Вакуумные насосы

НАСОСЫ И АГРЕГАТЫ ВАКУУМНЫЕ
Вакуумные насосы предназначены для откачки воздуха, газов и парогазовых смесей. Эти насосы иначе называют «откачным оборудованием».
Вакуумные насосы имеют значительные отличия от насосов для жидкости в принципе работы и
характеризуются другими параметрами.
Исходя из главного назначения насоса, как откачного оборудования, используются два важнейших
потребительских параметра: быстрота действия (производительность) и предельное остаточное давление
(величина получаемого вакуума). Быстрота действия S измеряется в литрах в секунду. Эта величина
характеризует количество откачиваемой среды в единицу времени и по существу представляет собой
производительность вакуумного насоса. Для водокольцевых насосов производительность обозначается Q
и измеряется в кубометрах в минуту. Второй важнейший показатель вакуумного насоса — величина вакуума,
создаваемого насосом. Вакуум характеризуется величиной остаточного давления в вакуумированной
ёмкости (минимальной величиной давления на всасывании насоса Рв min), выражающейся в Па, кПа,
мм.рт.ст. или в процентах от атмосферного давления.
Специфической особенностью вакуумных насосов является зависимость быстроты действия насоса
от величины давления на всасывании, которая и является основной характеристикой этой группы насосов.
Если насос для жидкости в наибольшей степени характеризует напорная характеристика Q=/(H), то
вакуумный насос характеризуется откачной характеристикой S=/(PB) (см. рис. 3.1). По оси ординат
откладывается быстрота действия (S) или производительность (Q), а по оси абсцисс давление на
всасывании (Рв). Эта характеристика наглядно показывает влияние давления на всасывании (Рв) на
величину производительности (быстроту действия), а также показывает минимальное значение давления
(Рв min) и, соответственно, максимальный вакуум, при котором производительность насоса равна нулю.
При инженерных расчётах принимается:
1кГс/см2 = 760 мм.рт.ст.= 0,1МПа.
Вакуумные насосы традиционно делятся на вакуумные, создающие предельное остаточное
давление от НО3 мм. рт. ст, высоковакуумные, создающие предельное остаточное давление от 5* 10’5 до
5’10"7 мм. рт. ст. и вакуумные водокольцевые.
Конструктивное многообразие вакуумных насосов представлено в таблице 3.1.
В ряду этого оборудования особняком стоят вакуумные пароэжекторные насосы, изготавливаемые
объединением ОАО «Вакууммаш». Данные насосы изготавливаются по специальным заказам, и в данном
обзоре о них даётся только самая общая информация в разделе 3.
Зоны использования различных типов вакуумных насосов и агрегатов представлены на рис. 3.2.
Анализ конструкций вакуумных насосов показывает, что почти все вакуумные насосы работают по
принципу вытеснения, аналогично объёмным насосам (за исключением паромасляных и пароэжекторных
насосов, в которых используется принцип эжекции).
Величина полученного вакуума зависит от герметичности рабочего пространства, создаваемого
рабочими органами насоса (золотниками, пластинами, колесами совместно с жидкостью).
Насос в конечном счете должен обеспечить два важнейших условия: понизить давление в
замкнутом пространстве до определённой величины Рвт)п путём забора газовой среды из замкнутого
пространства (объёма) и осуществить это за определённое время.
Если объём забора газовой среды насос обеспечивает, но при этом не достигается понижение
давления до заданной величины, то применяется форвакуумный насос, дополнительно понижающий
давление газовой среды. Эта схема аналогична последовательному соединению насосов.
Если насос обеспечивает заданную величину понижения давления, но не обеспечивает скорости забора, то
подключают другой насос. Эта схема аналогична параллельному соединению насосов.
Из вышеизложенного следуют основные принципы замены вакуумных насосов:
заменяющий насос или комбинация насосов должны соответствовать заменяемому насосу по
быстроте действия (производительности) при одинаковых условиях на всасывании;
заменяющий насос или комбинация насосов должны обеспечить необходимую величину вакуума.
В качестве дополнительных требований к заменам насосов в ряде случаев являются: стойкость
материалов в агрессивной и токсичной газовой среде, недопустимость смешивания этой среды с
жидкостью или балластным газом и др.
В совокупности с гидравлическими насосами чаще всего работают вакуумные водокольцевые
насосы, в качестве вспомогательных, обеспечивающих вакуум на всасывании крупных центробежных
насосов. Эта система позволяет обеспечить на насосных станциях работу в «самовсасывающем режиме», а
также экономить на капиталовложениях за счёт меньшей заглублённое™ насосов и насосных станций. Если
нет специальных требований по времени запуска центробежного насоса, то заменяющий насос может медленнее, чем заменяемый насос, обеспечить заданную величину вакуума на всасывающей магистрали центробежного насоса, что, как правило, бывает допустимо.
В тех случаях, когда откачиваемый газ является токсичным, применение серийного водокольцевого насоса по обычной схеме недопустимо, т.к. балластная жидкость может соединяться с токсичным газом.
На рис. 3.3 представлен водокольцевой насос типа ВВН.
Принцип работы насоса следующий. Вал рабочего колеса установлен эксцентрично в
цилиндрическом корпусе насоса. Полость корпуса насоса заполнена водой, примерно, до оси вала. При вращении рабочего колеса лопасти захватывают воду, которая под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам корпуса насоса, образуя концентричное водяное кольцо. Образовавшееся серповидное пространство между втулкой рабочего колеса и водяным кольцом и является рабочей полостью. Эта полость разделена лопатками рабочего колеса на отдельные ячейки. При вращении колеса внутренняя поверхность водяного кольца постепенно удаляется от точки максимального приближения к ступице (на рис. 3.3 — это верхняя точка). При этом образуется свободный объём между лопатками колеса, который через всасывающее окно в торцовой крышке корпуса насоса заполняется газом из всасывающего патрубка. При дальнейшем вращении колеса внутренняя поверхность водяного кольца приближается к ступице. Газ, находящийся между лопатками, сначала сжимается, а затем вытесняется через нагнетательное окно в выходной патрубок.
Условное обозначение:
В — водокольцевой;
В — вакуумный;
Н — насос.
Цифры после букв перед тире обозначают исполнение насоса:
1 -для давления всасывания 0,04 МПа;
2 — для давления всасывания 0,02 МПа.
Цифры после тире — производительность (м3/мин).
Буквы после цифр — материал проточной части насоса.
М — модернизированный.
На базе вакуумных насосов типа ВВН изготавливаются водокольцевые компрессоры типа ВК. имеющие незначительные конструктивные отличия от водокольцевых насосов. В настоящем обзоре они не рассматриваются.
На рис. 3.4 представлен золотниковый двухкамерный насос типа АВЗ.
При вращении эксцентрика плунжер (золотник) сжимает находящийся в роторной камере газ, который через выпускные клапаны выходит в трубопровод и далее в атмосферу. Для предотвращения конденсации паров воды в камеру сжатия через газобаластное устройство впускается атмосферный воздух (баластный газ).
Условное обозначение:
А — агрегат;
В — вакуумный;
3 — золотниковый.
Цифры после букв — быстрота действия (литр/сек).
Д — двухступенчатый последовательного действия.
На рис. 3.5 представлен двухроторный насос типа 2ДВН.
Насос представляет собой роторную машину. В параллельных расточках корпуса насоса синхронно вращаются два ротора одинакового профиля, опирающиеся на подшипники качения. Вращение роторов синхронизируется парой цилиндрических косозубых колёс, через которые передаётся крутящий момент от привода.
Условное обозначение:
цифра перед буквами — порядковый номер модернизации;
Д — двухроторный;
В — вакуумный;
Н — насос.
Цифра после букв — номинальная быстрота действия (литр/сек).
Если насос укомплектован двигателем, частота вращения которого отличается от номинальной, в
конце проставляются цифры, обозначающие число полюсов двигателя.
На рис.3.5 также представлен роторно-пластинчатый электронасос типа 2НВР-5ДМ.
Процесс откачки в этом насосе основан на всасывании и выталкивании газа за счёт периодического изменения объёма рабочей камеры. Рабочая камера образуется цилиндром и эксцентрично установленным в нём вращающимся ротором, в прорези которого помещены пластины (лопатки), прижимающиеся пружинами к поверхности цилиндра. Насос 2НВР-5ДМ моноблочной конструкции с механическим устройством для автоматического отсечения откачиваемого объёма и выпуска воздуха в полость цилиндра при отключении питающей сети.