Вакуумные насосы, или сокращенно вакуум-насосы, предназначены для откачки воздуха из всасывающих линий центробежных насосов при заливе их водой перед пуском, а также тогда, когда требуется удалить воздух из системы и создать вакуум. Наибольшее распространение получили водокольцевые вакуум-насосы. Схема такого насоса показана на рис. 7.3. На валу насоса закреплено колесо с радиальными лопатками, расположенное эксцентрично по отношению к цилиндрической камере. Возле ступицы колеса имеются два серповидных выреза а и б, соединенных соответственно с напорным и всасывающим патрубками насоса.
Рис. 7.3. Схема водокольцевого вакуум-насоса
/ — рабочее колесо; 2 — корпус; 3 — всасывающий патрубок; 4 — нагнетательный латрубок; 5 —нагнетательное отверстие; 6 — водяное кольцо; 7 — подводящее секторное отверстие
Если перед пуском насоса в его корпус залить воду, то при вращении рабочего колеса образуется водяное кольцо, расположенное концентрично по отношению к камере насоса и эксцентрично по отношению к колесу. Между ступицей колеса, лопатками и внутренней гранью водяного кольца образуются полости, объем которых за первую половину оборота колеса, т. е. до вертикального диаметра, увеличивается. При увеличении объема полостей в них возникает разрежение и через серповидное отверстие б начинает поступать воздух.
При дальнейшем вращении колеса объем полостей уменьшается, воздух сжимается и при достижении очередной полостью выходного серповидного отверстия а под действием избыточного давления выталкивается через напорный патрубок в атмосферу (или в трубопровод). Если всасывающий патрубок вакуум-насоса соединить с герметичной полостью, то в ней вследствие постоянного отсоса воздуха возникнет вакуум.
В целях предотвращения перегрева воды в водяном кольце к вакуум-насосу подводят свежую воду, которая, непрерывно поступая в насос, замещает нагревшуюся. Объем циркуляционной воды составляет 0,2—0,5 м3/ч в зависимости от подачи вакуум-насоса.
Теоретический расход воздуха QT, м3/с, подаваемого (или откачиваемого) вакуум-насосом, равен:
где D1 и D— диаметр рабочего колеса и его ступицы, м; z— число лопаток; l1— длина лопатки, м; а — глубина погружения лопатки в водяное кольцо, м; s — толщина лопатки, м; b— ширина рабочей лопатки насоса, м; n— частота вращения ротора, с-1.
Действительный расход воздуха, подаваемого насосом,
Qв=ηQт
где η— объемный КПД, равный 0,7—0,8.
В настоящее время выпускают вакуум-насосы типа ВВН (рис. 7.4) подачей 1,5—12 м3/мин, создающие вакуум 7—8 м вод. ст., и вакуум-насосы типа РМК. подачей 2—27 м3/мин, создающие вакуум 7,5—8 м вод. ст.