Эксплуатация вакуумного оборудования

Кузнецов В И., Немилов Н. Ф., Шемякин В. Е

Энергия, 1978 г.

Способы получения вакуума. Основные характеристики вакуумных насосов

В основу получения вакуума могут быть положены два принципа первый — удаление газа из откачиваемого сосуда за пределы вакуумной системы, второй — связывание газа в вакуумной системе. Первый принцип реализован в газоперемещающих насосах.

Перемещение массы газа можно производить периодически, отдельными порциями, и непрерывно. Для удаления порции газа необходимо изолировать в рабочей камере насоса определенный объем газа, переместить его от входного патрубка насоса к выходному, сжать его в процессе перемещения до давления, большего, чем давление в выходном сечении насоса, и вытолкнуть газ за пределы насоса. Вакуумные насосы, которые откачивают газ отдельными порциями в результате периодического изменения объема и положения рабочей камеры, называются объемными вакуумными насосами. Объемными вакуумными насосами являются только механические насосы, т. е. такие насосы, откачивающее действие которых основано на перемещении газа вследствие механического движения рабочих частей насоса

Для непрерывного удаления нейтральных молекул газа необходимо иметь тело, которое постоянно увлекало бы и перемещало газ. Таким телом может быть непрерывно движущаяся твердая поверхность или струя жидкости, пара или газа. При соударении с движущейся твердой поверхностью и в результате внутреннего трения молекулы газа приобретают преимущественное направление движения. Механические насосы, откачивающее действие которых основано на увлечении удаляемого газа непрерывно движущимися твердыми поверхностями, получили название молекулярных, так как движущиеся части насоса воздействуют на отдельные молекулы.

Суммарная кинетическая энергия направленного движения, приобретаемая потоком молекул, определяет то наибольшее давление в выходном сечении насоса, при котором насос еще может осуществлять откачку, т.е. осуществлять перенос массы газа со стороны с низким давлением на сторону с более высоким давлением газа. Это последнее давление называется выпускным давлением насоса. Наибольшее выпускное давление является одной из основных характеристик не только молекулярных, но и других типов насосов, в которых осуществляется перемещение газа, в частности струйных насосов.

Вакуумные насосы, в которых реализуется второй принцип создания вакуума, получили название сорбционных насосов. Газ в сорбционных насосах может связываться геттером, может сорбироваться и конденсироваться на охлаждаемой поверхности. Классификация вакуумных насосов по принципу действия приведена на рис. 1-3.

Область применения вакуумных насосов определяется их параметрами (характеристиками). К основным характеристикам вакуумных насосов относятся предельное остаточное давление, быстрота действия, производительность, наибольшее давление запуска, наибольшее рабочее давление и уже упоминавшееся наибольшее выпускное давление.

Предельное остаточное давление вакуумного насоса— это то наименьшее давление, которое может быть достигнуто в определенных условиях с помощью данного насоса.

Быстрота действия вакуумного насоса есть быстрота откачки, получаемая во входном сечении насоса при его работе. В свою очередь быстрота откачки есть объем газа при данном давлении, откачиваемый в единицу времени, причем быстрота откачки всегда относится к тому сечению, в котором измерено давление. Размерность быстроты откачки — л/с, м3/ч и другие производные от них единицы.

Производительность вакуумного насоса характеризует расход газа во входном сечении насоса при данном давлении и выражается в м3-Па/с (или л-мкм рт. ст/с) и в других единицах потока. Легко показать, что производительность насоса есть произведение быстроты откачки на давление, при котором она измерена.

Наибольшее давление запуска вакуумного насоса — это то наибольшее давление в его входном сечении, при котором насос может начать работу.

Наибольшее рабочее давление вакуумного насоса — это то наибольшее давление в его входном сечении, при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту действия.

Предельное остаточное давление, наибольшее давление запуска, наибольшее рабочее давление и наибольшее; выпускное давление выражаются в единицах давления газа Па (паскалях) и в других производных единицах. Пересчет различных единиц давления приведен в приложении 1.

ГЛАВА ВТОРАЯ

МЕХАНИЧЕСКИЕ НАСОСЫ

2-1. Вращательные насосы с масляным уплотнением

Принцип действия. Основные характеристики. Вращательный вакуумный насос с масляным уплотнением является непременным элементом большинства вакуумных систем. С его помощью создается предварительное разрежение в вакуумной системе и форвакуумное давление на выходе высоковакуумных газоперемещающих насосов. Вращательные Вакуумные насосы с масляным уплотнением относятся к вакуумным насосам объемного действия. Наибольшее распространение получили три тина вращательных насосов с масляным уплотнением: пластинчато-статорные, пластинчато-роторные и плунжерные насосы [6, 7, 8].

ЭЛЕМЕНТЫ вакуумных СИСТЕМ

5-1. Соединения

Любая вакуумная система состоит из большого числа различных элементов. Герметичное соединение их между собой является одной из основных задач, встающих при проектировании и эксплуатации вакуумного оборудования.

Различают разъемные и неразъемные соединения. Для выполнения неразъемных соединений чаще всего применяются сварка и пайка. Разрушение и нарушение герметичности сварных и паяных соединений в процессе эксплуатации вакуумного оборудования явление довольно редкое. Если во время эксплуатации оборудования обнаружено натекание по шву, превышающее заданную величину, шов удаляют до основного металла и производят сварку заново. Дополнительная проварка сверху участка шва с натеканием очень часто не устраняет течь. Это в первую очередь относится к тонкостенным сварным соединениям. Если по тем или иным причинам все же производится подварка шва с натеканием, то верхний шов накладывают по всей длине первоначального шва с обязательным расплавлением самого шва.

Сборка, монтаж и достижение предельных характеристик вакуумного оборудования непосредственно связаны с надежным уплотнением разъемных соединений. Разъемные соединения можно подразделить на фланцевые, штуцерные, соединения с применением вакуумных шлангов и соединения с помощью незатвердевающих вакуумных замазок и смол, причем последние обычно ведут к загрязнению системы, и применения их следует избегать. Различают конструкции фланцевых и штуцерных соединений с металлическими и эластомерными уплотнителями.

Фланцевые соединения с металлическим уплотнителем применяют в сверхвысоковакуумных установках и в узлах, подверженных нагреву в процессе эксплуатации. Среди них наибольшее распространение получили фланцевые соединения из нержавеющей стали с канавочно-клиновым уплотнением с плоским медным или алюминиевым уплотнителем (рис. 5-1). Медный уплотнитель применяют в соединениях, прогреваемых до 500 — 600°С, алюминиевый —150 -200°С. Натекание через такие соединения не превышает 6,6- 12 Вт (5-10-8 л-мкм рт. ст/с). Они сохраняют работоспособность и герметичность после многих циклов нагрева. Впрочем, после первого прогрева иногда бывает необходима дополнительная подтяжка соединения.

Плоские уплотнители небольшого диаметра вырезают на токарном станке из листа. При изготовлении уплотнителя большого диаметра вырезают ленту необходимой длины, изгибают ее и спаивают мягким припоем в торец.

Недопустимо спаивание уплотнителя твердым припоем, так как это приводит к порче соединения при затяжке. Эксплуатация фланцевых соединений с металлическим уплотнителем сопряжена с необходимостью соблюдения определенных мер предосторожности от повреждения уплотняющих поверхностей. Перед хранением во фланцевые соединения устанавливают уплотнитель и соединение стягивают болтами. Если хранению подлежат элементы вакуумных систем, заканчивающиеся фланцами соединений, то эти фланцы накрывают фанерными дисками диаметром, равным наружному диаметру фланца, и с отверстиями, совпадающими с отверстиями фланца под болты. Несколькими болтами диск прижимают к фланцу. Под хранением следует понимать любой промежуток времени, кроме моментов непосредственного монтажа и демонтажа вакуумной системы. При монтаже и демонтаже необходимо обеспечить условия, когда исключается падение соединения, удар его о твердые предметы. Не допускается класть фланцы соединения рабочей поверхностью на металлические предметы.