Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

Ступень 1 в процессе работы обычно не сообщается с масляным резервуаром ступени 2, и в нее не заносится воздух, растворенный в масле, благодаря чему и возможно достижение низких давлений. Небольшое количество масла, имеющееся в некоторых конструкциях насосов в отдельном маслорезервуаре ступени 1 для смазки механизма, находится под непрерывной откачкой ступенью 2, так что легкие фракции масла, имеющиеся в ступени 1, непрерывно откачиваются. Поэтому на входе двухступенчатого насоса количество паров легких фракций масла, определяющих полное остаточное давление, значительно меньше, чем у одноступенчатого. Давление остаточных газов у лучших образцов двухступенчатых насосов составляет 10-3 Па, полное остаточное давление 6,5—10-1 Па.

У насосов с масляным уплотнением давление остаточных газов в основном определяется качеством изготовления. Как уже отмечалось, полное остаточное давление насоса зависит от состава (наличия летучих фракций) и состояния (в первую очередь – от температуры) рабочей жидкости. При повышении температуры масла наблюдается повышение как полного остаточного давления насоса, так и давления остаточных газов. После запуска холодного насоса установившаяся температура масла (50—70 °С) достигается через 2—3 ч в зависимости от размеров насоса. Быстрота действия ASн-насосов с масляным уплотнением определяется их конструкцией. Быстрота действия насосов объемного действия практически не зависит от рода откачиваемого газа, так как разница в проводимости входных коммуникаций по разным газам очень мало сказывается на быстроте действия насоса. Быстрота действия одно– и двухступенчатых насосов зависит от впускного давления. Мощность, потребляемая насосами с масляным уплотнением, затрачивается на преодоление трения в механизме насоса (мощность трения или мощность потерь) и на процесс перемещения и сжатия газа (индикаторная мощность). В области низких давлений (ниже 103 Па) потребляемая насосом мощность практически остается постоянной и не зависит от давления на впуске. Эта постоянная мощность в области низких давлений и является мощностью потерь. Наибольшее давление запуска и наибольшее выпускное давление у механических насосов с масляным уплотнением равно атмосферному. Однако заводы-изготовители не рекомендуют длительную работу при давлении выше 2—4 Па, что связано с нежелательным уменьшением количества масла, поступающего в единицу времени в рабочую камеру насоса при повышенных давлениях, а также с выбросами и уносом масла в виде брызг и масляного тумана вместе с потоком откачиваемого газа. В качестве рабочей жидкости насосов с масляным уплотнением, как правило, используются продукты, получаемые из промышленных минеральных масел. Кроме обычных требований (низкая кислотность, необходимая вязкость, хорошие смазывающие свойства и т. п.), к маслам для вакуумных насосов предъявляются дополнительные: высокая термическая стойкость и низкое давление паров в интервале рабочих температур насоса, так как в противном случае невозможно получение низких предельных остаточных давлений.

Конструкции насосов. Пластинчатороторные насосы выполняются обычно с быстротой действия до 6 л/с. Это объясняется тем, что в местах контакта пластин с камерой насоса достигаются достаточно высокие относительные скорости, что и ограничивает, главным образом, создание крупных пластинчато-роторных насосов. В плунжерных (золотниковых) насосах трение происходит лишь в направляющей, где относительная скорость сравнительно невелика. Поэтому средние (от 6 до 100 л/с) и крупные (свыше 100 л/с) насосы выполняются плунжерными (золотниковыми).

Недостатком плунжерных (золотниковых) насосов является неуравновешенность движущихся масс. Пластинчато-статорные насосы просты по конструкции, так как имеют минимальное количество трущихся пар, но из-за больших относительных скоростей пластины и ротора и значительной неуравновешенной массы эксцентричного ротора в настоящее время практически не изготавливаются. В малых насосах рабочие камеры герметизированы от попадания атмосферного воздуха путем погружения их в коробку с маслом, при этом обычно не требуется дополнительных уплотнений между цилиндрами и торцами рабочих камер. Вал насоса выводится из масляной ванны через самоподтягивающуюся резиновую манжету, предотвращающую течь масла. Камеры средних и крупных насосов выполняются из вакуум-плотных отливок и не требуют погружения в масляную ванну.

Места соединения торцевых крышек с цилиндрами герметизируются в этом случае шеллаком или глифталевым лаком или же резиновыми прокладками. Вал выводится в атмосферу через заполненный маслом сальник с самоподтягивающейся резиновой манжетой. Входные патрубки малых насосов часто выполняются в виде штуцеров под резиновый шланг, однако длинные участки резиновых шлангов во входных коммуникациях насосов делают невозможным получение низких предельных остаточных давлений из-за большого газовыделения резины, поэтому в последних моделях малых насосов входные патрубки делаются, как и у крупных, фланцевыми. Во входных патрубках насосов иногда устанавливают металлические сетки, защищающие механизм насоса от попадания мелких твердых предметов, выводящих насос из строя.

В средних и крупных насосах масляный резервуар выполняется либо заодно с корпусом насоса, либо в виде отдельного бака, соединенного трубками для подачи масла к соответствующим местам насоса. Приемное отверстие трубки или канала для подачи масла в рабочую камеру насоса всегда располагается выше дна масляного резервуара, что предотвращает попадание грязи и воды в насос. Если на вход остановленного насоса не напустить атмосферный воздух, то масло в резервуаре, находящееся под атмосферным давлением, заполнит камеру насоса, в которой сохраняется разрежение, и поднимется во впускной патрубок и даже в откачиваемый сосуд (если во впускной коммуникации не установлен клапан).

Последующий запуск насоса сильно затрудняется необходимостью вытеснить из камеры вязкое масло через выхлопной клапан и вызывает большие нагрузки на механизм насоса при резком пуске двигателя. Для предотвращения всасывания масла в маслопроводе некоторых средних и крупных насосов устанавливают клапан, который надо открывать непосредственно после запуска и закрывать перед выключением насоса.

У дистанционно управляемых насосов в маслопроводах устанавливают электромагнитный клапан, срабатывающий при включении и выключении электродвигателя или приводящийся в действие от центробежного механизма, связанного со шкивом насоса. Малые насосы, как правило, не имеют запирающих устройств в маслопроводе, поэтому для предотвращения всасывания масла во впускную коммуникацию необходимо напустить воздух на вход остановленного насоса. Масло может проникать в остановленный насос и через выхлопной клапан; чтобы этого не происходило, объем масла, находящийся над выхлопным клапаном, ограничивают, окружая клапаны щитками или кожухами. Работа насоса при высоких впускных давлениях 104 Па сопровождается выбросами брызг и капель масла в выхлопной патрубок вместе с потоком откачиваемого газа. Для устранения этого явления у выхлопного отверстия насоса устанавливают маслоотделители (маслоотбойники), например, в виде щитков.

В насосах средних размеров иногда используют отдельные маслоотбойники, прикрепленные к выхлопному отверстию в корпусе насоса. При впускных давлениях 104—102 Па работа насосов сопровождается образованием заметных количеств так называемого масляного тумана, который выходит из насоса в виде сизо-белого дыма.

В насосах с быстротой действия до 5 л/с для задержания масляного тумана могут быть использованы простые фильтры, например бумажные, из стекловаты или керамические. Однако эти фильтры нуждаются в периодической замене (бумажные) или промывке (керамические), а также затрудняют эксплуатацию насосов, откачивающих пары воды. Поэтому лучшим способом защитить производственное помещение от поступления масляного тумана является подключение выхлопа насоса к выхлопной коммуникации с помощью дюритового шланга или металлической трубы.

Газобалластное устройство и откачка конденсирующихся паров. Проведение многих вакуумных технологических процессов (сушка, пропитка, дистилляция) сопровождается выделением значительных количеств конденсирующихся паров, откачка которых обычным насосом с масляным уплотнением еще 40—50 лет тому назад была очень трудной задачей. Если в логарифмическом масштабе показать изменение давления газа и паров в камере насоса по мере увеличения степени сжатия, то получится следующее: ε = VВС / VСЖ , где VВС – объем рабочей камеры насоса в момент на конец всасывания, а VСЖ – объем рабочей камеры в момент сжатия при давлении ρвып = 1,2 × 105 Па, когда открывается выхлопной клапан. Пусть давление во впускном сечении насоса составляет 1,33 × 102 Па. При сжатии газа давление возрастает до ρвып, клапан открывается и газ выталкивается из насоса.