Вакуумные насосы
Вакуумная техника - это совокупность методов и аппаратуры для получения, поддержания и
контроля вакуума. История развития физики и химии, а также ряда отраслей промышленности
неразрывно связана с развитием вакуумной техники.
Выбор типа вакуумного насоса для поддержания вакуума при обеспечении заданного процесса
определяется рабочим диапазоном давлений насоса и его предельным давлением;
быстротой откачки насоса в заданном диапазоне.
Типы вакуумных насосов, предлагаемых нами к поставке, способны решить любую техническую
задачу и обеспечить необходимый уровень вакуума в системах любой сложности:
Пластинчато-роторные насосы с масляным уплотнением
Насос этого типа состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого эксцентрично вращается
ротор, в котором имеются пазы, и в них возвратно-поступательно движутся пластины.
При вращении ротора пластины под действием центробежной силы прижимаются к стенкам цилиндрической
камеры и, уплотняясь масляной плёнкой, делят пространство на отдельные рабочие ячейки. На угле
поворота ротора, при котором объём рабочих ячеек увеличивается, они соединяются со всасывающим
патрубком и происходит всасывание. Затем рабочие ячейки отсоединяются от всасывающего патрубка,
объём их уменьшается, и в них происходит сжатие откачиваемого газа. На определённом угле поворота ротора
ячейки соединяются с нагнететельным патрубком, и благодаря уменьшению объёма рабочих ячеек газ из
них выбрасывается в нагнетательный патрубок.
Для уменьшения влияния на производительность пластинчато-роторного вакуумного насоса переноса
газа со стороны нагнетания на сторону всасывания в защемлённом объёме, в нижней части цилиндрического
корпуса и торцевых крышках выполнен ряд отверстий. Через эти отверстия сжатый газ из защемлённого
объёма по кольцевым каналам перепускается в рабочую ячейку, в которой начался процесс сжатия.
В полость сжатия для смазки трущихся деталей и уплотнения зазоров подаётся масло через трубопроводы.
Для уплотнения торцевых зазоров применяются уплотнительные кольца, которые прижимаются к торцовым
крышкам пружиной. Уплотнение вала осуществляется торцовым сальником.
Для получения остаточного давления порядка 10-3 мм.рт.ст. применяются двухступенчатые
вакуумные насосы. Все зазоры и вредные объёмы заполнены и уплотнены вакуумным маслом.
Пластинчато-роторные безмасляные (сухие) насосы
Принцип работы такой же, как и у пластинчато-роторных маслоуплотняемых насосов за исключением
того, что они работают без применения смазок.
Чаще всего насосы данного типа используют там, где достаточно неглубокого вакуума (100-200
мбар). К основным их достоинcтвам можно отнести экологичность применения.
Жидкостно-кольцевые (водокольцевые) насосы
Отличительной особенностью жидкостно-кольцевых вакуумных насосов является то, что сжатие
газа в них осуществляется жидкостным кольцом, которое приводится в движение лопаточным рабочим
колесом, эксцентрично расположенным в корпусе.
Перед пуском насос до оси заполняется жидкостью. При вращении рабочего колеса жидкость
лопатками отбрасывается к корпусу, и между ступицей рабочего колеса и жидкостным кольцом образуется
серпообразное пространство, разделённое лопаткам рабочего колеса на рабочие ячейки, объём которых
изменяется в зависимости от угла поворота рабочего колеса. На угле поворота рабочего колеса, при
котором объём рабочих ячеек увеличивается, они соединяются со всасывающим окном и через него
заполняются откачиваемым газом. Когда объём рабочей ячейки станет максимальным она отсоединяется
от окна всасывания. При дальнейшем повороте рабочего колеса объём рабочей ячейки уменьшается, и в
ней происходит сжатие газа. На определённом угле поворота рабочая ячейка соединяется с нагнетательным
окном, и газ благодаря уменьшению объёма рабочей ячейки выталкивается через нагнетательное окно в
нагнетательный патрубок.
Привод жидкостно-кольцевого насоса осуществляется непостредственно от электродвигателя.
Вал электродвигателя соединяется с валом насоса через упругую муфту. Так как газ сжимается жидкостью,
в насосе осуществляется хороший теплообмен между сжимаемым газом и жидкостью, и большая чать тепла
сжатия отводится от газа. Чтобы поддерживать температуру жидкостного кольца стабильной, постоянно
вводятся новые порции холодной жидкости. Излишнее количество жидкости отводится из жидкостного кольца
через нагнетательное окно и нагнетательный трубопровод в отделитель жидкости.
Протекание процесса сжатия с интенсивным теплообменом даёт возможность откачивать легко
разлагающиеся, полимеризующиеся, воспламеняющиеся и взрывоопасные газу и смеси. Наличие жидкостного
кольца и отсутствие органов газораспределения позволяет насосам откачивать газы, содержащие пары,
капельную жидкость, твёрдые инородные включения типа пыли и даже абразивные частицы. Соответствующий
подбор рабочей жидкости позволяет откачивать с помощью жидкостно-кольцевых вакуумных насосов агрессивные
газы. Например, для перекачки хлора используется концентрированая серная кислота (концентрация H2SO4 -
97...98%).
Двухроторные насосы (насосы Рутса)
Насосы данного типа состоят из корпуса, в котором вращаются два одинаковых по профилю
ротора, двух торцовых крышек, подшипников, синхронизирующей передачи и сальников. Откачка и
сжатие газа происходят вследствие заполнения газом образуемой в вакуумном насосе рабочей камеры,
которая переносится без сжатия из полости всасывания в полость нагнетания. После сообщения рабочей
камеры с нагнетанием давление в ней возрастает за счёт газа, перетекающего из нагнетательного окна.
Основные достоинства двухроторных вакуумных насосов: большая производительность, отсутствие
масла в сжимаемом газе, полная уравновешенность, быстроходность, равномерность откачки газа,
надёжность и долговечность.
К недостаткам насосов данного типа относятся: небольшая степень повышения давления,
несовершенство процесса сжатия, более высокая температура газа на нагнетании и высокий уровень
шума.
Быстрота действия насосов Рутса находится в пределах от 0,3 до 28000 л/с. Роторы типа Рутс
имеют две-три лопасти, как правило, прямозубые. Зазор между роторами и корпусом не превышает
0,0015...0,0025 наружного радиуса ротора, а между роторами и торцовыми крышками зазор выполняется
приблизительно в 1,5 раза больше.
Мембранные насосы
В мембранных вакуумных насосах осуществляется безмасляная откачка газа вследствие изменения
объёма, описываемого мембраной. Прогиб мембраны ограничивается краевыми креплениями и ходом
толкателя. В небольших мембранных насосах (микронасосах) привод мембраны может осуществляться
через шток от кривошипно-шатунного механизма, а в крупных - гидравлическим способом от специального
поршневого насоса. Газораспределение - клапанное.
С увеличением прогиба мембраны возрастает объёмная производительность насоса, но снижается
долговечность работы. Кроме того, к недостаткам мембранных вакуумных насосов можно отнести тихоходность
и большую металлоёмкость.
Если необходимо перекачивать химически активные газы или смеси с помощью
мембранных вакуумных насосов, то необходимы насосы в химостойком исполнении: на все детали,
соприкасающиеся с перекачиваемым газом, нанесено химостойкое покрытие, мембрана выполнена из
специального каучука.
Спиральные насосы
Данные насосы предусмотрены на безмасляного получение вакуума в производстве и
лабораториях. Они могут использоваться как отдельно, так и в комбинации с другими насосами.
Специальное химостойкое покрытие обеспечивает беспрепятственное использование для
перекачки химически активных газов.
Насосы обладают газобалластным устройством, которое позволяет перекачку паров до
определённого давления всасывания. Если всё же внутри насоса образуется конденсат, эта проблема
решается с помощью вертикального монтажа насоса. Они специально спроектированы для применения в
областях, где образуется конденсат.
Не имеют обратной диффузии частичек масла из насоса во всасывающий трубопровод и,
соответственно, в вакуумную аппаратуру.
Микронасосы
Микронасосы - это по сути и принципу действия обыкновенные насосы, только невысокой
производительности и малых габаритов.
Предлагаемые нами микронасосы относятся к следующим типам насосов: мембранные, пластинчато-роторные и
поршневые. Все они работают без применения смазок и находят себе очень широкое применения.
Винтовые насосы
Эти насосы работают на безмасляной основе с регулируемым приводом благодаря частотному
преобразователю. Встроенное регулирование числа оборотов двигателя обеспечивает его
энергоэкономичное использование в зависимости от потребностей. Всасываемый воздух при этом всегда
остаётся уравновешенным (нет пульсаций).
Преимущества винтовых вакуум-насосов:
- отсутствие промежуточных конденсаторов;
- энергоэкономичность;
- отсутствие загрязнения продукции;
- отсутствие маслопотребления;
- не требует много места.
Турбомолекулярные насосы
Действие турбомолекулярного вакуумного насоса основано на сообщении молекулам
откачиваемого газа дополнительной скорости в направлении их движения вращающимся ротором.
Ротор состоит из системы дисков.
Возможны два вида расположения вала: горизонтальное и вертикальное. Явное достоинство
насосов с вертикальным валом - предельная компактность и лёгкость благодаря естественному
расположению первой решётки - роторного диска непосредственно у разъёма входного фланца, а
двигателя - внутри полого ротора. В тоже время насос с горизонтальным валом имеет лучшую
ремонтоспособность, поскольку подверженные износу подшипники в нём легко доступны и могут
быть легко заменены без разборки насоса.
Самый сложный, точный и дорогой узел - ротор - нуждается в тщательной динамической
балансировке. Точность балансировки зависит от массы ротора и обратна пропорциональна
квадрату рабочей частоты его вращения. Недостаточная балансировка ротора приводит к опасным
для работы вакуумных приборов вибрациям, нагрузкам на подшипники и досрочному выходу насоса
из строя.
Не менее важными узлами являются опорные устройства. Требование продолжительной работы
при высоких частотах вращения с учётом размещения подшипников в вакууме выполнимо только при
применении подшипников самой высокой точности и быстроходности. Особые трудности представляет
подбор радиально-упорных подшипников. Однако одной точности и лёгкости подшипников недостаточно.
В связи с наличием кроме исходного дебаланса неидеальной жёсткости деталей, собственной частоты
колебаний вала и лопаток, несимметрии электромагнитного поля двигателя, зазоров и износа в
подшипниках необходим подбор характеристик упругости обойм, в которые устанавливаются подшипники.
Применяются обоймы в виде тонкостенных разрезных пружинных втулок.
Паромасляные диффузионные насосы
По сути это то же, что и пароструйный вакуумный насос. Откачивающее действие паромасляного
диффузионного вакуумного насоса основано на диффузии молекул откачиваемого газа в струю пара
рабочего вещества (ртуть, масло).
|
