- •Криовакуумная техника
- •Лекция №1
- •1.1. Понятие о вакууме
- •1.2. Степени вакуума
- •Лекция №2
- •2.1. Вывод уравнения состояния для идеального газа
- •2.2. Законы идеальных газов
- •2.3. Испарение и конденсация
- •2.4. Термины и определения вакуумной техники
- •Лекция №3
- •3.1. Расчетные понятия вакуумной техники
- •3.2. Понятие о процессе откачки газа из вакуумной системы
- •3.3. Режимы течения газа по трубопроводу
- •Лекция №4
- •4.1. Взаимодействие газов с твердыми телами
- •4.2. Основные понятия теории массообмена
- •Лекция №5
- •5.1. Перенос теплоты в вакууме
- •5.2. Вязкость газов
- •Лекция №6
- •6.1. Тепловые нагрузки на криогенные вакуумные насосы
- •6.2. Классификация вакуумных насосов
- •6.3. Области действия вакуумных насосов
- •6.4. Объемные вакуумные насосы
- •6.4.1. Поршневые насосы
- •6.4.2. Жидкостно-кольцевые насосы
- •6.4.3. Роторные вакуумные насосы
- •Лекция №7
- •7.1. Молекулярные вакуумные насосы
- •7.2. Струйные вакуумные насосы
- •Лекция №8
- •8.1. Ионные вакуумные насосы
- •8.2. Испарительные насосы
- •8.3. Криогенные вакуумные насосы
- •Лекция №9
- •8.1. Криоадсорбционные вакуумные насосы
- •8.2. Криоконденсационные вакуумные насосы
- •Лекция №10
- •10.1. Конструкция криоконденсационных насосов
- •10.2. Другие типы сорбционных вакуумных насосов
- •Лекция №11
- •11.1. Техника измерения общего и парциального давлений газа
- •Лекция №12
- •12.1. Специфика измерения вакуума при низких температурах
- •12.2. Герметичность вакуумных систем
- •12.3. Измерение и контроль основных параметров вакуумных насосов
- •Лекция №13
- •13.1. Запорно-регулирующая арматура вакуумных систем
- •13.2. Элементы вакуумных систем
- •13.3. Ловушки
- •Лекция №14
- •14.1. Типовые схемы вакуумных установок
- •Лекция № 15
- •15.1. Методика расчета вакуумных систем
- •Лекция №16
- •16.1. Выполнение принципиальных вакуумных схем
Лекция №7
Пластинчато-статорный насос
Пластина 3 (рис. 7.1), разделяющая полость всасывания І и полость сжатия ІІ, свободно скользит в прорези статора 1, прижимаясь к ротору 2 под действием пружины 4 через рычаг 5. При вращении по часовой стрелке за один оборот ротора газ всасывается из откачиваемого объекта, за второй – происходит сжатие и выхлоп.
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.
Золотниковый (плунжерный) насос
В цилиндрической камере 1 (рис. 7.2) вращается эксцентрик 2 с надетым на него плунжером 3. Газ из откачиваемого объема поступает в полость всасывания через окно 5 в прямоугольной части плунжера, который скользит в направляющей 6 в свободно поворачивающемся гнезде корпуса, при повороте эксцентрика 2 на некоторый угол от верхнего положения (а). Окно 5 в прямоугольной части плунжера выходит из направляющей вниз (б), полость всасывания соединяется с впускным патрубком насоса и газ поступает в полость всасывания (а), непрерывно увеличивая свой объем, пока окно 5 не будет снова прикрыто (г). Одновременно в полости сжатия происходит два процесса: сжатие и выталкивание газа через выхлопной клапан 4.
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 масс.
Рабочие жидкости для механических насосов с масляным уплотнением
Все эти насосы работают в масляной ванне. В качестве рабочей жидкости применяют вакуумные масла.
Вакуумные масла должны обладать:
низкой кислотностью;
необходимой вязкостью;
низким давлением паров в интервале рабочих температур.
В процессе работы масло претерпевает следующие изменения: крекинг (образование легколетучих фракций), загрязнение парами воды и пыли.
Остаточное давление механических насосов с масляным уплотнением определяется свойствами рабочей жидкости. Как газы, так и конденсирующиеся пары, создающие обратный поток, поступают на вход насоса из циркулируюшего в нем масла. Перед поступлением в камеру насоса масло некоторое время находится в резервуаре, где подвергается воздействию атмосферного воздуха и поглощает газы. При поступлении в камеру поглощенные ранее газы выделяются из пленки масла и поступают на вход насоса. У одноступенчатых насосов с масляным уплотнением остаточное давление равно (2,7…6,6)·10-1 Па.
Некоторые основные параметры механических насосов с масляным уплотнением
Как уже выше указывалось, различают геометрическую быстроту действия Sг и истинную быстроту действия Sн.
Геометрическую быстроту действия определяют по формуле:
(7.1)
где – объем рабочей камеры насоса в момент «конец всасывания», м3;
–частота вращения, 1/с.
Формула (7.1) для пластинчато-роторных насосов запишется так:
(7.2)
где – количество ячеек.
Объемный КПД (коэффициент полезного действия) равен:
Для роторных насосов с масляным уплотнением КПД находится в диапазоне 0,75…0,85.
Основной недостаток этих насосов – наличие обратного потока углеводородных соединений (продукты крекинга) из насоса в сторону откачиваемого объема. Наличие обратного потока приводит к загрязнению откачиваемого объема, поэтому для уменьшения этого потока устанавливают во впускном патрубке насоса ловушки (азотные, сорбционные).
Двухроторные насосы
Двухроторные вакуумные насосы, работающие по принципу известной воздуходувки Рутса, широко используются в области среднего вакуума.
В рабочей камере насоса расположены два ротора в виде восьмерки, синхронно вращающиеся навстречу друг другу (рис.7.3). Синхронность обеспечивается с помощью закрепленных на валах (роторах) шестерен связи, вынесенных за пределы рабочей камеры. Газ передается постоянными объемами, заключенными между корпусом и впадинами ротора.
Геометрическую быстроту действия определяют по формуле:
где – диаметр ротора, м;– длина ротора, м.
Истинная быстрота действия меньше геометрическойиз-за наличия обратного перетекания газа с выхода на вход через зазоры в роторном механизме. Эти зазоры сравнительно велики (даже у самых маленьких насосов зазоры немногим меньше 0,1 мм), и если бы двухроторные насосы работали с выхлопом в атмосферу, их остаточное давление составляло бы около 104 Па. Поэтому двухроторные насосы имеют на выходе форвакуумный насос (чаще всего механический вакуумный насос с масляным уплотнением), иначе они не смогут создать низкое давление.
Достоинства:
наличие малых зазоров в роторном механизме делает их нечувствительными к попаданию пыли и мелких твердых частиц, т. е. позволяет применять их без фильтров;
отсутствие трения в роторном механизме;
простота устройства и возможность хорошей динамической балансировки ротора, в связи с чем достигаются большие скорости вращения и высокая быстрота действия насоса при сравнительно малых габаритах и весе.
Недостатки:
небольшая степень повышения давления;
несовершенство процесса сжатия;
более высокая температура газ на нагнетании;
высокий уровень шума.