Материал: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие.

На металлургических заводах получили распространение одно­ ступенчатые (РВН-25, РВН-50, РВН-75) и двухступенчатые (ДРВН-25, ДРВН-50, ДРВН-75) насосы этого типа. Цифры в марки­ ровке насоса указывают его производительность в м3/мин при ваку­ уме 87 и 98% соответственно. Предельный вакуум, создаваемый одно­ ступенчатыми насосами, достигает 98%, двухступенчатыми 99,5%, что соответствует 2,0—0,533-103 Па (15 и 4 мм рт. ст.).

Многопластинчатые насосы применяют в качестве вспомогатель­ ных для быстрого удаления основного количества газа из больших объемов, а также в качестве самостоятельных в системах, не требую­ щих большого разрежения, но отличающихся большим газовыделенпем.

Рис. 135. Принцип действия двухроторного насоса;

а, б, в — последовательные стадии всасывания и выхлопа

Впоследнее время все более широкое применение находят двух­ роторные сухие механические насосы серии ДВН или, как их часто называют за рубежом, насосы Рута (рис. 135).

Врабочей камере такого насоса навстречу друг другу синхронно вращаются две восьмеркообразные лопасти, приводимые в движение через шестеренную передачу от общего вала. Благодаря точному ис­ полнению и регулировке лопасти при вращении не касаются ни друг друга, ни стенок камеры, сохраняя зазоры порядка десятых долей миллиметра. Отсутствие трения между движущимися частями позво­

ляет вращать лопасти со скоростью 2500—3000 об/мин, что обеспечи­ вает высокую производительность насосов.

При сжатии газа через неуплотненные зазоры возможен его обрат­ ный прорыв. Поэтому коэффициент сжатия газа в этих насосах, как правило, равен примерно 10—50, и давление на впуске определяется давлением выхлопа. Использование двухступенчатых насосов Рута в комбинации с механическим масляным, подключенным последова­ тельно со стороны выпуска, позволяет получать предельный вакуум порядка 13,33 м Па (10~4 мм рт. ст.).

В настоящее время в СССР выпускают высокопроизводительные двухроторные насосы, скорость откачки которых в интервале давле­ ний 133,5—6,67 Па (1 — 5 X 10" 2 мм рт. ст.) может быть доведена до 5000 л/с. Эти насосы целесообразно использовать в качестве бустериых в комбинации с механическими масляными насосами.

341

Помимо механических насосов, в сталеплавильных вакуумных установках широко используют и пароструйные насосы, важным пре­ имуществом которых является отсутствие в них движущихся частей.

В связи с этим пароструйные насосы более долговечны, как правило, ха­ рактеризуются высокой производи­ тельностью, менее чувствительны к содержанию в откачиваемых газах металлургической пыли и паров воды.

Пароструйные насосы по прин­ ципу работы в свою очередь подраз­ деляют на пароэжекторные и диффу­ зионные.

Принцип действия пароэжектор­ ного насоса(рис. 136) основан на тур­ булентном захвате газа струей рабо­

струйных насосов объясняется дешевизной водяного пара, его одно­ родностью, возможностью практически неограниченного его потреб-

342

ления, позволяющими проектировать пароводяные эжекторные на­ сосы на любую требуемую скорость откачки газа — вплоть до сотен тысяч литров в секунду. Их можно изготавливать из любых материа­ лов и откачивать любые газы, в том числе агрессивные и загрязнен­ ные пылыо, причем установка фильтров перед ними необязательна, и поэтому представляется возможность полностью использовать их производительность. Они очень дешевы и просты в эксплуатации, могут работать на бросовом отработавшем паре ТЭЦ и котельных. Для их установки в цехе не требуется дополнительных площадей, так как отдельные элементы насоса могут быть размещены по стенам, колоннам, потолкам как внутри цеха, так и снаружи его.

Пар

На рис. 137 представлена схема типичного пятиступенчатого пароэжекторного насоса. В многоступенчатых насосах с целью увеличения их производительности целесообразно устанавливать за эжекторной ступенью промежуточный конденсатор, в котором пар охлаждается водой и конденсируется, а газ откачивается следующей ступенью. Однако в этом случае давление, создаваемое первой ступенью, зави­ сит от температуры воды в конденсаторе, так как давление на выхлопе не может быть меньше давления насыщенного пара охлаждающей воды в конденсаторе. При температуре воды 25—30° С это давление составляет примерно 4 кПа (30 мм рт. ст.). Следовательно, при коэф­ фициенте сжатия 4—-10 давление на входе не может быть получено менее 0,4— 1,07 кПа (3—8 мм рт. ст.). Для получения более низкого давления за первой ступенью конденсатор не устанавливают, а давле­ ние за ней обусловливается производительностью следующей сту­ пени. Такая установка позволяет получать давление 66,6—133,3 Па (0,5— 1 мм рт. ст.). Устанавливая два, три и более ступеней без кон­ денсации с помощью пяти-шестиступенчатых насосов, можно полу­ чать разрежение до 13,33 мПа (10“ 2 мм рт. ст.). Но отсутствие конден­ саторов существенно увеличивает расход пара.

В пароэжекторных насосных установках наибольшее распростра­ нение получили самые простые так называемые барометрические кон­ денсаторы смешения, принцип работы которых показан на рис. 137.

343

Недостатком конденсаторов этого типа является необходимость от­ вода воды по барометрическим трубкам высотой более 10 м, обеспечи­ вающим водяной затвор во избежание прорыва в насос атмосферного воздуха. Поэтому эти конденса­

чей жидкости между паропроводами и объемом насоса поддерживается значительный перепад давлений. Вследствие этого, а также вслед­ ствие специальной конструкции сопел пар истекает в объем корпуса насоса со сверхзвуковой скоростью. Молекулы откачиваемого газа диффундируют в струю пара, при соударении с более тяжелыми части-

344

нами пара получают направленное движение вниз и к стенкам кор­ пуса и скапливаются в зоне конденсации пара. Там они увлекаются в движение следующей ступенью откачки, последовательно сжи­ маются каждой ступенью, пока не попадут в зону действия механиче­ ского насоса и удалятся из диффузионного насоса.

Предельный вакуум, создаваемый диффузионными насосами, определяется числом ступеней насоса, конструкцией сопел, типом ра­ бочей жидкости и температурой ее нагрева. В зависимости от глубины создаваемого разрежения диффузионные насосы могут использо­ ваться как бустерные или как высоковакуумные.

Обычно у диффузионных насосов предусматривают не более пяти

зуются максимальной скоростью откачки при давлении 133,3- КГ4— 133,3 • 10"5 Па (10"4— 10"Б мм рт. ст.), бустерные— при давлении порядка 133,3-10" 3 Па (10" 3 мм рт. ст.). Насосы обоих типов могут работать при противодавлении не более 133,3 Па (1 мм рт. ст.).

В качестве рабочих жидкостей для диффузионных насосов, при­ меняемых на металлургических заводах, получило распространение специальное вакуумное масло типа Г, а также марок ВМ-1, ВМ-2, ВМ-3, ВМ-5, ВМ-7, представляющее собой продукты перегонки нефти,

икремнийоргаипческие жидкости — силиконы. Серьезными недо­ статками нефтяных масел является их чувствительность к перегреву

иокпсляемость при контакте в разогретом состоянии с воздухом. При перегреве происходит разложение масла с образованием гаммы легких углеводородов, в результате чего изменяются упругость па­ ров и характеристики насоса. Окисление масла может вызвать осмоление насоса и резко изменить его характеристики.

Силиконовые масла более однородны по составу и выдерживают длительное нагревание на воздухе до температур 150—200° С, по­ этому они более удобны для использования в диффузионных насосах. Однако использование силиконовых масел сдерживается сложностью их получения и более высокой стоимостью.

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВАКУУМА

Манометры для измерения давления ниже атмосферного часто называют вакуумметрами.

Ввакуумной аппаратуре, используемой на металлургических заводах, наиболее широкое применение нашли деформационные, теплоэлектрические и ионизационные вакуумметры.

Вдеформационных вакуумметрах чувствительным элементом яв­ ляется тонкостенная серповидная трубка Бурдона, мембрана или сильфон. При изменении перепада давлений внешнего (атмосферного)

ивнутреннего (соответствующего давлению в измеряемой системе) изменяется радиус кривизны трубки, прогиб мембраны или сильфона. Эти деформации обычно очень малы, поэтому, как правило, исполь­ зуют усиливающие устройства, увеличивающие показания стрелки. Такими усиливающими устройствами могут быть механические си­ стемы, индукционные, емкостные датчики и др. Деформационные

34§

вакуумметры позволяют измерять давление в интервале 101 200— 133,3-10"4 Па (760— 10-4 мм рт. ст.), однако наибольшей чувстви­ тельностью они обладают в области сравнительно высоких давлений и их применяют в основном для измерения давления от 101 200 до

133,3 Па (от 760 до 1 мм рт. ст.).

Принцип работы теплоэлектрических вакуумметров основан на зависимости теплопроводности разреженного газа от его плотности, т. е. от количества молекул в единице объема, способных переносить тепло. Теплоэлектрнческие вакуумметры подразделяют на термо­ парные вакуумметры и вакуумметры сопротивления (рис. 139).

В термопарных вакуумметрах с изменением давления изменяется температура нити накала, подогреваемой током постоянной величины. Температура нити непрерывно измеряется термопарой, спаи которой припаян к нити. По величине т. э. д. с. термопары судят о давлении в лампе, соединенной с вакуумным объемом.

Термопарные датчики выпускаются в стеклянном баллоне и с пла­ тиновой нитью накала (лампа ЛТ-2) или в металлическом корпусе и с танталовой или никелевой нитью накала (лампа ЛТ-4М), термо­ пара хромель-копелевая.

В датчиках вакуумметров сопротивления при изменении давле­ ния изменяется сопротивление медной или платиновой нити, по кото­ рой пропускается стабилизированный ток. Сопротивление нити измеряют по мостовой схеме и по степени разбалансировки моста судят о величине давления в лампе, соединенной с вакуумной систе­ мой. Датчики сопротивления также выпускают в стеклянных и метал­

X 10~7 Па (от 10~ 3 до 10" 7 мм рт. ст.) используют ионизационные дат­ чики. Из них наиболее широкое распространение получила элек­

билизированным током катод эммитирует электроны, которые полу­ чают направленное движение к сетке. На сетку подается положитель­ ный потенциал порядка 200В. Так как сетка выполнена из тонкой проволоки, электроны проскакивают через сетку, далее по мере уда­ ления от сетки тормозятся электрическим полем и потом снова воз­ вращаются к сетке. До попадания на сетку электроны совершают вокруг нее многократные колебания, благодаря чему увеличивается длина пробега каждого электрона.

При колебательном движении вокруг сетки электроны встречают молекулы газа и ионизируют их. Положительные ионы улавливаются коллектором, выполненным в виде металлического цилиндра, к кото­ рому приложен отрицательный потенциал 25В. Количество ионов, попадающих на коллектор, при постоянном токе эмиссии зависит от плотности газа. Измеряя силу ионного тока, можно судить о давлении в лампе и в системе, к которой присоединена лампа.

346