Водокольцевой вакуумный насос: принцип работы и уплотнения

Водокольцевой насос внешне похож на центробежный: корпус, колесо на валу, двигатель на общей раме. Отличие внутри: колесо с прямыми или загнутыми лопатками сидит в корпусе со смещением от оси, а корпус заполнен водой примерно наполовину. При вращении вода отбрасывается к стенке и образует кольцо, концентричное корпусу, а не колесу.

Водяное кольцо делит колесо на ячейки переменного объёма

Представьте сечение насоса как циферблат. Пусть колесо смещено вниз: около отметки 12 часов лопатки выступают из воды почти целиком, около 6 часов утоплены по ступицу. На пути от 12 к 6 часам вода отходит от ступицы, объём между соседними лопатками растёт, и сюда через окно в торцевом диске заходит газ. На пути от 6 обратно к 12 часам кольцо наступает на ступицу, объём сокращается, и газ вместе с частью воды выталкивается через второе окно в сепаратор.

Вода в этой схеме выполняет три работы. Она образует поршень, она уплотняет зазоры между колесом и дисками, и она отводит тепло сжатия. Поэтому насос постоянно подпитывают свежей или охлаждённой водой, а излишек уходит с газом.

Материал колеса и дисков выбирают по газу

Отечественные насосы обозначают ВВН с цифрами производительности, двухступенчатые и насосы-компрессоры имеют свои серии. Колесо, диски и корпус бывают чугунными, бронзовыми или из нержавеющей стали в зависимости от откачиваемого газа.

Вакуум ограничивает давление паров воды

Нижняя граница вакуума у такой машины задана физикой рабочей жидкости. Как только давление в ячейке опускается до давления насыщенных паров воды при её текущей температуре, вода начинает испаряться, и ячейка наполняется паром вместо откачиваемого газа. По таблицам водяного пара это примерно 1,7 кПа при 15 °C, 4,2 кПа при 30 °C и 7,4 кПа при 40 °C.

Пример: насос, который на воде 15 °C даёт предельное давление 33 гПа (3,3 кПа), летом на оборотной воде 35 °C подходит к своей границе быстрее, и близко к предельному давлению начинается кавитация: треск, вибрация, эрозия лопаток и дисков. Поэтому температуру рабочей жидкости записывают вместе с вакуумом, а при жалобах на падение вакуума первым делом меряют её.

На практике насосу дают работать с запасом от предельного давления или ставят кавитационную защиту: подсос небольшого количества воздуха на всасывание, который гасит кавитацию ценой небольшой потери производительности.

Почему водокольцевой насос не набирает вакуум?

Водокольцевой насос не набирает вакуум, если рабочая жидкость слишком тёплая и вскипает в ячейках, если её подача недостаточна и кольцо неполное, если торцевые зазоры между колесом и дисками выросли из-за износа или неправильной толщины прокладок, или если воздух подсасывается через уплотнение вала и прокладки. Проверку начинают с температуры и расхода воды, затем ищут подсос, и только потом вскрывают насос.

Прокладки торцевых крышек задают зазоры колеса

Список мест, где у водокольцевого насоса стоят прокладки, кольца и набивка, длиннее, чем кажется по внешнему виду:

• уплотнение вала на выходе из корпуса: сальниковая набивка с подводом воды или торцевое уплотнение;
• прокладки между корпусом, распределительными дисками и торцевыми крышками;
• кольца и прокладки патрубков всасывания и нагнетания;
• манжеты подшипниковых узлов, если подшипники вынесены в отдельные корпуса;
• обратный клапан на всасывании, который не даёт воде залить линию при остановке;
• прокладки сепаратора и его люка, поплавковые клапаны уровня.

Прокладки торцевых крышек здесь работают иначе, чем во фланце: их толщина задаёт торцевой зазор между колесом и распределительным диском. Если поставить прокладку толще, зазор вырастет, и насос потеряет вакуум; тоньше, и колесо начнёт тереться о диск. Это правило общее для прокладок для насосов с осевыми зазорами, только у водокольцевого насоса допуск по толщине обычно строже.

Уплотнение вала выбирают по газу и протечке

Схема выше разводит три варианта. Сальниковая набивка с подводом воды в фонарное кольцо проста и ремонтопригодна, вода одновременно смазывает набивку и не пускает воздух внутрь. Но через сальник постоянно капает вода, и при износе набивки подсасывается воздух, что снижает вакуум. Такой вариант подходит для чистого воздуха и пара, где небольшая протечка допустима.

Одинарное торцевое уплотнение почти не течёт и держит вакуум стабильнее, оно стоит на большинстве современных насосов. Если насос откачивает токсичные, взрывоопасные или едкие газы, ставят двойное торцевое уплотнение с затворной жидкостью или уплотнение в материалах, стойких к конденсату этих газов. Исполнение такого насоса, в том числе взрывозащищённое, задают проект установки и изготовитель, и марку уплотнения меняют только по их документации. Перед вскрытием насос отсекают от газовых линий задвижками и заглушками, сливают рабочую жидкость и продувают корпус: это газоопасная работа для обученного персонала по наряду-допуску. Материал вторичных колец выбирают по составу конденсата: при парах растворителей обычные NBR и EPDM набухают, и нужны FKM или PTFE.

Какое уплотнение вала у водокольцевого насоса?

Уплотнение вала водокольцевого насоса бывает сальниковым с подводом воды в фонарное кольцо или торцевым. Сальник проще в ремонте, но постоянно пропускает воду и при износе подсасывает воздух. Торцевое уплотнение держит вакуум стабильнее и почти не течёт, его ставят на большинство современных насосов. Для токсичных и взрывоопасных газов применяют двойное торцевое уплотнение с затворной жидкостью.

Накипь и конденсат съедают зазоры

Жёсткая вода оставляет на колесе и дисках накипь, которая сужает зазоры. После долгого простоя колесо может прихватить к дискам, и насос не провернётся. Конденсат откачиваемых паров меняет химию рабочей жидкости: кислые пары разъедают чугун, растворители действуют на резину колец и прокладок. Поэтому для ремонта важно не только что разбирать, но и что насос откачивал.

Ремонт начинают с воды, а не со вскрытия

Порядок ремонта вакуумных насосов начинается с замера предельного давления, и для водокольцевого насоса к этому замеру добавляют температуру и расход воды, а при сборке контроль толщины прокладок.

Прокладки и уплотнения насоса делают по образцу

Из всего, что разбирают в водокольцевом насосе, больше всего вопросов вызывает торцевая прокладка: её толщина работает как регулировочная шайба. Наша компания производит такие прокладки, стандартные и нестандартные, из паронита или резины по чертежу, эскизу, фото или образцу, с толщиной, которую задаёт паспорт насоса или замер неработавшей прокладки. Сжатая старая прокладка для этого не годится: она тоньше исходной на величину обжатия. Вместе с прокладками обычно берут кольца патрубков, манжеты и сальники подшипниковых опор, кольцо фонаря из фторопласта и резиновый обратный клапан всасывания.

Если в паспорте толщины нет, а насос раньше работал хорошо, толщину восстанавливают по тому, какой торцевой зазор нужен колесу, и это значение в КП записывают как предложение изготовителя. Контур удобно передать по чертежу в DXF или прислать старую прокладку как образец, а рядом указать газ, его конденсат и температуру воды. Минимальный заказ 9 000 ₽ с НДС при любом количестве деталей, начиная с одной.

Нормы приведены по состоянию на октябрь 2026 года. Данные о материалах — ориентир для марок общего назначения; материал, размеры и допуски для вашего узла фиксируются в КП после технической оценки.