Вакуум. Производство вакуума

Министерство  образования  и  науки  Украины

Приазовский  государственный  технический  университет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат  по  курсу

“Энергоснабжение  и  энергоаудит  теплотехнических  систем”

 

 

ВАКУУМ. ПРОИЗВОДСТВО  ВАКУУМА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент  гр. ЭТ-06

Фейерэйзен  И.А.

Проверила:

Айнагоз  Г.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Мариуполь  2009

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ	2
1  ВАКУУМНЫЕ  НАСОСЫ. ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА	3
2  ВАКУУМНЫЕ   ПОРШНЕВЫЕ   НАСОСЫ	4
3  ПЛАСТИНЧАТО-РОТОРНЫЕ  ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ	9
4  ДВУХРОТОРНЫЕ  ВАКУУМНЫЕ   НАСОСЫ	13
4.1. ВАКУУМНЫЕ  НАСОСЫ  С  ВНЕШНИМ  СЖАТИЕМ	13
4.2  ВАКУУМНЫЕ  НАСОСЫ   С  ЧАСТИЧНЫМ  ВНУТРЕННИМ  СЖАТИЕМ	15
5. ЖИДКОСТНО-КОЛЬЦЕВЫЕ   ВАКУУМНЫЕ  НАСОСЫ	17
6  ПЛУНЖЕРНЫЕ   НАКУУМНМЕ   НАСОСЫ	21
7 МОЛЕКУЛЯРНЫЕ  ВАКУУМНЫЕ   НАСОСЫ	23
8. ТУРБОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ   ВАКУУМНЫЕ   НАСОСЫ	26
СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ	28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее время  вакуумную технику широко используют в различных отраслях промышленности (электротехнической, электронной, радиотехнической, химической, металлургической, медицинской, пищевой и др.) для осуществления технологических процессов или обеспечения работы установок различного назначения (термообработки, переплава металлов и сплавов, нанесения тонких пленок, электронно-лучевой и диффузионной сварки, выпарных аппаратов, мясе-спектрометрии и др.), а также в криогенных установках и установках для имитации космических условий, ускорителях элементарных частиц.

Основным элементом  любой вакуумной системы, как  правило, является механический вакуумный  насос. В настоящее время разрабатывается серия новых конструкций механических вакуумных насосов с улучшенными откачными и энергетическими характеристиками и агрегатов на их основе, отвечающих современным требованиям, так как возникла необходимость в резком увеличении их производства для удовлетворения все возрастающей потребности в них практически всех отраслей промышленности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1  ВАКУУМНЫЕ   НАСОСЫ. ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА

 

Для создания вакуума  и отсасывания воздуха и технических газов применяют вакуумные насосы. Вакуумная выплавка и обработка позволяют получать специальные металлы высокого качества. Выплавку стали под вакуумом проводят в  индукционных и дуговых электропечах. Помимо вакуумной выплавки стали в электропечах, широкое распространение получила, и вакуумная обработка жидкой стали в ковшах и изложницах. Создание вакуума обеспечивается специальными системами, состоящими из вакуумных насосов и необходимого вспомогательного оборудования. Вакуумные насосы находят также широкое применение и в энергетике, в частности для создания необходимого вакуума в конденсаторах паровых турбин.

Работа вакуумных насосов  характеризуется предельным впускным давлением, наибольшим выпускным давлением, быстротой действия и производительностью. Предельным впускным давлением р₀ называют наименьшее давление, создаваемое вакуумным насосом, откачивающим газ в полностью герметизированной системе, где нет внутреннего газовыделения. Наибольшим выпускным давлением р_max называют такое давление в выпускном патрубке насоса, превышение которого вызывает обратный ток газа через насос и подъем впускного давления. Быстрота действия вакуумного насоса S_н,  определяется объемом газа, поступающего в насос в единицу времени при данном впускном давлении (давлении во всасывающем патрубке насоса) р_вп. Производительность вакуумного насоса определяется как произведение его быстроты действия на впускное давление, м^{3 .} Па/с

В зависимости от величины развиваемого предельного впускного  давления р₀   вакуумные   насосы   делят   на следующие   группы;   низкого  вакуума  (р₀ = 1 ^. 10⁴÷100 Па); среднего вакуума (р₀ = 100÷0,1 Па); высокого вакуума (р₀ = 0,1÷1 ^. 10^-5  Па); сверхвысокого вакуума (р₀ = 1 ^. 10^-5÷1 ^. 10^-12  Па).

По устройству и принципу действия вакуумные насосы делятся на механические и струйные. К механическим относятся насосы низкого и среднего вакуума. Они состоят из корпуса-статора, внутри которого помещается эксцентрично расположенный вращающийся ротор. Различают водокольцевые, пластинчатые, с масляным уплотнением и двухроторные механические вакуумные насосы. Наиболее распространены два первых указанных вида насосов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2  ВАКУУМНЫЕ   ПОРШНЕВЫЕ  НАСОСЫ

 

Вакуумные поршневые  насосы (ВИН) относятся к насосам  объемного принципа действия. ВПП  широко применяют в промышленности для откачивания сухих газов и газов с  примесью капельной влаги.

Вакуумные поршневые  насосы, выпускаемые отечественной  промышленностью и предназначенные  для откачивании сухих газов, классифицируют по устройству органов  распределения и перепуска (рис. 2.1).

 

 

 

Рис. 2.1. Классификация  насосов

 

Насосы без перепуска  применяют при давлении всасывания более 15 ... 20 кПа в одноступенчатом исполнении и 10 ... 20 кПа в двухступенчатом. Диапазон быстроты действия насосов без перепуска составляет от 0,01 до 2,5 м³/с. Предельное остаточное давление таких насосов в одноступенчатом исполнении 3... 6,5 кПа.

Для снижения предельного  давления р_пр в насосе применяют перепуск газа высокого давления, оставшегося в мертвом объеме А (рис. 2.2) после процесса нагнетания, в полость В цилиндра, в которой закончился процесс всасывания. Для этого на зеркале цилиндра выполняют перепускные каналы, сообщающие полости А и В. По перепускным каналам газ протекает из полости А в полость В, и давления в этих полостях выравниваются. Таким образом, обратное

 

 

 

 

Рис. 2.2. Схема  процесса  перепуска

 

расширение газа в  полости А начинается с давления смешения, т. е. с более низкого давления, чем давление нагнетания, при котором газ остается в мертвом объеме после процесса нагнетания. При этом ход поршня, необходимый для обратного расширения газа, уменьшается. В результате перепуска количество газа, всасываемого в цилиндр вакуум-насоса при определенном отношении давлений, увеличивается, а предельное остаточное давление на всасывании уменьшается.

Перепуск газа приводит к увеличению мощности, так как  энергия, затраченная на сжатие газа, оставшегося в мертвом объеме, не полностью возвращается в процессе обратного расширения. Давление газа в полостях в конце процесса перепуска различно, что объясняется гидравлическим сопротивлением и недостаточным временем – сечением при перепуске.

Насосы без перепуска  выполняют на базе существующих поршневых  компрессоров. Теоретические и действительные индикаторные диаграммы таких насосов не отличаются от диаграмм поршневых компрессоров.

Насосы с клапанным  распределением и перепускными каналами на зеркале цилиндра имеют номинальную быстроту действия до 2,5 м³/с. л их применение целесообразно при давлениях всасывания более 1,5-2 кПа.

Насосы с клапанным  распределением и перепускными каналами на зеркале цилиндра двойного действия имеют четыре — восемь перепускных каналов, равномерно расположенных по окружности цилиндра и занимающих до 50 % его периметра.

В СССР широко применяют быстроходный насос системы МВТУ с золотником поршневого типа и перепускными каналами, выполненными на зеркале цилиндра. Средняя скорость поршня насоса ограничена скоростью газа в перепускных каналах и в цилиндровых окнах и составляет 2 ... 4,5 м/с.

Особенностью насоса системы МВТУ (рис. 2.3) является использование золотника для дополнительного сжатия откачиваемого газа до давления нагнетания. Полости A_I и А_II цилиндра сообщаются с полостями B_I и В_II золотника или полостью всасывания каналами C_I и С_II.

Рис. 2.3. Схема  насоса  системы  МВТУ

В СССР серийно выпускают  одноступенчатые поршневые насосы ЗВНП-3 и ВНП-6, а также двухступенчатые  насосы 2ДВНП-6 и насосы ВН-120 с клапанным  распределением и перепускными каналами на зеркале цилиндра.

Насосы ЗВНП-3, ВНП-6 и 2ДВНП-6 унифицированы, т. е.  имеют одинаковые механизмы движения, станину, смазочную  систему и  цилиндропоршневую группу. Насосы ЗВНП-3 и ВНП-6 унифицированы полностью (рис. 2.4) и различаются только двигателем, шкивом и частотой вращения коленчатого вала. Вакуумный  насос 2ДВТ1П-6 (рис. 2.5) отличается от одноступенчатых добавлением цилиндра простого сжатия дожимающей ступени. В дожимающей ступени на всасывании используют щелевой канал, а на нагнетании — самодействующий клапан. Кроме того, во второй  ступени предусмотрен байпасный клапан, который служит для  выпуска газа на нагнетание при режимах работы, в которых не требуется сжатия газа в дополнительной ступени. 

 

 

 

 

 

Рис. 2.4. Вакуумная  установка  с  насосом  3ВНП-3  (ВНП-6)  системы  МВТУ:

а – общий  вид  установки;  б – схема  вакуумного  насоса  3ВНП-3 – (ВНП-6): 1 – насос;  2 – электродвигатель;  3 – маслинный  насос;  4 – коленчатый  вал;  5 – шатун;  6 – шток;  7 – поршень;  8 – корпус  цилиндра;  9 – золотник;  10 – шестеренный  масляный  насос  для  смазывания  механизма движения;  11 – эксцентрик

 

 

 

 

Рис. 2.5. Вакуумная  установка  с  насосом  2ДВНП-6  системы  МВТУ:

а – общий  вид; б  – двухступенчатый  вакуумный  насос  2ДВНП-6: 1- коленчатый  вал;  2 – шатун;  3 – шток; 4 – поршень;  5 – корпус  цилиндра;  6 – крышка-корпус  второй  ступени;  7 – поршень  второй  ступени;  8 – нагнетательный  клапан  второй  ступени;  9 – золотник;  10 – масляный  насос;  11- эксцентрик

 

3  ПЛАСТИНЧАТО-РОТОРНЫЕ  ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ

 

Пластинчато-роторные вакуумные насосы (ПРВН) отличаются простотой конструкции и обслуживания, быстроходностью, возможностью непосредственного соединения с двигателем, хорошей уравновешенностью. Недостаток этих насосов состоит в относительно высоких внутренних перетеканиях газа и механических потерях.

Насосы используют для  откачивания воздуха и неагрессивных  газов в металлургии, химии и  нефтехимии, строительной технике, сельском хозяйстве, а также на транспорте или в установках для транспортирования сыпучих материалов, сушки бетонных покрытий, в доильных установках, а также в вакуумных системах общего назначения. Газ до поступления в насос должен быть очищен от механических примесей и капельной влаги во избежание загрязнения смазочного материала и ускорения изнашивания сопряженных деталей.

Насосы разделяют на насосы, работающие со смазочным материалом и без него. При работе насосов без смазочного материала резко повышается их пожаро- и взрывобезопасность и улучшается санитарное состояние окружающей среды. Однако повышение давления газа в рабочей полости при отсутствии смазочного материала ниже повышения давления при подаче масла вследствие возрастания внутренних перетеканий газа. Масло, подаваемое в рабочую полость насоса, уменьшает потери на трение, уплотняет рабочие зазоры и охлаждает сжимаемый газ.

Для насосов, работающих со смазочным  материалом в рабочей полости, пластины изготовляют из стали 85, текстолита ПТ-7, асботекстолита А, стеклотекстолита СГ-1, СТЭФ-1, а для насосов, работающих без смазочного материала, — из неметаллических самосмазывающихся материалов, например графита УГ-20к. АГ-1500-Б-83. антифрикционной фторопластовой композиции ФКН-7 и др.

Насосы изготовляют в стационарном и в транспортном (переносном) исполнении. Быстрота действия отечественных насосов находится в пределах 0,0003 ... 0,833 м³/с. Корпус насоса имеет водяное или воздушное охлаждение. Воздушное охлаждение разделяют на принудительное (от вентилятора) и конвективное. Как правило, стационарные насосы большой быстроты действия имеют водяное охлаждение.

В зависимости от быстроты действия, типа смазочного материала и режима охлаждения техническую характеристику насоса задают во всем диапазоне создаваемого им давления всасывания (от предельного до атмосферного) или только па номинальном режиме.

Одноступенчатый насос со смазыванием трущихся поверхностен создает предельное остаточное давление около 2 кПа, а двухступенчатый — примерно 0,5 кПа.

На рис. 3.1 приведена конструктивная схема насоса с перепускным устройством и двумя разгрузочными кольцами. В неподвижном корпусе 1 вращается ротор 2, в пазы которого свободно вставлены пластины 3.   При

 

Рис. 3.1. Конструктивная  схема  насоса  с  перепуском  газа

 

вращении ротора пластины под действием  центробежных сил прижимаются ко внутренней поверхности колец.