Глава 01.1 Вакуумные поршневые насосы

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

Геометрический объем насоса двойного действия (м³/с)

S_r = (п/4) (2D² — d²_шт) S_n п₀,

где D —диаметр цилиндра, м; d_шт —диаметр штока, м; S_n— ход поршня, м; п₀ — частота вращения коленчатого вала, с^-1.

Быстрота действия S (м³/с) насоса существенно изменяется в зависимости от давления р всасывания. Откачная характери­стика представляет собой зависимость S от р (рис. 1) и опре­деляется двумя параметрами: номинальной быстротой действия при номинальном давлении всасывания, значение которого опре­делено ГОСТ 26099—84, и предельным остаточным давлением, при котором быстрота действия равна нулю. В соответствии с ГОСТ 26099—84 номинальное давление всасывания для одно­ступенчатых насосов равно 5 кПа, для двухступенчатых — 1 кПа; предельное остаточное давление в соответствии с ГОСТ 26099—84 должно быть для одноступенчатых насосов не более 1 кПа и для двухступенчатых 0,05 кПа.

Коэффициент л откачки характеризует соотношение быстроты действия насоса и геометрического объема:

л = s/s_r.

Теоретической откачной характеристикой насоса (рис. 2) называют зависимости л₀ = f (т), где л₀ — объемный коэффициент откачки, учитывающий уменьшение производительности вслед­ствие влияния мертвого объема, и т =p_н/p, т. е. отношение давления нагнетания к давлению всасывания.

Для оценки энергетического совершенства насоса используют изотермический, изотермически-индикаторный коэффициенты полезного действия.

Вакуумные поршневые насосы, выпускаемые отечественной промышленностью и предназначенные для откачивания сухих газов, классифицируют по устройству органов распределения и перепуска (рис. 3).

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. 4) 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 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.