Механические вакуумные насосы

Е.С.Фролов, И.В.Автономова, В.И.Васильев, Н.К.Никулин, П.И.Пластинин.

Машиностроение, 1989 г.

 2. ПЛАСТИНЧАТО-РОТОРНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ
2.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Пластинчато-роторные вакуумные насосы (ПРВН) отличаются простотой конструкции и обслуживания, быстроходностью, возможностью непосредственного соединения с двигателем, хорошей уравновешенностью. Недостаток этих насосов состоит в относительно высоких внутренних перетеканиях газа и механических потерях.
Насосы используют для откачивания воздуха и неагрессивных газов в металлургии, химии и нефтехимии, строительной технике, сельском хозяйстве, а также на транспорте или в установках для транспортирования сыпучих материалов, сушки бетонных покрытий, в доильных установках, а также в вакуумных системах общего назначения. Газ до поступления в насос должен быть очищен от механических примесей и капельной влаги во избежание загрязнения смазочного материала и ускорения изнашивания сопряженных деталей.
Насосы разделяют на насосы, работающие со смазочным материалом и без него. При работе насосов без смазочного материала резко повышается их пожаро- и взрывобезопасность и улучшается санитарное состояние окружающей среды. Однако повышение давления газа в рабочей полости при отсутствии смазочного материала ниже повышения давления при подаче масла вследствие возрастания внутренних перетеканий газа. Масло, подаваемое в рабочую полость насоса, уменьшает потери на трение, уплотняет рабочие зазоры и охлаждает сжимаемый газ.
Для насосов, работающих со смазочным материалом в рабочей полости, пластины изготовляют из стали 85, текстолита ПТ-7, асботекстолита А, стеклотекстолита СТ-1, СТЭФ-1, а для насосов, работающих без смазочного материала, — из неметаллических самосмазывающихся материалов, например графита УГ-20к, АГ-1500-Б-83, антифрикционной фторопластовой композиции ФКН-7 и др.
Насосы изготовляют в стационарном и в транспортном (переносном) исполнении. Быстрота действия отечественных насосов находится в пределах 0,0003 ... 0,833 у?/с. Корпус насоса имеет водяное или воздушное охлаждение. Воздушное охлаждение разделяют на принудительное (от вентилятора) и конвективное. Как правило, стационарные насосы большой быстроты действия имеют водяное охлаждение.
5. ПЛУНЖЕРНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ
5.1, КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Плунжерные вакуумные насосы (принятое для заводской маркировки обозначение НВЗ — насос вакуумный золотниковый) применяют для откачивания воздуха, неагрессивных газов, паров и парогазовых смесей, предварительно очищенных от механических загрязнений. Предельное остаточное давление, создаваемое насосами, 1,0 ... 0,1 Па; быстрота действия в диапазоне от атмосферного давления до 150 Па в пределах 20 ... 500 ды3/с
Плунжерные насосы, выпускаемые в одно- или двухступенчатом исполнении, используют, как правило, в качестве форвакуумных для высоковакуумных насосов различного типа или насосов предварительного разрежения, предназначенных для понижения давления в откачиваемом объеме от атмосферного до значения, при котором начинает работу другой вакуумный насос или система насосов.
В корпусе (рис. 138) одноступенчатого плунжерного насоса находится плунжер 2, который приводится в движение с помощью эксцентрика 3, расположенного на валу 4. При вращении эксцентрика вокруг центра корпуса плунжер обкатывает внутреннюю поверхность цилиндра, вследствие чего положение серповидной полости, образуемой поверхностью плунжера и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, непрерывно изменяется в зависимости от угла поворота эксцентрика. Прямоугольный в сечении участок плунжера перемещается в цилиндрических направляющих 5, вращающихся вокруг оси.
При вращении эксцентрика в определенные моменты зона всасывания насоса через всасывающее окно в прямоугольном участке плунжера соединяется с рабочей полостью, которая заполняется откачиваемым газом. Всасывание заканчивается при разъединении полостей цилиндра и всасывания; при этом ротор совершает практически полный оборот. В течение следующего оборота замкнутый объем, занимаемый откачиваемым газом или парогазовой смесью, уменьшается, происходит сжатие до давления, при котором открывается нагнетательный клапан 6 и осуществляется нагнетание газа через маслоотделитель в атмосферу. Таким образом, полный цикл работы плунжерного вакуумного насоса совершается за два оборота вала.
7. ТУРБОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ
7.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ОТКАЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Турбомолекулярные вакуумные насосы (ТМН), относящиеся к кинетическим вакуумным насосам (вакуумным турбонасосам), широко используют для откачивания газов в области давлений всасывания вплоть до 10~8 ... 10~10 Па из различных объектов, используемых в электротехнической, электронной, атомной, авиационной, химической и других отраслях промышленности.
Насосы обладают следующими достоинствами: не «загрязняют» откачиваемый объем парами углеводородов или другими рабочими телами в сравнении с другими высоковакуумными насосами, например диффузионными, с распылением титана; имеют быстроту действия, мало изменяющуюся при откачивании газов и паров с различной молекулярной массой; просты в обслуживании, надежны и в работе; стойки к прорыву атмосферного воздуха.
Турбомолекулярные насосы применяют в установках напыления металлов, масс-спектрометрии, ускорителях . элементарных частиц, установках для имитации космических условий и др.
Конструктивная схема двухпоточного насоса, предложенного Беккером, представлена на рис. 152, а. В корпусе 2 с установленными в нем неподвижными статорными дисками 4 вращается ротор /, представляющий собой вал с расположенными на нем рабочими колесами 5, которые выполнены в виде дисков с выфрезерованными косыми радиальными пазами или в виде лопаточных колес; их лопатки установлены под определенным углом к торцовой поверхности втулки. Когда рабочие колеса выполнены в виде дисков с прорезями, в статорных колесах такой же формы прорези выполняют зеркально по отношению к прорезям роторных колес. Если рабочие колеса имеют лопатки, то и статорные колеса выполняют с лопатками, обычно с тем же углом установки, но зеркально отраженными по отношению к углу установки лопаток рабочего колеса. Для удобства монтажа статорные колеса разрезают по диаметру.
Ротор насоса устанавливают на подшипниках качения. Всасывающий патрубок выполнен в средней части корпуса. Нагнетательные полости, расположенные по торцам корпуса насоса, объединены общим патрубком, к которому подсоединен форвакуумный насос.
-4. ЖИДКОСТНО-КОЛЬЦЕВЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ
4.1. УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА СЖАТИЯ
Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы (ЖКВН) применяют в химической, целлюлозно-бумажной, горнодобывающей, текстильной, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности.
Насосы отличаются простотой конструкции, надежностью в эксплуатации, низким уровнем шума. Протекание процесса сжатия в них с интенсивным теплообменом позволяет откачивать легко разлагающиеся, полимеризующиеся, воспламеняющиеся и взрывоопасные газы и смеси, а также откачивать газы, содержащие пары, капельную жидкость и даже твердые инородные включения. Соответствующий подбор рабочей жидкости обеспечивает откачивание агрессивных газов (например, для перекачивания хлора используют серную кислоту) и не загрязняет откачиваемые газы и объемы парами масел. Недостатками ЖКВН являются высокие затраты мощности на вращение жидкостного кольца и, как следствие, относительно низкий КПД; высокое предельное остаточное давление 2,66 ... 9,31 кПа для одноступенчатых вакуумных насосов и 0,133 ... 0,665 кПа для двухступенчатых; невысокая окружная скорость на периферии рабочих колес, что приводит к увеличению размеров.
В СССР ЖКВН выпускают производительностью от 0,0125 до 5 м'/с на давления всасывания 40, 30 и 20 кПа.
ЖКВН различают по числу рабочих циклов, по типу подвода и отвода газа, по используемой в кольце жидкости.
По числу рабочих циклов эти насосы разделяют на насосы простого (рис. 106, а) и двойного (рис. 106, б) действия. В насосе простого действия рабочее колесо /, состоящее из ступицы и лопаток, отлитых как одно целое, эксцентрично расположено в цилиндрическом корпусе 2. Рабочая жидкость заливается в корпус до оси колеса. При вращении колеса жидкость центробежной силой отбрасывается к корпусу 2 и между ступицей колеса I и внутренней поверхностью жидкостного кольца 3 образуется, серпообразная полость, которая лопатками делится на отдельные рабочие ячейки. От сечения /—/ (рис. 106, а) до сечения II—// в направлении вращения колеса объем рабочих ячеек увеличивается и в них через всасывающее окно А поступает откачиваемый газ.