Классификация объемных вакуумных насосов. Принцип действия объемных вакуумных насосов.
В процессе объемной откачки выполняются следующие основные операции:
· всасывание газа за счет расширения рабочей камеры насоса;
· 
уменьшение объема рабочей камеры и сжатие находящегося в ней газа;
· удаление сжатого газа из рабочей камеры в атмосферу или насос предварительного разрежения.
В течение времени t1 (рис.6.1) осуществляется всасывание газа (область І), в промежутке от t1 до t3 – сжатие газа (область ІІ), от t3 до t4 – выхлоп газа (область ІІІ). Затем цикл повторяется.
Кривые 1 и 3 на этом рисунке соответственно отражают зависимость объема камеры Vк и давления рабочей камеры рк от времени. Кривая 2 соответствует изменению давления рабочей камеры в режиме работы с напуском балластного газа в момент времени t2. Напуск балластного газа осуществляется при откачке паров воды или органических растворителей, давление насыщенных паров которых при рабочей температуре в насосе находится в промежутке от предельного давления рпр до максимального выпускного давления.
Напуск газа снижает степень сжатия и предотвращает конденсацию откачиваемых паров в объеме насоса.
Предельное давление характеризуется мертвым объемом, утечками газа через клапаны, уплотнения, давлением паров рабочей жидкости, газовыделением из корпуса насоса и определяется по формуле:
где 
– коэффициент, учитывающий газовыделения из корпуса насоса и степень утечек газа; 
– объем вредного пространства, м3; 
– объем рабочей камеры насоса, м3; 
– давление выхлопа, Па.
Предельное давление объемной откачки можно улучшить, уменьшая общий обратный поток из насоса. Этого можно добиться, применяя ловушки, предотвращающие проникновение паров рабочей жидкости насоса в откачиваемый объем, или последовательно соединяя две ступени откачки для уменьшения прорыва газов из камеры сжатия в камеру всасывания.
|
|
Работа насоса представлена на р – V диаграмме (рис. 6.2) и определяется по формуле:
.
,
где 
– давление всасывания, Па; 
– наибольший объем рабочей камеры, м3; 
– показатель политропы.
Объемные вакуумные насосы в зависимости от конструктивной схемы делятся на поршневые, жидкостно-кольцевые и ротационные
Поршневые насосы
В этих насосах откачка осуществляется за счет периодического изменения объема цилиндра при перемещении поршня. Поршневые вакуумные насосы широко применяют в промышленности для откачки сухих газов и газов с примесью капельной жидкости.
Цилиндры поршневых насосов могут быть простого и двойного действия, с водяным или воздушным охлаждением. Обычные поршневые насосы с самодействующими клапанами имеют предельное давление откачки рпр = 4·103…1·104 Па. Улучшение рпр достигается перепуском газа из мертвого пространства в конце хода поршня во вторую полость цилиндра, где осуществляется процесс всасывания.
Преимуществами поршневых вакуумных насосов являются высокий КПД, надежность работы, возможность длительной эксплуатации.
К недостаткам данного типа насосов следует отнести неравномерность процесса откачки, большие потери на трение, большие массогабаритные показатели.
 |
Жидкостно-кольцевые насосы
Эти насосы (рис.6.3) имеют в цилиндрическом корпусе 1 эксцентрично расположенное рабочее колесо 2 с неподвижно закрепленными лопатками.
|
|
Находящаяся в корпусе жидкость во время вращения под действием центробежных сил прижимается к стенкам корпуса и образует жидкостное кольцо 4.
Между жидкостным кольцом и лопатками насоса образуются отдельные ячейки неодинакового размера. Вначале их объем увеличивается, и газ через всасывающее отверстие 3 в торцевой крышке поступает в насос. Затем объем ячеек уменьшается, и сжатый газ через отверстие 5 удаляется из насоса.
Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы по конструкции проще поршневых, так как не имеют клапанов и распределительных устройств. Предельное разрежение рпр таких насосов определяется давлением насыщенных паров рабочей жидкости.
Так, например, для водокольцевого насоса с рпр = (2…3)·103 Па быстрота действия составляет 25…500 л/с.
Достоинства жидкостно-кольцевых вакуумных насосов:
·
 |
протекание процесса сжатия с интенсивным теплообменом позволяет откачивать легко разлагающиеся, полимеризующиеся и взрывоопасные газы и смеси;
· наличие жидкостного кольца позволяет откачивать газы, содержащие пары, капельную жидкость, твердые инородные включения типа пыли и даже абразивные частицы.
К недостаткам данного типа насосов следует отнести:
§ высокую мощность, необходимую для вращения жидкостного кольца, и, как следствие этого, относительно низкий КПД;
§ высокое предельное остаточное давление 2,66…9,31 кПа для одноступенчатых и 0,133…0,665 кПа – для двухступенчатых;
§ невысокая окружная скорость на периферии рабочего колеса;
|
|
§ большая масса.
· Роторные вакуумные насосы
· Эти механические насосы с масляным уплотнением имеют несколько модификаций: пластинчато-роторные, пластинчато-статорные, и золотниковые (плунжерные).
· Пластинчато-роторный насос
· В цилиндрической камере 1 (рис. 6.4) насоса вращается эксцентрично расположенный ротор 2, в прорези которого свободно вставлены пластины 3 с пружиной 4. При вращении ротора пластины скользят по внутренней поверхности цилиндра и в камере образуется две области І – область всасывания и ІІ – область сжатия.
· Полость І при вращении ротора увеличивает свой объем, в нее газ поступает через впускной патрубок 5, связанный с откачиваемым объемом. Объем полости сжатия ІІ, расположенный на выпускной стороне, уменьшается при вращении ротора, и в ней происходит сжатие газа. Эта полость соединена с клапаном 6. Когда давление газа в полости 2 станет достаточным для открытия клапана, произойдет выхлоп. Выхлопной клапан 6 находится под уровнем масла, что препятствует попаданию атмосферного воздуха в насос. В процессе работы зазоры в роторном механизме уплотняются рабочей жидкостью – маслом, благодаря чему отсутствует перетекание газа с выхода на вход. Масло заполняет вредное пространство (объем под клапаном), тем самым исключает его влияние, ведущее к повышению остаточного давления, а также обеспечивает смазку и частичное охлаждение насоса. Масло в камеру поступает через зазоры в корпусе из резервуара с маслом, где оно находится под атмосферным давлением, а через выхлопной клапан вновь возвращается в резервуар. Предельное давление определяется объемом вредного пространства, газовыделением материалов насоса и давлением насыщенных паров масла. Предельное давление для этого типа насосов Рпред = (3…6,6)·10-1 Па.
· Пластинчато-роторные насосы выполняются обычно с быстротой действия до 6 л/с. Это объясняется тем, что в местах контакта пластин с камерой насоса достигаются достаточно высокие относительные скорости, что и ограничивает, главным образом, создание крупных пластинчато-роторных насосов.