Пластинчато-роторные и пластинчато-статорные вакуумные насосы

Пластинчато-роторный вакуумный насос — насос объемного действия, в котором эксцентрично установленный ротор вращается относительно неподвижной поверхности статора, при этом две (или более) пластины, скользящие в прорезях ротора, прижимаются к внутренней поверхности статора и делят камеру на полости А и А’ с изменяющимися в течение времени объемами. Схема насоса приведена на рис. 3.11. Пластинчато-роторные вакуумные насосы (далее ПРВН) впервые разработаны и выполнены в 1912 г. В. Гедэ. По некоторым оценкам составляют от 60 до 90 % от общего числа форвакуумных насосов.

ПРВН с масляным уплотнением выполняют обычно с двумя пластинами в роторе (ступени). Материал пластин — металл, асбо- и стеклотекстолитовая пластмасса. Казенный завод порошковой металлургии в г. Бровары (Украина), выпускает пластины из материала триболит с улучшенными антифрикционными свойствами.

Прижимание пластин в роторных насосах осуществляется за счет пружин центробежной силы при вращении. Принцип измерения объема виден на рис. 3.11. Внешний вид насосов различных производителей показан на рис. 3.12. При повороте на угол от 0 до 180° объем камеры А (отсчитывая от точки 1 к точке 2 по часовой стрелке) увеличивается, а объем камеры А уменьшается, затем камеры меняются местами (угол от 180 до 360°), т.е. процесс всасывания происходит в течение половины оборота ротора. Газ из мертвого объема по особому каналу перепускается в область всасывания 2-й ступени.

Пластины выполняют как радиальными, так и наклонными (рис. 3.13), угол наклона v = 8—15°, что позволяет увеличить длину, отсюда и срок службы пластины, а также уменьшить вероятность заклинивания («залегания») пластин в роторе.

Масло в насосе отводит избыток тепла, смазывает трущиеся детали и вакуумно уплотняет зазоры. Маслозаполненные насосы обычно выполняют двухступенчатыми (существуют и одноступенчатые). В двухступенчатых насосах для уменьшения потерь в мертвом пространстве первой ступени ее соединяют с всасывающим каналом второй ступени; пластины ступеней в двухступенчатом насосе смещены на 90° относительно друг друга.

В пластинчато-статорном насосе эксцентрично закрепленный ротор вращается, скользя по внутренней поверхности статора, а пластина, поступательно движущаяся относительно статора, прижимается к ротору и делит рабочую камеру на части с изменяющимися объемами А и А’ (рис. 3.14).

Пластинчато-статорные насосы (ПСН) с масляным уплотнением выполняют с одной пластиной. В пластинчато-статорных насосах пластина движется возвратно-поступательно. Процесс всасывания происходит в течение полного оборота ротора.

Достоинства: характерная особенность ПРВН — наличие в рабочих полостях масла, заполняющего зазоры между корпусом и пластинами и ротором и пластинами и исключающего перетекание откачиваемой среды через них. Клапаны также покрыты маслом, что повышает их герметичность, уменьшает величину мертвого объема, увеличивает быстроту действия насоса и глубину вакуума.

ПСН имеют большую глубину вакуума, чем у ПРВН, но меньшую быстроту откачки (так как за один оборот происходит один цикл откачки, а не два, как у ПРВН). Величина мертвого объема у ПСН также меньше, чем у ПРВН.

Недостатки. Неприятной особенностью ПРВН и ПСН является выброс масла во всасывающий трубопровод в момент запуска, а также нагнетание масла во всасывающую магистраль под действием атмосферного давления в момент останова. В связи с этим на всасывающей магистрали устанавливают запорный и напускной клапаны и (или) специальную емкость-маслоуловитель. Однако такая система защиты не всегда надежна.

Другим минусом ПРВН является конденсация паров (воды, трихлорэтилена и др.) и газов при сжатии. Конденсат вместе с откачиваемым газом попадает в основной масляный резервуар и загрязняет масло. Кроме того, он начинает испаряться на стороне всасывания и создает противодавление, препятствующее откачке, а также ухудшает смазку трущихся поверхностей. Вступая во взаимодействие с маслом, пары и конденсат некоторых веществ образуют нерастворимый шлам, выпадающий в осадок либо осмоляющий масло (меняющий его вязкость и другие свойства). Для паров воды и легкоиспаряющихся веществ эффективна откачка с газобал-ластом, т.е. с дозированной подачей неконденсирующегося газа со стороны выхлопа для выравнивания давлений и исключения конденсации откачиваемых паров в насосе.

Принцип действия газобалластного клапана. Газобалластный клапан обычно используется в пластинчато-роторных вакуумных насосах при откачке паровоздушной смеси, содержащей значительное количество конденсируемых паров. Газобалластный клапан (изобретен в 1935 г. Вольфгангом Гедэ) предотвращает конденсацию паров в вакуумном насосе. На стадии сжатия (рис. 3.15) в рабочий цилиндр подается дозированное количество воздуха или другого неконденсирующегося газа, что позволяет создать в камере давление, достаточное для срабатывания выхлопного клапана, но не превышающее давление насыщенных паров при данной рабочей температуре.

Кроме того, используются ловушки на магистрали всасывания (рассмотрим далее) и ингибиторные добавки, предотвращающие окисление масла, или специальные масла. В некоторых случаях применяют очистку масла.

Основные области применения. Насосы предназначены для откачки воздуха и неагрессивных газов, очищенных от механических загрязнений и капельной жидкости. Одноступенчатые насосы применяются в сельхозтехнике (доение, распыление удобрений), коммунальной и пожарной технике (ассенизаторы, илососы и автоцистерны), сушильных камерах, вакуумных аспираторах, для вакуумной упаковки, термоформовки и инфузии (пропитка) композитов, вакуумных прижимов и захватов. Двухступенчатые — в основном в качестве основных и форвакуумных насосов откачки вакуумных систем.

Обозначение: РВН-6М, РВН-6ИМ, РВН 40/350-1 СВ — ротационный вакуумный насос; И — передвижной, М — модернизированный. ВНК-2 — вакуумный насос-компрессор. НВУ-1М: цифра 1 — быстрота действия, м³/мин. НВПР-240 (310) — на-соскомпрессор вакуумный пластинчато-роторный, м³/ч. КО-503(505, 510), НВ-18 (ОАО НПП «Адонис», г. Чайковский), Leybold S 1,5 (малогабаритный одноступенчатый насос), VALUE 1FY-2B (Китай), Z-1,5 (Тайвань).

Эти насосы являются одноступенчатыми. Предельное остаточное давление 6-13 (до 85) кПа; быстрота действия 0,11-0,85 м³/с; мощность двигателя 3-75 кВт; частота вращения насоса 500-1500 мин^-1; масса 50-4500 кг.

Насосы ВН-461М, РВН-20, ВН-2 — пластинчато-статорные, двухступенчатые.

Пластинчато-роторные насосы НВР-16Д, 2НВР-5ДМ, 3НВР-1Д: НВР — насос вакуумный роторный, цифра — быстрота действия, л/с; Д — двухступенчатый, М — модернизированный.

Насосы, выпускаемые за рубежом (обозначения):

BW 16 (до 200 м³/ч) — Республика Беларусь.

TRIVAC® A/AC (B/BCS, D, E) Series (Лейбольд, Германия, США); RD-4 (5, 8), RZ-16 (REFCO, Великобритания); серии EM (Edwards, Великобритания); вакуумные насосы серии DS фирмы Varian Vacuum Technologies; VACFOX VC 202 и 303 (м³/ч) производства компании Elmo Rietschle (Германия); UVL 3, RA 5 — Busch (Германия); VALUE 2FY-2B (Китай, двухступенчатый), 2Z-5 (Тайвань); серии EM — PVR (Италия); серия PK/P — ILMVAC GmbH (Германия); серии T и DVT (Becker, Германия); серии DS фирмы Varian Vacuum Technologies (США), TOP-3 (Испания), Blue Vac (ITE, Бельгия).

Предельное остаточное давление 6,7—10^-1 Па; мощность привода 0,25-5,5 кВт; масса 9,5-400 кг; частота вращения 1500 об/мин.

Среди более старых марок, выпускаемых серийно или опытно, можно встретить следующие: ИО-0,02-0,07, ВН-461-494, НВР-5Д.

Основные производители в России и СНГ: ОАО «Вакуум-маш», г. Казань; завод «Насосэнергомаш», г. Сумы (Украина), ЧТУП «Вакуумные системы», Республика Беларусь.

Основные производители за рубежом: Leybold Vacuum Products, Inc., Varian Vacuum Technologies (США); REFCO, BOC Edwards (Великобритания); Elmo Rietschle, Busch (Dr.-Ing. K. Busch GmbH), ILMVAC GmbH, Becker (Германия); PVR, DVP Vacuum Technology (Италия); ITE (Бельгия).

Безмасляные пластинчато-роторные вакуумные насосы. Принцип действия аналогичен маслозаполненным ПРВН, лопатки выполняются из антифрикционного материала (обычно — графит).

На рис. 3.16 представлена схема и внешний вид ПРВН МАСRO (Германия). На рис. 3.17 показаны модели насосов Becker (Германия).

Достоинства: «безмасляный» вакуум.

Недостатки: более высокое предельное остаточное давление.

Основные области применения: упаковка, пищевая и фармацевтическая промышленность, медицина.

Обозначение: PICOLINO VTE, PICO VLT, DRUVAC VTA, MICOVA VTR, MACRO производства компании Elmo Rietschle (Германия); PLV производства компании PVR (Италия); T и DVT VT, KVT, VTLF производства компании Becker (Германия).

Циркуляционные смазываемые маслом вакуумные насосы. Принцип действия аналогичен маслозаполненным ПРВН, масло дозированно подается в зону трения и уплотнения, периодически проходя очистку. Предельное остаточное давление 0,5-15 Па. Серийно выпускаются со встроенным сепаратором масляного тумана, масляным фильтром, обратным клапаном со стороны всасывания, всасывающим фильтром.

Внешний вид насосов различных марок показаны на рис. 3.13.

Достоинства: возможность постоянной очистки и дегазации масла.

Недостатки: более высокое предельное остаточное давление.

Основные области применения: упаковка, пищевая и фармацевтическая промышленность, медицина. Используются в химической и нефтегазовой отраслях. Эти насосы также применяются на бензо- и газозаправочных станциях.

Обозначение: L, WR (Water Resistant — с отделением паров воды), FKM (ограниченно химстойкие — для откачки газов) компании DVP Vacuum Technology (Италия); Enivack RE 0016-0063A, Huckepack HO 0429 F — пластинчато-роторные двухступенчатые насосы производства Busch (Германия); PVL/EU производства PVR (Италия).