Вращательные механические безмасляные насосы

Двухроторные насосы

Схема устройства двухроторного насоса показана на рис. 3.10. В овальной рабочей камере корпуса 1 синхронно вращаются два ротора 2, в сечении напоминающие цифру 8. Последовательное положение роторов при вращении схематично изображено на рис. 3.11. Синхронность вращения обеспечивается закрепленными на валу роторов шестернями связи 3, вынесенными за пределы рабочей камеры. Смазка шестерен и опорных подшипников осуществляется разбрызгиванием масла из масляной ванны. Полость масляной ванны, образованной корпусом и крышками 4 и 5, герметична. Вывод ведущего вала уплотняется манжетой. Для надежной герметизации вала и увеличения ресурса манжеты из масленки 6 на манжету постоянно подается масло. В двухроторном насосе используется масло для насосов с масляным уплотнением.

Рис. 3.10. Схема двухроторного насоса:
1 — корпус; 2 — два ротора; 3 — шестерни связи; 4, 5 — крышки; 6 — масленка

Особенность двухроторных насосов — наличие довольно больших зазоров в роторном механизме, составляющих несколько десятых миллиметра. Если в рассмотренных ранее насосах перетечки газа с выхода на вход сказываются только при работе в области впускных давлений, близких к остаточному, а в остальное время ими можно пренебречь, то в двухроторном насосе их надо учитывать постоянно, так как они соизмеримы с откачиваемым потоком. Объемная скорость перемещения газа роторами постоянна и определяется геометрическими размерами рабочей камеры и скоростью вращения роторов. Количество же газа, протекающего по зазору, зависит от рода газа и разности давлений на входе и выходе насоса. Отсюда становится очевидной зависимость быстроты действия и предельного остаточного давления от рода откачиваемого газа и впускного и выпускного давлений. Двухроторные насосы при тех же габаритах имеют значительно большие быстроты действия, чем пластинчатые насосы, так как изза отсутствия трения между ротором и статором можно существенно увеличить их частоту вращения. В вакуумной системе двухроторные насосы всегда работают последовательно с форвакуумными насосами (обычно низковакуумным механическим насосом с масляным уплотнением). Двухроторный насос как бы улучшает характеристики форвакуумного насоса: снижает предельное остаточное давление, повышает быстроту действия в области относительно низких впускных давлений, снижает обратный поток углеводородов, так как при работе самого насоса масло не требуется.

Рис. 3.11. Последовательные положения роторов при работе. Стрелками показано направление потока откачиваемого газа и вращения роторов

Эксплуатация и обслуживание
Многое из того, что относится к подготовке к эксплуатации насосов с масляным уплотнением, относится и к двух- роторным насосам. В частности, аналогична установка насоса. Между двухроторным насосом и форвакуумным насосом обязательна постановка сильфонного компенсатора.
Повышение в процессе эксплуатации остаточного давления двухроторного насоса чаще всего объясняется появлением течи во фланцевом соединении. В этом легко убедиться по тому факту, что и выпускное давление оказывается несколько выше обычной величины. Другой причиной повышения остаточного давления может быть неисправность фор-вакуумного насоса. При отыскании причин повышения остаточного давления над двухроторным насосом вначале необходимо убедиться в исправности форвакуумного насоса, а затем исследовать двухроторный насос.
Неглубокие риски и царапины на роторах практически не влияют на характеристики двухроторного насоса.

Кулачковые насосы
В последние годы развитие технологии привело к появлению нескольких разновидностей безмасляных форва-куумных насосов, которые выпускаются несколькими фирмами.

В первую очередь это кулачковые насосы, которые являются аналогами двухроторных. Их основной принцип — в использовании четырехступенчатой конструкции. В поперечном сечении насос представляет два параллельных цилиндра (рис. 3.12). Внутри них два согласованно вращающихся в противоположные стороны ротора 1 вокруг их вертикальных осей. Вращение роторов строго синхронизировано, как и в двухсторонних насосах. Для достижения оптимальной откачки зазоры между роторами, а также между роторами и стенками насоса очень малы. Они составляют несколько сотых миллиметрах. Роторы периодически открывают и закрывают впускное и выпускное отверстия. Начало рабочего цикла приходится на момент, когда правый ротор едва открывает впускное отверстие 5. При этом газ начинает течь в непрерывно увеличивающийся впускной объем 3 до тех пор, пока правый ротор не покроет входное отверстие. После этого оба кулачка проходят через центральное положение, и газ сжимается в компрессионной камере 2 до тех пор, пока левый ротор не откроет выпускное отверстие 4.

Рис. 3.12. Принцип работы кулачкового насоса:

1 — роторы; 2 — компрессорная камера; 3 — впускной объем; 4 — выпускное отверстие; 5 — впускное отверстие; 6 — промежуточная ступень газа продувки

Сжатый газ немедленно попадает во входное отверстие 5 и снова попадает во впускной объем 3. Впуск и выпуск газа происходят в течение двух полупериодов. Каждый ротор производит два оборота в процессе полного рабочего цикла. Установленные между откачными ступенями промежуточные диски имеют каналы для пропуска сжатого газа верхней от-качной ступеньки к впуску нижней следующей секции. При этом все впускные и выпускные отверстия располагаются вертикально друг над другом. В то время как в двухроторных насосах входящий газ откачивается при постоянном объеме и сжатие газа осуществляется только в форвакуумной линии, в кулачковых насосах компрессия происходит уже внутри корпуса насоса до того, как газ до-стигает выпускного отверстия. На рис. 3.13 показаны ориентировочные давления в отдельных секциях кулачкового насоса при впускном давлении ~10"3 мм рт. ст. Для удовлетворения широким требованиям эксплуатационных параметров Leybold выпускает две серии кулачковых насосов, которые отличаются главным образом типом процесса компрессии. Это насосы с внутренней компрессией, они многосекционные и используются в полупроводниковой промышленности. Вторая серия — это насосы без внутренней компрессии, двухсекционные и предназначены для химических приложений.

Рис. 3.13. Распределение давления в откачных секциях кулачкового насоса

Спиральные насосы
Основу спиральных насосов составляют две одинаковые спирали или ленты, свернутые в спирали, называемые эволь-вентной кривой. Одна спираль фиксируется и остается неподвижной в процессе работы. Другая спираль двигается по орбитам вокруг стационарной. Как видно из рис. 3.14, ор-битное движение подвижной спирали создает газовые объемы серповидной формы, позволяющие газу двигаться внутрь насоса. Эти газовые объемы по мере вращения подвижной спирали сжимаются. Газ двигается вдоль спирали по направлению к центру спирали. Когда газ достигает центра, он выходит через выпускной клапан

Рис. 3.14. Модель механизма откачки спирального насоса

Такие насосы имеют высокую скорость откачки (300—600 л/мин), малые размеры, низкое остаточное давление (10~2—10~3 мм рт. ст.).