8-812-740-66-02
8
-812-989-04-49
info@vactron.org

Вакуумный насос

Механические вакуумные насосы

Для создания вакуума используют механические и немеханические вакуумные насосы. К механическим насосам относятся поршневые, жидкостно- кольцевые, плунжерные, пластинчато-роторные и двухроторные (низкого и среднего вакуума), турбомолекуляр- ные (высокого вакуума); к немеханическнм — эжекторные н бустерньге (низкого и среднего вакуума), сорбционные (среднего и высокого вакуума); диффузионные, магнитные электрораз- рядные, геттерно-ионные, криоиасосы и конденсационные (высокого вакуума).
На базе механических (плунжерных, двухроторных н др.), а также сорбционных, магнитных электроразрядных и диффузионных насосов выпускают типовые вакуумные агрегаты.
Поршневые вакуумные насосы (ПВН) широко применяют в промышленности для откачки сухих газов и газов с примесью капельной жидкости. Преимущества ПВН — высокие КПД и надежность работы, возможность длительной эксплуатации; недостатки — значительная металлоемкость, большие габариты, потребность в фундаментах или специальных опорных конструкциях из-за наличия неуравновешенных сил.

Для уменьшения давления всасывания в ПВН применяют перепуск газа иысокого давления, оставшегося в мертвом объеме А после процесса нагнетания, в полость В цилиндра, в которой закончился процесс всасывания. Для этого в цилиндре выполняют перепускные каналы Б. По ним газ перетекает из полости А в полость В,
и давления в этих полостях выравниваются. Таким образом, обратное расширение газа в полости А начинается с более низкого давления; ход поршня, соответствующий обратному расширению, уменьшается, в результате быстрота действия насоса, при определенном отношении давлений нагнетания и всасывания, увеличивается, а пре- • дельное давление всасывания уменьшается. Перепуск газа приводят к увеличению затрат мощности, так как энергия расширения газа, выделяемая в процессе выравнивания давления, не может быть возвращена в процессе обратного расширения. Введение перепускных каналов в ПВН с распределением газа самодействующими клапанами позволяет уменьшить предельное давление всасывания до 1...2 кПа.

 Применение золотника поршневого типа с уплотнением поршневыми кольцами увеличивает среднюю скорость поршня, ограниченную допускаемой скоростью газа в окнах всасывания я перепускных каналах, а также неуравновешенными инерционными силами.
(Когда поршень находится в правой мертвой точке, золотиик от среднего положения движется вправо, так как угол между коленом вала, к которому крепится шатун поршня, и эксцентриком золотника равен 90°, причем эксцентрик золотияка отстает. Перепускной канал Б в это время открыт. Происходит перепуск газа высокого давления из полости Λχ в полость Л и, где закончился процесс всасывания. Перепуск уменьшает давление газа в мертвом пространстве полости .4ι н таким образом увеличивает быстроту действия насоса. Перепуск продолжается Д° . тех пор, пока поршень, перемещаясь влево, не перекроет перепускные ка

налы, расположенные на зеркале цилиндра (рнс. 9.2, 6).
При движении поршня объем замкнутой полости Αχ увеличивается. Происходит процесс расширения ί—2 . При этом золотник движется вправо, перекрывая цилиндровый канал, так как необходимо исключить возможность одновременного протекания перепуска и всасывания.



Схема перепуск газа во каналу иа зеркале цилиндра

 


U!                    к)                     л)                      т
Рис. 9.2. Схемы, иллюстрирующие принцип действия ПВН системы МВТУ

Рнс. Теоретические индикаторные диаграммы ПВН системы МВТУ при двухступев' чатом (о), одноступенчатом (в) режиме

Всасывание заканчивается немного раньше начала перепуска, поскольку необходимо гарантированно исключить возможность одновременного протекания процессов всасывания и перепуска. С момента, когда золотник перекроет цилиндровый канал, до момента, когда поршень начнет открывать перепускной канал (рнс. 9.2, ж), происходит расширение газа в замкнутой полости цилиндра Лх (кривая 3—4 — см. рнс. 9.3). Во время перепуска, который начинается с момента, когда поршень откроет перепускной канал, поршень достнгвет левой мертвой точки (см. рис. 9.2, з) и начинает движение вправо. Цилиндровые каналы во время перепуска закрыты. Процесс перепуска (см. рис. 9.3, кривая 4—5) продолжается до тех пор, пока поршень не закроет перепускной канал (см. рис, 9.2, и).
Золотник откроет цилиндровый канал, двигаясь ' влево от положения, изображенного на рис. 9.2, к, лишь через некоторое время после закрытия перепускного канала, В это время происходит процесс поджатая (см. рис. 9.3, кривая 5—6). После открытия цилиндрового канала (см. рнс. 9.2, к) полости цилиндра Лх и золотника 5χ соединяются, давления в ннх выравниваются (см. рис. 9.3, кривые 6—7 н Ь—с). Газ, сжимаясь, переходит в 4 золотниковую полость.
Сжатие газа в объеме полостей цилиндра и золотника протекает в два этапа. На первом этапе (см. рис. 9.2, к) объем полости βχ увеличивается, а полости Л1 уменьшается, причем увеличение объема полости βχ происходит с уменьшающейся скоростью, так как золотник подходит к мертвой точке, а скорость уменьшения объема полости Aj возрастает по МеРе приближения поршня к среднему положению. Первый этап длится до Момента достижения золотником мерт- в°й точки (рис. 9.2, л). Этому этапу ^Катия соответствуют кривые 7—d * °—d иа индикаторной диаграмме (см. Рис. 9.3). ПрИ движении золотника право происходит второй этап сжатия, уличительная особенность которого — Дновремекное сжатие в полостях ци- индра и золотника. Этот этап сжатия '-.кривые d—8 и d—е) завершается,
когда газ из полости цилиндра переходит в золотниковую полость и золотник перекрывает цилиндровые каналы (см. рнс. 9.2, м).
Затем в цилиндре происходит поджа- тие (см. рис. 9.3, кривая 9—10), после чего мертвое пространство цнлнндра соединяется через перепускные каналы с другой полостью цилиндра, в которой только что закончился’ процесс всасывания (см. рнс. 9.2, а). На индикаторной диаграмме (см. рис. 9.3, а) перепуску соответствуют кривые 10—1 и 4—5. После того как золотник, перекрыв цилиндровые каналы, отделит золотниковую полость от цилиндра, в ней последовательно происходят процессы дополнительного сжатия и нагнетания (кривые соответственно е — т н т—а на рис. 9.3, а). По окончании процесса нагнетания в золотниковой полости начинается обратное расширение газа мертвого пространства золотника (кривая а—Ь).
В рассмотренном случае золотник служит дожимающей (второй) ступенью, поэтому такой режим работы называют двухступенчатым.
В одноступенчатом режиме работы ' вакуумного иасоса системы МВТУ сжимаемый газ достигает давления нагнетания уже при сжатии в объединенном объеме полостей золотника ' и цилиндра. Поршень нагнетает сжатый газ в нагнетательный трубопровод до' момента, которому соответствует схема на рнс. 9.2, м.. После этого золотник выталкивает газ из золотниковой по-, лостн. Одноступенчатый режим сжатия в вакуумном насосе системы МВТУ возможен прн больших давлениях всасывания.
Использование золотника поршневого типа в роли дополнительного сжимающего органа приводит к улучшению объемных характеристик и уменьшению предельного остаточного давления.

Жидкостно-кольцевые насосы

Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы (ЖКВН) различают по числу рабочих циклов, типу подвода и отвода газа, используемой в кольце жидкости.
По числу рабочих циклов ЖКВН Делят на вакуумные насосы простого И двойного действия.



Схемы ЖКВН простого и двойного действия


В ЖКВН двойного действия (рис. 9.8, б) колесо 1 концентрично ’ расположено в овальном корпусе 4 с двумя всасывающими в и двумя нагнетательными г окнами. Теоретически по быстроте действия ЖКВН двойного действия должны в 2 раза превосходить ЖКВН простого действия прн одинаковых размерах рабочих колес. Однако из-за потерь и особенно из-за переноса большого количества газа в зазоре д с нагнетания иа всасывание различие быстроты действия составляет лишь 40...60%.
По типу подвода н отвода откачиваемого газа ЖКВН делят на насосы с осевым (рис. 9.9, а) и радиальным (рис. 9.9, б) подводом и отводом газа.

При осевом подводе газа в торцовых крышках 4 (рис. 9.9, а, вариант 1) или в центральном корпусе 5 (вариант 2) выполняют всасывающие окиа в. Откачиваемой газ подается в рабочие ячейки в осевом направлении через всасывающий патрубок 2, полости е в крышках 4 или в корпусе 5 и вса-. сывакмцие окна в. После сжатия газ выбрасывается в осевом направлении через нагнетательные окна а, крышки 4 или корпус 5 в нагнетательный патрубок 1

При радиальном подводе откачиваемого газа в корпусе ЖКВН устанавливают неподвижные конусы 8 (рис. 9.9, б) с всасывающими ж и нагнетательными окнами. В ступице колеса 6 между лопатками выполнены отверстия и. Когда отверстия и располагаются над всасывающим окном ж, газ через всасывающий патрубок, полости л торцовой крышки 7, всасывающую полость м корпуса 8, окио ж И отверстия и в радиальном направлении попадает в рабочие ячейки. Когда отверстия и располагаются над нагнетательным окном, газ выбрасывается в радиальном направлении из рабочих ячеек в иагиетательиую полость к конуса 8 и оттуда поступает в нагнетательный патрубок.
ЖКВН делят на водокольцевые н жидкостно-кольцевые. В водокольцевых вакуумных насосах в качестве рабочей жидкости используют воду, в жидкостно-кольцевых — кислоты, Щелочи, органические жидкости и др.
Благодаря наличию жидкостного кольца и большой поверхности теплообмена между газом и жидкостным кольцом процесс сжатия газа в ЖКВН близок к изотермическому и показатель политропы сжатия в водокольцевых вакуумных насосах п= 1,1 ... 1,15. Температура жидкости в жидкостном кольце поддерживается в заданных пределах благодаря подводу охлажденной жидкости и отводу нагретой. Рабочая жидкость обычно поступает через торцовые зазоры д (см. рис. 9.9, а) или через всасывающее окио. Реже рабочую жидкость подводят через отверстия в корпусе 'ЖКВН. Эти отверстия обычно выполняют ^непосредственно эа нагнетательным окном, чтобы большую часть газа выбросить в нагнетательное окно и подать в область всасывающего окна наиболее холодную жидкость. Однако наиболее часто жидкость подают в тор· цовые зазоры, что приводит к их уплотнению и уменьшению перетеканий газа·
Жидкость ОТВОДЯТСЯ ИЗ ЖИДКОСТНОГО кольца через нагнетательное окно· Для того чтобы отделить откачивав· мый газ от жидкости, за нагнетатель^ ным патрубком 1 установлен сборник жидкостц (см. рис. 9.9, а).

Процесс сжатия происходит с интенсивным теплообменом, это позволяет откачивать с помощью ЖКВН легко разлагающиеся, полимеризую- щиеся, воспламеняющиеся и взрывоопасные газы и смеси. Наличие жидкостного кольца позволяет откачивать газы, содержащие пары, капельную жидкость, твердые инородные включения типа пыли и даже абразивных частиц. Соответствующий подбор рабочей жидкости обеспечивает откачку агрессивных газов (иапример, для перекачки хлора используют серную кислоту концентрацией 97 ... 98%), исключает загрязнение откачиваемых газов и объемов парами масел.
Недостатки ЖКВН: высокие затраты мощности на вращение жидкост·; ного кольаа и, как следствие этого, относительно низкий КПД; высокое предельное остаточное давление (2,66 ... 9,31 кПа для одноступенчатых вакуумных насосов, 0,133 ... 0,665 кПа для двухступенчатых); небольшая окружная скорость на периферии рабочего колеса, что приводит к увеличению габаритных размеров (например, по сравнению с пластинчато-роторными, двухроторнымн вакуумными насосами).


жении жидкость ие отрывается от
внутренней поверхности корпуса и не образуются обратные потоки; лопатки рабочего колеса погружаются в жидкостное кольцо или касаются его при любом угле поворота рабочего колеса; осевая составляющая скорости потока жидкости в безлопаточцом пространстве мала по величине, локализована в пограничном слое возле торцовых стеиок и не оказывает существенного влияния на характер течения жидкости.

Двухроторные насосы

В двухроторных вакуумных насосах роторы 2 и 3 выполняют с прямыми двумя (рис. 9.26, а) или тремя (рис. 9.26, б) либо с винтовыми (спиральными) (рнс. 9.27) лопастями. Угол закрутки лопастей , (не превышает 180°)—-это угол х, иа который повернут вокруг продольной оси ротора один торец относительно другого. Роторы вращаются в корпусе /.
Синхронное вращение роторов и зазоо между ними обеспечивают синхронизирующие шестерни, смонтированные на валах роторов. Так как между роторами, а также между роторами и корпусом в рабочем состоянии поддерживается гарантированный зазор, в полости сжатия газа смазочный материал не подается.
Откачка газа происходит следующим образом. Полость 1 (рнс. 9.28, а) отходит от окна всасывания, но еще не
совпадает с окном нагнетания. В следующий момент времени (рис. 9.28, б) полость / совмещается с окном нагнетания и давления в полости / и линии нагнетания выравниваются, т. е. происходит процесс внешнего сжатия. После выравнивания давлений газ из полости 1 подается в полость нагнетания вместе с газом, находящимся в полости II (рис. 9.28, в). При повороте роторов на угол 90° (рис. 9.28, г) газ из полости I вытесняется роторами в полость нагнетания, процесс освобождения полости II от газа заканчивается н между ротором 2 и корпусом 1 образуется полость III, в которой с момента времени, соответствующего рис. 9.28, г, начнут осуществляться процессы, аналогичные произошедшим в полости I. В моменты времени, соответствующие рис. 9.28, д и е, газ из полости 1 продолжает подаваться в нагнетательное окно, а в момент времени, соответствующий повороту роторов на 180°, процесс вытеснения газа из полости 1 заканчивается. Далее процесс начнет повторяться (см. рис. 9.28, а), но место полости I займет полость IV, полости III — полость II, полости II —



Винтовой ротор двухроторного вакуумного насоса

полость III, полости IV — полость /, Таким образом, за один оборот каждого ротора в полость иагиетания ротором 2 подается газ нз полостей II и 111, а ротором 3 — газ из полостей I и IV.
Процесс внешнего сжатия неэкономичен, поэтому двухроторные вакуумные иасосы применяют при небольших перепадах давлений или при давлении всасывания 1,33 ... 133 Па. Относительно большие перетекания газа нз полости нагнетания в полость всасывания из-за наличия зазоров между роторами, а также между роторами и

Пластинчато-роторные н пласти ичато-статор иы е иасосы
Пластинчато-роторные вакуумные асосы — ПРВН (со смазочным материалом и без него, маслозаполиениые
с масляным уплотнением) выпускают с числом пластин четыре и более. ПРВН предназначены для откачки воздуха и неагрессивных газов, предварительно очищенных от механических загрязнений и капельной жидкости .
ПРВН с масляным уплотнением выполняют обычно с двумя пластинами в роторе, а пластинчато-статорные — с одной пластиной в корпусе. Эти насосы предназначены для откачки воздуха, газов, не вступающих в реакции с маслами и материалом деталей насосов, и парогазовых смесей, предварительно очищенных от капельной влаги и механических примесей, а также для поддержания низкого и среднего вакуума в герметичных Объемах.


φ=0

В цилиндрической расточке корпуса 1 ПРВН (рнс. 9.43, а) эксцентрично расположен цилиндрический ротор 2. В роторе выполнены пазы, в которые вставлены пластины 3 из металла, асботекстолита или пластмассы. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы выходят из пазов н прижимаются к цилиндрической поверхности расточки корпуса. При этом серпообразное пространство между ротором и цилин- .дрнческой расточкой корпуса делится на отдельные рабочие ячейки. При угле поворота ротора φ = 180°... О объемы рабочих ячеек увеличиваются, они соединяются со всасывающим окном и заполняются откачиваемым газом. Когда объем рабочей ячейки достигает максимального значения, она отходит от всасывающего окна. При дальнейшем вращении ротора объемы рабочих ячеек уменьшаются и в них происходит процесс внутрен
него сжатия. При соединении рабочих ячеек с нагнетательным окном начинается процесс нагнетания, в течение которого газ подается в нагнетательный трубопровод. В вакуумных насосах выполняют перепускной канал, через который газ из «мертвого» объема



Схема пластинчато-роторного вакуумного насоса

поступает в первую ячейку сжатия. Перепуск газа увеличивает коэффи- циент откачки, а следовательно, и быстроту действия вакуумного насоса.



Рнс. (.43. Схемы ПРВН с радиальными (а) н наклонными (6) пластинами

Пластины ПРВН выполняют радиальными (рис. 9.43, а) и наклонными (рис. 9.43, б). Выполнение пластин наклонными позволяет увеличить их длину, а следовательно, срок службы. уменьшить вероятность заклинивания пластин в пазах ротора (с этой точки зрения наиболее предпочтительно значение угла наклона пластии ψ = 8 ... 15°), уменьшить мощность, затрачиваемую на преодоление трения при движеиин пластин в расточке корпуса и в пазах ротора (при ψ = — 8 ... 15° это уменьшение не превышает 1...2% и достигает 30...40% при ψ= 40... 50°). В СССР ПРВН выполняют, как правило, с радиальными нли наклонными пластинами (с ψ = 8... 15°), с водяным или воздушным охлаждением.
В маслозаполиеииых насосах масло отводит теплоту сжатия, смазывает трущиеся детали и уплотняет зазоры. Температура газа иа лниии иагиетання в этих насосах в пределах 333... 373 К
В машниах со смазочным материалом последний только смазывает трущиеся поверхиости.
В пластиичато-роторных вакуумных иасосах маслозаполнеииого типа внутри цилиндрической расточки корпуса 1 (рис. 9.441 эксцентрично расположен цилиндрический ротор 2. В пазу ротора размещены две пластины 8 и 9 с пружиной 7 между ними. При вращении ротора пластины центробежными силами и силой упругости пружины прижимаются к внутренней расточке корпуса и делят серпообразную полость между ротором и расточкой корпуса иа две полости. При врашении вала объем одной полости периодически увеличивается и в нее всасывается газ: в это же время объем другой полости периодически уменьшается и в ней происходят сжатие газа. ПРВН выполняют одно·
и двухступенчатыми. В двухступенчатых насосах для уменьшения потерь между первой н второй ступенями их соединяют каналом а. Клапан 6 иа линии нагнетания второй ступени о
гружен в основной масляный резер- вуар Ю. В двухступенчатых насосах геометрические размеры ступеней одинаковые, но пластины смещены одна относительно другой иа 90°/
В пластиичатб-статориых насосах пластина 3 (рис, 9.45) движется возвратно-поступательно в пазу корпуса /, прижимается к ротору 2 рычажным механизмом 5 и делит серпообразную полость между ротором 2 и корпусом 1 на две рабочие ячейки Газ всасывается через входной патрубок 4, который перекрывается ротором. Когда входной патрубок 4 открыт, газ входит в рабочую ячейку приблизительно в течение одного оборота ротора. При отделении входного патрубка от рабочей ячейки в ней происходит сжатие газа. Когда разность давлений газа в рабочей ячейке н в нагнетательном патрубке превысит потери давления в клапане 6, последний откроется, и газ вытесиится в нагнетательный патрубок.
Характерная особенность пластнчато-статорных и . пластинчато-роторных вакуумных насосов маслозаполненного типа — наличие масла в рабочих полостях, заполняющего зазоры и исключающего перетекание газа через них. Кроме того, клапаны этих насосов работают под заливом масла, что повышает их герметичность, практически сводит к нулю мертвые объемы, увеличивает быстроту действия насосов и создаваемый вакуум.
Применяемые для насосов масла должны иметь· определенную вяз- · кость как при комнатной температуре, чтобы не затруднять его пуск, так и при рабочей (333 ... 343 К) температуре, при которой не должна ухудшаться смазывающая способность. Кроме того, масла не должны окисляться и разлагаться при рабочей температуре, воздействовать иа де- тали насосов; давление паров масла Должно'быть невелико, чтобы насос обеспечивал низкое предельное остаточное давление.
В момент запуска вакуумного иасоса масло часто выбрасывается во всасываний трубопровод; после остановки



Рис. в.45. Схема пластинчато-статорного вакуумного насоса

насоса, если не обеспечено' равенство давлений во всасывающем н нагнетательном патрубках, масло под действием атмосферного давления может выдавливаться в вакуумную систему. В связи с этим иа всасывающий патрубок 5 устанавливают электромагнитные клапаны 4 и 3 (см. рис. 9.44).
Обычно в дасосы заливают ограниченное количество масла, поэтому для защиты от заброса масла в вакуумную систему можно использовать также предохранительную емкость, предусматриваемую непосредственно в насосе или вие его. При остановке насоса масло выдавливается в , эту емкость. На всасывающем патрубке насосов можно, предусматривать емкости с поплавковым клапаном. Когда масло выдавливается в эту емкость, оно поднимает поплавковый клапан, который перекрывает вакуумную систему. Однако из-за ограниченных объемов такая система защиты недостаточно надежна.
Иногда насосом с масляным уплотнением необходимо откачивать пары, ограниченно растворимые в масле (например, водяные), легко растворимые в масле (трихлорэтилен), и пары или газы, которые химически взаимодействуют с маслом вакуумного иасоса.
При откачке паров, ограниченно растворимых в масле, при каждом ходе сжатия, когда давление в рабочей ячейке достигает давления насыщения паров при данной температуре, пары конденсируются. Образовав-
шинся конденсат вместе с маслом выбрасывается в основной масляный резервуар 10 (см. рнс. 9.44). По мере загрязнения масла в основном резервуаре конденсатом все большее его количество поступает в вакуумный насос. Здесь конденсат на стороне всасывания испаряется н создает противодавление, препятствующее поступлению в насос новых порций смеси пара и газа. Кроме того, нз-за образования водомасляной эмульсин
·' · ухудшается смазывание поверхностей трения, что приводит к нх быстрому изнашиванию. Прн откачке легко растворимых в масле паров растворяется не только конденсат, но н пар. Прн этом пар и конденсат равномерно распределяются в масле основного резервуара и не оседают на дно, как это бывает при откачке водяных паров. При откачке газов н паров, реагирующих с маслами, образуются шлам, осадки и др.

Диффузионные насосы

Принцип действия. Диффузионные иасосы применяют для откачки вакуумных систем до остаточных давлений 10-1 ... Ι0"5 Па и ниже. При таких давлениях длина свободного пути молекул откачиваемого газа практически всегда больше диаметра впускного отверстия насоса, поэтому в нем возникает молекулярный режим течения газа.' При тепловом движении через впускное отверстие насоса молекулы газа направляются к паровой струе. Механизм удаления газа в диффузионных насосах обусловлен диффу
зионными процессами. Под действием разности концентраций газа над паровой струей и в струе /’концентрация • газа в струе вблизи сопла пренебрежимо мала) ппоисходнт диффузия газа в струю. Попав в струю, моледулы газа получают импульсы от молекул пара в направлении парового потока и уносятся вместе со струей к стенке корпуса насоса: пои этом пар конденсируется на охлаждаемой стенке, а газ, сжатый в струе до
выпускного
. давления ступени, перетекает вдоль стенки в простоанство над следу10®” ступенью иасоса.
Наряду с прямой диффузией газ^ происходит и обратная ДиффУзИЯп .струю со стороны форвакуума. иако в этом случае молекулы газ > движущиеся в обратном иаправлен ' сталкиваются с движущимися им встречу молекулами пара и оГгесма; ются обратно в сторону форвакУУ ' лишь небольшая часть молекул ф10 продиффундировать через стру*0 в
,>атном направлении. Число молекул |аза, диффундирующих через струю ., обратном направлении, при оптимальном режиме работы насоса не- оизмеримо мало по сравнению с чис- ‘0м молекул газа, диффундирующих в струю со стороны впускного отвергая насоса. Однако в некоторых случаях. например пои откачке легких газов насосом, режим работы которого ,,птималеи для откачки воздуха, влияние обратной диффузии может заметно сказываться на характеристиках иасоса.
Устройство насосов. Диффузионные насосы подобно бустер ным являются многоступенчатыми системами с соплами обращенного зонтичного типа.
В зависимости от рода рабочей жидкости, используемой д насосе, современные диффузионные насосы подразделяют на паромасляные и парортутные.
В паромасляиых иасосах используют различные рабочие жидкости органического происхождения с низким дав-, лением пара при нормальной температуре. Как правило, это — смеси фракций с различными давлениями пара и молярными массами.
В связи с этим следует отметить, что требования к рабочей жидкости' паромасляных насосов, обеспечивающие наиболее благоприятные условия работы отдельных ступеней, различны. Так, для работы первой (входной) ступени, определяющей предельное' остаточное давление и быстроту действия насоса, нужна рабочая жидкость с низким давлением пара при нормальной температуре (дли получения низкого остаточного давления) и. при рабочей температуре в кипятильнике,. Щ связи с необходимостью создания Варовой струи малой плотности для обеспечения большой скорости диффузии газа в струю). Для последней (выходной) ступени, определяющей Ваибольшее выпускное давление на- давление пара при нормальной ™пературе несущественно, а давле- й е пэра при рабочей температуре.
, кипятильнике должно быть возможно - льщим для получения струи высо-
3 плотности. С учетом этого в кои- .РУЧшях современных паромасля-
“ ДиффуЗИ0ННЫХ насосов предусма- ,·®310'1' фракционирование рабочей кости н самом насосе. При этом



Схема паромасляного фрак· ционирующего диффузионного насоса:
/ — маслоотражатель; 2 — паропровод; 3 — корпус; 4 — зашитный кожух; б — электронагреватель; 6 — эжекторное сопло; 7 — конфузор эжектора; 8 и 9 — впускной н выпускной фланцы

тяжелые фракции с малым давлением пара направляются к первой ступени,, а легкие фракции с большим давлением пара — к последней ступени. Такие иасосы называют фракционирующими.
Схема типичного паромасляного трехступенчатого Фракционирующего диффузионного насоса дана на рис. 10.25. Первые две ступени насоса — зонтичного типа, третья ступень — эжекторная. Для фракционирования рабочей жидкости в насосе разделены трубы, подводящие пар к ступеням, и на днище насоса установлен специальный лабиринт, образуемый фракционирующими кольцами. Конденсат масла, стекающий по стенке корпуса 3 насоса в кипитиль-· инк, попадает через прорези в нижней -части внешнего, паропровода в про- стоаиство между внешней и внутренними трубами; проходя по лабиринту во фракционирующем устройстве, рабочая жидкость рспаряется, обедняясь по мере движения к внутренней трубе, легкими фракциями с высоким давлением пара. Утяжеленная часть рабочей жидкости, состоящая из фракций с низким давлением пара, поступает во внутреннюю трубу и направляется к первой, высоковакуумиой ступени,



Рис.' 10.26. Схема паромасляного диффузионного* насоса с воздушным охлаждением

а легкие фракции поступают во вторую и эжекторную ступени. Корпус 3 насоса и маслоотражатель I охлаждаются водой.
В ряде случаев, например в передвижных установках, насосы с водяным охлаждением применять неудобно; тогда используют насосы с принудительным воздушным охлаждением, (рис. 10.26). Насос охлаждается вентилятором I, установленным на корпусе 2, для более эффективного ох-



Одноступенчатый стеклянный парортутиый насос:

/ ■» ловушка; 2 — сопло; 3 — нагреватель; 4 — теплоизоляция
лаждения на корпусе иасоса предус трены ребра.
Основные конструкционные мате- риалы паромасляных насосов — алюминий (детали .паропровода,, сопла) и низкоуглеродистая или коррозионно-стойкая сталь (корпус).
Парортутные наеосы конструктивно" отличаются от паромасляных, что обусловлено свойствами ртути как рабочей жидкости. Во-первых, ртуть является однородной ЖЯДКОСТЬЮ, не. изменяю·, щей своего состава в кипятили к яке насоса; поэтому в парортутных насо* сах отсутствуют фракционирующие устройства н все ступени насоса пи* таются паром одного состава. Во* ' вторых, ртуть химически активна,t ■ что обусловливает выбор конструкционных материалов насоса.     "··'
- Один из наиболее распространенных, применяемых главным образом в лабораторных условиях, парортутных насосов — одноступенчатый стеклянный насос (рис. 10.27), очень поостой по устройству. Сопло 2 выполнено пи- лиНдрическнм. Такие насосы с различными размерами и характеристиками обычно изготовляют сами потребе гелй.
В металлическом парортутном трех^ ступенчатом насосе И-50Р (рис. :0.28) конфузор последней эжекторной ступени служит одновременно патрубком, соединяющим насос с выходной дисковой ловушкой. В связи с тем, 4fo давление пара ртути при ноималь- ной температуре велико (ОЛ Па), для получения высокого вакуума в' откачиваемом сосуде между пягортут- ным насосом и откачиваемым сосудом необходимо устанавливать охлаждаемую до низкой температуры ловушку, При использовании ловушки, охлаждаемой жидким азотом, лзрортуигый насос позволяет получить в хорошо обезгажеиной пои Т — 723 К системе р„ = 10~10 Па.
Рабочие жидкости. Ртуть обладай рядом преимуществ, обусловивших в® применение в качестве рабочей жидкости в высоковакуумных насосах: оДйО" родность состава; стабильность свойств в процессе работы в насосе (ртуть н* разлагается при рабочих гемператГ рах); стойкость к окислению воздух0-] высокое давление кара при .шбоче» температуре в кипятильнике- травяИ*
цельно малая растворимость газов.
Недостатки ртути: высокое давление пара (0,1 Па) при нормальной температуре (для получения в откачиваемом сосуде давления ниже 0,1 Па между насосом и сосудом необходимо устанавливать охлаждаемую до низ- к0й температуры ловушку); высокая химическая активность по отношению к металлам (ртуть образует амальгамы с большей частью металлов, что ограничивает выбор конструкционных материалов для насоса); токсичность па-' ров (необходимо создавать специальные помещения для работы со ртутью и соблюдать меры предосторожности, исключающие повышение концентрации паров ртути в рабочих помещениях). Ртуть, предназначенная для работы в насосах, должна быть хорошо очищена. 
Указанные недостатки ртути, особенно токсичность паров, существенно ограничивают возможность ее использования в качестве рабочей жидкости в насосах. Ртутные насосы используют главным образом для откачки систем, в которых пары ртутя являются  рабочей средой (ртутные выпрямители, лампы), и в установках, где необходима высокая чистота рабочей среды (в масс-спектрометрах, сверхвысоковакуумных системах термоядерных установок и др.).
Высоковакуумные масла лишены указанных недостатков. Они химически инертны, неядовиты я имеют низкое давление пара при нормальной температуре, позволяющее получать предельное остаточное давление 10-4 ... i0~5 Па и ниже без применения низкотемпературных ловушек.
В высоковакуумных паромасляиых насосах применяют в основном рабочие жидкости четырех типов: минеральные масла; кремнийорганические соединения; сложные эфиры органиче- Ских спиртов и кислот; синтетические Углеводородные жидкости.
Минеральные масла получают вакуумной дистилляпией продуктов переработки нефти. Это неоднородные по составу жидкости, представляющие со-
°й смеси углеводородов с различными Молекулярными массами и температу-



Трехступенчатый малогабаритный парортутный насос И-60Р:
1— корпус; 2 — паропровод; 3 — эжектор; 4 — кипятильник; 5 — теплоизоляционный кожух; 6 — нагреватель; 7 — ловушка для паров ртути

рами кипения, отличающиеся низким давлением пара при нормальной тем- пературе. Насосы, работающие на этих маслах, создают предельное остаточное давление 10~4 ... 10~6 Па. Минеральные масла имеют, как правило, достаточно высокую термостойкость и сравнительно невысокую термоокислительную стойкость (при окислении, образуют смолистый осадок на внутренних поверхностях насоса).
Несмотря на высокую термическую стабильность минеральных масел, состав остаточных газов в хорошо тренированном насосе в значительной мере определяется продуктами разложения масла в кипятильнике насоса. В спектре остаточных газов (рис. 10.29) в насосе, работающем на минеральном масле, присутствует значительное количество тяжелых углеводородов. Несмотря на малую термоокислительную стойкость и образование летучих углеиодородои, минеральные масла наиболее широко распространены благодаря относительно невысокой стоимости (по сраинению с другими рабочими жидкостями). Отечественная промышленность выпускает иысоховаху- умные минеральные масла ВМ-1 и ВМ-5, являющиеся продуктами дистилляции медицинского иазелиноиого масла; самое дешевое масло (ВМ-1) получают однократной, а масло ВМ-5 —_ двукратной дистилляцией вазелинового масла. Масло ВМ-5 имеет более однородный состаи и более высокую термическую стойкость по сравнению с маслом ВМ-1. Предельное остаточное давление насоса при работе иа масле ВМ-5 на порядок ниже, чем при работе на масле ВМ-1, иремя достижения остаточного даиления и 1,5 раза меньше. Следует заметить, что характеристики минеральных масел зависят от сорта нефти, используемой и качестие исходного сырья.

Синтетические углеиодородные жидкости дороже минеральных, но для производства периых не требуется дефицитное сырье (нефть); состаи и характеристики их точно иоспроизио- димы. Синтетическая углеиодородиая жидкость Алкарен-24 иа осиоие алкил- иафталирои имеет низкое даиление пара при нормальной температуре, позиоляющее получать предельное остаточное давление диффузионного иасоса 10~® ... 10-7 Па, по термоокислительной стойкости превосходит минеральные масла.
Кремиийоргаиические жидкости —
полисилоксановые соединения, молекулы которых состоят из чередующихся атомов кремния и кислорода , с присоединенными углеводородными радикалами по свободным сиязям кремния. Благодаря сильной сиязи между кремнием и кислородом кремнийорга- нические жидкости обладают высокой термической и термооки слител ьной стойкостью. Попадание и насос атмосферного воздуха ие илияет, как правило, иа эксплуатационные свойства рабочей жидкости. Кремнийорганиче- ские жидкости инертны к иоде. Осиоей промышленный выпуск иысокоиакуум- иых кремнийорганических жидкостей ПЭС-В-1 и ПЭС-В-2 (узкие фракции полиэтилсилоксаноиой жидкости), а также ПФМС-2/5л (узкая фракция полифенилметилсилоксановой жидкости). Осваивается промышленное производство жидкости               133-38


и, мв


Рис. 10.29. Спектр остаточных газов в диффузионном нас осе прн работе на масле ВМ-5 (U — показание выходного прибора)

(ПФМС-13) — смеси метилфенилсилок- сзнои, по окислительной стойкости и 1,5 раза превосходящей жидкость ПФМС-2/5л и предназначенной для замены последней. Еще большую окислительную стойкость имеет жидкость 133-35 (МФТ-1) — метилфенилпикло- тетрасилоксан; по термоокислительной стойкости она в 2 ... 3 раза превосходит жидкость 133-38. Эти жидкости имеют низкое даиление пара при нормальной температуре и позволяют получать предельное остаточное даиление диффузионного насоса до 10-4 Па,
В диффузионных насосах, предназначенных для получения сверхвысокого иакуума, применяют кремнийоргзни- ческие жидкости ФМ-1 (пентафеиил- трисилоксан) и ФМ-2 (гексафенил- тетрасилоксан), обладающие ультра- иизким давлением пара при нормальной температуре (10“® ... 10"11 Па) и позволяющие создавать предельное остаточное даиление диффузионного иасоса ниже 10'7 Па без использования лоиушек, охлаждаемых жидким азотом. По термоокислительной стойкости жидкости ФМ-1 и ФМ-2 лив® немного уступают жидкости 133-35.
Эфиры, используемые в качестве рабочих жидкостей и отечественны* Диффузионных насосах, представляю7, собой полифенил оные Соединения, личающиеся исключительно термической стабильностью.

Промышленность выпускает сиерх- вьгсоковакуумные рабочие жидкости 5Ф4Э с давлением пара при нормальной температуре около Ш~в Па и М-5Ф4Э’ с давлением пара 10~10 Па; создаваемые диффузионным насосом предельные остаточные давления при работе на этих жидкостях составляют соответственно δ-ΙΟ-* и 5-10"8 Па. В спектре остаточных газов практически нет тяжелых углеводородов. По термоокислительисй стойкости эфиры превосходят минеральные масла, но уступают кремнийорганическим жидкостям ФМ-1 и ФМ-2. Недостаткя эфиров — сравнительно высокая температура застывания (277,4 К) и кристаллизация на холодных поверхностях.
. Освоено промышленное производство некристаллизующей ся поли- феинлоиой жидкости В-ПФЭ с температурой застывания ниже 273 К и давлением пара при нормальной температуре около 10~10 Па.
В диффузионных насосах, предназначенных для откачки коррозионных газов (кислорода, галоидов, галоид- содегжащих соединений и др.), можете быть применена высоковакуумная рабочая жидкость МВД на основе перфтор полиэфиров. Жидкость пожаро- н взрывобезопасна.
Основные характеристики рабочих жидкостей диффузионных насосов приведены и табл. 10.6.
Характеристики диффузионных насосов. В рабочем диапазоне давлений быстрота действия диффузионного насоса не завись т от впускного давления (рнс. 10.30, участок //) и уменьшается в области низких (участок /) и высоких (участок III) давлений.
Уменьшение быстроты действия при низких давлениях обусловлено тем. что в этой области проявляется обратная диффузия газа через пароиую струю. Кроме того, сущестиенную роль Начинают играть газы, иыносимые с пароиой струей из кипятильника Насоса и иыделяемые стенками насоса. При конденсации пароиой струи иа стеяках насоса некоторое количество газа, сжатого ею до повышенного Давления (особенно и области форва- Нуума), растворяется в конденсате и Попадает имеете с газом и кипятиль-



Рнс. 10.30. Зависимость быстроты действия диффузионного иасоса от впускного давления

ник иасоса. Этот газ наряду с обратной диффузией и газоотделениями стенок иасоса в значительной мере определяет предельное остаточное давление р0 насоса и уменьшает быстроту действия S. При р — р0 быстрота действия S = 0.
По мере увеличения впускного давления масса газа, удаляемого насосом из откачиваемого сосуда, увеличивается по сравнению с массой газа, возвращаемого вследствие протизо- диффузни, газоотделений н со струей из кипятильника. Когда эти массы становятся несоизмеримы, быстрота действия перестает зависеть от впускного давления (участок II).
С увеличением впускного давления повышается выпускное давление насоса, регламентируемое быстротой действия форвакуумного насоса. Увеличение выпускного давления приводит к возникновению скачка уплотнения в струе, перемещению его к соплу и отрыву струи от стенок насоса, сопровождающемуся перетоком газа из области, форвакуума в область высокого иакуума. При этом быстрота действия насоса уменьшается до быстроты действия фориакуумного иасоса. Быстрота действия насоса зависит от мощности нагревателя, рода откачиваемого газа и его температуры, рода рабочей жидкости.

 

Дополнительная профессиональная образовательная программа «Основы течеискания и вакуумной техники» 5 – 7 июня 2018

ООО «ВАКТРОН» и Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова приглашают сотрудников предприятий принять участие в программе повышения квалификации «Основы течеискания и вакуумной техники» 5 – 7 июня 2018 года.

Основы течеискания и вакуумной техникиЛекторы курса:

  1. Преподаватели университета СПбГЭТУ «ЛЭТИ» — расчетные и исследовательские задачи
  2. Сотрудники компании ВАКТРОН — разработка систем течеискания и вакуумирования
  3. Представители завода «Измеритель» — сервис и запчасти для течеискателей ТИ
  4. Специалисты метрологической организации — поверка и калибровка в течеискании
  5. Представители аттестационного центра — аттестация персонала и лаборатории NDT
  6. Инженеры по сервису ULVAC, NOLEK и PEDRO GIL — модернизация и обслуживание вакуумных насосов и аналитических систем

Базовые темы обучения:

  • Вакуумная техника и контроль герметичности в авиационной и космической отрасли
  • Герметичность объектов военного назначения
  • Выбор вакуумных насосов и течеискателей для металлургии, научных исследований и коммерческих задач
  • Ремонт вакуумных печей и напылительных установок
  • Автоматические линии контроля герметичности».

После прохождения итогового тестирования специалист получает методические материалы, видеозапись занятий и удостоверение о повышении квалификации государственного образца по университетской программе дополнительного профессионального образования. Занятия будут проходить в Санкт-Петербурге в аудиториях университета СПбГЭТУ «ЛЭТИ» с посещением сервисного участка ВАКТРОН. Для направления на обучение необходима предварительная регистрация. Регистрация участников: 8 (812) 740-66-02, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Скачать приглашение и программу курса (DOC)
Политика конфиденциальности


8-812-740-66-02
8-812-989-04-49
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.