книги из ГПНТБ / Линчевский Б.В. Применение вакуума в производстве стали

штока. При повороте поршня сжатый газ выбрасывается через клапан в верхнюю камеру, заполненную маслом. Масляное уп­ лотнение позволяет получать с помощью насосов золотникового типа предельный вакуум до 10 ц рт. ст. Для получения более глу­ бокого разрежения (до 1 ц рт. ст.) используются двухступенча­ тые насосы. Несмотря на широкий диапазон рабочих давлений, возможность использования золотниковых насосов ограничена. Как видно из рис. 10, где представлена типичная кривая зависи­

сосах этого типа максимально допустимое число оборотов со­ ставляет 600 в минуту, что в свою очередь ограничивает произ­ водительность. Наиболее крупным насосом золотникового типа является насос со скоростью откачки 20 м?/м.ин [18]. Недостатком насоса является также возможность попадания масла через вы­ пускной клапан в насос и оттуда в откачиваемую систему.

Достижение предельного вакуума золотниковыми ротацион­ ными насосами возможно только в том случае, когда откачивае­ мые газы не содержат легко конденсирующихся паров и влаги. Это требование выполняется в лабораторных условиях, а также при откачке вакуумных приборов, ламп и т. п.

При плавке металла в вакуумных индукционных печах, а также при дегазации стали выделяются пары воды и других ве­ ществ. Источниками влаги и летучих веществ могут быть мате­ риалы шихты, огнеупорная набивка тигля, кладка вакуумной камеры и т. п. О количестве воды, выделяющейся в процессе плавки в индукционной вакуумной печи, можно судить по сле­ дующим цифрам: за плавку в 50-кг печи в вакууме в течение 3—4 час. выделилось 0,20 л воды [19]. Само собой разумеется, что такое количество воды, попадая в масло, превращает пос­ леднее в эмульсию, в связи с чем резко уменьшается предельный

20

вакуум и сильно корродируют детали насоса. Эксплуатация насоса в этих условиях невозможна. Избежать неприятностей, связанных с попаданием воды в масло, можно двумя различны­ ми способами: регенерацией масла и предотвращением конден­ сации. Регенерация масла заключается в отборе части загряз­ ненного масла в специальный сосуд, где происходит отстаива­ ние, а в некоторых крупных насосах — центрофугирование мас­ ляной эмульсии. Вместо загрязненного в насос поступает со-

Рис. 7. Зависимость скорости откачки различных типов насосов от давления:

1 — последовательное соединение двух насосов РВН-60; 2 — РВН-75; 3 — РВН—60; 4— РВН-30; 5 — последовательное соединение двух насосов РВН-30; 6 — насос-зоз- цуходувка производительностью 500 л/сек\ 7—паровой эжектор; 8 — последователе-

ное соединение насосов РВН-60, РВН-30; 9 — паровой эжектор фирмы «Stones»; 10 — насос-воздуходувка производительностью 1500 л!сек

ответствующее количество очищенного масла, однако предель­ ный вакуум все же падает, так как в очищенном масле раство­ рено значительное количество газов [16].

Следует упомянуть также еще об одном способе регенерации

21

_______ Jb^npoM cm Лгтуы оа>алммго»ым установкам

------------ Напорный бпдпбод

—. — — Сбросный водобой -04— Подвижно

^It- Су[)е^01еРанит^/,^ый клапан ch В Ьжщмметр пружинный

У*" наноЛзку^етр пружинный I Термометр

Л Потенциометр

TJ Вахууметр ртутный Выброс в атмосферу

-** — Вентиль

Y| Слибнай боронка

Рис. 8. Принципиальная схема вакуумной установки для дегазации стали [17]:

масла, а именно о нагреве масла, загрязненного конденсатом, до температуры, при которой начинается испарение последнего. Иногда на практике приходится прибегать к другому, более простому способу повышения температуры масла без примене­ ния специальных нагревателей. Загрязненное масло, содержа-

Рис. 9. Разрез масляного золотникового насоса

шее влагу и растворенные газы, может быть частично очищено, если заставить насос работать вхолостую, впуская в него не­ большое количество воздуха. В этом случае, благодаря сжатию воздуха, масло нагревается до 80—90° и влага частично испаря­ ется. Однако описанные способы регенерации масла сложны и не всегда дают надежные результаты. Лучше не допускать кон­ денсации; для этой цели используют так называемое газобал­ ластное устройство. Принцип действия его заключается в том, что в камеру сжатия постоянно впускается определенное коли­ чество воздуха.

23

Обычно выпускной клапан насоса открывается при давлении, несколько большем 760 мм, поэтому, если в откачиваемых газах содержатся пары, давление насыщения которых меньше 760 мм, то при сжатии их в камере насоса происходит конденсация па­ ров при постоянном давлении. Если же до сжатия газа впустить в насос «балластный» газ — воздух, то при наступлении цикла сжатия давление в насосе возрастает как вследствие сжатия паровоздушной смеси, так и благодаря присутствию «балласт­ ного» газа. Парциальное давление паров в результате разбавле­ ния их мало и далеко от насыщения. Таким образом, при впус­

качки при низких давлениях также меньше, чем в насосах без газобалластного устройства (см. рис. 10). Однако для устано­ вок, применяемых в металлургической и химической промыш­ ленности, возможность откачки паров имеет большее значение, чем производительность насосов.

Типы отечественных ротационных масляных насосов и их производительность представлены в табл. 6 [20]. Обычно в оте­ чественных вакуумных насосах применяют минеральное мас­ ло марки ВМ-4, но вообще говоря, можно использовать любое хорошо очищенное минеральное масло с вязкостью 5—10 гра­ дусов Энглера при 50"С. Свойства масла можно существенно улучшить путем перегонки его в вакууме при 180—200°.

Как уже упоминалось выше, ротационные масляные насосы хорошо работают только при откачке чистых газов, не содержа­ щих пыли. В противном случае пыль, выделяющаяся при плав-

24

Таблица 6

Типы отечественных ротационных насосов

1 Масло марки B/V -4

ке в вакууме в виде мелких частичек металла и шлака, попада­ ет в насос, царапает его трущиеся поверхности, в связи с чем увеличивается ширина зазоров между стенками насоса и рото­ ром. В хорошем насосе зазор между ротором и статором не пре­ вышает 0,01 мм, а точность обработки шлифованных поверхнос­ тей достигает тысячных долей миллиметра. При такой плотной подгонке, особенно при низкой температуре воздуха, когда вяз­ кость масла возрастает, первые обороты насоса требуют боль­ ших усилий, поэтому рекомендуется предварительно прокру­ тить насос на малых оборотах. Ротационные масляные насосы применяют обычно в тех случаях, когда не требуется высокая производительность. Скорость откачки ротационного масляно-

25

Го насоса определяется следующим выражением:

Поскольку число оборотов из-за наличия в ротационных на­ сосах несбалансированных деталей ограничено 400—600 в ми­ нуту, то создание малогабаритного ротационного масляного на­ соса большой производительности не ‘ представляется возмож­ ным. Малогабаритным высокопроизводительным насосом, обла­ дающим большой и достаточно постоянной скоростью откачки в области давлений от 10“* до 1СГ3 мм рт. ст., является насос-воз­ духодувка. Схема такого насоса показана на рис. И. По кон­ струкции он подобен воздуходувке Рута, которая употребляет­ ся для создания положительного давления. Поршнем насоса служат две восьмеркообразные лопасти, вращающиеся в проти­ воположные стороны. Поскольку лопасти не касаются друг дру­

пастью и стенкой не превышают 0,10—0,15 мм. Вращение ло­ пастей с большой скоростью позволяет получать высокую ско­ рость откачки (до 340 м^мин') в небольших насосах [18]. Кро­ ме того, если поместить двигатель в вакуум, отпадает необходи­ мость в создании подвижных вакуумных уплотнений для быстро вращающихся валов. Эти уплотнения всегда являются опасным местом — в них может появляться течь. При установке двига­ теля в вакууме уменьшается непроизводительная затрата мощ­ ности на преодоление трения. В насосе-воздуходувке расход мощности составляет примерно 30 вт на каждые 10 л газа, от­ качиваемого в 1 сек., в то время как в ротационных насосах при той же скорости откачки расход мощности составляет 760 вт. Электродвигатель, как уже упоминалось выше, помещается в одном кожухе с лопастями. Во избежание пробоя изоляции в вакууме, напряжение двигателя небольшое (40—50 в).

Обычно применяют трехфазные машины, дающие до 3000 об/мин. Двигатель помещен в охлаждаемый водой кожух. Питание к двигателю подается от трехфазного понижающего трансформатора. Для смазки подшипников в насосе предусмот­ рена маленькая помпа, подающая масло из вспомогательного резервуара к осям.

В насосе-воздуходувке степень сжатия ограничена отноше­ нием 1 : 10, так как в противном случае резко возрастает выде­ ление тепла, отвод которого в существующих конструкциях трудно осуществим. Кроме того, с увеличением давления силь­ нее сказывается наличие зазора между лопастями насоса и воз­ растает обратный поток газа. Напротив, при низких давлениях, когда длина свободного пробега молекул увеличивается, обрат­

27

ный поток почти не имеет места. Поэтому насосы-воздуходувки рационально использовать как высоковакуумиую ступень в ком­ бинации с механическим ротационным насосом (рис. 12). Кри вая скорости откачки такой комбинированной системы изобра­ жена на рис. 13. Характер кривой скорости откачки наилучшим образом соответствует задачам вакуумной металлургии. Дей­ ствительно, максимум кривой относится к интервалу давлений от 1 мм до 10“3 мм рт. ст. Именно в этом диапазоне давлений

Рис. 12. Общий вид комбинированного бустерного насоса

наиболее часто производят плавку в вакууме. Обычно предва­ рительное разрежение порядка 10—20 мм рт. ст. является уже достаточным для нормальной работы насоса-воздуходувки. В насосах-воздуходувках предусмотрена специальная система ре­ гулирования, позволяющая включать насос только после того,

лее 1 мм иногда применяют охлаждение газа с помощью плас­ тинчатого холодильника, который устанавливается во входном патрубке. Роторы насоса охлаждаются при этом газом. Более надежным является охлаждение ротора маслом, причем масло, циркулирующее в замкнутой системе, охлаждается в специаль-

28