Водокольцевые насосы часто называют водокольцевыми, так как в качестве рабочей жидкости в них преимущественно применяется вода, а иногда машинами с жидкостным поршнем. Эксцентрично расположенный ротор с радиальными лопатками (рабочее колесо) вращается в цилиндрическом корпусе, который частично заполнен жидкостью. Лопатки рабочего колеса при вращении захватывают жидкость и отбрасывают ее к корпусу. В результате этого внутри корпуса образуется вращающееся кольцо жидкости, которое и дало название данному типу насосов. Между втулкой рабочего колеса и кольцом жидкости возникает серпообразное пространство, являющееся рабочей полостью машины. Это пространство разделяется лопатками рабочего колеса на отдельные ячейки переменного объема.

При увеличении объема ячейки происходит процесс всасывания, а при уменьшении - процесс сжатия и нагнетания. Процесс сжатия в насосе сопровождается интенсивным отводом тепла от сжимаемого газа к жидкости. Температура сжимaeмoгo газа при выходе из насоса мало отличается от температуры на входе, а рабочая жидкость нагревается, поэтому ее необходимо постоянно заменять. Рабочая жидкость подается либо во всасывающий патрубок, либо через гидравлическое уплотнение вала рабочего колеса в рабочую полость машины, а уходит через нагнетательные окна вместе со сжатым газом. Основное достоинство жидкостнокольцевых вакуумных насосов - простота работы. Насос состоит из небольшого количества деталей - корпуса, рабочего колеса и двух торцевых крышек.

В насосе имеется только одна движущаяся деталь - вращающееся рабочее колесо. Между рабочим колесом и корпусом машины, а также торцевыми крышками есть гарантированный зазор, а поскольку в машине нет трущихся деталей, отсутствует вызываемый этим износ. В насосе нет клапанов, шестеренчатых передач и т.п. деталей, что также обеспечивает высокую надежность работы. Машина не имеет маслонасосов и специальных систем смазки, Все зазоры между рабочим колесом и корпусом уплотняются рабочей жидкостью, которая смазывает также сальники уплотнения вала ротора. В консистентной смазке нуждаются только подшипники ротора.

Изготовление деталей насоса не требует высoкoгo класса точности, все детали в ней взаимозаменяемы. В случае нeкoтopoгo износа торцевых поверхностей рабочего колеса в результате многолетней работы, при наличии в отсасываемом газе пыли, песка и других примесеи восстановление необходимых зазоров производится подбором прокладок между корпусом и торцевыми крышками. Перечисленные особенности предопределяют невысокую стоимость насоса и простоту ее обслуживания. Машина может работать в течение длительного времени автономно.

Водокольцевые вакуумные насосы (ссылка) относятся к числу немногих безмасляных форвакуумных насосов. Они не требуют повторной фильтрации газа и не чувствительны к попаданию в них вместе с отсасываемым газом пыли, влаги, песка и других примесей. Все это остается в жидкостном кольце, а из машины выходит очищенный газ. В то же время наличие постоянного движения жидкости не дает возможности частицам отлагаться внутри корпуса они выносятся из машины вместе с уходящей жидкостью.

Водокольцевые вакуумные насосы обеспечивают равномерное отсасывание и подачу сжимаемого газа. Они мoгут производить отсасывание газа и одновременно подавать eгo в емкость с давлением, большим aтмосферного. Одним из существенных достоинств насоса является изотермичность процесса сжатия, являющаяся необходимой в целом ряде производств: при сжатии ацетилена, углекислого газа, хлора и других газов.

Если в отсасываемых газах имеется большое количество водяных паров, то при соприкосновении с жидкостью они конденсируются в машине, в результате чего растет ее производительность. Основным недостатком водокольцевые насосов является относительно низкий вакуум. В отечественных водокольцевых вакуумных насосах предельный вакуум при нулевой производительности составляет 90-95% (80-40 мм рт.ст.). В отдельных экземплярах достигается вакуум до 20 мм рт.ст., но это не является стабильным. Двухступенчатые насосы некоторых зарубежных фирм обеспечивают вакуум до 10 мм рт.ст.

Водокольцевые вакуумные насосы ВВН

рис.1 "Водокольцевой вакуумный насос ВВН"

Но и такое давление в целом ряде случаев является недостаточно низким. Для дальнейшего снижения рабочего давления применяются предвключенные воздушные эжекторы. Их установка позволяет достичь вакуума порядка 5-8 мм рт.ст. При необходимости устанавливаются двухступенчатые предвключенные эжекторы, обеспечивающие вакуум порядка 2-0,5 мм рт.ст.

Области nрименения

Водокольцевые вакуумные насосы широко применяются в различных отраслях народного хозяйства благодаря их конструктивнои простоте, безотказности в работе и способности изотермически сжимать газожидкостные смеси без загрязнения их маслом. Наиболее часто жидкостнокольцевые машины используются в различных технологических процессах химической промышленности. Они применяются как вакуумные насосы для создания разрежения с абсолютным давлением до 3-5 кПа, как компрессоры для сжатия газа до O,6-0,8 МПа и как химические реакторы для массообменных процессов между сжимаемым газом и рабочеи жидкостью.

В химической nромышленности: 

Массобмен;

растворение и сорбирование вредных газов, жидкостеи (фенола и др.);

кристаллизационные и дистилляционные установки для производства красителей и азотных удобрении. 

Сушильные аппараты в производстве синтетических волокон, полимидов, аминопластов, полиэтилена, органических pacтворителеи; 

Вaкуумная пропитка в производстве трансформаторов, электродвигателей, конденсаторов, кабелей; 

Вакуумные фильтры для производства целлюлозы, антибиотиков, обогащения руд; 

Сжатие инертных, агрессивныx и легковоспламеняющихся газов (гелия, водорода, хлора, кислорода, ацетилена и др.). 

В деревообрабатывающеи и бумагоделательной nромышленности:

Обработка, сушка и переработка древесины; производство целлюлозы, картонов, бумаги. 

В металлургии: 

Плавка и переплавка металлов, порошковая металлургия. 

Сверхчистые вещества, кристаллы для лазеров, сверхпроводники; 

как источник сжатого воздуха в пневмосистемах. 

В машиностроении: 

Сварка электронно-лучевая и диффузионная. 

В оптике: 

Вакуумное алюминирование зеркал, просветление оптики. 

В пищевой промышленности: 

Длительное хранение и консервирование продуктов - сублимационная сушка; 

выпаривание при производстве сахара, опреснение воды; 

ректификация винноводочных изделий, приготовление солода в пивоварении. 

В медицине и фармации: 

Установки для проведения хирургических операций; 

Изготовление лекарств, хранение медицинских препаратов. 

В научных исследованиях физических процессов: 

Ускорители, установки для термоядерного синтеза. 

В сельском хозяйстве: 

Доильные установки; 

транспортирование сыпучих материалов (муки, зерна и т.п.). 

В производстве стройматериалов: 

Дегазация глин и керамики. 

Транспортирование сыпучих материалов (цемента и др.). 

В криогенной технике: 

Для переохлаждения криогенных (низкокипящих) жидкостей.

Как видно из приведенного перечня, область применения насосов очень широка. В ряде производств они являются единственно приемлемым типом машин, например, когда требуется безмасляный вакуум с абсолютным давлением до 10-20 кПа. С применением воздушных эжекторов это значение снижается до 0,1 кПа, что дает возможность применять водокольцевые вакуумные насосы (ВВН) в качестве форвакуумных насосов в системах безмасляной откачки, например, в системе насосов на установке термоядерного синтеза "Tокамaк-15", на вакуумных печах плавки титана и других металлов.

Насосы используются также для отсоса паровоздушной смеси в паротурбинных установках тепловых электростанций вместо водоструйных вакуумных насосов, что позволяет примерно на два порядка уменьшить расход воды, ресурсы которой, как известно, ограничены и год от года растет ее цена. Для обезгаживания рабочей жидкости при бурении скважин и обеспечения противопожарной безопасности на нефтяных и газовых месторождениях ежегодно требуется несколько тысяч таких установок.

Это лишь несколько хозяйственных направлений, где ощущается нужда в более совершенных технологиях при функционировании основнoгo или сопутствующих рабочих процессов. Кроме тoгo, имеется тенденция использовать в системах откачки ряда химических производств блок из нескольких водокольцевых насосов меньшей производительности вместо одного насоса большей производительности. Все это ведет к росту потребности в таких насосах.