Устройство вакуумного насоса

Вакуумные насосы получили широкое распространение в  самых различных отраслях промышленности и науки. Основное применение вакуумных насосов это удаление воздуха или газа из герметично замкнутого объема и создания в нем разряжения . Мы рассмотрим наиболее распространенные типы,  характеристики вакуумных насосов их принцип работы и основные применения.

Классификация насосов по диапазону давления

Вакуумные насосы классифицируются по диапазону рабочих давлений на :

  • первичные (форвакуумные ) насосы,
  • дожимные насосы
  • вторичные насосы.

В каждом диапазоне давлений применяются различные типы вакуумных насосов, отличающихся друг от друга по конструкции. Каждый из этих типов имеет свое преимущество по одному из следующих пунтков:  возможный диапазон давления, производительность, цена и периодичность и простота технического обслуживания.

Независимо от конструкции вакуумных насосов, основной принцип работы один и  тот же. Вакуумный насос удаляет молекулы воздуха и других газов из вакуумной камеры (или из выходного патрубка вакуумного насоса более высокого давления , при подключении последовательно).


При уменьшении давления в камере, последующее удаление дополнительных молекул становится экспоненциально сложнее . Поэтому промышленные вакуумные системы должный охватывать большой диапазон давлений от 1 до  Торр. В научной сфере  данный показатель достигает торр или ниже.

Выделяют следующие диапазоны давления:

  • Низкий вакуум:> от атмосферного давления до 1 торр
  • Средний вакуум: от 1 торр до 10-3 торр
  • Высокий вакуум: 10-3 торр до 10-7 торр
  • Сверхглубокий вакуум: от 10-7 торр до 10-11 торр
  • Экстремальный высокий вакуум: < 10-11 торр

Соответствие вакуумных насосов диапазонам давления  :

Первичные (форвакуумные ) насосы- низкий вакуум.

Дожимные (бустерные ) насосы —  низкий вакуум.

Вторичные (высоковакуумные) насосы: Высокий, сверхглубокий и экстремально  высокий вакуум.

Устройство вакуумного насоса

Классификация вакуумных насосов по принципу работы с газом

Выделяют две основные технологии работы с газом в вакуумных насосов:

  • Перекачка газа
  • Улавливание газа

Насосы работающие по технологии перекачки газа подразделяются на кинетические насосы и насосы объемного вытеснения.
Устройство вакуумного насоса

Кинетические насосы работают по принципу передачи импульса молекулам газа от высокоскоростных лопастей для обеспечения постоянного перемещения газа от входного патрубка насоса к выходному. Кинетические насосы обычно не имеют герметичных вакуумных камер, но могут достигать высоких коэффициентов сжатия при низких давлениях.

Насосы объемного вытеснения работают путем механического улавливания объема газа и перемещения его через насос. В герметичной камере газ  сжимается до меньшего объема при более высоком давлении и после этого, сжатый газ вытесняется в атмосферу (или в следующий насос).

Обычно кинетические и объемные работают последовательно для обеспечения более высокого вакуума и расхода. Например, очень часто турбомолекулярный (кинетический) насос поставляется собранным  последовательно с винтовым (объемным) насосом в единую установку.

Насосы работающие по технологии улавливания газа, захватывают молекулы газа на поверхностях в вакуумной системе. Данные насосы работают при меньших расходах, чем перекачивающие насосы, но при этом могут создавать сверхвысокий до  торр, и безмасляный вакуум. Улавливающие насосы работают с использованием криогенной конденсации, ионной реакции или химической реакции и не имеют движущихся частей.

Типы вакуумных насосов в зависимости от конструкции


В зависимости от конструкции вакуумные насосы можно разделить на масляные(мокрые) и сухие (безмасляные), в зависимости от того, подвергается ли газ воздействию масла или воды в процессе перекачки.

В зависимости от конструкции вакуумные насосы можно разделить на масляные(мокрые) и сухие (безмасляные), в зависимости от того, подвергается ли газ воздействию масла или воды в процессе перекачки.

В конструкции мокрого насоса используется  масло или вода для смазки и / или герметизации. Данная жидкость может загрязнять перекачиваемый газ. Сухие же насосы не имеют жидкости в проточной части  и зависят от уплотненных зазоров между вращающимися и статическими частями насоса. В качестве уплотнения чаще всего используют полимер (PTFE) или диафрагму для отделения механизма насоса от перекачиваемого газа. Сухие насосы снижают риск загрязнения системы масла по сравнению с мокрыми насосами.

В качестве первичных (форвакуумных ) насосов чаще всего используются следующие конструкции, описанные ниже.

Первичный форвакуумный насос. Принцип работы. Варианты конструкций

Маслозаполненный ротационный лопастной насос

(мокрый, объемный)

В ротационном лопастном насосе газ поступает во входное отверстие и захватывается эксцентрично установленным ротором, который сжимает газ и передает его в выпускной клапан Подпружиненный клапан позволяет выпускать газ при превышении атмосферного давления. Масло используется для герметизации и охлаждения лопастей. Давление, достигаемое с помощью роторного насоса, определяется количеством ступений. Двухступенчатая конструкция может обеспечивать давление 1 ×10-3  мбар. Производительность составляет от 0,7 до 275 м3/ч.


Устройство вакуумного насоса

Водокольцевой вакуумный насос. Конструкция и принцип работы

(мокрый,объемный)

Водокольцевой насос сжимает газ с помощью вращающегося рабочего колеса, расположенного эксцентрично внутри корпуса насоса. Жидкость подается в насос и посредством центробежного ускорения образует движущееся цилиндрическое кольцо. Это кольцо создает серию уплотнений в промежутках между лопастями рабочего колеса, которые и являются камерами сжатия . Эксцентриситет между осью вращения рабочего колеса и корпусом насоса приводит к уменьшению объема между лопатками рабочего колеса и тем самым  к сжатию газа и выпуска его его через выходной патрубок. Этот насос имеет простую, прочную конструкцию, так как вал и рабочее колесо являются единственными движущимися частями. Водокольцевой насос имеет  большой диапазон мощности и может обеспечивать давление 30 мбар при использовании воды температурой  15 ° С. При использовании других жидкостях возможны и более низкие давления. Диапазон доступных производительностей  от 25 до 30 000 м3/ч.

 
Устройство вакуумного насоса

Диафрагменный вакуумный насос

(сухой объемный)

На диафрагменных насосах используется гибкая диафрагма, которая соединена с штоком и  попеременно перемещается в противоположных направлениях, так что газ попадает в пространство над диафрагмой и полностью заполняет его. Затем впускной клапан закрывается , а выпускной клапан открывается, чтобы выпустить газ.

Устройство вакуумного насоса

Диафрагменный вакуумный насос компактный и очень легко обслуживается. Срок службы диафрагм и клапанов обычно составляет более 10 000 часов работы. Диафрагменный насос используется для поддержки небольших турбомолекулярных насосов в чистом, высоком вакууме. Это насос малой мощности, широко используемый в научно-исследовательских лабораториях для подготовки проб. Типичное предельное давление 5 ×10-3  мбар. Производительность от 0,6 до 10 м3 / ч (от 0,35 до 5,9 фут3 / мин).

Спиральный вакуумный насос

(сухой объемный)

Основными элементами насоса являются спиральные ротор и статор. Расширенный газ попадает  в большие круглые пространства, которые сужаются, при достижении  центра спирального вращающегося ротора. Уплотнение из полимера PTFE обеспечивает герметичность между спиральными элементами насоса без использования масла в перекачиваемом газе. Достигаемое давление 1 × мбар. Производительность от 5 до 46 м3/ч.


Устройство вакуумного насоса

Дожимные (бустерные) насосы

Двухроторный вакуумный насос

(сухой объемный)

Двухроторные насосы в основном используется в качестве дожимных (бустерных) насосов и предназначены для удаления больших объемов газа. Два ротора, не касаясь друг друга, вращаются, чтобы непрерывно передавать газ в одном направлении через насос. Это повышает производительность первичного / форвакуума насоса, увеличивая скорость откачки примерно 7: 1 и улучшает окончательное давление, примерно 10: 1. Бустерные насосы могут иметь два или более роторов. Типичное предельное давление <10-3 Торр может быть достигнуто (в сочетании с первичными насосами). Производительность составляет подобных агрегатов может достигать около 100 000 м3/ч.

Устройство вакуумного насоса

Кулачково-зубчатый насос

(сухой объемный)

Кулачково-зубчатый насос  имеет два кулачка , которые вращаются в противоположные друг другу стороны. Схема работы вакуумного насоса аналогична роторному насосу, за исключением того, что газ передается в осевом направлении, а не сверху вниз. Очень часто кулачковый и двухроторный насосы применяются в комбинации. На одном общем валу устанавливаются ступени роторов и ступени кулачков. Данный тип насосов предназначен для суровых промышленных условий и обеспечивает высокую производительность. Типичное предельное давление 1 × 10-3 мбар. Производительность же составляет от 100 до 800 м3/ч.


Устройство вакуумного насоса

Винтовой насос

(сухой объемный)

Основными рабочими органам агрегата являются два вращающихся винта, которые не касаются друг друга. Вращение переносит газ с одного конца на другой. Винты сконструированы таким образом, что по мере прохождения газа через них пространство между ними становится меньше и газ сжимается, тем самым вызывая пониженное давление на входе. Этот насос обладает высокой производительностью. Винтовой насос может работать со средами, содержащими жидкость и включения , а также хорошо работает при суровых условия. Типичное предельное давление составляет около 1 × 10-2 Торр. Производительность может достигать  750 м3/ч.Устройство вакуумного насоса

Вторичные (высоковакуумные) насосы

Турбомолекулярный насос

(сухой, кинетический)


Турбомолекулярные насосы работают путем переноса кинетической энергии в молекулы газа с использованием высокоскоростных вращающихся угловых лопастей, которые продвигают газ на высоких скоростях. Скорость вращения наконечника лопастей обычно составляет 250-300 м/ с. Получая импульс от вращающихся лопастей, молекулы газа, перемещаются к выпускному отверстию. Турбомолекулярные насосы обеспечивают низкое давление и имеют невысокие параметры производительности. Типичное предельное давление составляет 7,5 х 10-11 Торр. Диапазон производительности от 50 до 5000 л/с. Ступени накачки часто сочетаются со ступенями торможения, что позводяет турбомолекулярным достигать более высоких давлений (> 1 торр).

Устройство вакуумного насоса

Диффузионные паромаслянные насосы

(мокрый, кинетический)

Паровые диффузионные насосы  передают кинетическую энергию молекулам газа с использованием высокоскоростного нагретого масляного потока, который перемещает газ из входа в выпускное отверстие. Тем самым обеспечивает пониженное давление на входе. Данная конструкция является довольно устаревшей. В значительной степени они вытесняются на рынке более удобными сухими турбомолекулярными насосами. Диффузионные паромаслянные насосы не имеют  движущихся частей и обеспечивают высокую надежность. Данный вакуумный насос обладает низкой ценой. Предельное давление менее 7,5 х 10-11 Торр. Диапазон производительности 10 — 50 000 л/с.


Устройство вакуумного насоса

Криогенный насос

(сухой,  технология улавливания газа)

Криогенные насосы работают путем захвата и хранения газов и паров, а не перекачки их через себя. Данный тип насосов используетт криогенную технологию для замораживания или улавливания газа на очень холодной поверхности (криоконденсация или абсорбция) при температуре 10 ° К до 20 ° К (минус 260 ° С). Эти насосы очень эффективны, но имеют ограниченную емкость для хранения газа. Собираемые газы / пары должны периодически удаляться из насоса, нагревая поверхность. Откачиваются они с помощью другого вакуумного насоса. Этот процесс также известен как регенерация. Криогенные насосы требуют установки дополнительной компрессорной системы охлаждения для создания холодных поверхностей. Эти насосы могут достигать давления 7,5 х 10-10 Торр и имеют диапазон производительности от 1200 до 4200 л/с.

Устройство вакуумного насоса

Основные производители вакуумных насосов

Вакуумный насос купить можно производства следующих изготовителей

BUSCH www.buschvacuum.com

Becker www.beckerpumps.com

Elmo Rietschle http://www.gd-elmorietschle.com/en

NASH http://www.gdnash.com/liquid_ring_vacuum_pumps/

Robuschi http://www.gardnerdenver.com/en/robuschi/products/vacuum-pumps

Pfeiffer Group group.pfeiffer-vacuum.com

Samson Pumps www.samson-pumps.com

 

rupumps.com


Как работают вакуумные насосы?

Вакуумный насос элиминирует пар, газ или воздух из рабочей камеры. С их постепенным откачиванием наступает изменение плоскостей, что стимулирует перераспределение молекул удаляемого вещества в необходимых направлениях. Особенности функционирования конкретных вакуумных механизмов зависят непосредственно от типа агрегата.

Общий принцип действия

Принцип работы вакуумных насосов подразумевает манипуляции с давлением и объёмами рабочей камеры. С изменением данных характеристик давление в насосе понижается. В итоге пространство заполняется частичным либо полноценным вакуумом.

Важно! Молекулы в газообразном либо жидком состоянии неизменно направляются к областям низкого давления. Это главный фактор, гарантирующий нормальную работу вакуумного устройства. Давление снижается при заборе газа из замкнутого пространства в установленные временные интервалы.

Работа основного количества вакуумных насосов зависит от действия принципа вытеснения. Объём вакуума, полученного таким образом, напрямую зависит от уровня герметичности рабочего пространства. Её обеспечением занимаются рабочие элементы самого насоса (колёса, золотники, пластины).

Иногда вакуумный агрегат способен осуществить забор газовой среды, но его усилий не достаточно для понижения давления до необходимого уровня. Тогда используют форвакуумный механизм. Он гарантирует достижение нужных показателей. В таком случае схема работы такая же, как и при последовательном соединении насосов. Если вакуумный механизм может понизить давление, но не способен задать необходимую скорость забора, нужно подключить ещё один агрегат. За пример берут схему параллельного соединения.

Особенности замены

Замену вакуумного устройства производят на основании таких принципов:

  1. Механизм для замены либо их комбинация должны иметь производительность с показателями соответствующими характеристикам заменяемого агрегата при равнозначных условиях всасывания.
  2. Заменяющий механизм либо комбинация должны гарантировать обеспечение необходимого объёма вакуума.

К замене устройства нередко выдвигают ряд дополнительных требований, среди которых особое место занимают:

  • Стойкость материалов к воздействию агрессивной среды;
  • Отсутствие рисков смешивания неблагоприятной среды с газом или жидкостью.

Вакуумные водокольцевые насосы лучше всего функционируют в паре с гидравлическими. Они используются в качестве вспомогательного оборудования для обеспечения работоспособности больших центробежных насосов. С их помощью на насосных станциях устанавливается «самовсасывающий режим». Экономия затрат достигается за счёт относительно небольшой заглублённости механизмов. Когда время запуска не критично, используют агрегат более медлительный, чем заменяемое устройство.

Важно! Серийный водокольцевой насос, применяемый по стандартной схеме, совершенно не подходит для откачки токсичного газа, поскольку последний может соединиться с балластной жидкостью.

Как функционирует водокольцевой механизм?

Водокольцевые насосы относятся к самым популярным видам группы. В качестве их рабочей жидкости чаще всего выступает вода, значительно реже используют тосол, масло, кислоты, щелочи и другие вещества. Отбрасывание жидкости происходит при содействии ротора, оснащённого лопатками.

Принцип работы достаточно прост, его можно изложить в нескольких абзацах. Ротор, расположенный эксцентрично, находится в цилиндрическом корпусе, частично заполненном жидкостью. Вещество перемещается по корпусу с помощью лопаток. В итоге внутри корпуса формируется кольцо жидкости.

Важно! Рабочей полостью данного агрегата считают серпообразное пространство, которое возникает за пределами жидкостного кольца. Лопатки рабочего колеса разделяют пространство на ячейки.

При сжатии газа, тепло отводится к жидкости. Её необходимо периодически менять в связи с постоянным нагревом. Жидкость поступает сквозь гидравлическое уплотнение в районе вала или всасывающий патрубок. Удаляется она вместе с газом через нагнетательные окна.

Важно! Водокольцевые насосы чрезвычайно просты в эксплуатации, состоят из малого количества элементов.

Особенности функционирования дизельного насоса

Вакуумный насос нужен для создания разряжения в дизельных двигателях. Агрегат оснащён ротором, который содержит движущуюся пространственную лопасть, что разделяет рабочую полость на две части.

Ротор установлен эксцентрично. При его вращении и одновременном перемещении лопастей, одна часть рабочей полости увеличивается, в то время как другая – уменьшается. На стороне всасывания воздух забирается из системы, постепенно вытесняясь в специальный проход.

Важно! Его часто используют для охлаждения отдельных элементов двигателя.

Через специальный канал от головки цилиндров к насосу двигателя подаётся масло. Оно смазывает и уплотняет лопасти, расположенные в рабочей части. В качестве привода выступает коленчатый либо распределительный вал. Как видите, принципы работы водокольцевого и дизельного насоса имеет не много отличий.

Выбираем насос

Устройство и принцип действия вакуумного насоса напрямую зависит от поставленных перед ним задач. За последние десятилетия было придумано множество схем и создано немало разновидностей подобных агрегатов, которые ныне активно используются в промышленности и быту. Естественно, бытовые модели отличаются более слабыми характеристиками, имеют относительно небольшие габариты. Чаще всего их используют для откачки воды.

Манипуляции с рабочей камерой позволяют аппарату перекачивать огромные количества жидкости за минимальное время. Впрочем, это далеко не всё, на что способно вакуумное оборудование. Взять, к примеру, контейнеры с насосом, предназначенные для длительного хранения продуктов после герметизации.

Оцениваемые параметры

Механизм выбирают на основании главных технических характеристик:

  • Предельный вакуум;
  • Скорость откачки;
  • Начальное давление (предварительный вакуум);
  • Максимальное выпускное давление;
  • Уровень производительности.

Начальным считают тот уровень давления, при котором механизм начинает нормальную работу, создаётся у выхода насоса. Предельные показатели давления входного сечения, с которыми аппарат поддерживает номинальную быстроту действия, считают максимальным рабочим давлением.

Максимальное выпускное давление – это наибольшая величина давления со стороны выпускного патрубка. Некоторые механизмы не способны выводить в атмосферу откачанный газ. Для их успешного функционирования со стороны выпуска создают форвакуум. Если речь идёт о предельном или конечном давлении, имеется в виду показатель, измеренный в плотно закрытой ёмкости, которая не выделяет паров или газов. Перечисленные типы давления принято измерять в Па.

Скорость откачки определяют при помощи измерения объёмов газа, проходящих через выпускной патрубок при стандартном уровне давления. Принцип повышения/снижения – скорость откачки меняется в соответствии со сменой давления. Производительность вычисляют путём умножения давления на быстроту откачки.

При выборе насоса обращают внимание не только на основные параметры, но и на дополнительные:

  • Число оборотов;
  • Показатели расхода охлаждающей воды;
  • Количество ступеней откачки;
  • Потребляемая мощность двигателя;
  • Объём рабочей жидкости;
  • Размеры насоса.

vodakanazer.ru

Схема работы вакуумного насоса

Схема работы вакуумного насоса довольно понятна, поэтому они также применяются в разных сферах промышленности. Без этого оборудования на сегодняшний день очень сложно представить современное налаженное производство. Устройство и принцип работы вакуумного насоса дают возможность использовать его на разных производствах, включая полиграфию, медицину и прочее.

схема работы вакуумного насоса

Пластинчато-роторный вакуумный насос принцип работы: двухступенчатые модели создают гораздо более низкое давление, в отличие от одноступенчатых. Помимо всего прочего, влияние балластного газа на конечное давление существенно ниже, поскольку он задействуется исключительно в случае возникновения очень высокого уровня давления. Паромасляный вакуумный насос принцип работы ничем не отличается от предыдущих, поэтому он также задействуется в разных отраслях.

ss250.ru

В сталеплавильном производстве вакуум применяют в различных технологических процессах, существенно отличающихся друг от друга газовыделением из металла в единицу времени, предельным допустимым давлением, объемом вакуумных камер, количеством пыли в удаляемых газах. В зависимости от конкретных условий установки комплектуются теми или иными вакуумными насосами, наиболее приспособленными для этих условий.

Важнейшими характеристиками выкуумного насоса, по которым оценивают его пригодность для данных условий, являются:

1. Быстрота действия или скорость откачки. Она определяется объемом газа, проходящим через сечение выпускного патрубка вакуумного насоса при данном давлении р. С изменением давления в системе изменяется и скорость откачки насосов. Характер зависимости скорости откачки от давления определяет целесообразность использования тех или иных насосов в требуемом диапазоне давлений.

2. Максимальное выпускное давление, т е. предельное давление на стороне выпускного патрубка вакуумного насоса, превышение которого приводит к возрастанию давления на стороне впускного патрубка. Насосы некоторых типов не могут выбрасывать откачиваемый газ в атмосферу, и для обеспечения их нормальной работы необходимо со стороны выпуска создавать предварительный вакуум (форвакуум) другими насосами. Предельный вакуум, т. е. минимальное давление, которое может быть достигнуто данным вакуумным насосом.

Принцип работы насосов разных типов в значительной мере определяется характером течения газов в диапазоне рабочих давлений насоса. В зависимости от степени разрежения течение газа может происходить в турбулентном, инерционном, вязкостном, молекулярно-вязкостном или молекулярном режимах.

В начальный момент откачки газовый поток характеризуется большой скоростью течения и наличием завихрений, т. е. его течение происходит в турбулентном режиме. С уменьшением давления и скорости течения завихрения исчезают, а режим течения определяется силами инерции газовой среды, вследствие чего его называют инерционным. При дальнейшем понижении скорости течения инерционный режим переходит в вязкостный.

При этом режиме газ у стенок почти не движется, а по мере удаления от стенок слои газа скользят друг относительно друга. Скорость потока в этом случае достигает максимума в центре трубопровода. Силами, определяющими характер движения такого потока, являются силы вязкости газа. В области низких давлений, когда длина свободного пробега молекул становится соизмеримой с диаметром трубопровода, молекулы перемещаются, почти не взаимодействуя друг с другом. При этом влияние внутреннего трения (вязкости) пропадает и поток движется в молекулярном режиме. В переходном от вязкостного к молекулярному режиме наряду с внутренним трением газа происходит и независимое (друг от друга) движение молекул.

В зависимости от диапазона давлений, в пределах которого достигается максимальная производительность, вакуумные насосы подразделяют на форвакуумные, высоковакуумные и бустерные (промежуточного разрежения).
В металлургии получили распространение вакуумные насосы, которые по принципу действия могут быть объединены в две большие группы:

  • Насосы с вращающимся ротором, действие которых основано на механическом вытеснении газа, заполняющего рабочий объем, движущимися частями.
  • Пароструйные вакуумные насосы, в которых используется эжектирующее действие струи пара рабочей жидкости в результате диффузии молекул газа в струю пара или вязкостного захвата их.

В механических вакуумных насосах возможен прорыв газа через зазоры между трущимися частями со стороны сжатия на сторону впуска. Для уплотнения зазоров и смазки трущихся деталей в насосах многих типов применяют специальное вакуумное масло. Эти насосы образуют группу механических масляных вакуумных насосов. Кроме того, имеются сухие механические насосы, в которых масло для уплотнения не применяют.

Из масляных насосов широкое применение получили пластинчатороторные, пластинчато-статорные и золотниковые насосы.

В корпусе пластинчато-роторного вакуумного насоса (рис. 1) вращается эксцентрично расположенный ротор, в пазах которого находятся две пластины пружиной пластины прижимаются к стенкам корпуса.

Точки касания пластин и ротора стенок камеры делят рабочий объем камеры на несколько частей: увеличивающийся при вращении объем впуска, уменьшающийся объем выпуска и промежуточный. В результате увеличения объема на стороне впуска создается разрежение и откачиваемый газ из камеры засасывается в вакуумный насос. На стороне выпуска газ сжимается и при давлении, превышающем давление пружины выпускного клапана, выбрасывается из насоса.

Корпус насоса погружен в бак с маслом, которое, просачиваясь в насос, уплотняет зазоры и предотвращает обратный прорыв газа.

Схема процессов электропереплава
Рисунок. 1. Устройство пластинчато-роторного вакуумного насоса:
1 — камера, 2 — бак с маслом, 3 — пластина, 4 — рабочий объем, 5 — ротор, 6 — впускной патрубок, 7 — выпускной патрубок, 8 — выпускной клапан

Одновременно масло охлаждает трущиеся части насоса и препятствует поступлению газа в насос из атмосферы.

Схема процессов электропереплава
Рисунок. 2. Устройство пластинчато статорного вакуумного насоса:
1 — камера, 2 — ротор, 3 — кожух, 4 — эксцентрик, 5 — выпускной патрубок, 6 — выхлопной клапан, 7 — пластина, 8 — впускной патрубок, 9 — впускной канал, 10 — роликовый подшипник

В пластинчато-статорных насосах (рис. 2) ротор эксцентрично насажен на ось, совпадающую с геометрической осью камеры. Точка касания ротора стенок камеры описывает при его вращении окружность. Для уменьшения трения ротор делают по типу роликового подшипника. Точка касания ротора стенок камеры и пластина, проходящая через паз в статоре и прижимаемая к ротору пружиной, делит объем рабочей камеры на объем впуска и объем выпуска. Газ засасывается на стороне впуска, сжимается и через выхлопной клапан и выхлопной патрубок выбрасывается из насоса.

Производительность всех механических вакуумных насосов определяется объемом рабочей камеры и скоростью вращения ротора. В пластинчатороторных и пластинчато-статорных насосах между подвижными частями возникают большие силы трения, что ограничивает возможную скорость вращения ротора и соответственно производительность насоса. Поэтому производительность насосов этих типов, как правило, не велика и их используют либо как вспомогательные, либо как самостоятельные для создания разрежения до 133,3-102 Па (1 X 102 мм рт. ст ) в системах с малым объемом. Из этой группы насосов наибольшее распространение получили пластинчато-роторный насос ВН-494 и пластинчато-статорные насосы ВН-461 и РВН-20.

Схема процессов электропереплава
Рисунок. 3. Схематическое изображение золотникового вакуумного насоса:
1 — цилиндрическая обойма, 2 — ротор, 3 — отверстие, 4 — золотник 5 — полый параллелепипед, 6 — выпускной клапан

Механические насосы всех типов с масляным уплотнением не приспособлены для откачки парогазовых смесей, в частности влажноговоздуха. У них к моменту открытия выпускного клапана газ сжимается и степень сжатия его может достичь 700. При этом водяной пар, если даже его парциальное давление в камере, из которой он откачивается, невелико, конденсируется, вода смешивается с маслом и вместе с ним попадает на сторону впуска там вода вновь испаряется и совершает новый кругооборот.

Схема процессов электропереплава
Рисунок. 4.Схематическое изображение многопластинчатого вакуумного насоса:
1—3 — предохранительные клапаны

Для удаления влажного воздуха масляные насосы снабжают газобалластными устройствами, с помощью которых в определенный момент в объем сжатия подается некоторое количество сухого атмосферного воздуха. За счет балластного газа открывание выпускного клапана происходит прежде, чем парциальное давление паров достигнет точки росы, и из насоса выбрасываются и газ, и пары.

Применение газобалласта уменьшает быстроту действия насосов и снижает предельный вакуум, но расширяет возможности использования насосов. В маркировку вакуумных насосов с газобалластным устройством добавляется буква Г (например ВН-6Г).

В насосах с масляным уплотнением используют специальное вакуумное масло ВМ-4 или ВМ-6, представляющее собой машинное масло, из которого в результате вакуумной перегонки удалены низкокипящие фракции. В процессе работы в местах трения из-за местных перегревов происходит разложение масла, в результате которого в нем вновь появляются легкие углеводороды. Они увеличивают упругость паров и снижают предельный вакуум, создаваемый насосом. Кроме того, вакуумное масло, способное поглощать влагу и окисляться, в процессе эксплуатации теряет первоначальные свойства. Поэтому масло в вакуумных насосах необходимо периодически заменять.

Наряду с масляными насосами в металлургических установках находят применение и сухие механические насосы.

На рис. 4 показан разрез сухого многопластинчатого вакуумного насоса. Большое число пластин, свободно перемещающихся в пазах ротора, при его вращении центробежными силами прижимается к стенкам камеры. Вследствие эксцентричного расположения ротора объем, заключенный между двумя соседними пластинами, стенками камеры и поверхностью ротора, при его вращении все время изменяется, увеличиваясь на стороне впуска и уменьшаясь на стороне выпуска. В результате этого газ сжимается, и между сторонами впуска и выпуска поддерживается перепад давлений. Для предохранения от чрезмерного сжатия газа при работе в области высоких давлений на стороне впуска в корпус вмонтированы предохранительные клапаны.

На металлургических заводах получили распространение одноступенчатые (РВН-25, РВН-50, РВН-75) и двухступенчатые (ДРВН-25, ДРВН-50, ДРВН-75) вакуумные насосы этого типа. Цифры в маркировке насоса указывают его производительность в м3/мин при вакууме 87 и 98% соответственно. Предельный вакуум, создаваемый одноступенчатыми насосами, достигает 98%, двухступенчатыми 99,5%, что соответствует 2,0—0,533-103 Па (15 и 4 мм рт. ст.).

Многопластинчатые вакуумные насосы применяют в качестве вспомогательных для быстрого удаления основного количества газа из больших объемов, а также в качестве самостоятельных в системах, не требующих большого разрежения, но отличающихся большим газовыделением.

Принцип работы двухроторного вакуумного насоса
Рисунок. 5 Принцип работы двухроторного вакуумного насоса:
1-3 — предохранительные клапаны; а, б, в — последовательные стадии всасывания и выхлопа

В последнее время все более широкое применение находят двухмоторные сухие механические насосы серии ДВН или, как их часто называют за рубежом, насосы Рута (рис. 5).

В рабочей камере такого насоса навстречу друг другу синхронно вращаются две восьмеркообразные лопасти, приводимые в движение через шестеренную передачу от общего вала. Благодаря точному исполнению и регулировке лопасти при вращении не касаются ни друг щруга, ни стенок камеры, сохраняя зазоры порядка десятых долей миллиметра отсутствий трения между движущимися частями позвляет вращать лопасти со скоростью 2500—3000 об/мин, что обеспечивает высокую производительность насосов.

При сжатии газа через неуплотненные зазоры возможен его обратный прорыв. Поэтому коэффициент сжатия газа в этих насосах, как правило, равен примерно 10—50, и давление на впуске определяется давлением выхлопа. Использование двухступенчатых насосов Рута II Комбинации с механическим масляным, подключенным последовательно со стороны выпуска, позволяет получать предельный вакуум порядка 13,33 мПа (104 мм рт. ст.).

В сталеплавильных вакуумных установках широко используют и пароструйные насосы, важным преимуществом которых является отсутствие в них движущихся частей.

Схема работы пароэжекторного насоса
Рисунок. 6 Схема работы пароэжекторного
насоса:
1 — впускное отверстие рабочего пара;
2 — впускной патрубок откачиваемого газа;
3 — диффузор; 4 — выпускное отверстие;
5 — воздушная камера, 6 — фланец сопла,
7 — паровое сопло; 8 — паровая камера

В связи с этим пароструйные вакуумные насосы более долговечны, как правило, характеризуются высокой производительностью, менее чувствительны к содержанию в откачиваемых газах металлургической пыли и паров воды.

Пароструйные вакуумные насосы по принципу работы в свою очередь подразделяют на пароэжекторные и диффузионные.

Принцип действия пароэжекторного вакуумного насоса основан на турбулентном захвате газа струей рабочего пара. Пар, подводимый под давлением 0,— 3,0 МПа в паровую камеру, через специальное сопло истекает в воздушную камеру. Потенциальная энергия давления пара при этом превращается в кинетическую, и струя пара в воздушной камере движется со сверхзвуковой скоростью. В результате турбулентных завихрений в движение увлекаются близлежащие слои газа. Струя пара и газ попадают в сужающуюся часть диффузора, где скорость движения еще возрастает и происходит более полное перемешивание пара и газа.

В плавно расширяющейся части диффузора движение пара и газа постепенно замедляется, и кинетическая энергия струи вновь превращается в потенциальную энергию давления. Вследствие этого между входом в диффузор и выходом из него поддерживается 4—10-кратный перепад давления. Таким образом, одноступенчатый пароэжекторный вакуумный насос с выхлопом в атмосферу позволяет создавать в воздушной камере разрежение 10,65 — 20кПа (80—150ммрт. ст.). Для получения более низких давлений вакуумный насос должен быть многоступенчатым. Широкое распространение на металлургических заводах пароструйных насосов объясняется дешевизной водяного пара, его однородностью, возможностью практически неограниченного его потребления, позволяющими проектировать пароводяные эжекторные насосы на любую требуемую скорость откачки газа — вплоть до сотен тысяч литров в секунду.

Их можно изготавливать из любых материалов и откачивать любые газы, в том числе агрессивные и загрязненные пылью, причем установка фильтров перед ними необязательна, и поэтому представляется возможность полностью использовать их производительность. Они очень дешевы и просты в эксплуатации, могут работать на бросовом отработавшем паре ТЭЦ и котельных. Для их установки в цехе не требуется дополнительных площадей, так как отдельные элементы насоса могут быть размещены по стенам, колоннам, потолкам как внутри цеха, так и снаружи его.

пятиступенчатый пароэжекторный вакуумный насос
Рисунок. 7 Схематическое изображени пятиступенчатого пароэжекторного вакуумного насоса
1 — 5 — соответствующие ступени откачки; I — III — промежуточные конденсаторы

В многоступенчатых насосах с целью увеличения их производительности целесообразно устанавливать за эжекторной ступенью промежуточный конденсатор, в котором пар охлаждается водой и конденсируется, а газ откачивается следующей ступенью. Однако в этом случае давление, создаваемое первой ступенью, зависит от температуры воды в конденсаторе, так как давление на выхлопе не может быть меньше давления насыщенного пара охлаждающей воды в конденсаторе. При температуре воды 25—30° С это давление составляет примерно 4 кПа (30 мм рт. ст.). Следовательно, при коэффициенте сжатия 4—10 давление на входе не может быть получено менее 0,4—1,07 кПа (3—8 мм рт. ст.).

Для получения более низкого давления за первой ступенью конденсатор не устанавливают, а давление за ней обусловливается производительностью следующей ступени. Такая установка позволяет получать давление 66,6—133,3 Па (0,5—1 мм-рт. ст.). Устанавливая два, три и более ступеней без конденсации с помощью пяти-шестиступенчатых насосов, можно получать разрежение до 13,33 мПа. Но отсутствие конденсаторов существенно увеличивает расход пара.

В пароэжекторных насосных установках наибольшее распространение получили самые простые так называемые барометрические конденсаторы смешения.

Недостатком конденсаторов этого типа является необходимость отвода воды по барометрическим трубкам высотой более 10 м, обеспечивающим водяной затвор во избежание прорыва в насос атмосферного.

диффузионный паромасляный вакуумный насос
Рисунок. 8 Диффузионный паромасляный
вакуумный насос:
1 — система водяного охлаждения корпуса;
4 — ступени сжатия, 5 — кольцевой канал
для возврата масла в кипятильник;
6 — впускной патрубок; 7 — выхлопной
патрубок; 8 — концентрические паропроводы,
9 — кипятильник; 10 — электроподогреватель;
I — зона эжектирования газа; II — зона
конденсирования паров масла; III — зона
промежуточных давлений, О — газовые
молекулы, — пары маславоздуха.

Поэтому эти конденсаторы необходимо размещать на высоте не менее 11 м от уровня воды в дренажном колодце.

При включении пароэжекторных насосов пар подают вначале в последнюю ступень, а затем последовательно включают остальные, заканчивая первой.

Многоступенчатые пароэжекторные насосы широко применяют в установках для внепечной дегазации стали. За рубежом пяти-шестиступенчатые вакуумные насосы, работающие при давлениях 13,33—1,33 Па, применяют и в установках дуговых и индукционных плавильных печей, а также в качестве выхлопных ступеней диффузионных насосов.

Паромасляный вакуумный насос имеет водоохлаждаемый металлический корпус в виде цилиндра с глухим днищем, в которое вставлены паропроводы с соплами. Рабочую жидкость заливают в кипятильник и она подогревается электроподогревателем. Пары жидкости поднимаются по паропроводам к соплам, выходят через них в объем насоса, конденсируются на стенках, и образующийся конденсат по стенкам стекает вниз и вновь попадает в кипятильник.

В результате постоянного испарения и конденсации рабочей жидкости между паропроводами и объемом насоса поддерживается значительный перепад давлений. Вследствие этого, а также вследствие специальной конструкции сопел пар истекает в объем корпуса насоса со сверхзвуковой скоростью. Молекулы откачиваемого газа диффундируют в струю пара, при соударении с более тяжелыми частицами пара получают направленное движение вниз и к стенкам корпуса и скапливаются в зоне конденсации пара. Там они увлекаются в движение следующей ступенью откачки, последовательно сжимаются каждой ступенью, пока не попадут в зону действия механического насоса и удалятся из диффузионного вакуумного насоса.

Предельный вакуум, создаваемый диффузионными насосами, определяется числом ступеней насоса, конструкцией сопел, типом рабочей жидкости и температурой ее нагрева. В зависимости от глубины создаваемого разрежения диффузионные насосы могут использоваться как бустерные или как высоковакуумные.

В качестве рабочих жидкостей для диффузионных вакуумных насосов, применяемых на металлургических заводах, получило распространение специальное вакуумное масло типа Г, а также марок ВМ-1, ВМ-2, ВМ-3, ВМ-5, ВМ-7, представляющее собой продукты перегонки нефти, и кремнийорганические жидкости — силиконы. Серьезными недостатками нефтяных масел является их чувствительность к перегреву и окисляемость при контакте в разогретом состоянии с воздухом. При перегреве происходит разложение масла с образованием гаммы легких углеводородов, в результате чего изменяются упругость паров и характеристики насоса. Окисление масла может вызвать осмоление насоса и резко изменить его характеристики.

Силиконовые масла более однородны по составу и выдерживают длительное нагревание на воздухе до температур 150—200° С, по­этому они более удобны для использования в диффузионных насосах. Однако использование силиконовых масел сдерживается сложностью их получения и более высокой стоимостью.
Читайте также:

  • Измерение вакуума
  • Использование вакуума в металлургии
  • Способы вакуумирования стали
  • Обработка стали вакуумом
  • Удаение газов и летучих примесей


Вернуться в начало раздела: Сталь и ее внепечная обработка
Вернуться на главную: Черная металлургия

emchezgia.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector