Вакуумные насосы служат для удаления (откачки) газов
или паров из замкнутого объема с целью получения в нем вакуума и имеют два важнейших
потребительских параметра: Быстрота действия S измеряется в литрах в секунду. Эта величина характеризует количество откачиваемой среды в единицу времени. Для водокольцевых насосов этот параметр определяется как производительность Q и измеряется в кубометрах в минуту. Второй важнейший показатель вакуумного насоса - величина вакуума, создаваемого насосом. Вакуум - это величина, определяемая разностью давлений между атмосферным и конкретным значением. Эта разность может характеризоваться абсолютным значением давления (Рвmin), называемым остаточным давлением. Этот показатель давления приводится или в килопаскалях (кПа) или в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), 1 мм рт.ст.=0,13 кПа. По принципу действия вакуумные насосы делятся на вращательные (механические), водокольцевые и струйные. ВРАЩАТЕЛЬНЫЕ НАСОСЫ С МАСЛЯНЫМ УПЛОТНЕНИЕМВращательные
вакуумные насосы с масляным уплотнением относятся к вакуумным насосам объемного
действия. Наибольшее распространение получили три типа вращательных насосов с
масляным уплотнением: Пластинчато-статорные насосы - обычно насосы малой производительности, пластинчато-роторные - средней производительности, плунжерные - средней и большой производительности.
На рис. 1 схематично изображен пластинчато-статорный вращательный вакуумный насос. В неподвижном корпусе 1 на валу 2 эксцентрично расположен ротор 3. Полезный объем рабочей камеры насоса, образованный внутренней поверхностью корпуса-статора 1 и наружной поверхностью ротора 3, пластиной 4 разделяется на полость всасывания I и полость сжатия II. Пластина 4, расположенная в прорези корпуса насоса, с помощью пружины 5 через рычаг 6 плотно прижимается к ротору 3. При вращении ротора 3 в направлении, указанном стрелкой, газ из откачиваемого сосуда через впускной клапан 7 заполняет увеличивающуюся в объеме полость I. В это время газ в полости II сжимается. Когда давление газа на клапан 8 превысит величину атмосферного давления и усилия, создаваемого пружиной 9, клапан 8 откроется, и газ из полости II будет вытеснен в атмосферу. При дальнейшем вращении ротор 3, пройдя пластину 4 и выход впускного канала 7, отделяет в рабочей камере насоса следующую порцию газа от откачиваемого объема. Таким образом, за два оборота ротора порция газа отделяется от откачиваемого объема, перемещается от впускного канала 7 к выхлопному клапану 8, сжимается в полости II и вытесняется под клапаном 8 в атмосферу. При каждом следующем обороте следующая порция газа отделяется от откачиваемого объема, а предыдущая вытесняется из насоса в атмосферу. В пластинчато-статорном насосе за один оборот ротора происходит один цикл откачки, т. е. отделяется от откачиваемого объема и вытесняется только одна порция газа.
На рис. 2 схематично изображен пластинчато-роторный насос. В цилиндрической рабочей камере корпуса 1 симметрично на валу расположен ротор 2, ось которого О' смещена относительно оси рабочей камеры О". В сквозной прорези ротора размещены пластины 3' и 3". Пружиной 4 они прижимаются к корпусу насоса. В положении ротора, изображенном на рис. 2а, пластинами 3' и 3" плоскостью касания ротора со статором полезный объем рабочей камеры разделен на три полости: I - полость всасывания, II- полость перемещения и частичного сжатия газа, III - полость вытеснения газа. При вращении ротора в направлении, указанном стрелкой, полость I увеличивается, и дополнительное количество газа из откачиваемого сосуда по впускному каналу 5 поступает в рабочую камеру насоса. Полость II уменьшается в объеме, в ней происходит сжатие газа. Полость III уменьшается и газ из нее через выпускной канал под клапаном 6 вытесняется из насоса. При положении ротора, изображенном на рис. 2б, заканчивается вытеснение газа из полости III. При дальнейшем вращении ротора полость II переходит в полость III, т.е. наступает момент, когда становится возможным вытеснение следующей порции газа (рис. 2в). В положении ротора, изображенном на рис.2г, полости I и II сообщаются между собой. Лишь когда ротор повернется на 180° от начального положения и займет положение, тождественное исходному (рис. 2а), происходит разделение полостей I и II, и от откачиваемого объема отделяется порция газа. В этот момент полость II имеет наибольший объем. В пластинчато-роторном насосе за один оборот ротора происходит два цикла откачки, т.е. отделяются от откачиваемого объема и вытесняются из насоса две порции газа.
На рис. 3 схематически изображен плунжерный насос. В корпусе насоса выполнена цилиндрическая рабочая камера, в которой вращается эксцентричный ротор 2 с надетым на него плунжером 1. Плунжер состоит из цилиндрической части, охватывающей эксцентрик 2, и полой прямоугольной части, свободно перемещающейся в пазу шарнира 7. При повороте плоской части плунжера шарнир 7 свободно поворачивается в гнезде корпуса насоса. В этом насосе плунжер имеет канал 3, через который газ из откачиваемой полости поступает в насосную камеру. Возможность попадания встречного потока газа на вход в насос здесь в значительной степени ограничена благодаря более раннему закрытию входа при движении золотника; вредное пространство может быть также уменьшено. Герметичность контакта ротора с цилиндром в насосах рассматриваемого типа лучше потому, что в клине между ротором и цилиндром образуется более толстый слой масла; кроме того, эти насосы создают меньше шума. Механические насосы производят откачку объема, начиная с атмосферного давления. Откачиваемый газ они вытесняют в атмосферу. Поэтому по отношению к механическим насосам не принято использовать такие характеристики, как наибольшее рабочее давление, наибольшее давление запуска и наибольшее выпускное давление. Основными характеристиками механических вакуумных насосов с масляным уплотнением являются предельное остаточное давление и быстрота действия. Быстрота действия механических насосов с масляным уплотнением практически не зависит от рода откачиваемого газа. Остаточное давление насосов с масляным уплотнением определяется конструкцией насоса и свойствами рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости насосов с масляным уплотнением, как правило, используются промышленные минеральные масла. ВОДОКОЛЬЦЕВЫЕ НАСОСЫ
В качестве рабочей жидкости применяется вода. Насосы не требуют очистки поступающего в них газа и допускают попадание в насос жидкостей вместе с откачиваемым газом. Использование водокольцевых вакуумных насосов для откачки водогазовых смесей допускается лишь при условии отделения и отвода основной массы воды перед входом в насос. В цилиндрическом корпусе 1 эксцентрично положено рабочее колесо 2 с лопатками, которые при вращении колеса отбрасывают воду к стенкам корпуса, образуя вращающееся кольцо жидкости 4. Серповидное пространство между водяным кольцом и ступицей рабочего колеса, которое лопатками делится на отдельные рабочие ячейки, является рабочим объемом машины. Вверху внутренняя поверхность водяного кольца касается ступицы колеса и препятствует перетеканию воздуха с нагнетательной стороны на всасывающую. На протяжении первого полуоборота колеса в направлении стрелки внутренняя поверхность жидкостного кольца постепенно удаляется от ступицы, при этом образуется свободный объем между лопатками колеса, который заполняется воздухом из всасывающего патрубка машины через всасывающее окно 3 в торцевой крышке ее корпуса. На протяжении второго полуоборота колеса внутренняя поверхность жидкостного кольца приближается к ступице, при этом воздух, находящийся между лопатками, сперва сжимается, а затем вытесняется через нагнетательное окно 5 в нагнетательный патрубок машины. Таким образом, в жидкостно-кольцевых насосах перемещение воздуха из всасывающего патрубка в нагнетательный совершается непрерывно и равномерно. СТРУЙНЫЕ НАСОСЫ
В воздушных эжекторах рабочей средой является воздух. Струя воздуха создается за счет перепада давления между атмосферой и камерой смешения, создаваемого предварительным откачиванием, например, водокольцевым насосом. Воздушные эжекторы часто используются как дополнительные ступени водокольцевых вакуумных насосов для улучшения вакуума. В пароструйных эжекторных вакуумных насосах (ПЭВИ) рабочим газом является водяной пар, поступающий из котла. Производительность и давление всасывания зависят от конструктивных особенностей, расхода пара и количества ступеней. Степень понижения давления на одной ступени обычно составляет от 3 до 6. ПЭВН используются в различных технологических процессах, например при дезодорировании растительных масел (давление откачивания 200..700 Па), при дегазации расплавленного металла при производстве стали и т.д. В высоковакуумных диффузионных паромасляных насосах и агрегатах (НВДМ, НД, АВДМ), обеспечивающих получения вакуума до 10-5 Па, работающих по тому же принципу, рабочим газом являются пары вакуумного масла. В жидкоструйных вакуумных насосах или вакуум-гидроциркуляционных агрегатах (ВГЦ) в качестве высокоскоростной струи используется струя жидкости. Водоструйные эжекторы, создающие давление 20-30 кПа, используются для деаэрации воды в водогрейных котельных. Гидроциркуляционные агрегаты ВГЦ имеют различное применение (например, при ректификации нефтепродуктов) и обеспечивают достижение вакуума до 70 Па.
Для работы теплового насоса необходимы затраты внешней энергии (например, механической, электрической, химической). Тепловые насосы позволяют использовать возобновляемую низкотемпературную энергию окружающей среды на нужды высокотемпературного объекта (системы теплоснабжения, отопления и горячего водоснабжения). Тепловой насос связан с источником низкопотенциальной теплоты (ИНТ) через испаритель и потребителем высокотемпературной теплоты (ПВТ) через конденсатор. Между испарителем и конденсатором циркулирует хладагент. При осуществлении обратного термодинамического цикла хладагент переносит тепло от ИНТ к ПВТ. При этом затрачивается электроэнергия на привод компрессора. Главным достоинством теплового насоса является то, что на 1 кВт затраченной электрической энергии можно получить более 2,5 кВт тепловой энергии. ![]() Справочник
промышленного оборудования, №2/2004 |