При выборе вакуумного насоса (или компрессора) и оценке его пригодности для использования в той или иной технологии оперируют двумя главными характеристиками:
Вакуумный насос или компрессор, который в поиске у потенциального пользователя, должен, прежде всего, обеспечить требуемый уровень давления. Затем ставится задача получить это давление за определенный промежуток времени. Быстрота получения заданного значения давления определяется производительностью ( pumping speed ) вакуумного насоса. При этом газовые компрессоры нагнетают газы и формируют давления выше атмосферного. Вакуумные насосы генерируют давления ниже атмосферного, т.е. создают разрежение.
В этой статье речь пойдет о низком давлении, т.е. о ВАКУУМЕ, как об основной технической характеристике всех вакуумных насосов. Создание или генерирование устройством вакуума – это динамический процесс понижения атмосферного давления в объеме и во времени. При поисках и выборе вакуумного насоса по уровню вакуума обычно говорят о двух характеристиках вакуумного насоса, связанных с давлением:
Предельное остаточное давление – это самое хорошее (высокое) значение вакуума, которое позволяет достигнуть конструкция этого вакуумного насоса. Важно понимать, что когда вакуумный насос достигает этого предельного значения вакуума, производительность откачки газов становится равной нулю, т.е. откачка прекращается, и в дальнейшем при работе насоса это значение предельного давления будет поддерживаться как некое достигнутое равновесное состояние системы «насос-откачиваемый объём».
Как правило, значение предельного остаточного давления достигается лишь при работе вакуумного насоса в режиме «сам на себя», т.е. при заглушенном входном патрубке. Это объясняется довольно просто: при подключении к насосу технологических объемов (емкости, трубопроводы, стыки, камеры и др.) всегда существуют течи (негерметичности) или явления газовой десорбции, которые не позволяют достичь в откачиваемом объеме максимальное значение вакуума, который способен создать сам насос.
Рабочее давление – это заданное значение вакуума, которое требуется обеспечить и поддерживать вакуумным насосом в той или иной технологии или техпроцессе.
При выборе вакуумного насоса его предельное остаточное давление должно быть немного лучше чем рабочее. Это как бы обеспечивает некий «запас прочности», т.е. гарантию того, что требуемое в техпроцессе давление будет достигнуто с помощью именно этого вакуумного насоса.
2. Давление газов в объёме. Атмосферное давление. Понятие «ВАКУУМ».
Давление газов в замкнутом объёме – это суммарное усилие, оказываемое ударами (толчками) постоянно движущихся молекул газов в стенки объёма, в результате их постоянного броуновского движения и сталкивания друг с другом и с твёрдыми стенками сосуда.
Основная единица измерения давления в системе СИ – это «Па» (Паскаль):
1 Па = 1 Н / м 2 = 0,01 мбар [ 1 ]
Другие общепринятые единицы измерения давления и их соотношения приведены в Таблице 1:
Таблица 1
Единица измерения давления
бар
мбар
мм. рт. ст.
м вод. ст.
Па
кПа
МПа
атм.
ат.
кгс/см 2
psi
Бар ( bar )
1
1000
750
10,2
100 000
100
0,1
0,9869
1,02
1,02
14,5
Атмосферное давление – это давление, которое оказывает масса воздушного столба, как смесь газов, простирающихся на высоту более 1000 км от уровня поверхности земли и океана. При этом надо понимать, что чем выше от поверхности моря находится точка измерения этого атмосферного давления, тем атмосфера менее сконцентрирована, тем смесь газов реже (как бы их масса разбавляется в огромном увеличивающемся с высотой объёме) и, как следствие, давление этой смеси газов падает с подъёмом на высоту (см. Рис. 2). Почему? Просто так издавна утроена планета Земля, вокруг которой существует атмосфера, как газовая аура вокруг шара. Благодаря этой атмосферной ауре живут организмы и проистекают самые жизненные реакции веществ, постоянно потребляющие кислород, и растения, которые этот кислород постоянно вырабатывают и восстанавливают т.н. кислородный атмосферный баланс. Самые яркие примеры – это ветер, горение (как процесс окисления) и дыхание живых организмов, животных, людей.
Кривая изменения атмосферного давления до высоты 12 км над уровнем моря показана на Рис. 3.
Земная атмосфера. Принято считать, что это смесь 14 основных «земных» газов (см. Рис. 1), из которых три составляют львиную долю, в целом более 99% (азот – более 78%, кислород – более 20%, паров воды может быть более 1%).
Земная атмосфера делится на зоны по параметрам давления и температуры: тропосферу, стратосферу, мезосферу и термосферу (см. Рис. 4).
Факты: Альпы – это горный массив, пересекающий границы шести стран. В самом их сердце возвышается знаменитая гора Монблан, находящаяся на границе Франции и Италии.
Сами Альпы представляют собой горную гряду, которая тянется по Европе почти 1200 км, в самом широком месте между итальянской Вероной и немецким Гармиш-Партенкирхеном имеет ширину около 260 км, занимая общую площадь в 190 тыс. кв. км. Альпы полностью или частично находятся на территории 8 стран. По доле общей площади государства, приходящейся на Альпы, эти страны располагаются следующим образом: Лихтенштейн (100%), Монако (100%), Австрия (65%), Швейцария (60%), Словения (40%), Италия (17%), Франция (7%), Германия (3%).
Факты: Эверест, она же Джомолунгма – высочайшая вершина в мире, высота этой горы составляет 8848 метров. Эверест расположен в Гималайских горах, которые протягиваются по Тибетскому нагорью и Индо-Гангской равнине на территории нескольких стран: Непала, Индии, Бутана, Китая.
Вершина Эвереста расположена на территории Китая, но сама гора находится на китайско-непальской границе.
Факты: В гражданской и военной авиации очень важно поддерживать атмосферное давление внутри самолета, т.к. при поднятии его на любую высоту от поверхности Земли, давление за бортом падает, а это влечет за собой отток воздуха из салона самолета во внешнюю среду. Чтобы этого не происходило требуется выполнение двух основных условий нормального полета с лётчиком или пассажирами внутри:
— корпус самолета должен быть герметичен ( max отсутствие утечек воздуха наружу); — в корпус необходимо подавать воздух компрессорами под избыточным давлением, чтобы компенсировать всегда существующие утечки и микро утеки воздуха наружу.
Если в военных самолётах можно решить проблему утечек индивидуальными масками пилотов, то в гражданских самолётах, где много пассажиров, создают специальные автоматизированные системы поддержания атмосферного давления.
Рис. 3. График снижения атмосферного давления с высотой над уровнем моря (от 0 до 12) км.
Рис. 4. Диаграмма распределения температуры воздуха в 4-х слоях атмосферного столба: тропосфера (до 11 км), стратосфера (от 11 до 47 км), мезосфера (от 47 до 80 км), термосфера (свыше 80 км).
3. Градация вакуума по глубине (технические уровни вакуума).
Существует несколько методик по разбивке всей возможной шкалы низкого давления на различные интервалы (отрезки). Самые распространенные – это академическая градация и индустриальная градация.
Академический основан на оценке плотности (степени разрежения) газов по характеру движения их молекул в объёмах путем соизмерения длин пробега молекул между их столкновениями друг с другом и со стенками сосудов, т.е. соизмерения т.н. длин свободного пробега. Чем больше средняя длина свободного пробега молекулы, тем лучше вакуум. Так, например, если молекула газа в объёме успевает пролететь от стенки к стенке не соударяясь с другими молекулами, то это показатель того, что в таком объёме достигнут сверхвысокий вакуум.
Так как мы специализируемся на поставках оборудования для промышленных применений, то рассмотрим в этой статье индустриальный подход к разбивке вакуума на 4 класса (интервала). Этот метод соответствует европейскому стандарту DIN 28400. Классы вакуума приведены в Таблице 2.
4. Базовые законы ФИЗИКИ ГАЗА и уравнение состояния идеального газа.
Закон Бойля-Мариотта.
Закон Бойля-Мариотта был установлен английским физиком Робертом Бойлем в 1662 г. и независимо от него французским ученым Эдмом Мариоттом в 1679 г. и звучит так:
Для данной массы газа при неизменной температуре произведение его давления p на объем V есть величина постоянная:
Этот закон также называется ЗАКОНОМ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.
при постепенном росте объёма определенного количества газа, чтобы сохранить его температуру неизменной, давление газа должно также постепенно снижаться.
Закон Гей-Люссака.
Закон, связывающий объем газа V и его температуру T, был установлен французским ученым Жозефом Гей-Люссаком в 1802 г.
Для данной массы газа при постоянном давлении отношение объёма газа к его температуре есть величина постоянная.
Этот закон еще называют ЗАКОНОМ ИЗОБАРНОГО ПРОЦЕССА.
при постепенном нагреве определенного количества газа, чтобы сохранить давление неизменным, газ должен также постепенно расширяться.
Закон Шарля.
Закон, связывающий давление газа p и его температуру T, установлен Жаком Шарлем в 1787 году.
Для данной массы газа в закрытом герметичном объёме давление газа всегда прямо пропорционально его температуре.
Этот закон еще называют ЗАКОНОМ ИЗОХОРОГО ПРОЦЕССА.
при постепенном нагреве определенного количества газа в закрытом объёме, также постепенно будет расти и его давление.
Уравнение состояния идеального газа.
p – давление газа, Па (Н/м 2 )
μ – молярная масса газа
R = 8,31 Дж/моль ∗ К – универсальная газовая постоянная,
T – температура газа, °К (градусы абсолютной шкалы Кельвина).
Под идеальным газом понимается газ, частицы которого являются не взаимодействующими на расстоянии материальными точками и испытывают абсолютно упругие соударения друг с другом и со стенками сосудов.
Важно понимать, что все газовые законы работают для фиксированной массы (количества) газа.
Законы эти хорошо работают для режимов вакуума и не приемлемы при очень высоких давлениях и температурах.
5. Конструктивные типы вакуумных насосов.
Если говорить об уровне вакуума и его использовании в промышленных и исследовательских целях, то:
— в массовой мировой промышленности очень широко применяют форвакуум и средний вакуум;
— в более редких высоких технологиях используют форвакуум, средний и высокий вакуум;
— в лабораториях и исследованиях можно встретить все классы вакуума, в т.ч. и сверхвысокий.
Для получения всех классов в промышленности применяют различные конструкции вакуумных насосов, основные типы которых приведены в Таблице 3.
— от 100 мбар абс. до атмосферного давления — от 10 мбар абс. до атмосферного давления — от 2 мбар абс. до атмосферного давления — от 0,5 мбар абс. до атмосферного давления
от 600 мбар абс. до атмосферного давления
от 400 мбар абс. до атмосферного давления
от 150 мбар абс. до атмосферного давления
Водокольцевой вакуумный насос
от 33 мбар абс. до атмосферного давления
Сухой кулачковый вакуумный насос
от 20 мбар абс. до атмосферного давления
Пластинчато-роторный вакуумный насос с рецикркуляционной смазкой
от 0,5 мбар абс. до атмосферного давления
Сухой спиральный вакуумный насос
от 0,01 мбар абс. до атмосферного давления
Сухой винтовой вакуумный насос
от 0,01 мбар абс. до атмосферного давления
2-х ступенчатый пластинчато-роторный вакуумный насос с масляной ванной
В этом разделе основной акцент сделан на насосы для получения форвакуума, т.к. это самая востребованная ниша рынка вакуумного оборудования, и не только в России и странах СНГ, а и во всем мире.
Следует также знать, что высоковакуумные насосы не могут работать без вакуумных насосов фор- и среднего вакуума, т.к. они стартуют в работу только с пониженных давлений (как правило, со среднего вакуума) и выхлоп у них должен происходить в зону вакуума, иначе высокий и сверхвысокий вакуум недостижим. Т.о. форвакуумные насосы и насосы среднего вакуума востребованы во всех отраслях промышленности, высокотехнологичных сферах и в научных исследованиях.
Очень часто к нам обращаются люди, которые хотят купить вакуумный насос, но слабо представляют, что такое вакуум. Попытаемся разобраться, что же это такое.
Рассмотрим на примере, что такое вакуум и как его измеряют. На нашей планете существует атмосферное давление, принятое за единицу (одна атмосфера). Оно меняется в зависимости от погоды, высоты на уровнем моря, но мы не будем принимать это во внимание, так как это не будет никак влиять на понимание понятия вакуум. Итак, мы имеем давление на поверхности земли равное 1 атмосфере. Всё, что ниже 1 атмосферы (в закрытом сосуде), называется техническим вакуумом.
Возьмём некий сосуд и закроем его герметичной крышкой. Давление в сосуде будет равно 1 атмосфере. Если мы начнём откачивать из сосуда воздух, то в нём возникнет разряжение, которое и называется вакуумом. Рассмотрим на примере: в левом сосуде 10 кружочков. Пусть это будет 1 атмосфера. «откачаем» половину – получим 0,5 атм, оставим один – получим 0,1 атм.
На картинке показаны вакуумметры с различными шкалами, которые показывают одинаковый вакуум:
Из всего сказанного выше видно, что величина вакуума не может быть больше атмосферного давления.
На самом деле, все эти люди хотят формовать детали под вакуумом, но чтобы прижим детали был более 1 кг/см2 (1 атмосферы). Этого можно достичь, если накрыть изделие плёнкой, откачать из под неё воздух (в этом случае, в зависимости от созданного вакуума, максимальный прижим составит 1 кг/см2 (1 атм=1 кг/см2)), и после этого поместить это всё в автоклав, в котором будет создано избыточное давление. То есть для создания прижима в 2 кг/см2, достаточно создать в автоклаве избыточное давление в 1 атм.
Теперь несколько слов о том, как многие клиенты измеряют вакуум на выставке ООО «Насосы Ампика», у нас в офисе: включают насос, прикладывают палец (ладонь) к всасывающему отверстию вакуумного насоса и сразу делают вывод о величине вакуума.
Обычно, все очень любят сравнивать советский вакуумный насос 2НВР-5ДМ и предлагаемый нами его аналог VE-2100. После такой проверки, всегда говорят одно и тоже – вакуум у 2НВР-5ДМ выше (хотя на самом деле оба насоса выдают одинаковые параметры по вакууму).
В чем же причина такой реакции? А как всегда – в отсутствии знаний законов физики и что такое давление вообще.
Немного ликбеза: давление «P» – это сила, которая действует на некоторую площадь поверхности, направленная перпендикулярно этой поверхности (отношение силы «F» к площади поверхности «S»), то есть P=F/S. По-простому – это сила, распределённая по площади поверхности. Из этой формулы видно, что чем больше площадь поверхности, тем меньше будет давление. А также сила, которая потребуется для отрыва руки или пальца от входного отверстия насоса, прямо пропорциональна величине площади поверхности (F=P*S). Диаметр всасывающего отверстия у вакуумного насоса 2НВР-5ДМ – 25 мм (площадь поверхности 78,5 мм2). Диаметр всасывающего отверстия у вакуумного насоса VE-2100 – 6 мм (площадь поверхности 18,8 мм2). То есть для отрыва руки от отверстия диаметром 25 мм, требуется сила в 4,2 раза большая, чем для диаметра отверстия 6 мм (при одинаковом давлении). Именно по этому, когда вакуум измеряют пальцами, получается такой парадокс. Давление «P», в этом случае, рассчитывается как разница между атмосферным давлением и остаточным давлением в сосуде (то есть вакуумом в насосе).
Как посчитать силу прижима какой-либо детали к поверхности? Очень просто. Можно воспользоваться формулой приведенной выше, но попробуем объяснить попроще. Например, пусть требуется узнать, с какой силой может быть прижата деталь размером 10х10 см при создании под ней вакуума насосом ВВН 1-0,75.
Берём остаточное давление, которое создаёт этот вакуумный насос серии ВВН. Конкретно у этого водокольцевого насоса ВВН 1-0,75 оно составляет 0,4 атм. 1 атмосфера равна 1 кг/см2. Площадь поверхности детали – 100 см2 (10см х10 см). То есть, если создать максимальный вакуум (то есть давление на деталь будет 1 атм), то деталь прижмётся с силой 100 кг. Так как у нас вакуум 0,4 атм, то прижим составит 0,4х100=40 кг. Но это в теории, при идеальных условиях, если не будет подсоса воздуха и т.п. Реально нужно это учитывать и прижим будет на 20…40% меньше в зависимости от типа поверхности, скорости откачки, и т.п.
Теперь пару слов о механических вакуумметрах. Эти устройства показывают остаточное давление в пределах 0,05…1 атм. То есть он не покажет более глубокого вакуума (будет всегда показывать «0»). Например, в любом пластинчато-роторном вакуумном насосе, по достижении его максимального вакуума, механический вакуумметр всегда будет показывать «0». Если требуется визуальное отображение значений остаточного давления, то нужно ставить электронный вакуумметр, например VG-64.
Часто к нам приходят клиенты, которые формуют детали под вакуумом (например, детали из композиционных материалов: углепластика, стеклопластика и т.п.), это нужно для того, чтобы во время формовки из связующего вещества (смолы) выходил газ и тем самым улучшались свойства готового продукта, а так же деталь прижималась к форме плёнкой, из-под которой откачивают воздух. Встаёт вопрос: каким вакуумным насосом пользоваться – одноступенчатым или двухступенчатым? Обычно думают, что раз вакуум у двухступенчатого выше, то и детали получаться лучше.
Вакуум у одноступенчатого насоса 20 Па, у двухступенчатого 2 Па. Кажется, что раз разница в давлении в 10 раз, то и прижиматься деталь будет гораздо сильнее. Но так ли это на самом деле?
1 атм = 100000 Па = 1 кг/см2. Значит разница в прижиме плёнки при вакууме 20 Па и 2 Па составит 0,00018 кг/см2 (кому не лень – посчитает сам).
То есть, практически, разницы никакой не будет, т.к. выигрыш в 0,18 г в силе прижима погоды не сделает.
Как рассчитать за какое время вакуумный насос откачает вакуумную камеру? В отличии от жидкостей, газы занимают весь имеющийся объем и если вакуумный насос откачал половину воздуха, находящегося в вакуумной камере, то оставшаяся часть воздуха вновь расширится и займет весь объем. Ниже приведена формула для вычисления этого параметра.
В двух словах, это всё. Надеемся, что кому-нибудь эта информация поможет сделать правильный выбор вакуумного оборудования и блеснуть знаниями за кружкой пива.
Для создания разрежения в каком-либо вакуумном приборе, который обычно представляет собой стеклянный или металлический баллон, из него нужно удалить часть газа.
Для удаления газа необходимо иметь в своем распоряжении простейшую вакуумную систему (рис. 1), которая должна состоять, по крайней мере, из трех элементов: откачного средства 1 (вакуумного насоса), вакуумпровода 2, соединяющего насос с откачиваемым объемом, и откачиваемого объема 3.
До начала откачки давление во всех ее частях одинаково и газ в целом остается неподвижным. Включение откачивающего устройства, работа которого основана на принципе непрерывного выбрасывания порций газа через выпускной патрубок 4 в атмосферу, приведет к тому, что на место удаленного газа будет непрерывно поступать газ по вакуумпроводу из откачиваемого объекта, и количество его в системе будет непрерывно уменьшаться. Поскольку объем системы и температура газа остаются неизменными, то уменьшение его количества вызовет понижение давления, величину которого можно определить, применив уравнение Менделеева- Клапейрона
Однако в вакуумной технике удобнее пользоваться не сопротивлением вакуумпровода, а величиной, обратной сопротивлению, которую называют пропускной способностью или проводимостью U. Тогда
Можно также ввести понятие быстроты действия вакуумной системы S в любом ее сечении, где измерено давление P. Тогда аналогично уравнению (7) Из выражения (8) следует, что, зная
Предварительное разрежение для этих насосов обычно создается насосами первой группы, для которых наибольшее давление запуска P3 равно атмосферному. Для удобства эксплуатации насосов второй группы их часто объединяют в агрегаты с насосами первой группы.
У большинства насосов при достижении остаточного давления, кроме остаточных газов, на входе имеются и конденсирующиеся пары, в связи с чем различают полное остаточное давление, т.е. сумму парциальных давлений остаточных газов и паров, и давление остаточных газов.
Контроль основных параметров вакуумных насосов При изготовлении и эксплуатации вакуумных насосов возникает необходимость в периодической проверке основных эксплуатационных параметров насосов. Измерения параметров обычно проводят на испытательной установке, которая содержит, кроме испытуемого насоса, измерительную камеру, средства измерения давления, потока и состава газа, а также необходимую коммутирующую аппаратуру.
Полное предельное остаточное давление газа и паров измеряют обычно у насосов объемного действия. Для этого производят откачку измерительной камеры до тех пор, пока в ней установится, так называемое равновесное давление, т.е. такое давление, которое затем в течение следующих 3 часов изменится не более чем на 10%. Это установившееся равновесное давление и принимается за предельное остаточное давление насоса.
Измерение предельного остаточного давления газов у насосов других типов производится аналогичным образом с той лишь разницей, что перед манометрическим преобразователем, как правило, устанавливают азотную ловушку и до измерений проводят обезгаживание насоса и измерительной камеры. Следует также особо подчеркнуть, что часто возникают ошибки в измерении предельного остаточного давления, связанные с малой проводимостью трубопровода, соединяющего измерительную камеру с манометрическим преобразователем. Обычно эта проводимость должна быть не менее 50 л/с, однако, во всех случаях предпочтительней использовать манометрические преобразователи открытого типа.
Измерение быстроты действия насосов проводится следующими методами:
а) Метод постоянного объема
Рассмотрим вначале теоретический насос, т.е. такой насос, для которого быстрота действия не зависит от давления. Пусть за малый промежуток времени dx из объема V в рабочую камеру насоса перейдет элементарный объем газа dVH, а давление уменьшится на величину dP. Поскольку температура всей системы остается неизменной, то, применяя закон Бойля-Мариотта, получаем дифференциальное уравнение
которое после умножения и деления левой части на dx преобразуется к виду:
определяют графическим путем. Найденная таким образом величина Sh называется дифференциальной быстротой действия и характеризует производительность вакуумного насоса в любой момент времени.
Из рассмотренного выше следует, что метод постоянного объема пригоден в тех случаях, когда речь идет об определении быстроты действия насосов, не обладающих большой производительностью.
б) Метод постоянного давления
Устанавливая натекателем различные давления Ph в измерительной камере и измеряя при этом поток напускаемого газа, снимают таким образом зависимость быстроты действия насоса от впускного давления Sh = J(Ph).
а) Метод калиброванного потока
Если эффективная быстрота откачки So в месте установки манометрического преобразователя 2 остается постоянной, то на основании уравнений:
б) Метод калибровочного сопротивления и двух манометрических преобразователей
Для измерения потока газа в трубопроводе устанавливают калиброванное сопротивление (капилляр, диафрагму) 3 с известной проводимостью. При движении газа на калибровочном сопротивлении 3 возникает разность давлений, которая измеряется с помощью манометрических преобразователей 1 и 2, устанавливаемых по обе стороны от сопротивления.
В качестве калибровочного сопротивления наиболее часто используют тонкие перегородки, в которых делается несколько отверстий. Толщина стенки перегородки должна быть не менее чем в 20 раз меньше диаметра отверстий в ней, которое в свою очередь должно быть во столько же раз меньше размера трубопровода.
Описанные выше методы применяют для измерения небольших потоков газов (менее 10-3 м Па/с). Для измерения средних по величине потоков может быть рекомендован следующий метод.
в) Метод ртутной капли
К входному патрубку насоса 1, быстроту действия которого требуется определить, присоединяется объем 2 с манометром 3 и трубка небольшого сечения с регулируемым натекателем 4. Вход натекателя 4 сообщается с атмосферой через капилляр 5 и кран 6. При работающем насосе и открытом кране 6 натекателем можно отрегулировать такое количество поступающего в насос воздуха, чтобы манометр 3 показал требуемое стабильное давление Р. Затем в трубку 5 впускается капля ртути, кран 6 закрывается и с этого момента времени τ1 капля ртути начинает свое перемещение. Перекрыв натекатель 4 или соединив систему краном 6 с атмосферой, останавливают перемещение ртути в трубке 5.
Недостаток этого метода связан с использованием ртути, из-за токсичности которой нужно иметь специальное оборудование и строго соблюдать правила техники безопасности.
Дозирование потоков более 0,2 м Па/с можно проводить с помощью ротаметров, в которых используется сопротивление движению потока газа, создаваемое поплавком, находящимся в вертикальной конической трубке.
Пластинчато-роторный насос состоит из цилиндрического ротора 2 (рис. 6), ось вращения которого расположена эксцентрически относительно оси статора 1 так, что ротор и статор касаются друг друга в верхней точке по образующей. Ротор по диаметру имеет прорезь (проем), в которую помещены две пластины 6 и 7, прижимаемые к цилиндрической поверхности статора пружиной 8. Кроме того, в корпусе статора имеются входное
отверстие 11 и выпускной канал, в котором смонтирован клапан 9. Таким образом, ротор, статор и пластины создают три объема 3, 4, 5.
Объемы, расположенные между общей образующей и отверстиями в статоре, являются «вредными» пространствами. Вредность пространства у выходного отверстия заключается в том, что в нем газ сильно сжат, в то время как в полости всасывания создается разрежение, в результате чего возможен прорыв газа в откачиваемую систему.
Трущиеся поверхности пластинчатых насосов должны быть хорошо обработаны и нуждаются в постоянной смазке. Смазка, кроме того, служит для заполнения пространства 5 в конце сжатия. Это необходимо для открытия выпускного клапана, когда вакуум, создаваемый насосом, приближается к предельному и давление сжатого газа недостаточно для открытия выхлопного канала.
Для получения лучшего предельного вакуума применяют последовательное соединение двух насосов, как показано на рис. 7. Они выполняются в одном блоке, и тогда насос называется двухступенчатым. Для двухступенчатых насосов предельное давление около 10-3 мм рт. ст. Для увеличения быстроты откачки вакуумной системы допускается параллельное включение механических насосов.
В пластинчато-статорном насосе пластина 3 расположена в статоре 1 (рис. 8). Так как ротор 2 насажен эксцентрически по отношению к камере и вращается вокруг оси симметрии в цилиндрической полости статора, пластина под действием пружины
4 может совершать возвратно-поступательные движения, разделяя камеру на две полости: всасывающую и выпускную.
К основным преимуществам пластинчато-статорных насосов относятся малый объем вредного пространства у выходного отверстия и меньшее количество таких мест внутри насоса, через которые газ смог бы просачиваться в откачиваемую систему.
Принцип газового балласта Вращательные механические насосы непригодны для эффективной откачки объемов, содержащих значительные количества конденсирующихся паров, так как последние не подчиняются закону Бойля-Мариотта. При сжатии давление пара остается постоянным, а его излишек переходит в жидкую фазу и, смешиваясь с маслом, образует эмульсию. Поэтому через выхлопной клапан насоса выбрасывается увлажненный сжатый воздух, а основная масса пара, попавшего в насос, остается в сконденсированном состоянии в виде масло-жидкостной эмульсии или растворяется в масле, что приводит к быстрому ухудшению предельного давления насоса.
Были предложены различные методы устранения этого недостатка, например, нагревание масла, центрифугирование. Наиболее удобной оказалась продувка газа с использованием газобалластного устройства, которое устанавливается в корпусе насоса и может быть по необходимости открыто или закрыто. В таких насосах пары не конденсируются вследствие того, что в определенный момент рабочего цикла в камеру насоса подается атмосферный воздух, и степень сжатия газопаровой смеси значительно снижается. Рассмотрим для примера работу газобалластного пластинчато-роторного насоса (рис. 9).
Для впуска балластного газа используется добавочное отверстие D, находящееся перед выхлопным клапаном. Когда пластина проходит отверстие D, в область переноса впрыскивается некоторое количество воздуха при атмосферном давлении. При этом выхлопной клапан откроется до того, как произойдет конденсация паров.
В вакуумных насосах с продувкой степень сжатия за счет газового балласта снижается до 10, поэтому такие, насосы в состоянии откачивать пары воды при парциальных давлениях до нескольких десятков миллиметров ртутного столба. Влияние газового балласта на быстроту действия и предельный вакуум насоса показано на рис. 10, из которого видно, что предельный вакуум с продувкой (кривая 2) хуже, а скорость откачки со стороны низких давлений меньше, чем для обыкновенного насоса (кривая 1).
Однако, если предельное давление, получаемое с помощью балластного устройства, уже достигнуто, это значит, что основная масса конденсирующихся паров из откачиваемой системы удалена. Поэтому доступ балластного газа следует перекрыть, после чего может быть получен более высокий предельный вакуум.
Механический насос 1 может откачивать объем 2 либо через вакуумпровод 6, либо через вакуумпровод 7. Необходимая коммутация осуществляется трехходовым краном 8. Кран 9 служит для напуска атмосферного воздуха в механический насос после его остановки. Величина давления в объеме 2 измеряется деформационным 3 и термопарным 4 манометрами. Кран 5 служит для напуска атмосферного воздуха в объем 2.
Показания деформационного манометра переводятся в единицы давления с учетом атмосферного давления. При использовании термопарного вакуумметра давление находят по калибровочным графикам для лампы ПМТ-2.
Курс обучения «Основы течеискания и вакуумной техники» 15–17 февраля 2022 года
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова и ООО «ВАКТРОН» приглашают сотрудников предприятий принять участие в курсе повышения квалификации «Основы течеискания и вакуумной техники».
Программа является подготовительным курсом к аттестации персонала в области контроля герметичности по требованиям РОСТЕХНАДЗОР (СДАНК-01-2020, СДАНК-02-2020) и РОСАТОМ ГОСТ Р 50.05.01-2018, ГОСТ Р 50.05.11-2018.
По результатам обучения сотрудник получает удостоверение о повышении квалификации государственного образца по университетской программе дополнительного профессионального образования. Курс проводится согласно лицензии на образовательную деятельность №1103.
Проводимый экзаменационный контроль может быть учтен аттестационным центром для выдачи удостоверения на право подготовки заключений о контроле герметичности. Курс на практике подготовит к квалифицированной эксплуатации и обслуживанию современного вакуумного оборудования.
Занятия будут проходить в очной форме в отеле «Новый Петергоф», Санкт-Петербург, Петергоф, Санкт-Петербургский проспект, 34. Для слушателей семинара действуют специальные цены на бронирование номеров. Мест в группе – 15. Необходима предварительная регистрация. Регистрация участников: 8 (812) 989-04-49 доб.2, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова и ООО «ВАКТРОН» приглашают сотрудников предприятий принять участие в курсе повышения квалификации «Основы течеискания и вакуумной техники».