6.4.1. Поршневые насосы

В этих насосах откачка осуществляется за счет периодического изменения объема цилиндра при перемещении поршня. Поршневые вакуумные насосы широко применяют в промышленности для откачки сухих газов и газов с примесью капельной жидкости.

Цилиндры поршневых насосов могут быть простого и двойного действия, с водяным или воздушным охлаждением. Обычные поршневые насосы с самодействующими клапанами имеют предельное давление откачки р_пр = 4·10³…1·10⁴ Па. Улучшение р_пр достигается перепуском газа из мертвого пространства в конце хода поршня во вторую полость цилиндра, где осуществляется процесс всасывания.

Преимуществами поршневых вакуумных насосов являются высокий КПД, надежность работы, возможность длительной эксплуатации.

К недостаткам данного типа насосов следует отнести неравномерность процесса откачки, большие потери на трение, большие массогабаритные показатели.

6.4.2. Жидкостно-кольцевые насосы

Эти насосы (рис.6.3) имеют в цилиндрическом корпусе 1 эксцентрично расположенное рабочее колесо 2 с неподвижно закрепленными лопатками.

Находящаяся в корпусе жидкость во время вращения под действием центробежных сил прижимается к стенкам корпуса и образует жидкостное кольцо 4.

Между жидкостным кольцом и лопатками насоса образуются отдельные ячейки неодинакового размера. Вначале их объем увеличивается, и газ через всасывающее отверстие 3 в торцевой крышке поступает в насос. Затем объем ячеек уменьшается, и сжатый газ через отверстие 5 удаляется из насоса.

Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы по конструкции проще поршневых, так как не имеют клапанов и распределительных устройств. Предельное разрежение р_пр таких насосов определяется давлением насыщенных паров рабочей жидкости.

Так, например, для водокольцевого насоса с р_пр = (2…3)·10³ Па быстрота действия составляет 25…500 л/с.

Достоинства жидкостно-кольцевых вакуумных насосов:

• протекание процесса сжатия с интенсивным теплообменом позволяет откачивать легко разлагающиеся, полимеризующиеся и взрывоопасные газы и смеси;

• наличие жидкостного кольца позволяет откачивать газы, содержащие пары, капельную жидкость, твердые инородные включения типа пыли и даже абразивные частицы.

К недостаткам данного типа насосов следует отнести:

• высокую мощность, необходимую для вращения жидкостного кольца, и, как следствие этого, относительно низкий КПД;

• высокое предельное остаточное давление 2,66…9,31 кПа для одноступенчатых и 0,133…0,665 кПа – для двухступенчатых;

• невысокая окружная скорость на периферии рабочего колеса;

• большая масса.

6.4.3. Роторные вакуумные насосы

Эти механические насосы с масляным уплотнением имеют несколько модификаций: пластинчато-роторные, пластинчато-статорные, и золотниковые (плунжерные).

Пластинчато-роторный насос

В цилиндрической камере 1 (рис. 6.4) насоса вращается эксцентрично расположенный ротор 2, в прорези которого свободно вставлены пластины 3 с пружиной 4. При вращении ротора пластины скользят по внутренней поверхности цилиндра и в камере образуется две области І – область всасывания и ІІ – область сжатия.

Полость І при вращении ротора увеличивает свой объем, в нее газ поступает через впускной патрубок 5, связанный с откачиваемым объемом. Объем полости сжатия ІІ, расположенный на выпускной стороне, уменьшается при вращении ротора, и в ней происходит сжатие газа. Эта полость соединена с клапаном 6. Когда давление газа в полости 2 станет достаточным для открытия клапана, произойдет выхлоп. Выхлопной клапан 6 находится под уровнем масла, что препятствует попаданию атмосферного воздуха в насос. В процессе работы зазоры в роторном механизме уплотняются рабочей жидкостью – маслом, благодаря чему отсутствует перетекание газа с выхода на вход. Масло заполняет вредное пространство (объем под клапаном), тем самым исключает его влияние, ведущее к повышению остаточного давления, а также обеспечивает смазку и частичное охлаждение насоса. Масло в камеру поступает через зазоры в корпусе из резервуара с маслом, где оно находится под атмосферным давлением, а через выхлопной клапан вновь возвращается в резервуар. Предельное давление определяется объемом вредного пространства, газовыделением материалов насоса и давлением насыщенных паров масла. Предельное давление для этого типа насосов Р_пред = (3…6,6)·10^-1 Па.

Пластинчато-роторные насосы выполняются обычно с быстротой действия до 6 л/с. Это объясняется тем, что в местах контакта пластин с камерой насоса достигаются достаточно высокие относительные скорости, что и ограничивает, главным образом, создание крупных пластинчато-роторных насосов.