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

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.