Вращательные насосы с масляным уплотнением

В.К.Сырчин

«Вакуумная техника»

Лабораторные занятия (практикум)

Москва 2011

Лабораторная работа № 1

Изучение вакуумного вращательного насоса с масляным уплотнением
и определение его характеристик методом постоянного объема

Цель работы: 1) ознакомиться с назначением, конструкцией, принципом действия и характеристиками вакуумных вращательных насосов различных типов с масляным уплотнением; 2) изучить методики измерения быстроты откачки насосов методом постоянного объема; 3) изучить конструкцию и измерить характеристики исследуемого форвакуумного насоса.

Продолжительность работы - 4 ч.

Теоретические сведения

Любой вакуумный насос характеризуется рядом основных параметров, таких как наибольшее давление запуска, наибольшее выпускное давление, наибольшее рабочее давление, предельное остаточное давление, быстрота действия и производительность насоса.

Наибольшим давлением запуска называется наибольшее давление на входе вакуумного насоса, при котором насос может начать работу. По этому параметру все насосы могут быть разделены на две группы: запускаемые с атмосферного давления и требующие для своего запуска предварительного разрежения.

Наибольшее выпускное давление - это наибольшее давление на выходе вакуумного насоса, при котором насос еще может осуществлять откачку.

Наибольшим рабочим давлением называется наибольшее давление на входе насоса, при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту действия.

Предельное остаточное давление - это наименьшее давление, которое может быть достигнуто с помощью данного насоса.

Быстрота действия вакуумного насоса определяется объемом газа, откачиваемым в единицу времени через входной патрубок насоса при данном давлении.

Производительностью вакуумного насоса называется расход газа через входной патрубок насоса при данном давлении. Производительность характеризуется количеством газа, удаляемым насосом в единицу времени при определенном впускном давлении. Единица производительности - Па^.м³/с.

Вращательные насосы с масляным уплотнением

Вращательные насосы с масляным уплотнением предназначены для удаления основного объема газа из откачиваемого объема и создания разрежения порядка 1 - 0,1 Па. Обычно такие насосы используются в качестве вспомогательных, создающих разрежение, необходимое для обеспечения нормальной работы высоковакуумных насосов. Самостоятельное применение они находят в тех случаях, когда для откачки объемов не требуется высокий вакуум.

Принцип действия вращательных насосов с масляным уплотнением основан на механическом сжатии и выталкивании газа, заполняющего рабочую камеру, движущимися частями насоса. В процессе работы насоса объем его рабочей камеры непрерывно изменяется, то увеличиваясь, то уменьшаясь. В момент своего наибольшего уменьшения камера соединяется с впускным патрубком насоса. При последующем увеличении объема рабочей камеры в нее через впускной патрубок засасывается откачиваемый газ. Газ поступает в рабочую камеру до тех пор, пока последняя не достигнет своего наибольшего объема и не разъединится с впускным патрубком. Затем рабочий объем камеры начинает уменьшаться. При этом происходит сжатие газа до давления, при котором открывается выпускной клапан, после чего газ выходит из насоса. Далее цикл повторяется.

Существует три основных типа вращательных насосов с масляным уплотнением:

- пластинчато-роторные;

- пластинчато-статорные;

- золотниковые (плунжерные).

Пластинчато-роторный насос состоит из двух цилиндрических деталей: статора и ротора (рис. 1.1).

Статор насоса представляет собой полый цилиндр, внутри которого вращается ротор с двумя подвижными пластинами. Пластины свободно входят в паз ротора и плотно прижимаются своими концами к поверхности статора под действием распорной пружины, образуя между ротором и статором камеру всасывания и камеру сжатия. Объем этих камер непрерывно изменяется при вращении ротора. Когда объем камеры всасывания увеличивается, газ засасывается в нее через впускной патрубок, одновременно объем камеры сжатия уменьшается, газ выбрасывается через выпускной патрубок.

По мере вращения ротора откачиваемый газ проходит следующий путь: сначала он поступает в камеру всасывания, затем оказывается в промежуточной камере и, наконец, попадает в камеру сжатия. Газ, оставшийся между пластинами ротора в промежуточной камере, при вращении ротора будет переноситься без потерь в камеру сжатия, если пластины достаточно хорошо притерты к поверхности статора.

Нежелательно проникновение газа из камеры сжатия в камеру всасывания в месте соприкосновения ротора со статором из-за возникающей здесь большой разности давлений. Следует, однако, отметить, что незначительное проникновение газа в камеру всасывания в месте соприкосновения ротора со статором практически неизбежно из-за наличия «вредного пространства», образующегося правее выпускного отверстия вследствие различия радиусов кривизны поверхностей ротора и статора.

Для смазки трущихся поверхностей и повышения герметичности в местах их соприкосновения корпус насоса помещается в бак с вакуумным маслом. Масло играет также роль охлаждающей жидкости.

Пластинчато-статорный насос. Конструкция и принцип действия пластинчато-статорного насоса (рис. 1.2) в общих чертах аналогичны конструкции и принципу действия пластинчато-роторного насоса.

Статор представляет собой полый цилиндр, внутри которого эксцентрично вращается цилиндрический ротор, имеющий постоянную поверхность соприкосновения с внутренней поверхностью статора. Камера всасывания отделена от камеры сжатия подвижной пластиной, которая плотно прижимается к поверхности ротора с помощью рычага. Выброс откачиваемого газа происходит через выпускной клапан. Ротор имеет внутреннюю полость для уменьшения веса и совмещения центра тяжести с осью вращения, чтобы избежать сильных биений.

Благодаря меньшему числу мест соприкосновения вращающихся деталей и меньшему объему «вредного пространства» пластинчато-статорные насосы позволяют получать лучшее предельное остаточное давление, чем пластинчато-роторные насосы. Обычно пластинчато-статорные насосы изготовляют двухступенчатыми.

Для смазки трущихся поверхностей и повышения герметичности в местах их соприкосновения корпус пластинчато-статорного насоса так же, как и корпус пластинчато-роторного насоса, помещают в бак с вакуумным маслом.

Золотниковый (плунжерный) насос используется для откачки больших объемов и имеет более высокую быстроту действия по сравнению с пластинчато-роторным и пластинчато-статорным насосами.

Золотниковый насос представляет собой комбинацию поршневого насоса с пластинчато-статорным насосом. Основной его деталью является плунжер, состоящий из прямоугольного патрубка и цилиндрической обоймы. Обойма насажена на ротор-эксцентрик, а патрубок закреплен в золотнике (шаровом шарнире), который обеспечивает свободное качание и движение плунжера вверх и вниз при вращении ротора-эксцентрика (рис. 1.3).

При движении плунжера вниз газ засасывается в камеру всасывания через боковое отверстие патрубка плунжера, открываемое золотником при некотором положении плунжера. Одновременно газ, находящийся в камере сжатия, сжимается и через выпускной клапан выбрасывается в атмосферу. При вращении ротора-эксцентрика обойма плунжера катится в корпусе с некоторым скольжением, что уменьшает трение поверхностей и нагрев масла.

Золотниковые насосы не нуждаются в эффективном охлаждении, поэтому бак с маслом отсутствует. Для смазки трущихся поверхностей и обеспечения герметичности в местах их соприкосновения масло подается в небольших количествах по трубкам в рабочее пространство и к сальникам вала насоса.

Большая быстрота действия золотникового насоса обеспечивается предварительным засасыванием газа патрубком плунжера, имеющим значительную площадь впускного отверстия, что улучшает заполнение газом камеры всасывания.