В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Объемные насосы
Получение вакуума - Объемные и струйные вакуумные насосы
Оглавление
Объемные насосы
Поршневые насосы
Вращательные многопластинчатые насосы
Водокольцевые насосы
Вращательные масляные насосы
Винтовые вакуумные насосы.
Все страницы

 

 

Объемные насосы характеризуются тем, что в них захватываемый газ подвергается механическому воздействию — сжатию до давления, соответствующего условиям на выходе из насоса.

При каждом цикле работы насоса удаляется один и тот же объем газа, в то время как количество откачиваемого газа уменьшается по мере уменьшения давления в объеме.

Поршневые насосы. Предельное давление поршневого насоса в основном зависит от степени уплотнения поршня в цилиндре и от величины мертвого пространства и для хороших насосов не может быть снижено более чем до 0,05 мм рт. ст. при наличии двух ступеней. При применении хороших масел и осушительных средств удается получать предельное давление порядка тысячных долей мм рт. ст., однако в основном их применяют для получения давлений порядка 0,05—0,02 атм. Поршневые насосы широко используют в химической промышленности, в электротехнических производствах, при получении ряда пищевых продуктов. Они имеют сравнительно высокую производительность (45—3500 м3/ч).

Поршневые вакуум-насосы можно разделить на две основные группы: сухие и мокрые. Мокрые насосы отсасывают смесь газа и жидкости; сухие отсасывают только газ. Мокрые вакуум-насосы по конструкции принципиально не отличаются от сухих. Различие проявляется только в распределительных узлах. У мокрых вакуум-насосов размеры мертвого пространства и распределительных узлов больше, чем у сухих, поэтому и предельное давление у них более высокое, чем у сухих насосов.

Различают горизонтальные и вертикальные поршневые вакуум-насосы. Горизонтальные имеют 160—200 об/мин. Наиболее прогрессивными являются вертикальные машины, работающие с большой частотой вращения. Поршневые вакуум-насосы выполняют чаще всего в виде крейцкопфных машин двойного действия — по обеим сторонам поршня находятся рабочие полости цилиндра. Мертвое пространство в поршневых насосах значительно влияет на величину подачи, так как степень сжатия в одной ступени весьма велика. Для уменьшения этого влияния предусмотрено золотниковое распределение с перепуском газа. При наличии перепуска мертвое пространство в конце хода нагнетания сообщается с помощью специального канала с противоположной стороной цилиндра, где в это время заканчивается всасывание. При этом давление в мертвом пространстве резко падает и коэффициент подачи повышается до 0,8—0,9.

Перепуск газа в насосах с золотниковым распределением производится через специальные каналы в золотнике, а в насосах с клапанным распределением — через пазы определенной длины на зеркале цилиндра, которые открываются и закрываются поршневыми кольцами или самим поршнем. Для возможности перепуска поршневые вакуум-насосы и выполняют крейцкопфными двойного действия с относительно малой частотой вращения. Для повышения быстроходности машин создаются бескрейцкопфные вакуум-насосы простого действия.

В таких насосах производится перепуск газа из мертвого пространства в картер, который находится под вакуумом. Вакуум в картере поддерживается автоматически обратным перепуском воздуха из картера в цилиндр, когда поршень находится в нижней мертвой точке и процесс всасывания закончился. Для обеспечения вакуума картер должен быть выполнен герметичным с сальником на выходе вала из машины. Выполнение вакуум-насоса бескрейцкопфным дает значительный технико-экономический эффект. Конструкция машины упрощается: не нужны шток, сальники штока, станина или рама с направляющими крейцкопфов, не нужна отдельная система смазки цилиндров с лубрикатором. Вместо этого требуется относительно простой картер закрытого типа и сальник на выходе вала. Благодаря отсутствию крейцкопфа и штока уменьшается масса поступательно движущихся частей, что позволяет значительно повысить быстроходность вакуум-насоса, а следовательно, уменьшить габаритные размеры и массу машины.

Поршневые вакуум-насосы делят на три типа: насосы с клапанным распределением и выравниванием давлений типа ВНК; насосы с принудительным распределением типа ВНП одноступенчатые; насосы с принудительным распределением типа ДВНП двухступенчатые.

На рис. 276 показана схема работы вакуум-насоса BHK бескрейцкопфного типа с клапанным распределением и с перепускными каналами на зеркале цилиндра.

 

 

Насос BHK представляет собой одноступенчатую V-образную двухцилиндровую машину закрытого картерного типа.

 

Угол развала цилиндров 9(цилиндры компрессора литые чугунные, с водяными рубашками. Через два; ряда достаточно широких пазов на зеркале цилиндра происходит перепуск: воздуха из мертвого пространства в картер (верхние пазы) и из картера, обратно в цилиндр (нижние пазы). Картер машины герметичный, во время работы находится под вакуумом; уплотнение на выходе вала из корпуса достигается торцовым сальником (фосфористая, бронза по каленой стали) с гидравлическим масляным уплотнением. Клапаны вакуум-насоса ленточные самопружинящие. Всасывающие клапаны выполнены из более тонких пластин и число их больше, чем нагнетательных, что способствует получению более высокого вакуума в машине. Поршни изготовлены из алюминиевого сплава. Окна в них соответствуют пазам в цилиндре для перепуска воздуха.

 

Ha рис. 277 показан одноступенчатый поршневой вакуум-насос типа ВНП. Он представляет собой вертикальную крейцкопфную одноцилиндровую машину двойного действия с принудительным цилиндрическим золотниковым газораспределением и водяным охлаждением цилиндра.

 

 

Золотник приводится в движение от эксцентрика, заклиненного в определенном положении на коленчатом валу, через рычаги, тяги и промежуточный валик, качающийся в двух шарикоподшипниках (рис. 278). В золотниковую полость цилиндра запрессована цилиндровая гильза, в которой движется золотник. На выходе сжатого воздуха из вакуум-насоса после золотника установлен самодействующий кольцевой пластинчатый клапан.

Газ через каналы в отливке цилиндра поступает во всасывающую полость золотниковой камеры и далее через всасывающий канал золотника в одну из рабочих полостей цилиндра, где происходит всасывание. При ходе нагнетания рабочая полость цилиндра сообщается с нагнетательной полостью до самодействующего клапана, и происходит сжатие газа до момента, когда давление в данной полости цилиндра не превысит давления нагнетания. После этого откроется самодействующий клапан и сжатый газ поступит к нагнетательному штуцеру. Благодаря установке самодействующего клапана снижается расход энергии.

В конце процесса нагнетания давление между рабочими полостями цилиндра выравнивается. При этом полость, где заканчивается нагнетание, соединяется через перепускные каналы в золотнике с полостью, в которой закончилось всасывание, и давление газа в мертвом пространстве снижается до давления выравнивания. При обратном ходе поршня расширение газа быстро заканчивается и всасывание происходит почти на всем ходе поршня

 

Двухступенчатый вакуум-насос типа ДВНП с золотниковым распределением обычно состоит из двух цилиндров одинакового диаметра. Исследованиями НИИХИММАШа установлено, что увеличение отношения объемов, описанных поршнями цилиндров ступеней I и II, практически не приводит к увеличению производительности и не влияет на величину предельного давления. Уменьшение этого отношения до 0,2—0,1 уменьшает производительность

на 4—10%, но почти не снижает предельного давления. В связи с этим весьма перспективным является вакуум-насос с золотником поршневого типа, который может быть использован в качестве ступени II, и перепускными каналами на зеркале цилиндра.

 

Емкость межступенчатой коммуникации вне зависимости от соотношения объемов, описанных поршнями цилиндров ступеней I и II, не влияет

 

 

т характеристику вакуум-насоса. Практически ее выбирают с учетом допускаемой скорости газа.

Основные характеристики некоторых отечественных поршневых насосов приведены в табл. 48.

На рис. 280 показан в разрезе насос ВНП-6, разработанный в МВТУ им. Баумана. В насосе ВНП-6 на зеркале цилиндра имеется по восемь перепускных каналов глубиной 4 мм. Каждой полости цилиндра соответствует полость золотниковой коробки с самодействующим пластинчатым клапаном. Золотник поршневого типа, имеющий среднюю скорость 2,5—3,5 м/с, увеличивает быстроходность машины. При малых значениях давления всасывания золотниковая полость выполняет роль второй ступени. Цилиндр, золотниковая камера и крышки снабжены водяными рубашками.

Рис. 280. Поршневой вакуум-насос ВНП-6

* С электродвигателем. •* С маховиком без электродвигателя.

 


В горизонтальном вакуум-насосе BH-120 с клапанным распределением перепуск производится с помощью специальных каналов на зеркале цилиндра (рис. 281).

 

Рис. 282. Поршневой насос Вакома производительностью 2500— 3200 м3/ч (ГДР)

 

Серия насосов Вакома (ГДР) включает горизонтальные одноступенчатые насосы производительностью 630—1600 м3/ч с плоскими золотниками. Это поршневые насосы двойного действия с водяным охлаждением. Напорные каналы золотников снабжены клапанными пластинами. Для увеличения производительности применяют параллельное соединение цилиндров (рис. 282). Одноступенчатые насосы с параллельно соединенными цилиндрами обеспечивают производительность 2500—3200 м3/ч.

 

На рис. 283 показан вертикальный поршневой вакуум-насос Вакома с параллельно соединенными цилиндрами.

 

 

Это одноступенчатая машина двойного действия. Двухходовой коленчатый вал установлен в трех подшипниках скольжения туннелеобразного корпуса. Насос с золотниковым распределением, напорные каналы золотника перекрываются с помощью вентиля. Для уплотнения поршневого штока и золотникового рычага предусмотрены кольцевые рессоры.

Двухступенчатые горизонтальные поршневые насосы Вакома с золотниковым распределением двойного действия создают предельное давление 0,2 мм рт. ст. Напорные каналы в золотнике ступени II перекрываются клапанными пластинами. Характеристики насосов Вакома приведены в табл. 49.

На рис. 284 приведена характеристика насоса Вакома с параллельно соединенными цилиндрами.

 

 

 


Многопластинчатые вращательные насосы со скользящими лопатками. Дальнейшим развитием поршневых насосов являются вращательные многопластинчатые насосы. Предельное давление, достигаемое вращательными многопластинчатыми насосами, может достигать 0,1—0,3 мм рт. ст., производительность обычно 200—6000 м3/ч. Изменение объема откачиваемого газа в насосе достигается вращением эксцентрично расположенного ротора, в пазах которого перемещаются пластины (рис. 285). Предельное давление определяется в основном степенью уплотнения пластин и величиной мертвого пространства. Вращательный насос имеет значительное преимущество перед поршневым.

Кроме того, во вращательном насосе газ подается более равномерно независимо от изменения сопротивления сети; изменить производительность можно сравнительно легко изменением частоты вращения. Во вращательных насосах отсутствуют клапаны, и благодаря этому, а также более простому устройству ремонтируют их реже, чем поршневые насосы. Они не требуют фундаментов и специального уравновешивания. Недостатком вращательных насосов является необходимость соблюдения высокой точности при их изготовлении и сложность эксплуатации.

Во время вращения ротора под действием центробежной силы пластины стремятся выйти из пазов и скользят по внутренней поверхности корпуса. При этом между каждыми двумя пластинами и поверхностями ротора и корпуса образуются ячейки с переменным объемом.I Ячейки одной половины окружности постепенно увеличиваются и заполняются газом, поступающим через впускной патрубок. Достигшая крайнего положения ячейка отсекается впускного патрубка, и объем ee начинает уменьшаться; при этом Рис. 285. Вращательный многопластинчатый насос газ сжимается и вытесняется через выпускной патрубок.



 

Для уменьшения мертвого пространства производится перепуск газа: каждая ячейка перед соединением с откачиваемым объемом соединяется каналом с ячейкой,ром соединяется каналом с ячейкой,происходит всасывание.

 

 

 

Вращательные многопластинчаые насосы не имеют сложных клапанных устройств, которыми снабжены поршневые насосы, однако они имеют самодействующие разгрузочные клапаны, так как при работе с высокими входными давлениями

Внутри ячеек еще до выхлопа могут Сыть достигнуты давления выше атмосферного. Большая частота вращения ротора дает возможность получить значительную скорость откачки более 1000 л/с при атмосферном давлении).

Для достижения более глубокого вакуума одноступенчатыми вращательными пластинчатыми, так же как и водокольцевыми насосами, к вакуум-насосу можно последовательно присоединить эжекторный насос. Эжектор включается в работу при достижении около 90% разрешения, когда производительность вращательного вакуум-насоса резко уменьшается. С момента включения эжектор работает как ступень,вакуум-насос как ступень II. При этом может быть получено предельное давление — 2 мм рт. ст.

 

Выпускаются насосы PBH одноступенчатые с предельным давлением до 15 мм рт. ст. и насосы ДРВН двухступенчатые с предельным давлением 1—0,5 мм рт. ст. Скорость откачки от 3 до 75 м3/мин.

На рис. 286 приведены кривые скорости откачки одноступенчатых многопластинчатых насосов отечественного производства (сплошные линии) и кривые скорости откачки тех же насосов при их последовательном соединении (штриховые линии).

 

 

 

 

Технические характеристики многопластинчатых насосов приведены в табл. 50.

Таблица 50

Параметры

Значения параметров для насосов

P BH-8

PBH-30

PBH-60

P BH-75

Скорость откачки при атмосферном

давлении в л/с..... ....

105

475

940

ИЗО

Предельное давление в мм рт. ст.

25

15

15

15

Расход масла в г/ч ........

150

250

300

350

Расход воды в л/ч.........

400

950

1400

1800

Мощность электродвигателя в кВт

14

50

75

100

Частота вращения в об/мин ....

1500

585

485

485

Размеры в плане в м .......

1,33X0,6

2,31X0,98

3,1X1,09

3,32X1,12

Высота в м............

0,9

1,32

1,45

1,5

Герметичные (бессальниковые) машины отличаются тем, что вращение ротору передается не через муфту, а посредством вращающегося магнитного поля. Вал ротора не выходит из корпуса и не требует никаких уплотнений.

Вакуум-насосы PBH-30, РВН-60 и РВН-70 сходны по конструкции (рис. 287). В вакуум-насосе РВН-8 применены графитовые пластины, а разгрузочные кольца отсутствуют. В корпусах насосов РВН-30, РВН-60 и РВН-70 установлены два разгрузочных кольца для уменьшения потерь на трение. Кольца свободно вращаются в выточках цилиндра.

Фирма Демаг (ФРГ) выпускает многопластинчатые вращательные вакуум-насосы (рис. 288): RGL — одноступенчатые насосы с воздушным охлаждением; RVA — одноступенчатые насосы с водяным охлаждением RVC — двухступенчатые с водяным охлаждением; RVCTW — двухступенчатые с водяным охлаждением без фундамента.

 


 

Водокольцевые, или вращательные, вакуум насосы с жидкостным поршнем характеризуются отсутствием смазки, что благоприятствует их широкому распространению в химической промышленности. Они являются мокрыми насосами и могут откачивать смесь воздуха, с водяным паром. По конструкции и условиям эксплуатации водокольцевые насосы проще, чем поршневые и вращательные со скользящими лопатками

Они не имеют никаких клапанов или распределительных устройств, благодаря чему почти не засоряются. Эти насосы могут также откачивать запыленные газы. Насос можно непосредственно соединять с электродвигателем, так как необходимая частота вращения обычно составляет 600 — 1450 об/мин

Предельное давление, создаваемое водокольцевыми насосами, зависит о температуры воды (или другой жидкости), подаваемой в насос для создана жидкостного кольца. Производительность колеблется от 0,25 до 465 м3/миа Недостатком является большой расход мощности из-за необходимое перемещения не только воздуха, но и воды, находящейся в насосе. Потребляемая насосом мощность повышается с увеличением вакуума. Максимальный к. п. д. в этих насосах составляет 48—52%.


 

В цилиндрическом корпусе насоса эксцентрично расположено вращающееся рабочее колесо с неподвижно закрепленными лопатками (рис. 289). Находящаяся внутри корпуса вода во время вращения под действием центробежной силы прижимается к стенкам корпуса и образует водяное кольцо. Между водяным кольцом, валом и лопатками насоса образуются отдельные ячейки неодинакового размера. Во время первой половины оборота объем ячеек увеличивается, и через всасывающее отверстие газ из откачиваемого объема поступает в насос. При второй половине оборота объем ячеек уменьшается, газ сжимается и выталкивается через нагнетательное отверстие. Уплотнение создается вращающимся водяным кольцом. Рабочие лопатки могут быть отклонены от радиального направления. Наилучшие результаты получены^ в случае, когда лопатки загнуты вперед по ходу рабочего колеса. Применение лопаток, отогнутых назад, нецелесообразно из-за худшей передачи энергии от рабочего колеса к водяному кольцу.

 

Характеристики насосов приведены в табл. 51.

 

Значения параметров для насосов

Параметры

К.ВН-4

KBH-8

РМК-2

PMK-3

РМК-4

Скорость откачки при 0° С и 760 мм рт. ст.

в м3/мин ......

0,4

0,8

3,6

12

30

Предельное давление в мм рт. ст......

11О

11

76

30

15

Расход воды в л/ч .

250—300

250—300

1200

3600

6000

Мощность электродвигателя в кВт.....

1,5

2,2

10

28

70

Масса установки в кг

38

42

414

1265

3035

Размеры в плане (без электродвигателя) в м

0,385X0,24

0,41X0,24

0,7X0,42

1,22X0,5

1,66x0,7

 

Насос РМК-2 имеет прямые лопатки. В сальники из мягкой набивки] подводится вода, создающая гидравлический затвор. У насосов РМК-3 и РМК-4 лопатки изогнутые. Эти насосы имеют клапанную коробку с шестью отверстиями, в которые вставлены резиновые шарики. Клапаны установлены на стороне нагнетания вакуум-насоса. На рис. 290, а показано устройство насосов типа РМК.

 

 

Водокольцевые насосы РЖК 90/1 и РЖК 270/1,5 отличаются тем, что у них внутренняя крышка лобовины отъемная, что дает возможность при

износе ограничиться только ее заменой: насосы ФВВН изготовляют из фаолита. Технические характеристики вакуум-насосов РЖК и ФВВН приведены в табл. 52.

Параметры

Значения

РЖК 90/1

параметров для насосов

РЖК 270/1,5

ФВВН-П

Максимальное разрежение в %.........

90

92

96

Максимальная производительность в м3/мин

3,6

11,2

11

Частота вращения ротора в об/мин.......

1450

975

960

Частота вращения ротора электродвигателя в

     

об/мин ..................

975

975

Масса в кг:

     

насоса с плитой и электродвигателем ....

260

848

насоса без плиты и электродвигателя . . .

97,5

390

 

Описанные насосы являются однокамерными или насосами простого действия. Кроме этого, насосы выполняются двухкамерными двойного действия с корпусом овальной формы (рис. 291). При такой конструкции уменьшается нагрузка на вал насоса. Насос имеет две параллельно работающие рабочие камеры. Насосы PMK заменены насосами ВВН. Насос РМК-2 заменен насосом ВВН-3, РМК-3 — насосом ВВН-12, РМК-4 — насосом ВВН-25.










На рис. 292 и 293 приведены габаритные размеры и характеристики вакуум-насоса ВВН-6; на рис. 294 показан насос ВВН-12 (разрез).

Рис. 292. Габаритные размеры насоса ВВН-6:

 1 — водосборник; 2 — сливная труба; 3 — пробка; 4 — соединение нагнетательного штуцера с водосборником; 5 — отражатель

 

Водокольцевой вакуум-насос ВВН-50 имеет производительность до! 50 м3/мин при остаточном давлении 2 мм рт. ст. Этот же вакуум-насос при переключении может работать как компрессор, создавая давление до 2 кгс/см2. Характерной особенностью насоса ВВН-50 является возможность использования его для сжатия взрывоопасных и ядовитых газов, требующих полной изоляции рабочего пространства от внешней среды. Насос ВВН-50 I имеет два рабочих колеса, между которыми расположен корпус со всасывающей и нагнетательной камерами. Гидравлическое уплотнение вала ротора является саморегулируемым, устраняет попадание перекачиваемых газов в атмосферу и вытекание уплотняющей жидкости. Уплотнение достаточно надежно при работе и при остановке насоса.

 

 

 

 

Так как уплотнение находится 1несо стороны газового пространства, а со стороны жидкости, герметичность J рабочего пространства легче может быть достигнута.

Характеристика насоса ВВН-50 для режимов № 1—8 (рис. 295):

 

 

 Для получения при помощи водокольцевых насосов разрежения более [90—95% последовательно соединяют водокольцевой насос с эжектором. Эжектор присоединяют на стороне всасывания вакуум-насоса при достижении вакуума 90%. Сжатый до атмосферного давления газ из отделителя жидкости может служить рабочим газом для эжектора. После достижения в камере 3 давления 75 мм рт. ст. воздух, поступающий из отделителя жидкости, давит на диафрагму 2, преодолевает сопротивление двух пружин, закрывает клапан 4 и открывает клапан 1. После этого воздух из отделителя жидкости через клапан 1 поступает в рабочее сопло эжектора, кото-вое таким образом включается в работу (рис. 296). Характеристики работы насосов РВН-60 и ВВН-50 совместно с эжектором приведены на рис. 297.

Метод расчета водокольцевых компрессоров и вакуум-насосов разработан В.А.Румянцевым. При расчетах принимают, что расход жидкости в любом радиальном сечении кольца вследствие неразрывности потока постоянен. Форма водяного кольца зависит от вакуума, создаваемого насосом; расчет целесообразно проводить при вакууме 60%.

Фирма Сименс-Шуккерт (ФРГ) выпускает водокольцевые вакуумные насосы Эльмо с предельным давлением до 11О мм рт. ст., а с шаровыми клапанами — до 30 мм рт. ст. Насосы Эльмо совместно с одноступенчатым или двухступенчатым эжектором и шаровыми клапанами создают давление до 2 мм рт. ст. при производительности от 60 до 7200 м3/ч (при условиях всасывания).

 




Рис. 294. Водокольцевой вакуум-насос ВВН-12:

1 — корпус; 2 — вал; 3 — рабочее колесо; 4 — сальник с мягкой набивкой; 5 — шарикоподшипник; 6 — трубопровод; 7 — крышка; 8 — корпус подшипника; 9 — штуцер; 10 — нагнетательный патрубок


 



 
 
 
 
 

Их также монтируют совместно с центробежным насосом для дополнительной откачки воды. Для агрессивных сред производят однокамерные насосы из титана производительностью от 80 до 600 м3/ч и с предельным давлением от 160 до 460 мм рт. ст.; при последовательном соединении насосов достигается давление 50 мм рт. ст.

На рис. 298 показан насос Эльмо сварной конструкции из титана. Характеристики насосов такого типа (потребляемая мощность 6,7 кВт, частота вращения 1450 об/мин):

Предельное давление в мм рт. ст....... 460 260 160

Производительность при условиях всасывания (в м3/ч) 204

 

На рис. 299 и 300 показано устройство шарового клапана, на рис. 301— водокольцевой насос, соединенный с эжектором.


 

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.

 


У большинства насосов есть газобалластное устройство, благодаря чему,можно откачивать воздух с примесью конденсирующегося пара.

 

 

                                             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.

Модернизированные насосы средней и большой производительности ВН-7М; ВН-6МГ; ВН-ЗООМ и ВН-500М допускают дистанционное управление и имеют систему контрольных, исполнительных и сигнализирующих устройств:
  • реле оборотов для контроля вращения роторов насоса;
  • гидрореле для контроля номинального расхода охлаждающей воды во время работы насоса;
  • реле оборотов для автоматического включения и выключения подачи масла, согласованных с пуском и остановкой насоса;
  • датчик для контроля температуры масла.

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.

 

 

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.

 


 

Насосы ВНЧС-1 и ВНЧС-2 (рис. 317) получили название насосов с частичным внутренним сжатием. Эти насосы работают по принципу двухроторного насоса. Зубчатые роторы выполнены таким образом, что ведущий ротор имеет выступы, а ведомый — впадины.

Роторы соединены между собой синхронно работающими шестернями и вращаются без соприкосновения одного с другим. При вращении роторов газ поступает в полость всасывания, где разделяется на два потока.


Большая часть его захватывается ведущим ротором и сжимается внутри насоса вследствие уменьшения рабочей полости. Другая часть газа переносится ведомым ротором из полости всасывания в полость нагнетания без внутреннего сжатия (как в двухроторном вакуум-насосе). Далее в полости нагнетания эти два потока смешиваются, и сжатый газ поступает в нагнетательный трубопровод через самодействующие клапаны. Технические характеристики насосов ВНЧС-1 и ВНЧС-2 приведены ниже


BH4C-1 (BH4C-2)

Давление всасывания в мм рт. ст. . . . 5 (97)

Давление нагнетания в мм рт. ст. ... 103 (800)

Производительность при условиях

всасывания в м3/мин .......... 50 (2,58)

Мощность привода в кВт ...... 160 (40)

Частота вращения в об/мин...... 2950 (2930)

 

 

В МВТУ им. Баумана разработан агрегат из насосов ЦВН-500, ВНЧС и ВНЧС-2, где насос ВНЧС-1 является второй ступенью, а ВНЧС-2 — третьей. Агрегат ВУ-500/0.5-МВТУ предназначен для откачки больших объемов газа в химической промышленности, металлургии и т. п.


 

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 160 гостей на сайте
=
Рейтинг@Mail.ru