Вакуум. Производство вакуума

Министерство  образования  и  науки  Украины

Приазовский  государственный  технический  университет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат  по  курсу

“Энергоснабжение  и  энергоаудит  теплотехнических  систем”

 

 

ВАКУУМ. ПРОИЗВОДСТВО  ВАКУУМА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент  гр. ЭТ-06

Фейерэйзен  И.А.

Проверила:

Айнагоз  Г.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Мариуполь  2009

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ	2
1  ВАКУУМНЫЕ  НАСОСЫ. ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА	3
2  ВАКУУМНЫЕ   ПОРШНЕВЫЕ   НАСОСЫ	4
3  ПЛАСТИНЧАТО-РОТОРНЫЕ  ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ	9
4  ДВУХРОТОРНЫЕ  ВАКУУМНЫЕ   НАСОСЫ	13
4.1. ВАКУУМНЫЕ  НАСОСЫ  С  ВНЕШНИМ  СЖАТИЕМ	13
4.2  ВАКУУМНЫЕ  НАСОСЫ   С  ЧАСТИЧНЫМ  ВНУТРЕННИМ  СЖАТИЕМ	15
5. ЖИДКОСТНО-КОЛЬЦЕВЫЕ   ВАКУУМНЫЕ  НАСОСЫ	17
6  ПЛУНЖЕРНЫЕ   НАКУУМНМЕ   НАСОСЫ	21
7 МОЛЕКУЛЯРНЫЕ  ВАКУУМНЫЕ   НАСОСЫ	23
8. ТУРБОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ   ВАКУУМНЫЕ   НАСОСЫ	26
СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ	28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее время  вакуумную технику широко используют в различных отраслях промышленности (электротехнической, электронной, радиотехнической, химической, металлургической, медицинской, пищевой и др.) для осуществления технологических процессов или обеспечения работы установок различного назначения (термообработки, переплава металлов и сплавов, нанесения тонких пленок, электронно-лучевой и диффузионной сварки, выпарных аппаратов, мясе-спектрометрии и др.), а также в криогенных установках и установках для имитации космических условий, ускорителях элементарных частиц.

Основным элементом  любой вакуумной системы, как  правило, является механический вакуумный  насос. В настоящее время разрабатывается серия новых конструкций механических вакуумных насосов с улучшенными откачными и энергетическими характеристиками и агрегатов на их основе, отвечающих современным требованиям, так как возникла необходимость в резком увеличении их производства для удовлетворения все возрастающей потребности в них практически всех отраслей промышленности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1  ВАКУУМНЫЕ   НАСОСЫ. ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА

 

Для создания вакуума  и отсасывания воздуха и технических газов применяют вакуумные насосы. Вакуумная выплавка и обработка позволяют получать специальные металлы высокого качества. Выплавку стали под вакуумом проводят в  индукционных и дуговых электропечах. Помимо вакуумной выплавки стали в электропечах, широкое распространение получила, и вакуумная обработка жидкой стали в ковшах и изложницах. Создание вакуума обеспечивается специальными системами, состоящими из вакуумных насосов и необходимого вспомогательного оборудования. Вакуумные насосы находят также широкое применение и в энергетике, в частности для создания необходимого вакуума в конденсаторах паровых турбин.

Работа вакуумных насосов  характеризуется предельным впускным давлением, наибольшим выпускным давлением, быстротой действия и производительностью. Предельным впускным давлением р₀ называют наименьшее давление, создаваемое вакуумным насосом, откачивающим газ в полностью герметизированной системе, где нет внутреннего газовыделения. Наибольшим выпускным давлением р_max называют такое давление в выпускном патрубке насоса, превышение которого вызывает обратный ток газа через насос и подъем впускного давления. Быстрота действия вакуумного насоса S_н,  определяется объемом газа, поступающего в насос в единицу времени при данном впускном давлении (давлении во всасывающем патрубке насоса) р_вп. Производительность вакуумного насоса определяется как произведение его быстроты действия на впускное давление, м^{3 .} Па/с

В зависимости от величины развиваемого предельного впускного  давления р₀   вакуумные   насосы   делят   на следующие   группы;   низкого  вакуума  (р₀ = 1 ^. 10⁴÷100 Па); среднего вакуума (р₀ = 100÷0,1 Па); высокого вакуума (р₀ = 0,1÷1 ^. 10^-5  Па); сверхвысокого вакуума (р₀ = 1 ^. 10^-5÷1 ^. 10^-12  Па).

По устройству и принципу действия вакуумные насосы делятся на механические и струйные. К механическим относятся насосы низкого и среднего вакуума. Они состоят из корпуса-статора, внутри которого помещается эксцентрично расположенный вращающийся ротор. Различают водокольцевые, пластинчатые, с масляным уплотнением и двухроторные механические вакуумные насосы. Наиболее распространены два первых указанных вида насосов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2  ВАКУУМНЫЕ   ПОРШНЕВЫЕ  НАСОСЫ

 

Вакуумные поршневые  насосы (ВИН) относятся к насосам  объемного принципа действия. ВПП  широко применяют в промышленности для откачивания сухих газов и газов с  примесью капельной влаги.

Вакуумные поршневые  насосы, выпускаемые отечественной  промышленностью и предназначенные  для откачивании сухих газов, классифицируют по устройству органов  распределения и перепуска (рис. 2.1).

 

 

 

Рис. 2.1. Классификация  насосов

 

Насосы без перепуска  применяют при давлении всасывания более 15 ... 20 кПа в одноступенчатом исполнении и 10 ... 20 кПа в двухступенчатом. Диапазон быстроты действия насосов без перепуска составляет от 0,01 до 2,5 м³/с. Предельное остаточное давление таких насосов в одноступенчатом исполнении 3... 6,5 кПа.

Для снижения предельного  давления р_пр в насосе применяют перепуск газа высокого давления, оставшегося в мертвом объеме А (рис. 2.2) после процесса нагнетания, в полость В цилиндра, в которой закончился процесс всасывания. Для этого на зеркале цилиндра выполняют перепускные каналы, сообщающие полости А и В. По перепускным каналам газ протекает из полости А в полость В, и давления в этих полостях выравниваются. Таким образом, обратное

 

 

 

 

Рис. 2.2. Схема  процесса  перепуска

 

расширение газа в  полости А начинается с давления смешения, т. е. с более низкого давления, чем давление нагнетания, при котором газ остается в мертвом объеме после процесса нагнетания. При этом ход поршня, необходимый для обратного расширения газа, уменьшается. В результате перепуска количество газа, всасываемого в цилиндр вакуум-насоса при определенном отношении давлений, увеличивается, а предельное остаточное давление на всасывании уменьшается.

Перепуск газа приводит к увеличению мощности, так как  энергия, затраченная на сжатие газа, оставшегося в мертвом объеме, не полностью возвращается в процессе обратного расширения. Давление газа в полостях в конце процесса перепуска различно, что объясняется гидравлическим сопротивлением и недостаточным временем – сечением при перепуске.

Насосы без перепуска  выполняют на базе существующих поршневых  компрессоров. Теоретические и действительные индикаторные диаграммы таких насосов не отличаются от диаграмм поршневых компрессоров.

Насосы с клапанным  распределением и перепускными каналами на зеркале цилиндра имеют номинальную быстроту действия до 2,5 м³/с. л их применение целесообразно при давлениях всасывания более 1,5-2 кПа.

Насосы с клапанным  распределением и перепускными каналами на зеркале цилиндра двойного действия имеют четыре — восемь перепускных каналов, равномерно расположенных по окружности цилиндра и занимающих до 50 % его периметра.

В СССР широко применяют быстроходный насос системы МВТУ с золотником поршневого типа и перепускными каналами, выполненными на зеркале цилиндра. Средняя скорость поршня насоса ограничена скоростью газа в перепускных каналах и в цилиндровых окнах и составляет 2 ... 4,5 м/с.

Особенностью насоса системы МВТУ (рис. 2.3) является использование золотника для дополнительного сжатия откачиваемого газа до давления нагнетания. Полости A_I и А_II цилиндра сообщаются с полостями B_I и В_II золотника или полостью всасывания каналами C_I и С_II.

Рис. 2.3. Схема  насоса  системы  МВТУ

В СССР серийно выпускают  одноступенчатые поршневые насосы ЗВНП-3 и ВНП-6, а также двухступенчатые  насосы 2ДВНП-6 и насосы ВН-120 с клапанным  распределением и перепускными каналами на зеркале цилиндра.

Насосы ЗВНП-3, ВНП-6 и 2ДВНП-6 унифицированы, т. е.  имеют одинаковые механизмы движения, станину, смазочную  систему и  цилиндропоршневую группу. Насосы ЗВНП-3 и ВНП-6 унифицированы полностью (рис. 2.4) и различаются только двигателем, шкивом и частотой вращения коленчатого вала. Вакуумный  насос 2ДВТ1П-6 (рис. 2.5) отличается от одноступенчатых добавлением цилиндра простого сжатия дожимающей ступени. В дожимающей ступени на всасывании используют щелевой канал, а на нагнетании — самодействующий клапан. Кроме того, во второй  ступени предусмотрен байпасный клапан, который служит для  выпуска газа на нагнетание при режимах работы, в которых не требуется сжатия газа в дополнительной ступени. 

 

 

 

 

 

Рис. 2.4. Вакуумная  установка  с  насосом  3ВНП-3  (ВНП-6)  системы  МВТУ:

а – общий  вид  установки;  б – схема  вакуумного  насоса  3ВНП-3 – (ВНП-6): 1 – насос;  2 – электродвигатель;  3 – маслинный  насос;  4 – коленчатый  вал;  5 – шатун;  6 – шток;  7 – поршень;  8 – корпус  цилиндра;  9 – золотник;  10 – шестеренный  масляный  насос  для  смазывания  механизма движения;  11 – эксцентрик

 

 

 

 

Рис. 2.5. Вакуумная  установка  с  насосом  2ДВНП-6  системы  МВТУ:

а – общий  вид; б  – двухступенчатый  вакуумный  насос  2ДВНП-6: 1- коленчатый  вал;  2 – шатун;  3 – шток; 4 – поршень;  5 – корпус  цилиндра;  6 – крышка-корпус  второй  ступени;  7 – поршень  второй  ступени;  8 – нагнетательный  клапан  второй  ступени;  9 – золотник;  10 – масляный  насос;  11- эксцентрик

 

3  ПЛАСТИНЧАТО-РОТОРНЫЕ  ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ

 

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 СГ-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 м³/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.

В зависимости от быстроты действия, типа смазочного материала и режима охлаждения техническую характеристику насоса задают во всем диапазоне создаваемого им давления всасывания (от предельного до атмосферного) или только па номинальном режиме.

Одноступенчатый насос со смазыванием трущихся поверхностен создает предельное остаточное давление около 2 кПа, а двухступенчатый — примерно 0,5 кПа.

На рис. 3.1 приведена конструктивная схема насоса с перепускным устройством и двумя разгрузочными кольцами. В неподвижном корпусе 1 вращается ротор 2, в пазы которого свободно вставлены пластины 3.   При

 

Рис. 3.1. Конструктивная  схема  насоса  с  перепуском  газа

 

вращении ротора пластины под действием  центробежных сил прижимаются ко внутренней поверхности колец.

Всасывание, сжатие и нагнетание газа осуществляется при изменении объемов  ячеек, образованных эксцентрично расположенным ротором, пластинами, корпусом и торцовыми крышками. Между ротором, кольцами и корпусом, а также между ротором и торцовыми крышками предусмотрены минимально возможные зазоры. В торцовых крышках 4 и 7 корпуса расположены вертикальные отверстия Б, соединенные с горизонтальным каналом Д. В нижней части корпуса и торцовых крышках выполняют ряд отверстий В и Е. По специальному перепускному каналу Ж газ из ячейки наименьшего объема и пространства торцовых зазоров отводится в ячейку начала сжатия, отсоединенную от всасывающего окна. При этом происходит выравнивание давлений в рабочих ячейках: давление газа в ячейке наименьшего объема падает до давления выравнивания, а и ячейке начала сжатия давление возрастает с  давления   всасывания до давления выравнивания. Это приводит, с одной стороны, к увеличению коэффициента откачки и снижению предельного остаточного давления, с другой стороны, – к увеличению удельной  потребляемой на сжатие газа мощности.

Перепуск газа наиболее эффективен при больших перепадах  давлений в ячейках. Поэтому ею применяют  обычно при давлениях всасывания менее 30 кПа у насоса  с  большим  числом пластин (до 20).

Насосы со стальными  пластинами, как правило, выполняют  с разгрузочными кольцами. Выход  пластин из пазов вращающегося ротора ограничен разгрузочными кольцами 5 и 6, вставленными свободно в корпус. Внутренний диаметр разгрузочных колец меньше диаметра расточки корпуса. Поэтому между рабочей кромкой пластин и образующей цилиндра имеется гарантированный радиальный зазор (∆ ≈ 0,08 мм). Кольца свободно вращаются, увлекаемые силой трения движущихся пластин, вследствие чего путь скольжения пластин по кольцам меньше, чем по корпусу. При этом снижается мощность, затрачиваемая на преодоление трения пластин по корпусу, и уменьшается износ трущихся деталей, но возрастают внутренние перетекания газа через радиальный зазор. Во время работы насоса пластины не должны соприкасаться с поверхностью цилиндра.

Для выравнивания давлений снаружи и внутри разгрузочных колец в них выполнены радиальные отверстия Г малого диаметра.

В насосах с неметаллическими пластинами, имеющими значительно меньшую плотность, чем стальные, силы инерции снижаются в 3,5 ... 5 раз. Применение разгрузочных колец в этом случае нецелесообразно, так как уменьшение потерь на трение сопровождается увеличением внутренних перетеканий газа.

Рабочая полость ПРВН без перепуска газа (рис. 3.2) не герметична. Рабочий процесс насоса в значительной степени зависит  от внутренних перетеканий газа и внешних натеканий воздуха, теплообмена, гидравлических потерь и перевального объема. Внутренние перетекания газа во всасывающую полость так же, как и внешние натекания из атмосферы через сальник и неплотности между корпусом и крышками в цилиндр насоса, снижают его быстроту действия. В начальный момент сжатия газа, когда давление в рабочей ячейке низкое, количество газа, перетекающего из других ячеек с более высоким давлением, превышает количество газа, вытекающего из ячейки. Поэтому давление газа в рабочей ячейке будет возрастать быстрее, чем в теоретическом случае при отсутствии перетеканий. При дальнейшем процессе сжатия уменьшается приток газа в ячейку, но растет количество вытекающего газа. Следовательно, масса газа в рабочей ячейке в процессе сжатия не остается постоянной.

 

 

Рис. 3.2. Конструктивная  схема  насоса  без  перепуска  газа

Всасывание газа сопровождается повышением его температуры, так как он соприкасается с более нагретыми деталями насоса (ротором, пластинами). Температура нагнетаемого газа, определяемая политропическим процессом сжатии, выше, чем температура ротора и пластин. Таким образом, количество подводимой и отводимой теплоты в процессе сжатия газа непрерывно изменяется. Теплообмен газа с рабочими органами ПРВН вызывает повышение потребляемой мощности.

Давление газа в ячейке ПРВН при всасывании и нагнетании не совпадает с давлением газа в патрубках вследствие гидравлических потерь. Это приводит к снижению быстроты действия и повышению мощности на сжатие газа, а перевальный объем снижает эффективность работы насоса.

Этот насос относится  к машинам с нерегулируемым отношением давлений, которое в значительной мере определяется расположением кромок всасывающего и нагнетательного окон. Поэтому при изменении расчетного давления всасывания и нагнетания в момент открытия окон наблюдается несовпадение давлений в ячейке и патрубке. Это приводит к перетеканию газа и возникновению дополнительного шума при работе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4  ДВУХРОТОРНЫЕ  ВАКУУМНЫЕ  НАСОСЫ

 

Двухроторные вакуумные насосы в зависимости от характера процесса сжатия разделяют на две группы: насосы с внешним сжатием и насосы с частичным внутренним сжатием (BНЧС).

 

4.1. ВАКУУМНЫЕ   НАСОСЫ С  ВНЕШНИМ  СЖАТИЕМ

 

Двухроторные  вакуумные  насосы  предназначены  для  откачивания  воздуха  и  газов,  не  вступающих  в  реакцию  с  материалами,  из  которых  изготовлены  детали  вакуумных  насосов,  и  применяемыми  в  них маслами.

В двухроторных вакуумных насосах (рис. 4.1) в овальном корпусе 1 навстречу один другому вращаются два ротора 2 и 5. Роторы выполняют с двумя (рис. 4.1, в) или тремя (рис. 4.1, б) прямыми или винтовыми (спиральными) (рис. 4.2) лопастями. Угол закрутки лопастей не превышает 18Сг. Углом χ закрутки лопасти называют угол, на который повернут вокруг продольной оси ротора один торец относительно другого.

 

 

Рис. 4.1. Схемы  двухроторных  вакуумных  насосов

 

Синхронное вращение роторов и зазор между ними обеспечиваются синхронизирующими шестернями, которые смонтированы на валах роторов. Между роторами, а также роторами и корпусом в рабочем состоянии сохраняются зазоры, отчего в рабочую полость сжатия газа смазочный материал не подается.

 

 

 

Рис. 4.2. Винтовой  ротор  двухроторного  вакуумного  насоса

 

Рассмотрим откачивание  газа на примере насоса с двухлопастными роторами. Пусть в данный момент роторы находятся в положении, показанном на рис. 4.3, а. Полость I отсоединена от окна всасывания, но еще не соединена с окном нагнетания. В следующий момент (рис. 4.3, б) полость I соединяется с окном нагнетания, и газ под давлением нагнетания поступает в полость I. Процесс натекания газа из полости нагнетания в полость I продолжается до тех пор, пока давление в полости I не станет равным давлению нагнетания. После выравнивания давлений газ из полости I начнет подаваться в полость нагнетания смеете с газом, который находится в полости II (рис. 4.3, в). При повороте роторов на угол 90° (рис. 4.3, г) газ из полости I роторами продолжает вытесняться в нагнетательную полость, процесс освобождения полости II от газа заканчивается, а между ротором 2 и корпусом 1 образуется полость III, процессы в которой начнут происходить в той же последовательности, что и в полости I с момента, соответствующего положению рис. 4.3, а. В моменты, соответствующие  положениям на рис. 4.3, д и 4.3, е газ из полости I продолжает подаваться в нагнетательное окно, а в момент, соответствующий повороту роторов на 180^о, процесс вытеснения газа из полости I заканчивается. Далее процесс повторяется, начиная с положения рис. 4.3, а, но место полости I займет полость IV, полости III – полость II, полости II – полость III, полости IV – полость I.

 

Рис. 4.3. Принципиальная  схема  действия  двухроторного  вакуумного  насоса

 

Таким образом, за один оборот каждого ротора в нагнетательную полость ротором 2 подается газ из полостей II и III, а ротором 3 — газ из полостей I и IV. В двух ротор ном вакуумном насосе только в полостях, соединенных с нагнетательным патрубком, газ сжимается и подается в нагнетательный патрубок. Такой процесс сжатия называют внешним сжатием.

Процесс внешнего сжатия менее экономичен по сравнению с  процессами с внутренним сжатием, поэтому  двухроторные вакуумные насосы применяют, как правило, в области давлений всасывания 1,33 ... 133 Па. Получению в данных вакуумных насосах более высокого вакуума препятствуют относительно большие перетекания газа из полости нагнетания в полость всасывании вследствие наличия зазоров между роторами и между роторами и корпусом. При применении двухроторных вакуумных насосов в областях давлений, близких к 100 кПа, отношение  давления нагнетания р_н к давлению 
всасывания р в них сравнительно небольшое (1,2 ... 1,5) также вследствие наличия больших перетеканий из полости нагнетания в полость всасывания. 
Полная уравновешенность и хорошая динамическая балансировка роторов обеспечивают достижение высокой частоты  вращения роторов, что приводит к большой быстроте действия при сравнительно малых размерах. Кроме того, отсутствие трения между роторами, простота конструкции и технологической обработки роторов привели к широкому использованию двухроторных вакуумных насосов в промышленности. Двухроторные вакуумные насосы работают вместе с форвакуумными, в качестве которых используют плунжерные, пластинчато-роторные, жидкостно-кольцевые или поршневые вакуумные насосы. Двухроторные вакуумные насосы, выпускаемые с быстротой действия от 0,0015 до 10 м³/с, создают остаточное давление до 0,5 Па.

 

4.2  ВАКУУМНЫЕ  НАСОСЫ   С  ЧАСТИЧНЫМ  ВНУТРЕННИМ  СЖАТИЕМ

 

Вакуумные насосы с внутренним сжатием (поршневые, пластинчато-роторные, винтовые и др.) отличаются более совершенным рабочим процессом и, следовательно, более экономичны по  сравнению с вакуумными насосами с внешним сжатием (например, двухроторными вакуумными насосами), у которых повышение давления происходит в нагнетательном патрубке вследствие непрерывного переноса газа со стороны всасывании.

Вакуумные насосы с частичным  внутренним сжатием (ВНЧС) по принципу действия занимают промежуточное положение между вакуумными насосами с внутренним и внешним сжатием. Основные достоинства ВНЧС – быстроходность, надежность работы, полная уравновешенность, отсутствие клапанов, простота конструкции, обеспечение безмасляного откачивания газа, относительная простота изготовления основных рабочих органов – прямозубых роторов. ВНЧС работают в эксгаустерном, вакуумном и вакуум-компрессорном режимах. При работе в вакуумном режиме эти насосы можно использовать как отдельную ступень многоступенчатой вакуумной установки. К недостаткам этих насосов по сравнению с вакуумными насосами с внутренним сжатием следует отнести: высокий уровень шума при работе, относительно большие внутренние перетекания газа через зазоры, нерегулируемость фаз газораспределении, более высокую удельную мощность. Быстрота действия вакуумных насосов с внутренним сжатием не превышает 0,2 м³/с. а отношение давлений, создаваемых в одной ступени, составляет 2,5 ... 3 при нагнетании в атмосферу к ~8...10 в вакуумном режиме.

ВНЧС относится к  насосам объемного типа. Конструктивная схема такого насоса представлена на рис. 4.4, а. В корпусе 2 вращаются два ротора – ведущий 10 и ведомый 9. При эпициклоидально-круговом профилировании ведущий ротор имеет форму цилиндра радиуса R с двумя или несколькими цилиндрическими выступами радиуса r, центры которых расположены на окружности радиуса R (рис. 4.4, б). Основание боковой поверхности цилиндрических выступов корригируют для получения постоянного бокового зазора в зацеплении роторов. Ведомый ротор представляет собой цилиндр радиуса R с двумя или несколькими цилиндрическими впадинами радиуса г, центры которых лежат на продолжении цилиндрической поверхности ведомого ротора. Боковые зазоры в зацеплении роторов обеспечиваются синхронизирующими  шестернями 8 (рис. 4.4, а). Торцы корпуса закрыты крышками 1 и 3, в которых расположены радиально-упорные подшипники 6, радиальные подшипники 5, а также уплотнения валов 4. Между роторами и корпусом, а также между роторами и торцовыми крышками имеются зазоры, исключающие соприкосновение рабочих деталей и, следовательно, подачу смазочного материала в рабочую полость насоса. Уплотнен вал сальником 7. При вращении роторов газ поступает в рабочую полость насоса и делится на два потока. Большая его часть захватывается ведущим ротором и сжимается внутри насоса вследствие уменьшении объема рабочей полости, как в вакуумных насосах с внутренним сжатием. Другая, меньшая часть газа, переносится полостями ведомого ротора из всасывающего окна в нагнетательное окно без внутреннего сжатия, как в вакуумных насосах с внешним сжатием. Далее в полости нагнетания эти два газовых потока смешиваются, и сжатый газ поступает в нагнетательный трубопровод. Таким образом, частичное внутреннее сжатие газа в насосах данного чипа обусловлено специальной формой выступов и впадин роторов и расположением кромок нагнетательного окна только на расточке под ведомый ротор. Роторы, помимо подачи газа, выполняют функции органов газораспределения.

 

Рис. 4.4. Конструктивная  схема  насоса  ВНЧС

 

 

5. ЖИДКОСТНО-КОЛЬЦЕВЫЕ  ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ

 

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 м³/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. 5.1, а) и двойного (рис. 5.1, б) действия. В насосе простого действия рабочее колесо 1, 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 1 и внутренней поверхностью жидкостного кольца 3 образуется, серпообразная полость, которая лопатками делится на отдельные рабочие ячейки. От сечения

Рис. 5.1. Насос  простого  (а)  и  двойного  (б)  действия

 

I-I (рис. 5.1, а) до сечения II-II в направлении вращения колеса объем рабочих ячеек увеличивается и в них через всасывающее окно А поступает откачиваемый газ. Отсечения II-II до  сечения III-III объем рабочих ячеек уменьшается, и, так как они не соединены ни со всасывающим, ни с нагнетательными окнами, газ в них сжимается. Когда рабочие ячейки проходят мимо нагнетательного окна В, газ из них поступает в нагнетательное окно вследствие уменьшения объема рабочих ячеек. Часть газа, оставшаяся в ячейке, возвращается через зазор С на всасывание, где он расширяется до давления всасывания и занимает часть объема рабочих ячеек, что приводит к уменьшению производительности насоса.