Вакуумные насосы

В металлургии получили распространение насосы, которые по принципу действия можно объединить в две большие группы. Насосы с вращающимся ротором, действие которых основано на механическом вытеснении воздуха или газа, заполняющего рабочий объем, движущимися частями, и пароструйные насосы, в которых используют эжектирующее действие струи пара рабочей жидкости в результате диффузии молекул газа в струю пара или захвата их. В механических насосах для уплотнения зазоров и смазки трущихся деталей применяют специальное вакуумное масло. Такие насосы принято называть механическими масляными насосами. Кроме того, имеются сухие механические насосы, в которых масло для уплотнения не применяют. Из масляных насосов широкое применение получили пластинчато-роторные, пластинчато-статорные и золотниковые насосы.
В корпусе пластинчато-роторного насоса (рис. 87) вращается эксцентрично расположенный ротор, в пазах которого находятся две пластины. Пружиной пластины, прижимаясь к стенкам корпуса, делят рабочий объем камеры на увеличивающийся при вращении объем впуска и уменьшающийся объем выпуска. В результате увеличения объема на стороне впуска создается разряжение и откачиваемый газ из печной установки по впускному патрубку засасывается в насос. На стороне выпуска газ сжимается и при давлении, превышающем давление пружины выпускного клапана, выбрасывается из насоса в атмосферу через выпускной клапан.

Корпус насоса погружен в бак с маслом, которое, просачиваясь в насос, уплотняет зазоры и предотвращает обратный прорыв газа. Одновременно масло охлаждает трущиеся части насоса и препятствует поступлению газа в насос из атмосферы.
В механических насосах между подвижными частями возникают большие силы трения, что ограничивает скорость вращения ротора и соответственно производительность насоса. Поэтому их используют для создания разрежения до 133,3 мПа.
В насосах с масляным уплотнением используют специальное вакуумное масло, представляющее собой машинное масло, из которого в результате вакуумной перегонки удалены низкокипящие фракции. Вакуумное масло способно поглощать влагу и окисляться, в процессе эксплуатации теряет первоначальные свойства. Поэтому масло в вакуумных насосах необходимо периодически заменять.

Принцип действия пароэжекторного насоса (рис. 88) основан на турбулентном захвате газа струей рабочего пара. Пар, подаваемый под давлением в паровую камеру, через специальное сопло истекает в воздушную камеру. Пар расширяется, причем потенциальная энергия (давление) переходит в энергию кинетическую и струя пара в воздушной камере движется со сверхзвуковой скоростью. При быстром движении струи пара часть живой силы ее передается слоям окружающего газа, которые получают скорость в направлении струи и увлекаются ею в диффузор. В плавно расширяющейся части диффузора движение пара и газа постепенно замедляется и кинетическая энергия струи вновь превращается в потенциальную энергию давления Вследствие этого между входом с диффузор и выходом из него поддерживается 4—10-кратный перепад давления. Если давление снаружи на выходе из диффузора принять равным атмосферному, то давление на выпуске может быть в 4—10 раз меньше, т. е. от 10,6 до 20 кПа.
Для получения более низких давлений устанавливают несколько насосов. Например, при последовательном включении в систему пяти эжекторных насосов можно получить вакуум 6,66 Па.

Для получения глубокого вакуума, порядка 133,3*10в-4 Пa и ниже, в вакуумной металлургии применяют диффузионные насосы. На рис. 89 представлена схема трехступенчатого диффузионного паромасляного насоса. Насос, имеет водоохлаждаемый цилиндрический кожух с глухим днищем, в которое вставлены паропроводы с соплами. Специальное масло, продукт перегонки нефти, заливают в кипятильник и нагревают электроподогреватетем. Масло испаряется в кипятильнике, пары его поднимаются по паропроводу к соплам, выходят через них в объем насоса, конденсируются на стенках и масло стекает вниз и вновь попадает в кипятильник. В результате постоянного испарения и конденсации рабочей жидкости (масла) между паропроводом и объемом насоса поддерживается значительный перепад давления. Вследствие перепада давления, а также специальных конструкций сопел пар истекает в объем корпуса насоса со сверхзвуковой скоростью. Молекулы откачиваемого газа увлекаются струей пара так же, как в эжекторных насосах, получают направление движения вниз и скапливаются в зоне конденсации пара. Там они увлекаются следующей ступенью откачки, последовательно сжижаются каждой ступенью, пока не попадут в зону действия механического насоса, и удаляются из диффузионного насоса.
Предельный вакуум, создаваемый диффузионными насосами, определяется числом ступеней насоса и конструкцией сопел.
Обычно у диффузионных насосов предусматривают не более пяти ступеней откачки, что позволяет создавать разрежение до 133,3*10в-7 Па. Более глубокий вакуум (до 133,32*10в-11 Па) получают с помощью ионизации молекул в электрическом разряде либо ионносорбционных насосов.