Вращательные масляные насосы. Более высокий вакуум создают вращательные масляные насосы, у которых весь внутренний объем насоса залит маслом. Масло создает хорошее уплотнение и уменьшает влияние мертвого пространства, так как последнее также заполняется маслом. Такие насосы делят на три основных типа: пластинчато-роторные, пластинчато-статорные и золотниковые (рис. 302). Иногда золотниковые насосы называют насосами с катящимся ротором. Качество работы насоса зависит главным образом от масла, которое должно быть устойчивым к окислению откачиваемыми газами, должно иметь низкую упругость пара, не иметь никаких загрязнений. Скорость откачки вращательных масляных насосов изменяется от 0,6 до 1300 м3/ч. Предельное давление может достигать 10^-5 мм рт. ст. при наличии двухступенчатого насоса. Вращательные масляные насосы применяют как самостоятельно, так и в качестве форвакуумных. Насосы ВН-494 (пластинчато-роторный), ВН-461М (рис. 303), РВН-20 (пластинчато-статорные) предназначены для использования главным образом вместе с высоковакуумными насосами производительностью порядка нескольких сот литров в секунду. Золотниковые насосы средней производительности используются в качестве вспомогательных к высоковакуумным насосам большой производительности (500—8000 л/с). Для откачки больших объемов от атмосферного давления целесообразнее применять насосы большой производительности (рис. 304).

Они имеют маслоотбойные устройства и могут длительное время работать при давлении у впускного патрубка около 100 мм рт. ст., в то время как для насосов средней производительности нежелательно превышение давления всасывания более 1 мм рт. ст.

                                             а)                                     б)                                         6)

Рис. 302. Схемы вращательных масляных насосов:

а — пластинчато-роторный; б — пластинчато-статорный; в — золотниковый

Рис. 303. Двухступенчатый (двухкамерный) насос ВН-461-М:

— пластинка; 2 — шариковый клапан; 3 — пластина первой ступени; 4 — пластина второй ступени;

— рычаг; 6 — пружина; 7 — всасывающий штуцер; 8 — крышка корпуса; 9 — ротор; 10 — цилиндр второй ступени; 11 — средняя крышка рабочей полости; 12 — цилиндр первой ступени; 13 — корпус

насоса; 14 — вал насоса

Пары воды почти всегда присутствуют в откачиваемом объеме, и чем больше объем, ем больше опасность попадания воды в насос. Если нет газобалластного устройства, то внутри насоса водяной пар частично конденсируется, образуя масляную эмульсию, в результате чего снижается предельное давление(упругость паров воды уже при 20° С составляет 17,5 мм рт. ст) и возможна коррозия внутренних металлических частей насоса: Наличие охлаждаемого конденсатора или ловушки для пара полностью не устраняет возможности его попадания в насос. Например, при температуре конденсатора — 25ч—30° С давление насыщенного водяного пара составляет 0,3—0,5 мм рт. ст. и парциальное давление пара на входе в насос после конденсатора соответствует этому давлению насыщения.

Для предотвращения попадания больших количеств воды в насос применяют продувку и регенерацию масла, дополнительный нагрев масла в масло-отстойниках с целью выпаривания конденсата и т. п., однако наиболее эффективно применение газобалластного устройства.

В камеру сжатия насоса до начала сжатия подается определенное количество атмосферного воздуха (так называемый балластный газ). При достаточном количестве балластного газа давление в камере составит 760 мм рт. ст. еще до того, как пар будет сжат до давления насыщения, т. е. до того, как произойдет конденсация. По достижении атмосферного давления открывается выхлопной клапан и пар вместе с газом уходит из наcoca. С применением газобалластного устройства повышается предельное давление, достигаемое насосом. Чем больше концентрация пара в парогазовой смеси, тем больше балластного газа надо подавать и тем выше достигаемое предельное давление.

На рис. 305 показано газобалластное устройство насоса ВН-461М, состоящее из дозатора 1, воздухопровода 2 и штуцера 3 с клапаном.

Рис. 305. Схема установки газобалластного устройства к насосу ВН-461-М

Вращательные масляные насосы можно применять для откачки воздуха или неконденсирующихся газов, не вступающих в реакцию с черными металлами и вакуумным маслом. Они предназначены для работы в стационарных установках с температурой окружающего воздуха 15—30° С.

В табл. 53 и 54 приведены основные характеристики вращательных масляных насосов. В табл. 53 даны характеристики унифицированной серии пластинчато-роторных насосов малой производительности, создающих предельное давление порядка 5•1O^-3 мм рт. ст. Все насосы имеют газобалластные устройства. Насосы с воздушным охлаждением, рабочая жидкость—вакуумное масло ВМ-4 или ВМ-6. Допустимое парциальное давление паров воды на входе в насос 17,6 мм рт. ст. Насосы имеют небольшие габаритные размеры и массу и сравнительно невысокий уровень шума. В табл. 54 приведены характеристики золотниковых (плунжерных) насосов.

Насосы ВН*10-1; ВН*10-2; ВН-20-1; ВН-20-2; ВН-40-1; ВН-40-2 имеют один и тот же размер профиля роторного механизма и разные длины. Насосы имеют газобалластное устройство, позволяющее откачивать пары воды с давлением на входе в насос 17,6 мм рт. ст. Схема насоса ВН-20-1 дана на рис. 306.

Насосы большой производительности ВН-75 и BH-150 разработаны взамен насосов ВН-4Г и ВН-6Г. В табл. 54 даны также характеристики насосов малой производительности ВН-494 (пластинчато-роторный), ВН-461М; ВН-0.8Г и РВН-20 (пластинчато-статорные) и насосов типа НВГ.

Наиболее совершенным из этой группы насосов является насос ВН-0.8Г с газобалластным устройством — это модернизированная конструкция насоса ВН-461М. Насос может откачивать пары с наибольшим допустимым давлением на входе 14 мм рт. ст. При этом производительность насоса по чистой воде составляет 40 г/ч. Наибольшее давление на входе, при котором насос может, длительно работать, 75 мм рт. ст.

Герметичные насосы НВГ предназначены для перекачки газов из одного сосуда в другой таким образом, чтобы атмосферный воздух не попадал в перекачиваемый газ.

Наименьший из выпускаемых отечественной промышленностью насосов—насос ВН-0,1 с непосредственно присоединенным электродвигателем (без газобалластного устройства).

Техническая характеристика насоса ВН-0,1

Фирма Эдварде (Англия) выпускает серию вращательных масляных насосов ES/ED 100, у которых время откачки меньше, чем у ранее выпускаемых насосов. На рис. 307 показано изменение давления во времени при откачке объема 50 л насосом ES100 (одноступенчатым) и ED100 (двухступенчатым). Характеристики этих насосов приведены в табл. 55. На рис. 308 показан насос производительностью 7800 л/мин.

 Табл. 55

Рис. 307. Технические характеристики насосов фирмы Эдварде (Англия) производительностью 7800 л/мин

Рис. 308. Насос фирмы Эдварде (Англия)

Фирма Лейбольд (ФРГ) выпускает насосы пластинчато-роторные одноступенчатые производительностью 0,9; 1; 2; 6; 12; 25 м3/ч; двухступенчатые производительностью 1; 2; 6; 12; 25 м3/ч; пластинчато-статорные одноступенчатые производительностью 60.

 На рис. 309 показан насос VZ 30 (ГДР). Характеристика насоса:

2 * 10^-4 мм рт. ст. для двухступенчатых, с газобалластным устройством соответственно 1 и 1 *10^-2 мм рт. ст. Газобалластное устройство можно включать и выключать. Максимальное допустимое давление водяного пара 30 мм рт. ст. Для откачки корродирующих газов и паров применяют специальное масло протелен.

Двухроторные вакуумные насосы. К объемным насосам относят также двухроторные вакуумные насосы. Они имеют максимальную скорость откачки при давлении 1,0 - 2*10- 2 мм рт. ст., в области, где другие насосы работают в основном с очень малой производительностью. Двухроторные насосы имеют небольшие габаритные размеры и сравнительно небольшую мощность (несколько ватт на 1 л/с).

Насос, построенный по типу воздуходувки Рутса, состоит из двух фигурных роторов (рис. 310), вращающихся синхронно с большой скоростью. Зазор между роторами и между ротором и стенкой корпуса составляет 0,4—0,8 мм (в насосах типа ДВН), и вращение происходит без трения и без смазки. Такая конструкция насоса позволяет достичь частоты вращения 1000—3000 об/мин. Корпус вместе с роторами может находиться в общей камере с электродвигателем, зубчатой передачей и масляным насосом для смазки передаточного механизма. При такой конструкции все элементы насоса находятся в вакууме, благодаря чему значительно упрощается уплотнение насоса. Напряжение электродвигателя при этом не должно превышать 45 В, в противном случае возможно искрение внутри насоса — пробой между полюсами электродвигателя.

При вращении между роторами и стенкой дважды в течение одного оборота образуется замкнутое пространство, в котором находится воздух из впускного патрубка насоса. При дальнейшем вращении ротора воздух из замкнутого объема выталкивается в выпускной патрубок. Эффективность работы насоса зависит от количества газа, перетекающего через зазоры в направлении, обратном направлению откачки. Скорость откачки наибольшая, когда длина среднего свободного пробега молекул значительно больше зазора между роторами стенкой (достигает нескольких миллиметров). В этом случае сопротивление зазора сильно возрастает и уменьшается обратное перетекание газа. Для работы в наиболее выгодной области давлений двухроторный насос должен работать совместно с форвакуумным насосом.

При работе с вращательным масляным насосом в качестве форвакуумного одноступенчатый двухроторный насос создает предельное давление 10^-3 — 5•10^-4 мм рт. ст., двухступенчатый—-ниже 1•1O^-5 мм рт. ст. При работе без форвакуумного насоса предельное давление составляет несколько десятков мм рт. ст. и значительно возрастает расход энергии на перекачку газа. Если насос работает при давлениях 3—5 мм рт. ст., то применяют дополнительно масляное охлаждение роторов, чтобы избежать их заклинивания из-за перегрева. Когда в качестве форвакуумного используется водокольцевой насос, предельное давление одноступенчатого насоса —1 мм рт. ст., двухступенчатого 2• 10^-2 мм рт. ст.

Преимущества двухроторного насоса: простота устройства, отсутствие смазки между корпусом и роторами и масляного уплотнения, хорошая балансировка роторов, высокая производительность при малых габаритах насоса и именно в области давлений, где производительность масляных насосов мала. При давлениях порядка 10-З мм рт. ст. они успешно заменяют пароструйные бустерные насосы: снижается расход электроэнергии, увеличивается надежность при внезапном попадании воздуха и снижается время пуска установок.

Характеристики отечественных двухроторных насосов типа ДВН приведены в табл. 56.

На рис. 310 показан двухроторный вакуум-насос ДВН-50-1. Во всасывающем окне расположен сетчатый фильтр 6. В крышках 2 и 3 установлены подшипники роторов и сальниковые уплотнения. Роторы 4 и 5 пустотелые, в них с двух сторон впрессованы стальные валики.

Фирма Сожев (Франция) поставляет двухроторные вакуумные насосы AR-350 с встроенным электродвигателем. Насосы изготовляют из легких сплавов, устойчивых против коррозии. Скорость откачки одной ступени 350 м3/ч. Наибольшая производительность достигается при давлениях 1•10^-3 - 10 мм рт. ст. Фирма Херауэс (ФРГ) выпускает двухроторные насосы типов R, RG, RA. Характеристики насосов приведены на рис.311. На рис. 310, а и б показаны насосы RG1000 и RA1000. Насосы типов R и RG имеют встроенный электродвигатель (рис. 313), насосы RA снабжены внешним электродвигателем.

Двухроторные вакуумные насосы фирмы Лейбольд (ФРГ) РУВАК Е— маленькие; РУВАК 43-46 средние; РУВАК 57-107— крупные. На рис. 314 показан насосный агрегат фирмы Лейбольд, состоящий из газобалластного насоса, конденсатора и двухроторного вакуумного насоса.

Параметры

 

Характеристики отечественных агрегатов ABM, образованных из вращательных золотниковых масляных насосов и насосов типа ДВН, смонтированных на общем основании, приведены в табл. 57.

Значения параметров для агрегатов

 Агрегаты выполнены с перепускным устройством.

Перепускное устройство позволяет включать двухроторный насос из атмосферы одновременно с форвакуумным насосом, устраняя перегрузку электродвигателя и перегрев насоса ДВН. Перепускное устройство состоит из перепускного канала и уравнительного клапана. Он рассчитан таким образом, что при давлении на входе насоса ДВН больше расчетного клапан

открывается и остается открытым до тех пор, пока давление на входе не станет равным расчетному. При этом откачиваемый газ частично переходит с выхода на вход насосов ДВН и не происходит перегрева роторов и перегрузки электродвигателя.

На рис. 315 показана схема автоматического насосного стенда фирмы Херауэс (ФРГ), применяемого для вакуумной сушки, дегазации, дистилляции и других процессов химической технологии.

Агрегат состоит из одного водокольцевого насоса и двух двухроторных насосов, предельное давление агрегата 10^-2 мм рт. ст. Установка может откачивать пары с примесями растворителей. Производительность насосов при условиях всасывания: 2000; 400 и 150 м3/ч; потребляемая мощность соответственно 8,0, 2,0 и 5,5 кВт. Включение двухроторных насосов при достижении необходимого вакуума в системе производится автоматически с помощью мембранного манометрического выключателя. Центробежные вакуумные насосы. Соединяя десятиступенчатый осевой компрессор с вращательным масляным насосом, удавалось получить предельное давление 3•1O^-4 мм рт. ст. и коэффициент компрессии 70.

На рис. 316 показан центробежный вакуум-насос ЦВН-500. Насос четырехступенчатый, рабочие колеса имеют радиальные лопатки. На всасывании в первое колесо установлен направляющий аппарат с поворотными лопатками.

Применить

Рис. 316. Вакуум-насос ЦВН-500 (продольный разрез)

Рабочие колеса изготовлены из титанового сплава. Коэффициент компрессии 12. Рабочее давление на стороне всасывания от 60 до 0,5 мм рт. ст. Мощность электродвигателя 400 кВт, частота вращения 12 000 об/мин.

Производительность 500 м3/мин при 0,5 мм рт. ст.