Материал: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие.

3. Предельный вакуум, т. е. минимальное давление, которое м жет быть достигнуто данным насосом.

Принцип работы насосов разных типов в значительной мере опре­ деляется характером течения газов в диапазоне рабочих давлений насоса. В зависимости от степени разрежения течение газа может происходить в турбулентном, инерционном, вязкостном, молекуляр­ но-вязкостном или молекулярном режимах.

В начальный момент откачки газовый поток характеризуется большой скоростью течения и наличием завихрений, т. е. его течение происходит в турбулентном режиме. С уменьшением давления и ско­ рости течения завихрения исчезают, а режим течения определяется силами инерции газовой среды, вследствие чего его называют инер­ ционным. При дальнейшем понижении скорости течения инерционный режим переходит в вязкостный. При этом режиме газ у стенок почти не движется, а по мере удаления от стенок слои газа скользят друг относительно друга. Скорость потока в этом случае достигает макси­ мума в центре трубопровода. Силами, определяющими характер движения такого потока, являются силы вязкости газа. В области низких давлений, когда длина свободного пробега молекул становится соизмеримой с диаметром трубопровода, молекулы перемещаются, почти не взаимодействуя друг с другом. При этом влияние внутрен­ него треиня (вязкости) пропадает и поток движется в молекулярном режиме. В переходном от вязкостного к молекулярному режиме наряду с внутренним трением газа происходит и независимое (друг от друга) движение молекул.

Взависимости от диапазона давлений, в пределах которого дости­ гается максимальная производительность, насосы подразделяют на форвакуумные, высоковакуумные и бустерные (промежуточного раз­ режения).

Вметаллургии получили распространение насосы, которые по принципу действия могут быть объединены в две большие группы:

1.Насосы с вращающимся ротором, действие которых основано на механическом вытеснении газа, заполняющего рабочий объем, дви­ жущимися частями.

2.Пароструйные насосы, в которых используется эжектирующее действие струн пара рабочей жидкости в результате диффузии моле­ кул газа в струю пара или вязкостного захвата их.

Вмеханических насосах возможен прорыв газа через зазоры между трущимися частями со стороны сжатия на сторону впуска. Для уплотнения зазоров и смазки трущихся деталей в насосах многих типов применяют специальное вакуумное масло. Эти насосы образуют группу механических масляных насосов. Кроме того, имеются сухие механические насосы, в которых масло для уплотнения не приме­

няют.

Из масляных насосов широкое применение получили пластинчато­ роторные, пластинчато-статорные и золотниковые насосы.

В корпусе пластинчато-роторного насоса (рис. 130) вращается эксцентрично расположенный ротор, в пазах которого находятся две пластины. Пружиной пластины прижимаются к стенкам корпуса.

Точки касания пластин и ротора стеиок камеры делят рабочий объем Камеры на несколько частей: увеличивающийся при вращении объем впуска, уменьшающийся объем выпуска и промежуточный. В резуль­ тате увеличения объема на стороне впуска создается разрежение и от­ качиваемый газ из камеры засасывается в насос. На стороне выпуска газ сжимается и при давлении, превышающем давление пружины выпускного клапана, выбрасывается из насоса.

Корпус насоса погружен в бак с маслом, которое, просачиваясь в насос, уплотняет зазоры и предотвращает обратный прорыв газа.

Одновременно масло охлаждает трущиеся части насоса и пре­

В пластинчато-статорных насосах (рис. 131) ротор эксцентрично насажен на ось, совпадающую с геометрической осью камеры. Точка касания ротора стенок камеры описывает при его вращении окруж­ ность. Для уменьшения трения ротор делают по типу роликового подшипника. Точка касания ротора стенок камеры и пластина, про­ ходящая через паз в статоре и прижимаемая к ротору пружиной, делит объем рабочей камеры на объем впуска и объем выпуска. Газ засасывается на стороне впуска, сжимается и через выхлопной кла­ пан и выхлопной патрубок выбрасывается из насоса.

Производительность всех механических насосов определяется объемом рабочей камеры и скоростью вращения ротора. В пластинчато­ роторных и пластинчато-статорных насосах между подвижными ча­ стями возникают большие силы трения, что ограничивает возможную скорость вращения ротора и соответственно производительность

338

насоса. Поэтому производительность насосов этих типов, как пра­ вило, не велика и их используют либо как вспомогательные, либо как самостоятельные для создания разрежения до 133,3-10-2 Па (1 X 10“ 2 мм рт. ст.) в системах с малым объемом. Из этой группы на­ сосов наибольшее распространение получили пластинчато-роторный насос ВН-494 и пластинчато-статорные насосы ВН-461 и РВН-20.

Значительно более производительными являются масляные на­ сосы золотникового типа (рис. 132), в которых на эксцентричный ротор насажена цилиндрическая обойма, выполненная заодно с полым параллелепипедом. Полость параллелепипеда открыта сверху и через

Давление на впуске, ммрт.ет

прорези на боковой поверхности может сообщаться с камерой насоса. При вращении ротора обойма скользит по стенке камеры, приходя поочередно в крайнее правое и крайнее левое положения; параллеле­ пипед в это время совершает в золотнике возвратно-поступательное

иколебательное движения. Газ через полость параллелепипеда и прорези поступает в увеличивающийся объем впуска, затем сжимается

ивыбрасывается через выпускной клапан.

Вэтих насосах параллелепипед выполняет роль впускного ка­ нала и разграничивающей пластины. Отсутствие пластин, а следова­ тельно, и трения между их торцами и ротором позволяет увеличить число оборотов ротора и повысить производительность насоса. Ско­ рость откачки насосов этого типа (ВН-1; ВН-2; ВН-4; ВН-6; ВН-300;

ВН-500) составляет десятки и сотни литров в секунду (рис. 133), и их широко применяют в промышленных установках для создания разрежения до 133,3-10" 1— 133,3-10" 2 Па (0,1—0,01 мм рт. ст.).

Механические насосы всех типов с масляным уплотнением не при­ способлены для откачки паро-газовых смесей, в частности влажного

воздуха. У них к моменту открытия выпускного клапана газ сжи­ мается и степень сжатия его может достичь 700. При этом водяной пар, если даже его парциальное давление в камере, из которой он откачивается, невелико, конденсируется, вода смешивается с маслом

ивместе с ним попадает на сторону впуска. Там вода вновь испаряется

исовершает новый кругооборот.

Для удаления влажного воздуха масляные насосы снабжают газобалластнымп устройствами, с помощью которых в определенный момент в объем сжатия подается некоторое количество сухого атмо­ сферного воздуха. За счет балластного газа открывание выпускного

легкие углеводороды. Они увеличивают упругость паров и снижают предельный вакуум, создаваемый насосом. Кроме того, вакуумное масло, способное поглощать влагу и окисляться, в процессе эксплуа­ тации теряет первоначальные свойства. Поэтому масло в вакуум­ ных насосах необходимо периодически заменять.

Наряду с масляными насосами в металлургических установках находят применение и сухие механические насосы.

На рис. 134 показан разрез сухого многопластинчатого насоса. Большое число пластин, свободно перемещающихся в пазах ротора, при его вращении центробежными силами прижимается к стенкам камеры. Вследствие эксцентричного расположения ротора объем, за­ ключенный между двумя соседними пластинами, стенками. камеры и поверхностью ротора, при его вращении все время изменяется, увеличиваясь на стороне впуска и уменьшаясь на стороне выпуска. В результате этого газ сжимается, и между сторонами впуска и вы­ пуска поддерживается перепад давлений. Для предохранения от чрезмерного сжатия газа при работе в области высоких давлений

на стороне впуска в корпус вмонтированы предохранительные клапаны.

340