Одна из таких вещей — кольцевой насос, который хотя [...]]]> Как-то так получается, что вся история технологий была завязана на давление. То ли давление повышенное, как в паровой машине, то пониженное, как во всяких вакуумных насосах.
И почему-то так получается, что многие простые вещи были придуманы много позднее того времени, когда они были бы реально нужны.

Одна из таких вещей — кольцевой насос, который хотя и не без недостатков, но сложностью не отличается…

Рис. 1. Схема водокольцевого ва­куум-насоса: 1 — рабочее колесо; 2 — корпус.

Сам насос состоит из круглого барабана, в которой установлено рабочее колесо с лопатками. Когда колесо начинает вращаться, то вода под действием центробежной силы прижимается к стенкам барабана, образуя кольцо. Вся хитрость насоса в том, что ротор установлен не по центру, он сдвинут в сторону (на картинке — вариант, когда сдвинут вверх). В результате под колесом образуется серповидное пространство. И это серповидное пространство получается разделенным лопастями рабочего колеса на ячейки разного объема. Когда ячейка с краю серповидного пространства, то объем ее мал, но при движении растет — в этот момент она может засасывать воздух. Когда она внизу — объем максимален, но колесо проворачивается, объем ячейки опять уменьшается и воздух в ней сдавливается. Собственно, это весь принцип работы. Такой насос может одновременно отсасывать газы и подавать сжатый газ в емкость, где давление выше атмосферного.

Как понятно из схемы — рабочее колесо нигде не касается стенок барабана. С торцов также есть зазор, который герметизируется водой. Никаких клапанов, никакой притирки деталей. Даже сальники уплотнения вала колеса смазываются водой. Нет трущихся частей — нет износа. Нет трущихся частей — нет смазки для этих частей, нет смазки — нет паров масла, которые попадут в сжимаемые газы. Да само отсутствие маслонасоса дорого стоит! Как результат — долгое время автономной работы и на редкость хорошая надежность.
Так как нет поршней — нет скачков давления, все очень стабильно.

Кроме того — из-за жидкостного поршня сжатие идет изотермическое (то есть газ не нагревается), что очень и очень важно при сжатии того же ацетилена или углекислого газа. Но вместо газа греется вода, поэтому жидкость должна циркулировать.

Далее — водокольцевой насос не чувствительный при попадании в него газа с твердыми частицами. Эти частицы под действием центробежных сил попадают в воду, прижимаются к стенкам, а потом просто выносятся вместе с уходящей жидкостью (то есть песок и сажа не накапливаются внутри конструкции насоса). Поэтому эти насосы легко справляются с очень загрязненными газами (например, с колошниковыми), при этом на выходе газ получается очищенным.

Если в газе есть водяные пары, то они поглощаются водяным кольцом и производительность насоса только возрастает.
Если в газе есть водорастворимые фракции (например аммиак из газов пиролиза) то произойдет поглощение этих газов, фактически — очистка газа от аммиака.

Водокольцевые насосы используются для создания разрежения в закрытых сосудах и системах трубопроводов. С помощью их можно транспортировать сыпучие материалы по трубопроводам, отсасывать пыль и вредные газы от технологического оборудования и др. Как правило, используются в качестве вакуумного насоса низкого вакуума 90—95% (80—40 мм рт.ст.). При двухступенчатых моделях возможно довести до 10 мм рт.ст. При замене жидкости (с более высокой точкой кипения) и охлаждении откачиваемого воздуха возможно довести ещё до более высокого вакуума. Водокольцевые насосы использовались для форвакуума в ТОКАМАК-15.

Водокольцевые насосы могут работать также на нагнетание как компрессоры. При работе в режиме воздуходувки мощность насоса и расход воды несколько возрастают.

Рис. 2. Схема обвязки водокольцевого вакуум-насоса: 1 — вакуум-насос; 2 — водоотделительный бачок.

Ну что же, теперь посмотрим на недостатки, которые есть продолжение достоинств.
Представим, что мы сделали водокольцевой насос в 15 веке или даже во времена Римской Империи, ведь технологии для самого насоса уже были. Мы имеем:

1. Так как насос основан на том, что вода под действием центробежной силы будет разогнана по стенкам, то требуется достаточно большое количество оборотов. 90% современных водокольцевых насосов работает на 1500 оборотов в минуту (в некоторых моделях доходит до 3000 об/мин). Есть несколько моделей с 250 оборотов, но… диаметр этого насоса 3.5 метра и чтобы раскрутить такую массу воды, требуется 400 кВт. Все как всегда — чем меньше насос в диаметре, тем нужна меньшая мощность для того, чтобы раскрутить «карусель», но при этом большие обороты. Зависимость почти прямая.
В древности мы будем иметь и дефицит мощности, и дефицит оборотов. Собственно, даже для паровой машины 250 оборотов это уже слишком много, а тут еще и 400 кВт необходимо. Конечно, мощности водяного колеса вполне достаточно, чтобы раскрутить водокольцевой насос насос диаметром сантиметров 80, но там нужно эти самые 1500 оборотов в минуту! Будем мастерить редуктор для водяного колеса? Тут впору изобретать паровую турбину…

2. Так как у нас принцип действия основан на центробежной силе, то количество оборотов должно быть очень стабильным. Если ротор насоса будет время от времени притормаживать, то водяное кольцо легко может разрушится, вода опадет, насос выпустит воздух и закрутится очень легко, получится рывок. Потом водяное кольцо восстанавливается, опять рывок привода — рывок колеса, остановка. Это все я пишу для желающих подключить водокольцевой насос к ветряной мельнице, которая зависит от скорости ветра, а ветер часто дует порывистый, который мало заметен для классического водоотливного механизма 17 века, но очень неприятен для водокольцевого насоса. Такие вопросы решаются тяжелыми маховиками, но я плохо представляю, как будет стартовать ветряная мельница с маховиком. Ну и опять-таки вопрос редуктора.

3. Если у нас редуктор — то редуктор повышающий. То есть эти несчастные три киловатта нам нужны при 1500 оборотов. А мы ее имеем при куда меньших оборотах. При этом соотношение мощность-количество оборотов прямое, насколько мы повышаем обороты, настолько больше нам нужна мощность… Что у нас там есть кроме водяного колеса?

Вывод такой — для водокольцевого насоса нужна паровая машина киловатт на двадцать с качественным повышающим редуктором. То есть во времена Древнего Рима мы использовать водокольцевой насос не сможем. Однако, и начало 20-го века для кольцевого насоса — это слишком поздно. Попаданец имеет больше ста лет, во времена которых эта технология могла бы быть использована. И будет очень странно, если попаданец пропустит такую великолепную возможность!