Одноступінчасті пластинчасто-роторні вакуумні насоси
Вакуумні пластинчасто-роторні насоси (Rotary vane pumps) відносяться до групи об'ємних гідромашин із зовнішнім стисненням. Одноступінчасті насоси використовуються там, де потрібний вакуум середньої глибини (від 0,1 до 10 мбар). More
У цьому розділі знаходяться тільки одноступінчасті мастильні моделі. Двоступінчасті та безмасляні варіанти розташовані у сусідніх категоріях.
Конструкція та принцип роботи пластинчасто-роторного насоса.
Основний елемент пластинчасто-роторного насоса - ротор (робоче колесо) з прорізами, у яких вільно ковзають кілька пластин.
Мал. 1: насос Becker у розрізі. Ротор на цьому насосі обертається за годинниковою стрілкою. Прорізи для пластин розташовані назустріч руху,
Ротор насоса завжди менший, ніж робоча камера. Встановлюють його ексцентрично: як правило, ротор стосується робочої камери лише в одному місці. Коли вал обертається, відцентрова сила виштовхує пластини з пазів і притискає їх до стін робочої камери. В результаті, між пластинками утворюється замкнутий об'єм. Коли пластини з ротором рухаються по колу, відстань між ротором та стінкою насоса змінюється. На широкій ділянці між стінкою та ротором створюється розрідження, в яке засмоктується повітря. Коли відстань між ротором та стінкою насоса скорочується, повітря стискається. У точці максимального стиснення повітря виходить у атмосферу. Анімація нижче демонструє роботу пластинчасто-роторного насоса із двома лопатками. На практиці виготовляють насоси і з більшим числом лопаток, оскільки кожна лопатка дозволяє збільшити граничний перепад тиску. Але, збільшувати кількість лопаток нескінченно не можна: тертя лопаток об корпус створює велику кількість тепла, яке потрібно швидко відводити. Та й перепаду тиску в три-чотири порядки достатньо для більшості завдань. Наприклад, у моделі VSV-300 встановлені три лопатки, що дозволяють досягти вакуум з абсолютним тиском 0,08 мБар.
Мал. 2: спрощена анімація роботи пластинчасто-роторного насоса із двома лопатками. Червона область – зона стиснення. Синя область – зона розрідження.
На анімації вище показано класичну конструкцію «одноразової дії». Саме така схема використовується у більшості популярних насосів, таких як AiVac ASV або DVP LC. Головна перевага такої конструкції - простота виготовлення та достатнє тепловідведення. Єдиний недолік такої конструкції — радіальне навантаження на вал: з одного боку від ротора, що обертається, завжди розташована зона з високим тиском, а з іншого — з низьким.
Мал. 3: стрілкою відзначено напрямок згинальної сили в пластинчастому насосі одноразової дії.
Для того, щоб нейтралізувати дію згинальних сил, була розроблена конструкція пластинчасто-роторного насоса багаторазової дії: в ній ротор стосується стін робочої камери в двох і більше місцях. Так як зони стиснення розміщуються один навпроти одного, у «багатократниках» згинальні сили взаємно нейтралізуються. Компонування робочої камери з кількома зонами стиснення не тільки захищає вал від передчасного зношування, але й дозволяє перекачувати більше газу при тих же габаритах. Адже за один оберт робочого колеса перекачуються відразу кілька порцій повітря. Разом з тим, така конструкція потребує відведення значно більшої кількості тепла. Тому дворазові конструкції рідко використовуються у промисловому устаткуванні.
Якщо насос призначений для роботи в режимі 24/7, на перший план виходить саме питання охолодження. І тут одноразова конструкція є перевагою. Усі насоси у нашому каталозі мають саме таку конструкцію.
З іншого боку, моделі з обмеженим часом безперервної роботи можна виготовляти за схемою кількома зонами стиснення. Насоси «дворазової» дії, зокрема, можуть застосовуватися для заправки кондиціонерів — такі насоси є досить компактними, але потребують перерв у роботі для охолодження.
Мал. 4: пластинчасто-роторний насос багаторазової дії
Переваги
Пластинчасто-роторний насос поєднує у собі високу швидкість відкачування газу, можливість працювати тривалий час у режимі підтримки вакууму. низький залишковий тиск, а також низький рівень шуму. Окремо варто відзначити його довговічність: так, пластини та стінки робочої камери з роками зношуються, але це лише покращує взаємне припасування. Наприклад, у насосах AiVac пластини можуть зноситися майже на третину, і все одно відцентрова сила досить щільно притискатиме їх до корпусу. Більше того, у процесі роботи пластини притираються до робочої камери, скорочуючи зазор і дозволяючи створювати більш глибоке розрідження.
Про вакуумне масло
Відведення надлишкового тепла - не єдине завдання, яке доводиться вирішувати конструкторам пластинчасто-роторних насосів. Для того, щоб пластинки легше ковзали по стінках робочої камери, потрібне мастило. У більшості випадків робоча камера насоса змащується вакуумним маслом. Це масло служить своєрідним ущільненням, заповнюючи простір між пластинками ротора і стінкою робочої камери. Крім того, олія бере участь і в охолодженні робочої камери насоса. Завдяки цьому масляні пластинчасто-роторні насоси можуть створювати глибший вакуум, ніж сухі конкуренти.
Малюнок 5. Вакуумне масло необхідне для ущільнення, мастила та охолодження пластинчасто-роторного вакуумного насоса.
Як правило, масло з масляного резервуару засмоктується в робочу камеру в зоні розрідження (1), проходить разом з повітрям через робочу камеру, а потім разом з повітрям викидається в масляний сепаратор (2). У сепараторі масло стікає вниз, масляний резервуар, а повітря піднімається вгору, проходить через фільтри масляного туману для остаточного очищення, і тільки після цього потрапляє в атмосферу.
Малюнок 6. Реалістична схема руху олії у вакуумному насосі.
Профілактика несправностей
Ми вже писали вище, що при роботі з пластинчасто-роторним насосом важливо стежити, щоб у насосі не накопичувався конденсат. Можна вказати три основні рекомендації для запобігання утворенню конденсату:
Під час роботи газобаластовий вентиль насоса найкраще завжди тримати відкритим.
Перед початком відкачування газу, що містить водяну пару, насос повинен бути прогрітий до робочої температури (вказана в інструкції з експлуатації). Для цього достатньо перекрити всмоктувальну лінію насоса та ввімкнути двигун на кілька хвилин.
Газ, що відкачується, повинен бути по можливості холоднішим, ніж корпус насоса. Це додатково захистить насос від випадання конденсату.
Наступне, що важливо звернути увагу — температура корпусу насоса. Повітря у пластинчасто-роторних насосах стискається безпосередньо у робочій камері. Більше того, стиск відбувається постійно. В результаті та частина робочої камери, де відбувається стиск газу, досить сильно нагрівається. (Для порівняння, у поршневих насосах нагрівання відбувається тільки при русі поршня в напрямку клапанів. У той час, поки поршень рухається назад, циліндр має час на охолодження.) Через те, що стінка пластинчастого насоса сильно нагрівається, необхідно забезпечити достатньо простору довкола насоса для природної вентиляції.
Ще одна порада з експлуатації: пластинчасті насоси нагріваються тим менше, чим менше тиск на лінії, що всмоктує. Вакуумний насос прослужить значно довше, якщо його використовувати для тривалої підтримки вакууму, ніж якщо його періодично вмикати та вимикати.
Саме тому пластинчасто-роторні вакуумні насоси не люблять довго працювати в «грубому» вакуумі, тобто при абсолютному тиску на вході в насос в діапазоні від 200 до 1000 мбар.
