Водокольцевая машина состоит из цилиндрического корпуса закрытого с торцов крышками-лобовинами. Внутри корпуса с минимальным торцевым зазором размещено колесо с лопатками. При его вращении вода, которая подается в корпус под действием центробежной силы, образует кольцо, по толщине обеспечивающее погружение концов лопаток (рис. 11.1). За счет эксцентриситета создается серповидное пространство, заполненное воздухом, сообщающееся с двумя отверстиями в лобовинах, выведенными к всасывающему и нагнетательному патрубкам.
Рис. 11.1. Схема водокольцевой машины:
1 – рабочее колесо; 2 – корпус; 3, 6 – нагнетательный и всасывающий патрубки;
4, 5 – нагнетательное и всасывающее отверстия; 7 – кольцо из жидкости
Воздух из одного отверстия переносится между лопатками колеса к другому и, в зависимости от уменьшения пни увеличения его объема, меняется давление. Во время работы машины из корпуса через нагнетательный патрубок вместе с воздухом выбрасывается вода. Для ее отделения от воздуха применяют специальные водосборные бачки, уровень жидкости в которых регулируется переливной трубой. Если водокольцевая машина работает в режиме компрессора, водоотделитель рассчитывают на работу под давлением и изготовляют как ресивер. Уровень воды определяется поплавковым регулятором.
Количество поступающей воды влияет на производительность и потребляемую мощность машины. При ее недостатке водяное кольцо отходит от ступицы колеса и не вытесняет полностью в нагнетательное окно газ из пространства между лопатками. Оставшийся газ заполняет всасывающую полость, снижая производительность машины.
Излишек воды вытесняет часть газа из занятого им пространства, что значительно увеличивает расход мощности и снижает производительность. Величина разрежения во всасывающем патрубке зависит от атмосферного давления и температуры добавочной воды, которая не должна превышать 15°С. Повышение температуры приводит к снижению количества отсасываемого воздуха, что существенно влияет на работу пневмотранспортной линии.
Водокольцевые машины просты по конструкции и надежны в эксплуатации, не создают вибрации и шума во время работы. При их использовании во всасывающих линиях пневмоустановок необходимо обеспечить тщательную очистку фильтрами воздуха, перемещаемого машиной. Недостаток водокольцевых машин – низкий КПД, так как часть энергии расходуется на трение при вращении водяного кольца.
Водокольцевые машины многие годы применяются в разных конструкциях пневмотранспортных установок для разгрузки сыпучих материалов (цемента, минеральных удобрений, кальцинированной соды, сульфата, мела и др.).
Водокольцевые машины выпускаются односторонней и двухсторонней конструкции, в зависимости от производительности типоразмера. У односторонних насосов корпус закрывается одной крышкой-лобовиной и соответственно имеется один распределительный щит с клапанами.
Вода, необходимая для работы водокольцевой машины, подается из водопроводной сети, а ненужная поступает в водоотделительный бачок и отводится в канализацию. В ряде случаев соединение машины с водопроводной и канализационной сетями затруднено или невозможно (например, при установке водокольцевой машины вместе с другими узлами пневмотранспортной системы на передвижном портале).
В этом случае работу водокольцевой машины можно обеспечить, используя оборотное водоснабжение, схема которого приведена на рис. 11.2.
Рис. 11.2. Схема оборотного водоснабжения водокольцевой машины.
1 – водяной насос; 2 – предохранительный клапан; 3 – манометр;
4, 7, 11, 15, 16, 17 – вентили; 5 – водокольцевая машина; 6 – водоотделительный бачок;
8 – трубопровод слива; 9 – трубопровод слива воды от сальников;
10 – трубопровод слива воды из корпуса; 12 – бак-охладитель; 13 – бак;
14 – уровнемер; 18 – термометр; 19 – водомер
Система оборотного водоснабжения состоит из двух баков 12 и 13, водяного насоса 1, соединительных трубопроводов, запорно-распределительной и контрольно-измерительной аппаратуры. Бак 12 оборудуется устройством для охлаждения воды перед поступлением в корпус насоса до оптимальной температуры (15 °С). Учитывая, что незначительное количество воды вместе с воздухом выбрасывается из насоса, необходимо регулярно контролировать по уровнемеру 14 количество жидкости в системе и дополнять ее при необходимости.
Выпускаются вакуум-компрессоры, которые используют в цементовозах и муковозах. Эти установки являются машинами жидкостно-кольцевого типа. В качестве рабочей жидкости в них используется индустриальное масло, циркулирующее в замкнутой системе. В зависимости от времени года применяются разные марки индустриальных масел. Общий вид и размеры этих машин приведены на рис. 11.3.
Рис. 11.3. Вакуум-компрессор жидкостно-кольцевого типа.
а) для муковозов: 1 – электродвигатель; 2 – корпус; 3 – воздухоохладитель;
4 – компрессор; 5 – маслоотделитель;
б) для цементовозов: 1 – шкив; 2 – компрессор; 3 – маслоотделитель;
4 – воздухоохладитель; 5 – корпус