2. Вакуумные насосы и их характеристики.

Для создания вакуума и отсасывания воздуха и технических газов применяют вакуумные насосы. Вакуумная выплавка и обработка позволяют получать специальные металлы высокого качества. Выплавку стали под вакуумом проводят в индукционных и дуговых электропечах. Помимо вакуумной выплавки стали в электропечах широкое распространение получила и вакуумная обработка жидкой стали в ковшах и изложницах. Создание вакуума обеспечивается специальными системами, состоящими из вакуумных насосов и необходимого вспомогательного оборудования. Вакуумные насосы находят также широко применение и в энергетике, в частности для создания необходимого вакуума в конденсаторах паровых турбин.

Работа вакуумных насосов характеризуется предельным впускным давлением, наибольшим выпускным давлением, быстротой действия и производительность. (предельным впускным давлением р называют наименьшее давление, создаваемое вакуумным насосом, откачивающим газ в полностью герметизированной системе, где нет внутреннего газовыделения.) Наибольшим выпускным давлением p называют такое давление в выпускном патрубке насоса, превышение которого вызывает обратный ток газа через насос и подъем впцскного давления. Быстрота действия вакуумного насоса S определяется объемом газа, потупаюшего в насос в единицу времени при данном впускном давлении (давлении во всасывающем патрубке насоса) p . Производительность вакуумного насоса определяется как произведение его быстроты действия на впускное давление, м *Па/c

V =S * p

В зависимости от величины развиваемого предельного впускного давления р вакуумные насосы делят на следующие группы: низкого вакуума (р =1*10 -100Па); среднего вакуума (р =100-0,1Па); высокого вакуума (р =0,1-1*10 Па); сверхвысокого вакуума (р =1*10 -1*10 Па)

По устройству и принципу действия вакуумные насосы делятся на механические и струйные. К механическим относятся насосы низкого и среднего вакуума. Они состоят из корпуса-статора, внутри которого помещается эксцентрично расположенный вращающийся ротор. Различают водокольцевые, пластинчатые, с масляным уплотнением и двухроторные механические вакуумные насосы. Наиболее распространены два первых указанных вида насосов.

Принципиальная схема водокольцевого вакуумного насоса приведена на рис. Он состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого эксцентрично расположен ротор 2 с неподвижными лопатками 3. При вращении ротора заполняющая корпус вода отбрасывается под действием центробежной силы в сторону больших радиусов и создает водяное кольцо 4. Образующаяся при этом между ротором и водяным кольцом серповидная рабочая полость разделяется лопатками ротора на ряд камер, объемы которых изменяются в процессе вращения ротора. Всасывающее газ отверстие 6 расположено на стороне возрастающих объемов. В левой стороне машины, где объемы уменьшаются, располагается нагнетательное отверстие 5.

Пластинчатый вакуумный насос показа на рис. Он состоит из корпуса 1 и ротора 2 со скользящими в нем платинами 3. Ротор расположен по отношению к корпусу эксцентрично. По длине ротора имеются радиальные или наклонные по направлению вращения пазы, в которые вставлены подвижные пластины. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы прижимаются к внутренней поверхности корпуса и образуют замкнутые пространства, переносящие газ из полости всасывания в полость нагнетания. Во избежание чрезмерного износа пластин и стенок корпуса окружную скорость пластин ограничивают величиной 10-12 м/с. Пластинчатые вакуумные насосы относятся к насосам низкого вакуума и характеризуются высокой скоростью откачки газа. Они мало чувствительно к влаге, но боятся абразивной пыли.

Вакуумные насосы с масляным уплотнением относятся к насосам среднего вакуума. Они делятся на пластинчато-роторные, пластинчато-статорные и золотниковые. Для лучшего уплотнения эти насосы помещают в заполненные маслом резервуары.

Д вухроторные вакуумные насосы имеют расположенные в общем корпусе два ротора в форме восьмерки. Роторы вращаются в противоположные стороны с одинаковыми угловыми скоростями, непрерывно перенося отделяемые ими объемы газа со стороны всасывания на сторону нагнетания. Большая частота вращения (до 3000 об/мин) обусловливает малые габариты насосов этого типа. Двухроторные вакуумные насосы просто по устройству, надежны, не требуют смазки роторов, т.к. они приводятся во вращение через насаженные на валы зубчатые шестерни, а не непосредственным зацеплением. Они обеспечивают высокую скорость откачки при давлении 100-1 Па, но нуждаются в предварительном разрежении.

С труйные вакуумные насосы относятся к насосам среднего и высокого вакуума. Они не могут работать с выхлопом и в атмосферу и требуют создания в выхлопном патрубке значительных разрежений. Различают эжекторные, бустерные и диффузионные струйные вакуумные насосы. Простейший эжекторынй вакуумный насос приведен на рис. Пар подводится через активное сопло 1, обеспечивающее высокую скорость истечения, и эжектирует откачиваемый газ через пассивное сопло 2 в камеру смешения 3. В камере смешения давление, плотность, скорость и температура газо-паровой смеси выравниваются, после чего смесь пара и газа поступает в диффузор 4, где ее скорость снижается, а давление растет. В эжекторных вакуумных насосах вытекающая из сопла струя пара турбулентна и захват ею газа определяется законами турбулентного обмена. Эти вакуумные насосы отличаются относительно высокими расходами пара и большой производительностью при высоких значениях выпускного давления.

Бустерные вакуумные насосы по конструкции аналогичны эжекторным насосам, но в них струя, вытекающая из активного сопла, обычно ламинарна. В результате этого захват эжектируемого газа обусловливается вязкостным трением и диффузией газа. Они обладают значительной скоростью откачивания газа и в области средних давлений и применяюся главным образом как вспомогательные.

Диффузионные вакуумные насосы способны создавать давление 1*10 -1*10 а и являются насосами высокого вакуума. В них при той же принципиальной схеме устройства, как у эжекционных и бустерных насосов, имеет место молекулярный режим течения, т.к. длина свободного пробега молекул откачиваемого газа соизмерима с размерами насоса. Захват молекул откачиваемого газа в струю масла обусловлен чисто диффузионными процессами, чем и объясняется название этих вакуумных насосов.