2.1.3. Будова та принцип дії механічних насосів з масляним ущільненням

Механічні вакуумні насоси з масляним ущільненням відносяться до насосів об'ємної дії і працюють за рахунок періодичної зміни об'єму робочої камери. Механічні насоси можуть бути пластинчасто-роторними, пластинчасто-статорними та плунжерними (золотниковими).

Мал. 3. Схема пластинчасто-роторного насоса

На мал. 3. приведена схема пластинчасто-роторного насоса. В циліндричній камері 1 насоса обертається в напрямку вказаному стрілкою ексцентрично розміщений ротор 2, в прорізі якого вільно вставлені пластини 3 з пружиною 4. При обертанні ротора пластини ковзають по внутрішній поверхні циліндра і в камері насоса утворюються дві порожнини змінного об'єму: І - порожнина всмоктування та ІІ - порожнина стискування. Порожнина всмоктування І при обертанні ротора збільшує свій об'єм і в неї надходить газ з впускного патрубка 5, зв'язаного з відкачуваним сосудом. Об'єм порожнини стискування ІІ, розміщений на випускній стороні, зменшується при обертанні ротора і в ній відбувається стискування газу. Ця порожнина з'єднана з клапаном 6. Коли тиск газу в порожнині ІІ стане достатнім для відкриття клапана, відбувається вихлоп. Вихлопний клапан знаходиться нижче рівня масла в насосі, що перешкоджає попаданню в насос атмосферного повітря. В процесі роботи зазори в роторному механізмі ущільнюються робочою рідиною насоса - маслом, завдяки чому зворотне перетікання газу з виходу на вхід стає дуже малим. Масло заповнює і так звані шкідливі простори, з яких газ витісняється при роботі роторного механізму (наприклад, об'єм під клапаном), і виключає можливе підвищення залишкового тиску. Одночасно масло забезпечує змащування і часткове охолодження механізму насоса. Масло надходить в камеру насоса через зазори і отвори в корпусі з маслорезервуара, де воно знаходиться під атмосферним тиском, а через вихлопний клапан знову повертається в маслорезервуар.

Граничний вакуум, що створюється пластинчасто-роторними насосами, залежить від величини шкідливого простору, від якості обробки поверхонь, їх змащування та сорту масла. Для одноступінчастого насоса граничний тиск досягає 10^-1- 10^-2 мм рт.ст.

Для отримання кращого граничного вакууму застосовують послідовне з'єднання двох насосів. Воно виконується в одному блоці і тоді насос називають двоступінчастим. Для двоступінчастих насосів граничний тиск становить »10^-3 мм рт.ст.

2.1.4. Будова та принцип дії паромасляного(пароструминного) дифузійного насоса

Принципова схема пароструминного насоса, робота якого базується на відкачній дії парового струменя, показана на мал. 4.

Джерелом пари є робоча рідина (вакуумне масло) в кип'ятильнику 2, яка нагрівається до робочої температури нагрівником 1. Утворена при нагріванні пара по паропідвідній трубі 3 надходить в сопло 5, з якого з великою швидкістю виходить в простір робочої камери 6. Відкачуваний газ, який попадає сюди ж через впускний патрубок 9, захоплюється струменем та спрямовується до охолоджених стінок робочої камери, де пара конденсуеться і конденсат по зливній трубці 8 повертається в кип'ятильник, а газ, зтиснутий струменем, викидається через випускний патрубок 10 та відкачується механічним насосом (форвакуумним насосом).

Мал. 4. Принципова схема струминного вакуумного насоса

1-нагрівник; 2-кип'ятильник з робочою рідиною; 3-паропідвідна труба; 4-корпус насоса; 5-сопло; 6-робоча камера насоса; 7-холодильник; 8-трубка для стікання конденсату в кип'ятильник; 9-впускний патрубок;

10-випускний патрубок

Механізм захоплення газу струменем парів в пароструминних насосах показано на мал. 5. Захоплення відкачуваного газу струменем пари відбувається в результаті тертя між поверхнею струменя пари та прилеглими до нього шарами газу (в`язкісне захоплення), а також внаслідок часткової дифузії молекул газу в приповерхневу частину струменя (зона струменя, обмежена пунктиром на мал. 5, а). Подібний механізм захоплення відкачуваного газу струменем пари використовується в так званих бустерних насосах.

Мал. 5. Способи захоплення газу паровим струменем в пароструминних насосах

а) дифузія газу в щільний струмінь з в`язкісним захопленням в бустерних насосах

при тиску 10^-1 - 10^-3 мм рт.ст. б) дифузія молекул газу в струмінь малої щільності в дифузійних насосах при тиску 10^-4 мм рт.ст.

При більш низькому тиску відкачуваного газу густина струменю пари може бути меншою, через те що в механізм захоплення газу струменем поряд з в'язкісним захопленням все більшу роль починає відігравати дифузія газу в струмінь.

Нарешті, при тиску відкачуваного газу менше 10^-4 мм рт.ст., коли довжина вільного пробігу його молекул стає співрозмірною з розмірами робочої камери насоса, роль в'язкого захоплення газу стає малою. В цих умовах механізм захоплення газу буде цілком визначатися дифузією молекул газу в струмінь (мал. 5, б). Молекули газу в результаті зіткнень з частинками пари отримують складову швидкості в напрямку руху струменя. Подібний механізм захоплення відкачуваного газу паровим струменем має місце в високовакуумних дифузійних насосах. Ці насоси працюють в області високого та надвисокого вакууму, тобто при тисках нижче 10^-3 мм рт.ст.

Конструкції паромасляних дифузійних насосів мають ряд особливостей, пов'язаних з використанням як робочих рідин масла або складних ефірів. Це перш за все пристрої, які забезпечують фракціонування (тобто розділення на фракції) неоднорідних масел.

На мал. 6. схематично показана будова металевого фракціонуючого насоса. Тут є випарник і пара піднімається до сопел парасолькового типу по окремих паропроводах 1, 2, 3, які утворені концентричними трубками, зануреними в масло. Таке розміщення паропроводів забезпечує автоматичну розгонку масла в рідкій фазі.

Дійсно, сконденсоване на внутрішніх стінках металевого корпуса насоса масло стікає в загальний випарник. Поки воно рухається по лабіринту до центра випарника (мал. 7.), де розміщені паропроводи 1 та 2, з нього випаровуються леткі фракції на ділянці зовнішніх паропроводів 3 та 2.

Важкі фракції, які киплять при більш високій температурі, доходять до центра випарника та створюють струмінь пари для центрального (самого високого) сопла, ближче всього розташованого до відкачуваного об'єму. Щоб зменшити попадання парів масла у відкачуваний об'єм, в верхній частині насоса розміщують охолоджувані масловідбиваючі пластини 4 (мал. 6.)

Мал. 6. Триступінчастий металевий паромасляний насос з фракціонуванням масла в рідкій фазі

Мал. 7. Лабіринтний пристрій випаровувача, що забезпечує фракціонування масла в металевих насосах

Сучасні металеві паромасляні насоси дозволяють отримувати граничний вакуум порядку 10^-6 - 10^-7 мм рт.ст. та мають постійну швидкість дії в досить широкому діапазоні тисків (10^-3 - 10^-6 мм рт.ст.). Швидкість дії залежить від розмірів насоса та змінюється від 40 - 50 до декількох десятків тисяч літрів за секунду.