3.3 Об’ємне відкачування. Об’ємні насоси

Даний тип насосів здійснює видалення газів за рахунок періодичної зміни об’єму робочої камери всередині насосу. Такі насоси можуть починати свою роботу з атмосферного тиску.

У процесі об’ємної відкачки відбуваються наступні процеси:

• всмоктування газу за рахунок різниці робочого об’єму камери насосу;

• зменшення робочого об’єму камери та стискування газу, що знаходиться в ній;

• видалення стиснутого газу з робочого об’єму камери насосу в атмосферу або насос попереднього розрідження.

Зобразимо діаграму роботи насосів об’ємної дії (залежності P_k, V_k від t) рис.3.1.

Рисунок 3.1 - Діаграма роботи насосів об’ємної дії

Інтервал І - відбувається всмоктування молекул газу в насос впродовж часу t₁.

Інтервал ІІ - стиснення та перенесення газу впродовж часу t₁ – t₃.

Інтервал ІІІ - вихід газу в атмосферу протягом часу t₃ – t_4.

Криві 1 та 3 показують зміну робочого об’єму V_k та тиску в камері насосу P_k від часу t.

Крива 2 показує зміну тиску в камері насосу з напуском баластного газу в момент часу t₂.

Баластний газ впускається в об’єм камери насосу при відкачуванні парів або органічних розчинів. Напуск баластного газу знижує ступінь стискання та запобігає конденсації газів в об’ємі камери насосу.

3.3.1 Поршневі насоси

У даних насосах відкачування здійснюється за рахунок періодичної зміни робочого об’єму V камери циліндричного насосу. Циліндри можуть бути простої або подвійної дії з водяним або повітряним охолодженням. Швидкість руху поршня не перевищує 1 м/с. Принцип роботи поршневого насосу показано на рис. 3.3

Рисунок 3.3 – Принцип роботи поршневого насосу: 1 - вхідний клапан; 2 - вихідний клапан

При русі поршня вгору вхідний клапан 1 відкривається і відкачуваний об’єм камери V₀ з’єднується з робочим об’ємом насосу, який збільшується від ΔV до V_max.

Відповідно до закону Бойля – Маріота, початковий тиск P₀ знизиться до величини P₁ і обидва ці стани можна зв’язати рівнянням:

(3.1)

При русі поршня вниз відбувається стиснення газу, що приводить до закривання вхідного клапану 1 та відкривання клапану 2 , через який газ виходить в атмосферу.

Після n циклів відкачування тиск у об’ємі буде описуватися виразом:

, (3.3)

З рівняння 3.2 видно, що теоретично при досить великій кількості циклів відкачування P_{граничн.} поршневого насоса повинен прямувати до нуля. Однак, навіть у випадку ідеального ущільнення поверхні між поршнем і стінкою насоса, слід мати на увазі кінцеве значення пружності пари ущільнюючого мастила та наявність паразитного простору ΔV, з якого газ у нижньому положенні поршня не видаляється. У цьому випадку тиск у шкідливому просторі буде дорівнювати атмосферному. Тиск Р_min у циліндрі для верхнього положення поршня можна обчислити :

, (3.3)

Граничний тиск поршневих насосів Р_{граничн.} коливається в інтервалі 1-0,1 мм.рт.ст.

Швидкість дії сучасних поршневих насосів складає від 10 до 4000 л/с. Вони починають свою роботу з атмосферного тиску.

Швидкість дії поршневого насосу визначається зі співвідношення:

, (3.4)

де n – кількість циклів переміщення поршня за одиницю часу;

Р_{граничн} – граничний тиск насоса.

Недоліки даних насосів: нерівномірність процесу відкачки газів; великі втрати на тертя ~200 Вт/(на л/с швидкості дії); велика питома маса від 10 до 20 кг/(на л/с швидкості дії).