Розанов Л.Н. Вакуумная техника 1990 (1065500), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Для определения предельного давления запишем уравнение материального баланса а +а,=а„ где бо — количество газа в откачиваемом объекте до начала цикла откачки; бв — количество газа, поступающего в откачиваемый объем в процессе откачки; б! — количество газа в объекте и насосе после выполнения одного цикла откачки. Это уравнение можно переписать в виде Р,Ур+ аР.Р...
=Р, (У,+ У„), (4.13) где Ур — объем откачиваемого объекта (реципиента); Ук — объем рабочей камеры насоса; У, — объем вредного пространства; Р, ,— давление выхлопа; а! — коэффициент, учитывающий газовыделение насоса и степень прорыва газа; рр, р! — начальное и конечное давления в откачиваемом объекте. Решим уравнение (4.!3) относительно давления р11 Ур Ув Ур Р1=Рр у +у, 1 у Р»кк у у -1- а — ' р к Р р+ к Осуществляя еще один цикл откачки, получим 1 а Ур+Ук Ур Ур+~ к ~ У +1 к) После откачки и циклов можно получить следующее выражение: в ! Р»=Рр 1(+(У /У )1 У 1(+(У?У)! Здесь первое слагаемое при и-»со стремится к нулю, второе может быть подсчитано по формуле для суммы бесконечно убывающей геометрической прогрессии: Х, 1 Ур -! 1( +(Ук!'Ур)! При и — 1-оо (4.14) можно представить в более простом виде: Ув Р,р — — а,— ' Р,„„. к Из этого выражения видно, что предельное давление определяется отношением объема вредного пространства к объему рабочей камеры насоса, давлением выхлопа и коэффициентом а1, учитывающим газовыделение насоса и прорыв газов из камеры сжатия в камеру всасывания насоса, Общий газовый рк поток самого насоса состоит из газовыделения основных деталей, выделения р в о 4.? РУ-диаграмма газов, растворенных в рабочей жидкости, упругости паров рабочей жидкости, натеканий через соединения в корпусе насоса.
Предельное давление объемной откачки можно улучшить уменьшая общий обратный поток из насоса. Этого можно добиться применяя ловушки, предотвращающие проникновение паров рабочей жидкости насоса в откачиваемый объект, или последовательно соединяя две ступени откачки для уменьшения прорыва газов из камеры сжатия в камеру всасывания. Потребляемая вращательным насосом мощность %' расходуется на сжатие откачиваемого газа до выхлопного давления (полезная мощность (У,) и на преодоление сил трения (мощность потерь %',р)! (У= 1(1,+ 1Р',р. ДиагРамма Работы насоса в кооРдинатах Р, У, пРедставленная на рис. 4.7, определяет работу единичного цикла сжатия. Как известно из термодинамики, в случае политропического процесса работа сжатия »1 — 1 (4.15) кк — ) ( '1 Р! ) здесь У! — наибольший объем рабочей камеры насоса; !и — показатель политропы; р! и р, — давления всасывания и выхлопа. Работа одного цикла сжатия (заштрихованная область на рисунке) где Ук — объем рабочей камеры насоса в момент достижения вы.
хлопного давления рв. Так как для политропического процесса спра- ведливо соотношение р»У» =р, У,, то т — 1 1 Р» ! Ра) )» Р!У1 Р!1 ! 11 ) Р Подставляя выражения (4.15) н (4.1?) в (4.16), получим А=»к, — ~( ~')" — 1~ . 8 З лу иметь Рис. 48. Зависимость потреблаемоа монгиости от давления Так как полезная мощность, потреб- ляемая насосом, %'„= А//„= гтА, где 1и=1/и — время цикла, то, восполь- зовавшись выражением для А, будем Так как 5„= У1п, можно записать (4.19) Продифференцируем (4.19) по р1 и приравняем нулю полученное выражение: (4.20) Из анализа (4.19) и (4.20) следует, что Ю,=О при р1=0 и р1= =р., а максимальная потребляемая мощность наблюдается при Р, = па/гп График зависимости потребляемой мощности от давления показан на рис.
4.8. Для пт=1, 2 и р,=10а Па максимум потребляемой мощности соответствует З,З 104 Па. Для низких давлений (менее 10в Па) вся потребляемая мощность является мощностью потерь на трение (Р,р. При высоких давлениях (-10' Па) потребляемая мощность снижается, так как уменьшается требуемая степень сжатия газа. $4.4. Конструкция объемных насосов Объемные насосы в зависимости от выбора конструктивной схемы делятся на поршневые, жидкостно-кольцевые и ротационные. В поршневых откачка осуществляется за счет периодического изменения объема цилиндра.
Цилиндры могут быть простого и двойного действия с водяным или воздушным охлаждением. Скорость движения поршня обычно не превышает 1 м/с. Обычные поршневые насосы с самодейств)ющими клапанами имеют предельное давле. ние 4 10'... 1 1О' Па. Насосы с золотниковым распределением имеют более низкое предельное давление: 3 10в Па для одноступенчатых и 10' Па для двухступенчатых конструкций. Улучшение предельного давления достигается перепуском газа из мертвого про- 86 Рис. 49 Схема жидкостно- кольцевого насоса Р и с 4 10 Схема нластинчато.роторного насо- са странства в конце хода поршня во вторую полость цилиндра, в которой заканчивается процесс всасывания. Быстрота действия современных поршневых насосов составляет 10.
4000 л/с. Насосы обычно начинают работать от атмосферного давления. Недостатками поршневых насосов являются неравномерность процесса откачки, неполная уравновешенность, большие потери на трение 200 Вт/(л/с) и большая удельная масса 10...20 кг/(л/с). Жидкостно-кодвцевв1е насосы или насосы с жидкостным поршнем (рис. 4.9) имеют в цилиндрическом корпусе / эксцентрично расположенное рабочее колесо 2 с неподвижно закрепленными лопатками. Находящаяся внутри корпуса 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 5 в торцевой крышке поступает в насос. Затем объем ячеек уменьшается и сжатый газ через выхлопное отверстие 5 удаляется из насоса. В качестве рабочей жидкости для откачки смеси воздуха с водяным паром используется вода, для откачки хлора — концентрированная серная кислота и т. д. По конструкции и условиям эксплуатации эти насосы проще поршневых, так как не имеют клапанов и распределительных устройств. Предельное давление таких насосов определяется давлением насыщенных паров рабочей жидкости. Водокольцевые насосы име1от предельное давление (2 ...3)10а Па.
Насосы могут работать от атмосферного давления. В компрессорном режиме обеспечивают давление до 2 10в Па. Быстрота действия лежит в пределах от 25 до 500 л/с. Недостатком жидкостно-кольцевых насосов является довольно 87 Рис. 411. Схема много. нластинчатого роторного на- соса Р и с. 4.12. Вредное пространство пластинчато-роторного насоса большой удельный расход мощности 200 Вт/(л/с) из-за необходимости перемещения жидкости, находящейся в насосе. Удельная масса насосов около 10 кг/(л/с). Ротационноге вакуумные насосы имеют несколько конструктивных модификаций. Пластинчато-роторный насос (рис.
4.10) содержит цилиндрический корпус 7 с впускным 4 и выхлопным 3 патрубками и эксцентрично расположенный ротор 6, в пазах которого установлены пластины 5. Под действием центробежной силы пластины прижимаются к корпусу, обеспечивая изменение объема рабочей камеры насоса. Насосы с малой быстротой действия (-1 л/с) работают в масляной ванне, обеспечивающей герметизацию соединений насоса и снижение потерь на трение. Для предотвращения заполнения маслом рабочей камеры служит клапан 2. Начальное прижатие пластин к поверхности статора осуществляется пружиной /. Многопластинчатые насосы с быстротой откачки до 10а л/с выполняются по схеме рис.
4.11 с боньшим числом пластин. В этих насосах иет масляной ванны, а для уменьшения потерь на трение используются беговые кольца /, которые приводятся во вращение пластинами 2. Отверстия в беговых кольцах обеспечивают прохождение откачиваемого газа. В некоторых конструкциях, имеющих пластины из антнфрикционных материалов, можно обойтись без беговых колец. Предельное давление таких насосов определяется кроме газовыделения материалов насоса объемом вредного пространства и давлением насыщенных паров масла. Вредное пространство насоса обозначено на рис. 4.12 буквой В.
В пластинчато-роторных насосах (см, рис. 4.10) объем вредного пространства частично заполняется рабочей жидкостью. В корпусе насоса, выполненного по схеме рис. 4.11, из объема вредного пространства делается перепускной канал в одну из рабочих камер, не соединяющихся с откачиваемым объектом. Без учета давления насыщенных паров рабочей жидкости предельные давления насосов составляют 1 Па для схемы рис. 4.10 и 2 10' Па для схемы рис. 4.11. 88 Р и с 4 13 Птастинчато статорный насос Рнс 414 Зототниковый насос Предельное давление двухступенчатых пластинчато-роторных насосов составляет 10 а Па.
Удельная масса таких насосов от 10 до 30 кг/(л/с), удельный расход мощности от 0,1 до 0,3 кВт/'(л/с)„причем меньшие значения имеют миогопластинчатые роторные насосы. Ротационные насосы с катящимся ротором бывают двух видов: пластиичато-статорные и золотниковые насосы. Пластинчато-статорный насос (рис. 4.13) состоит из следующих основных элементов: корпуса /, эксцентричного ротора 2, выпускного патрубка 3, пластины 5, пружины 4, входного патрубка 5. Рабочее пространство насоса образуется между эксцентрично установленным ротором и корпусом насоса. При вращении по часовой стрелке за первый оборот ротора газ всасывается из откачиваемого объекта, а за второй происходит сжатие и выхлоп газа. Пластина под воздействием пружины герметично разделяет области всасывания и сжатия откачиваемого газа.
Золотниковый насос (рис. 4.14) состоит из корпуса 1, эксцентрично установленного ротора 2, золотника б, выпускного патрубка и обратного клапана 3, шарнира 7 и входного патрубка 4. Газ из откачиваемого объекта через входной патрубок и отверстия 5 в золотнике поступает в камеру всасывания А, увеличивающуюся при вращении ротора по часовой стрелке. В это же время объем камеры В уменьшается и находящийся в ней газ сжимается и выталкивается через выхлопной патрубок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
