výměna;
rozpouštění a sorpce škodlivých plynů, kapalin (fenol atd.);
krystalizační a destilační závody na výrobu barviv a dusíkatých hnojiv.
Sušicí stroje na výrobu syntetických vláken, polyamidů, aminoplastů, polyethylenu, organických rozpouštědel;
Vakuová impregnace při výrobě transformátorů, elektromotorů, kondenzátorů, kabelů;
Vakuové filtry pro výrobu celulózy, antibiotik, úpravy rud;
Stlačování inertních, agresivních a hořlavých plynů (helium, vodík, chlór, kyslík, acetylen atd.).
V dřevozpracujícím a papírenském průmyslu:
Zpracování, sušení a zpracování dřeva; výroba buničiny, lepenky, papíru.
V metalurgii:
Tavení a přetavování kovů, prášková metalurgie.
Ultračisté látky, krystaly pro lasery, supravodiče;
jako zdroj stlačeného vzduchu v pneumatických systémech.
Ve strojírenství:
Svařování elektronovým svazkem a difúzní svařování.
V optice:
Vakuové hliníkování zrcadel, čištění optiky.
V potravinářském průmyslu:
Dlouhodobé skladování a konzervace výrobků – lyofilizace;
odpařování při výrobě cukru, odsolování vody;
rektifikace produktů vína a vodky, příprava sladu v pivovarnictví.
V lékařství a farmacii:
Zařízení pro chirurgické operace;
Výroba léčiv, skladování léčiv.
Ve vědeckém výzkumu fyzikálních procesů:
Urychlovače, zařízení pro termonukleární fúzi.
V zemědělství:
Dojící zařízení;
přeprava sypkých materiálů (mouka, obilí atd.).
Při výrobě stavebních materiálů:
Odplyňování jílů a keramiky.
Přeprava sypkých materiálů (cement atd.).
V kryogenní technologii:
Pro přechlazení kryogenních (nízkovroucích) kapalin.
Jak je patrné z výše uvedeného seznamu, rozsah použití čerpadel je velmi široký. V řadě průmyslových odvětví jsou jediným přijatelným typem stroje, například když je vyžadováno vakuum bez oleje s absolutním tlakem do 10-20 kPa. Při použití vzduchových ejektorů je tato hodnota snížena na 0,1 kPa, což umožňuje použití kapalinokružných vývěv (VVN) jako předvakuových vývěv v bezolejových čerpacích systémech, např. v čerpacím systému na termonukleární fúzní instalace “Tokamak-15”ve vakuových pecích pro tavení titanu a jiných kovů.
Čerpadla se také používají k nasávání směsi pára-vzduch v parních turbínových soustrojích tepelných elektráren místo vodních vývěv, což umožňuje snížit spotřebu vody přibližně o dva řády, jejíž zdroje, tzv. víme, jsou omezené a jeho cena rok od roku roste. K odplynění pracovní tekutiny při vrtání studní a zajištění požární bezpečnosti na ropných a plynových polích je ročně zapotřebí několik tisíc takových instalací.
To je jen několik oblastí podnikání, kde je potřeba pokročilejších technologií ve fungování hlavních nebo souvisejících pracovních procesů. Kromě toho existuje tendence používat v čerpacích systémech řady chemických průmyslových odvětví blok několika kapalinokruhových čerpadel s nižší kapacitou namísto jednoho čerpadla s vyšší kapacitou. To vše vede ke zvýšení potřeby takových čerpadel.
