Принцип работы насоса состоит в том, что при вращении рабочего колеса 5 образуется жидкостное кольцо, которое под действием центробежной силы прижимается к внутренней поверхности корпуса 1. Вследствие эксцентричного расположения рабочего колеса 5 жидкостное кольцо отходит от втулки 5, увеличивая рабочий объем, в который через всасывающее окно 3 всасывается воздух (рис. 3.1).
Ячейка, образуемая внутренней поверхностью жидкостного кольца, поверхностью втулки 5 и лопатками 6, увеличивает свой объем до определенной величины угла поворота колеса. При этом происходит процесс всасывания. При дальнейшем повороте рабочего колеса происходит отсечение ячейки от всасывающего окна и начинается плавное сжатие попавшего в ячейку воздуха за счет уменьшения объема ячейки. При достижении в ячейке заданного давления (при повороте колеса на заданный угол) ячейка сообщается с нагнетательным окном 4, через которое сжатый воздух вытесняется в нагнетательную полость и выходит из машины.
 |
Рис. 3.1. Принципиальная схема водокольцевого вакуумного насоса с обтекаемым жидкостным кольцом
Конструкторский расчет направлен на определение потребляемой мощности на привод насоса, радиуса и длины ротора, диаметра его вала и количество лопаток ротора, радиус внешней кромки нагнетательного и всасывающего окон, углов всасывания и нагнетания, а также определение обьема емкости оборотной воды
1. Определяем потребную мощность на привод вакуумного насоса
Где - давление, Па;
- быстрота действия насоса,
- коэффициент полезного действия.
Значение быстроты действия насоса в международной системе единиц (СИ) составляет
2. Радиус ротора определяем из теоретического выражения быстроты действия насоса по расчетному значению быстроты действия насоса и заданным значениям частоты вращения его ротора и эксцентриситета
Откуда 
Длина ротора насоса принимается в пределах 
. Принимая длину ротора равной радиусу ротора, получим
Отсюда
3. Тогда, с учетом изложенного, длина ротора также равна 170 мм.
4. Определим диаметр вала насоса исходя из расчетной мощности и крутящего момента, а также допускаемых значений напряжений
.
5. Рациональные числа лопаток определяем по формуле.
(4.7)
где 
– радиус ротора, м;
–толщина лопатки, м;.
Изогнутая форма лопаток позволяет повысить коэффициент полезного действия ротора: большая мощность передается жидкостному кольцу.
6. Наружный радиус всасывающего окна принимаем равным радиусу внутренней поверхности жидкостного кольца. Его значение определяет отношение
(4.8)
где 
– радиус внутренней поверхности жидкостного кольца, м;
– радиус втулки ротора, мм;
– рабочее давление, кПа;
– эксцентриситет насоса, мм.
Для насоса при давлении 50 кПа радиус внутренней поверхности жидкостного кольца составит.
7. Своевременное начало сжатия, нагнетания, обратного расширения и всасывания водокольцевого вакуумного насоса достигается в результате соответствующего расположения кромок всасывающего окна Малая площадь всасывающего окна, например, снижает быстроту действия насоса, а большая площадь – усиливает перетекание воздуха со стороны нагнетания на сторону всасывания. Поэтому положение кромок всасывающего окна выбирают, с одной стороны, из условия равенства давления воздуха в ячейке и всасывающем патрубке в начальный момент всасывания, и, с другой стороны, из условия достижения ячейкой максимального объема в момент ее разобщения с всасывающим патрубком. В настоящее время лучшие результаты получают лишь экспериментально. Рациональным методом представляется оптимизация параметров окон по длине его контура.
Очертание и размеры всасывающего окна расположили в пределах угла поворота, при котором ячейка перестает соединяться со всасывающим патрубком при наибольшем ее наполнении воздухом (рис. 3.2).
При угле 
(рис. 3.2) совершается процесс расширения воздуха, перенесенного из полости нагнетания. Рекомендуют принимать угол обратного расширения 
.
где 
– угол всасывания, рад;
– угол между нижней кромкой впускного окна и биссектрисой, рад;
– угол обратного расширения, рад;
– угол между лопатками, рад.
Рис. 3.2. Область воздушных потоков вакуумного насоса:
1 – внутренняя поверхность жидкостного кольца; 2 – втулка рабочего колеса; 
- радиус втулки колеса; 
- радиус внутренней поверхности жидкостного кольца; - эксцентриситет жидкостного кольца.
Минимальный полный угол всасывания 
для вакуумных насосов составил α=150 град.