Крылова4 Юршев - сборник ЛР-29.12.18 (2). Лазерные и плазменные упрочняющие технологии

• Название: Лазерные и плазменные упрочняющие технологии
• Дата: 30.03.2022
• Размер: 6.14 Mb.
• Имя файла: Крылова4 Юршев - сборник ЛР-29.12.18 (2).docx
• Тип: Документы; #428148
• страница: 11 из 17

4.3 Основные параметры вакуумных насосов

Скорость откачки насоса (быстрота действия насоса) – это объем газа, удаляемый насосом в единицу времени через входной патрубок насоса

(л/с, м³/ч), (4.2)

Производительность вакуумного насоса характеризует расход газа во входном сечении насоса при данном давлении и выражается в м³ Па/с. Легко показать, что производительность насоса есть произведение быстроты откачки на давление, при котором она измерена

Q = p·S_H, (4.3)

Предельное остаточное давление, наибольшее давление запуска, наибольшее рабочее давление и наибольшее выпускное давление выражаются в единицах давления газа Па (паскалях) и других производных единицах.

В данном разделе рассмотрены основные типы насосов, применяющиеся в установках для выполнения технологических операций при изготовлении инструмента с покрытием. Вращательные насосы с масляным уплотнением. Вращательный вакуумный насос с масляным уплотнением является непременным элементом большинства вакуумных систем. С его помощью создается предварительное разрежение в вакуумной системе и форвакуумное давление на выходе высоковакуумных газоперемещающих насосов. Вращательные вакуумные насосы с масляным уплотнением относятся к вакуумным насосам объемного действия. Наибольшее распространение получили три типа вращательных насосов с масляным уплотнением: пластинчато-статорные, пластинчато-роторные и плунжерные насосы. Пластинчато-статорные насосы – обычно насосы малой производительности, пластинчато-роторные – средней производительности, плунжерные – средней и большой производительности.

На рисунок 4.2 схематично изображен пластинчато-статорный вращательный вакуумный насос.

В неподвижном корпусе 1 на валу 2 эксцентрично расположен ротор 3. Полезный объем рабочей камеры насоса, образованный внутренней поверхностью корпуса-статора 7 и наружной поверхностью ротора 3, пластиной 4 разделяется на полость всасывания 1 и полость сжатия II. Пластина 4, расположенная в прорези корпуса насоса, с помощью пружины 5 через рычаг 6 плотно прижимается к ротору 3. При вращении ротора 3 направлении, указанном стрелкой, газ из откачиваемого сосуда, который не показан на рисунке, через впускной клапан 7 заполняет увеличивающуюся в объеме полость 1. В это время газ в полости II сжимается.



Рисунок 4.2 – Конструкция пластинчато-статорного вращательного
вакуумного насоса
Когда давление газа на клапан 8 превысит величину атмосферного давления и усилия, создаваемого пружиной 9, клапан 8 откроется, и газ из полости II будет вытеснен в атмосферу. При дальнейшем вращении ротор 3, пройдя пластину 4 и выход впускного канала 7. отделяет в рабочей камере насоса следующую порцию газа от откачиваемого объема. Таким образом, за два оборота ротора порция газа оделяется от откачиваемого объема, перемещается от впускного канала 7 к выхлопному клапану 8. сжимается в полости II и вытесняется под клапаном 8 в атмосферу. При каждом следующем обороте следующая порция газа отделяется от откачиваемого объема, а предыдущая вытесняется из насоса в атмосферу. В пластинчато-статорном насосе за один оборот ротора происходит один цикл откачки, т. е. отделяется от откачиваемого объема и вытесняется только одна порция газа.

На рисунке 4.3 схематично изображен пластинчато-роторный насос. В цилиндрической рабочей камере корпуса 1 симметрично на валу (не показан на рисунке) расположен ротор 2, ось которого О' смещена относительно оси рабочей камеры О". В сквозной прорези ротора размещены пластины 3’ и 3".



Рисунок 4.3 – Пластинчато-роторный вакуумный насос

Пружиной 4 они прижимаются к корпусу насоса. В положении ротора, изображенном на рисунке 4.3а, пластинами 3' и 3" и плоскостью касания ротора со статором полезный объем рабочей камеры разделен на три полости: I – полость всасывания, II – полость перемещения и частичного сжатия газа, III – полость вытеснения газа. При вращении ротора в направлении, указанном стрелкой, полость I увеличивается и дополнительное количество газа из откачиваемого сосуда по впускному каналу 5 поступает в рабочую камеру насоса. Полость II уменьшается в объеме, в ней происходит сжатие газа. Полость III уменьшается, и газ из нее через выпускной канал под клапаном 6 вытесняется из насоса. При положении ротора, изображенном на рисунке 4.3 б. заканчивается вытеснение газа из полости III. При дальнейшем вращении ротора полость II переходит в полость III, т.е, наступает момент, когда становится возможным вытеснение следующей порции газа (рисунок4.3в). В положении ротора, изображенном на рисунке4.3г, полости I и II сообщаются между собой. Лишь когда ротор повернется на 180° от начального положения и займет положение, тождественное исходному (рисунок 4.3 а), происходит разделение полостей I и II, и от откачиваемого объема отделяется очередная порция газа. В этот момент полость II имеет наибольший объем. В пластинчато-роторном насосе за один оборот ротора происходят два цикла откачки, т е отделяются от откачиваемого объема и вытесняются из насоса две порции газа.

На рисунке 4.4 схематически изображен плунжерный насос. В корпусе насоса выполнена цилиндрическая рабочая камера, в которой вращается эксцентричный ротор 2 с надетым на него плунжером 1.



а б

а – завершение периода удаления и начало периода наполнения;

б – промежуточное положение; 1 – плунжер; 2 – ротор; 3 – канал в золотнике;
4 – выходной обратный клапан открыт; 5 – выходной обратный клапан закрыт;

6 – вода; 7 – шарнир.

Рисунок 4.4 – Плунжерный вакуумный насос
Плунжер состоит из цилиндрической части, охватывающей эксцентрик 2, и полой прямоугольной части 1, свободно перемещающейся в пазу шарнира 7. При повороте плоской части плунжера шарнир 7 свободно поворачивается в гнезде корпуса насоса.

В этом насосе плунжер имеет канал 3, через который газ из откачиваемой полости поступает в насосную камеру.

Возможность попадания встречного потока газа на вход в насос здесь в значительной степени ограничена благодаря более раннему закрытию входа при движении золотника; вредное пространство может быть также уменьшено. Герметичность контакта ротора с цилиндром в насосах рассматриваемого типа лучше потому, что в клине между ротором и цилиндром образуется более толстый слой масла; кроме того, эти насосы создают меньше шума.

Механические насосы производят откачку объема, начиная с атмосферного давления. Откачиваемый газ они вытесняют в атмосферу. Поэтому по отношению к механическим насосам не принято использовать такие характеристики, как наибольшее рабочее давление, наибольшее давление запуска и наибольшее выпускное давление. Основными вакуумными характеристиками механических вакуумных насосов с масляным уплотнением являются предельное остаточное давление и быстрота действия.

Быстрота действия механических насосов с масляным уплотнением практически не зависит от рода откачиваемого газа.

Остаточное давление насосов с масляным уплотнением определяется конструкцией насоса и свойствами рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости насосов с масляным уплотнением, как правило, используются масла, получаемые из промышленных минеральных масел. Кроме обычных требований (низкая кислотность, необходимая вязкость, хорошие смазывающие свойства и т. п.), к маслам для вакуумных насосов предъявляются дополнительные требования: низкое давление насыщенных паров в интервале рабочих температур насоса, малое поглощение газов и паров, стабильность вязкости при изменении температуры, высокая прочность тонкой (0,05-0,10 мм) масляной пленки, способной выдержать в зазоре перепад давлений, равный атмосферному давлению.

Остаточный газ (газ, оставшийся в вакуумной системе после откачки) механического вакуумного насоса с масляным уплотнением составляют воздух, газы откачиваемой среды, а также пары и продукты разложения рабочей жидкости насоса. В механическом вакуумном насосе, как и в любом газоперемещающем насосе, наряду с основным потоком направлении откачки существует обратный поток газа с выхода насоса в откачиваемый сосуд. Газы попадают во входное сечение насоса из циркулирующего в нем масла и в результате перетечки по зазорам в откачном механизме. Разложение масла в основном происходит в результате возникновения высоких местных температур в областях непосредственных контактов трущихся металлических поверхностей. Образующиеся при этом растворимые в масле, легколетучие углеводороды в значительной степени обуславливают предельное остаточное давление насоса, так как они имеют существенно более высокие давления насыщенного пара, чем сама рабочая жидкость.

Стабильность характеристик насосов с масляным уплотнением определяется величиной зазоров между поверхностями, перемещающимися относительно друг друга, их количеством, а также масла, поступающего в рабочую камеру для уплотнения зазоров и смазки трущихся поверхностей. Максимальная быстрота действия и минимальное остаточное давление достигаются при таком притоке масла в рабочую камеру, которое обеспечивает надежное уплотнение зазоров, и выброс в масляный резервуар в момент выхлопа верхнего слоя масла с растворенным в нем откачиваемым газом.