Otvety_na_ekzamenatsionnye_voprosy_OPT_2022 (1)
.pdfПодробнее о других приборах: http s://valueofficial.ru/blog/vakuummetry- dlya-izmereniya-davleniya-princip-raboty-ustrojstvo-vidy-strelochnye-pruzhinnye- rtutnye-elektronnye-cifrovye-pirani- diagnostika/
21
10. Форвакуумные насосы.
Вакуум – пространство, свободное от вещества. В технике под вакуумом понимают среду, состоящую из газа при давлении значительно ниже атмосферного.
Форвакуумный насос (далее ФН) – насос для создания форвакуума.
Форвакуум – предварительный вакуум с давлением более 10-1 Па. ФН работают при давлении от 105 Па.
ФН является первой ступенью вакуумных насосов в системах для получения высокого вакуума. Предназначен обеспечивать условия работы основного насоса среднего или высокого вакуума.
Выделяют несколько типов ФН.
Пластинчато-роторный насос – вращательный насос, в котором эксцентрично установленный ротор вращается относительно неподвижной поверхности статора. При этом две или более пластины, скользящие в прорезях ротора и прижимающиеся к внутренней стенке статора, делят камеру на полости с изменяющимся объёмом.
Рисунок 1 – Конструкция пластинчато-роторного насоса
Рисунок 2 – Цикл работы пластинчато-роторного насоса
22
Дисбаланс в пластинчато-роторных насосах практически отсутствует.
Предельная частота вращения выпускаемых машин до 3000 об/мин.
Для уплотнения контактных поверхностей статор помещают в масляную ванну. Масло выполняет несколько функций. С его помощью уплотняется и смазывается зона раздела между областями всасывания и сжатия и герметизируется выхлопной клапан. Кроме того, оно способствует стабилизации теплового режима насоса и вымыванию механических загрязнений из его полости. В отдельных случаях масло используется в гидроприводе клапанов.
Пластинчато-статорный насос – вращательный насос, в котором эксцентрично установленный ротор вращается, скользя по внутренней стенке статор, при этом пластина, движущаяся относительна статора, прижимается к ротору и делит рабочую камеру на части с изменяющимся объёмом.
Рисунок 3 – Конструкция пластинчато-статорного насоса: 1- корпус, 2 – кулачок; 3 – выпускной патрубок; 4 – пружина; 5 – статорная пластина; 6 – входной патрубок
При вращении ротора объем одной полости (рис. 1.2) увеличивается, и
газ всасывается через патрубок входа. Одновременно объём другой полости уменьшается, газ сжимается и после достижения давления выхлопа и открытия клапана выбрасывается в масляную ванну и через масло выходит в атмосферу. Процесс переноса одной порции газа в пластинчато-статорном насосе происходит за два оборота ротора, но в насосе одновременно присутствует две порции газа - всасываемая и сжимаемая.
23
Рисунок 4 – Цикл работы пластинчато-статорного насоса
Один из недостатков пластинчато-статорных машин - наличие неуравновешенных масс, в результате чего предельная частота вращения не превышает 1000 об/мин. Для снижения дисбаланса разработаны двухкамерные насосы, в которых роторы, расположенные на одном валу,
смещены относительно друг друга на 180°. При этом камеры могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Несмотря на простоту конструкции, пластинчато-статорные насосы в промышленных объёмах в настоящее время не выпускаются, уступив место пластинчато-роторным насосам.
Плунжерный насос – оборудование, в котором происходят возвратные поступательные движения, за счет чего вытесняется газообразная смесь из камеры. Главным органом установки служит плунжер (полый цилиндр).
Принцип работы установки осуществляется следующим образом.
Поршень перемещается, при этом возрастает объем камеры, а давление наоборот падает. Из-за повышения наружного давления закрывается клапан обратного действия, а всасывающий механизм раскрывается. Из рабочей области в насос начинает всасываться газообразная смесь. Далее цикл повторяется.
24
Рисунок 5 – Конструкция плунжерного насоса: 1 – эксцентрик; 2 – обойма
(поршень); 3 – плоская часть; 4 – отверстия; 5 – золотник (вкладыш); 6 – впускное отверстие; 7 – выпускное отверстие; 8 – клапан.
Одно из преимуществ плунжерных насосов - уменьшение ответственных по герметичности мест внутри насоса по сравнению с пластинчато-статорными насосами: всасывающая сторона отделяется от выбрасывающей не пластиной, скользящей по барабану, как в пластинчато-
статорном насосе, а жестко скрепленной с обоймой плоской частью поршня,
скользящей только по вкладышу. Вследствие меньшего трения между подвижными частями плунжерные насосы требуют значительно меньшего охлаждения, что устраняет необходимость погружения корпуса насоса в бак с маслом. В некоторых видах таких насосов есть необходимость использовать масло.
Насос Рутса – устройство для перекачивания газов, воздуха и парогазовых смесей. Такие аппараты обладают стабильной работой при условии низкого давления.
25
Рисунок 6 – Конструкция вакуумного насоса Рутса: 1 – двигатель; 2 – свободный подшипник; 3 – впускной патрубок; 4 – поршень Рутса; 5 – лабиринтное уплотнение; 6 –
привод; 7 – перепускной клапан; 8 – камера всасывания; 9 – индикатор уровня масла; 10 –
отвод масла; 11 – разъём под уплотняющий газ; 12 – выпускной клапан; 13 – неподвижный подшипник.
Внасосах Рутса два синхронно противоположно вращающихся ротора
(4)вращаются бесконтактно в одиночном корпусе. Роторы имеют конфигурацию в виде восьмерки и отделяются друг от друга узким зазором.
Принцип действия роторов аналогичен работе шестеренчатого насоса с двузубчатым колесом, который откачивает газ из впускного канала (3) в
выпускной канал (12). Один вал приводится в движение двигателем (1).
Другой вал синхронизируется с помощью зубчатой пары (6) в приводной камере. Зона смазывания ограничивается двумя приводными камерами с подшипником, которые изолированы от камеры всасывания (8) лабиринтными уплотнениями (5). Благодаря отсутствию трения в камере всасывания вакуумный насос Рутса способен функционировать при высоких скоростях вращения (1500 – 3000 об/мин). Отсутствие массы, совершающей возвратно-
поступательные движения, также обеспечивает надежную динамическую балансировку, при которой вакуумные насосы Рутса, несмотря на высокие скорости, работают крайне бесшумно.
26
Винтовой насос относится к надежным и современным решениям для форвакуумной откачки. Ими пользуются в ресурсоемких промышленных системах вроде термоядерных установок, оборудования для выращивания сапфиров. Они производительны в широком диапазоне рабочего давления.
Рисунок 7 – Конструкция винтового насоса
Когда винт вращается, отсек, расположенный со стороны всасывания увеличивается и в нем создается разрежение. Под его влиянием полость заполняется перекачиваемой средой. Дальше во время вращения роторов среда перемещается к стороне нагнетания.
Производительность и скорость движения всегда постоянная. Такие агрегаты относятся к насосам объемного типа, благодаря конструкции которых создается стабильное давление. При этом можно регулировать производительность, не беспокоясь, что номинальное давление будет утеряно.
Схема аппарата доказывает, что подобные системы обладают высоким коэффициентом полезного действия, надежностью и универсальностью в работе. Они способны справиться с большим количеством задач.
Диафрагменный насос - обладает достаточно простой конструкцией и является универсальным устройством, работающим в любой жидкой среде благодаря своей герметичности. Метод действия на диафрагму, то есть на мембрану, является разным. Двигателем может являться, например, воздух
27
или жидкостная среда. Достаточно популярными являются как гидравлические, так и пневматические приборы.
При включении оборудования шток, стянутый с гибкой диафрагмой,
принимается за ее сгибание в противоположный от рабочей камеры край.
Благодаря чему объем камеры возрастает;
Благодаря быстрому возрастанию объема в рабочей камере осуществляется вакуумный эффект. Далее в камеру при помощи входного патрубка поступает жидкость;
При помощи кривошипно-шатунного прибора диафрагме сообщается обратное движение и объем рабочей камеры быстро становится меньше.
Вследствие этого происходит выталкивание среды из камеры при помощи выходного патрубка. Во время совершения обратного движения диафрагмой происходит автоматическая блокировка посредством предназначенного для этого клапана.
Рисунок 8 – Конструкция диафрагменного насоса: 1 – всасывающий патрубок; 2 – всасывающий патрубок; 3 – рабочая камера; 4 – диафрагма; 5 – шток;
6 – нагнетательный патрубок; 7 – нагнетательный клапан
Спиральный вакуумный насос предназначен для создания вакуума безмасляным способом. Этот вид насоса является альтернативным пластинчатому вакуумному насосу. Корпус насоса спирального должен быть с достаточной толщиной стенки, так как при работе он получает большие
28
нагрузки в виде высокого давления. Двигающаяся спираль выполняет движения не радиально, а по вытянутой орбите. Неподвижная спираль установлена строго стационарно на корпусе, причем не разрешаются ни малейшие ее колебания. Внутри нее, в центре находится нагнетательный канал. Силовой противовес уравновешивает спираль, которая вращается,
поскольку головной ее участок по весу больше, чем осевой. Приспособление от поворота пружины полностью фиксирует подвижную пружину, не давая ей крутиться вокруг оси. Это предотвращает то, чтобы спирали заклинивали.
Вал-эксцентрик является промежуточным звеном между электродвигателем и подвижной спиралью. Он передает вращение на спираль. Сильфонное уплотнение создает герметичное соединение корпуса и подвижной спирали.
Поэтому пары масла не просачиваются в рабочую камеру и откачиваемую смесь.
Рисунок 9 – Конструкция спирального вакуумного насоса
Важную роль в форвакуумных насосах также играют форвакуумные ловушки. Они служат для защиты откачиваемой камеры от проникновения паров масла и продуктов его разложения из ФН в откачиваемую камеру.
Ловушки представляют собой устройства, препятствующие прямому пролету паров рабочей жидкости из насоса в откачиваемый объект.
29
11. Насосы для получения высокого и сверхвысокого вакуума.
Пароструйный (диффузионный) насос.
Рисунок 10 – Конструкция пароструйного (диффузионного) насоса
Откачивающее действие пароструйного насоса основано на увлечении удаляемого газа струей пара. В зависимости от скорости и плотности струи и давления газа изменяется как режим истечения струи из сопла, так и механизм захвата удаляемого газа. При относительно высоких плотности струи и давлении газа струя имеет турбулентный характер с завихрениями в пограничном слое, как это показано на рис. 3-1,а. Некоторая часть газа
„захлопывается” и уносится завихрениями паровой струи. Кроме того,
движущаяся с большой скоростью струя в силу внутреннего трения увлекает и уносит прилегающие к ней слои газа. Таким образом, осуществляется удаление газа обычным эжекторным соплом. По мере снижения давления газа,
плотности и скорости струи пара завихрения исчезают и струя приобретает вид, показанный на рис. 3-1,6. В этом случае вязкостный захват газа становится ничтожно малым, но резко повышается вероятность диффузии газа в струю пара. Количество газа, проникающего в струю, зависит от плотности струи и площади соприкосновения струи и газа.
30