Минимальное давление в верхнем положении поршня Рmin

Рmin=∆V/Vmax·760 мм.рт. ст.

Так как клапан к1 может открыться только когда Pn>Pmin, исключая другие факторы (давление паров, натекание и т.д.), то Pmin следует считать предельным давлением, достаточным поршневым насосом (1―0.1 мм.рт. ст.).

Вращательные насосы.

Двух роторный насос.

Имеется два ротора 1, который вращается в противоположные стороны без соприкосновения между собой и статором.

Зазор – несколько сотых мм.

Количество оборотов – 2000—3000 об/мин.

Не надо применять смазок, так как нет трущихся деталей. Поскольку есть зазоры, происходит натекание тем больше, чем выше давление на выходе. По этому насосы данного типа требуют предварительного разряжения. Предельный вакуум 10 ^–5мм. рт. ст. Обладают постоянной быстротой действия Sн при 10<P 10^-3мм. рт. ст.

Вращательные пластинчатые насосы.

Свое название насосы получили из-за наличия в их конструкции пластин, которые в одном типе насосов вращаются вместе с ротором (пластинчато-роторные, многопластинчатые насосы), а в другом – расположены в статоре (пластинчато-статорные насосы).

Пластинчато-роторный насос.

1. Пластины; А – полость впуска;

2. Пружина; В – полость переноса;

3. Ротор; С – полость выпуска;

4. Статор; к – клапан.

Ротор и статор касаются по образующей ab. При вращении ротора объем полости А увеличивается – происходит всасывание газа. Полость выпуска С уменьшается, что приводит к сжатию газа и выталкивание его наружу.

Быстрота действия насоса может быть записана в виде

Sн=nV

n – число оборотов, V – рабочий объем камеры (объем статора – объем ротора).

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 разряжение в результате чего возможен прорыв газа в откачиваемую систему.

Насос нуждается в смазке - недостаток!

Предельный вакуум Рп – зависит от:

1. Величины вредного пространства

2. Качества обработки поверхности

3. Сорта смазки

Для одноступенчатого Рп – 10^-1 – 10^-2 мм. рт. ст.

Для двухступенчатого Рп ≈ 10^-3 мм. рт. ст.

Пластинчато-статорные насосы.

1. Ротор, к – клапан,

2. Статор, А – всасывающая полость,

3. Пластина В – выпускная полость,

4. Пружина.

Ротор насажан эксцентрически по отношению к камере. Пластина под действием пружины может участвовать в возвратно-поступательном движении разделяя рабочую камеру на две полости:

всасывающую А и выпускную В. При вращении объем полости А увеличивается, В – уменьшается.

Быстрота действия Sн=nV

Преимущества:

1. Малый объем вредного пространства

2. Меньшее количество малых мест через которое газ смог бы просачиваться в откачиваемую систему.

Для повышения герметичности и смазки трущихся поверхностей весь агрегат насоса, за исключением входного патрубка, помещается в масляную ванну.

Предельный вакуум Рп – 10^-4 мм. рт. ст.

В практики нашли применение многопластинчатые вращательные насосы: в эксцентричном посаженом роторе имеется несколько пазов, в которых находятся подвижные пластины.

Насосы, работа которых основана на использовании явления внутреннего трения.

Общие сведения. Согласно кинетической теории внутреннее трение обусловлено передачей импульса от молекул быстро движущегося слоя молекулам медленно движущегося слоя. Работа насосов, которые используют это явление заключается в следующем: при движении рабочего вещества (жидкость или пар) в трубке переменного сечения устанавливается перепад давлений описывающих уравнением Бернули

Р₁-Р₂=0.5ρ(U₂²-U₁²),

Где Р₁, U₁ - давление и скорость в сечении S₁

Р₂, U₂ - давление и скорость в сечении S₂

ρ – массовая плотность рабочего вещества.

Водоструйные насосы.

1. водоструйная магистраль;

2. сужение;

3. отводная трубка;

струя воды с давлением несколько кг/см² подается в трубку 1 и вместе ее сужения выходит с повышенной скоростью. В избежания разбрызгивания отводная трубка 3 делается расширенной. Вследствие внутреннего трения струя воды увлекает с собой газ откачиваемого объема и переносит водогазовую смесь к выпускному отверстию насоса.

Предельный вакуум Рп=5―20 мм. рт. ст. (Рнас. воды).

Пароэжекторные насосы.

Эжектор – сверхзвуковое расширяющееся сопло. Струя пара рабочей жидкости (вода, ртуть, масло) выходящая из сопла 1 в камеру 2 расширяется и ее энергия давления переходит в энергию скорости потока. Форма сопла 1 выбирается такой, чтобы при выходе из него пар двигался со скоростью, больше скорости звука. При этом на границе струи появляется турбулентный слой, приводящий к интенсивному перемешиванию пара и откачиваемого газа и сообщения последнему направленной скорости. То есть в камере смешивания газ получает компоненту скорости в направлении потока рабочего вещества. Образовавшаяся парогазовая смесь из камеры смешения 2 попадает в расширяющийся диффузор 3 в котором скорость уменьшается, а статическое давление возрастает. То есть энергия скорости снова переходит в энергию давления. Из диффузора 3 газ выходит при давлении, значительно превышающем давление на входе в камеру смешения.

Основное преимущество эжекторных насосов: большая быстрота действия в диапазоне Р=10^-1―10^-2 мм. рт. ст., то есть в той области, которая близка к предельному вакууму насосов предварительного разряжения (например – вращательных). Эжекторные насосы рационально располагать между высоковакуумным насосом и насосом предварительного разрежения.

Бустерные насосы (вспомогательные).

В бустерных насосах начальное давление молекулярного газа производится за счет вязкостного трения, имеющего место на границе струя-газ с дальнейшей его диффузией в струю пара рабочей жидкости. Бустерные насосы применяются в диапазоне давлений Р=10^-1―10^-4 мм. рт. ст. при сравнительно высоком вакуумном давлении (1―10 мм. рт. ст.). На верхней границе диапазона механизм откачки чисто вязкостный, а на нижней границе – промежуточный, с переходом к молекулярному.

Для поддержания постоянной быстроты действия насоса во всем диапазоне давления применяют последовательное соединение ступеней откачки.

Критерием оптимальной работы отдельных ступеней является выполнение уравнения непрерывности потока.

Q=P₁S₁=P₂S₂=…=P_iS_i

S и P – быстрота действия и входное давление соответствующих ступеней многоступенчатого насоса.

Многоступенчатые насосы удобно создавать используя сопла зонтичного типа:

1. подсопельник;

2. зонт.

1. нагреватель;

2. рабочее вещество;

3. сопла;

4. охладительная рубашка;

5. подушка.

Молекулярные насосы.

При изучении вращательного вакуумного насоса газ рассматривается с макроскопической точки зрения, как непрерывная среда, в целом неподвижная, хотя каждая молекула участвует в тепловом движении. Изучая молекулярные насосы, необходимо рассматривать газ с микроскопической точки зрения и учитывать поведение и свойства отдельных молекул.

По конструктивному выполнению различают:

а) механические;

б) диффузионные молекулярные насосы.

Механические молекулярные насосы.

Используется специфика явления удара молекул газа о поверхность твердого тела. При таком взаимодействии они не отражаются, как упругие шары, а удерживаются на поверхности некоторое время (малое), после чего удаляются от нее в направлениях, подчиняющихся закону косинусов. Приведя в движение твердое тело, мы тем самым сообщим ударяющимся о его поверхность молекулам газа переносную скорость, направленную в сторону движения поверхности.

Достоинства:

1. откачка до Р=10^-10 мм. рт. ст. ―10^-11;

2. нет рабочих жидкостей;

3. не обязательно низкое предварительное разряжение.

Недостатки:

1. зазор между ротором и статором ≈0.1 мм это сложно;

2. при попадании посторонних частиц – заклинивание.

Диффузионные молекулярные насосы.

Работа диффузионных молекулярных насосов основана на принципе передачи импульса молекулам откачиваемого газа. Направленную скорость молекулы откачиваемого газа получают при соударениях с более тяжелыми молекулами струи.

Откачиваемый объем 2 содержащий газ В сообщается трубкой 4 с магистралью большого диаметра 1, по которой движется поток молекул рабочего газа (пара). Через трубку 4 происходит взаимная диффузия молекул А и В. Но если стенки 4 охладить до Т₁<Т_кр газа А, он конденсируется и не попадает в 2. В то время как газ В, у которого Т>Т_кр свободно будет диффундировать в 1.

Рассмотрим конструкцию парортутного насоса.

Насос предварительно откачивается до ≈1 мм. рт. ст. при этом ртуть кипит ≈120 °С. Про диффундировавший газ под воздействием уларов со стороны атомов ртути проталкивается вниз и ударяется насосом предварительного разряжения.

Дата добавления: 2015-07-20