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 S_г и истинную быстроту действия S_н.

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 геометрической из-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:

o небольшая степень повышения давления;

o несовершенство процесса сжатия;

o более высокая температура газ на нагнетании;

o высокий уровень шума.