Пластинчато-роторные насосы с масляным уплотнением - принцип работы, конструкция

12/04/2022

Пластинчато-роторные вакуумные насосы с масляным уплотнением являются основными насосами в большинстве вакуумных систем, используемых в промышленности. Их также называют форвакуумными насосами, когда используют в сочетании с бустерным насосом или как с бустерным, так и с высоковакуумным насосом, обычно диффузионного типа. Пластинчато-роторные насосы также могут использоваться отдельно, когда не требуется высокий вакуум и допустима более медленная откачка.

Доступны двухступенчатые конструкции, в которых используются два последовательно соединенных ротора внутри насоса. Одноступенчатые конструкции могут обеспечивать вакуум 4 х 10-2 мбар, в то время как двухступенчатые конструкции могут достигать 4 х 10-3 мбар.

Принцип работы

Из различных технологий вакуумных насосов пластинчато-роторные насосы считаются жидкостными объемными насосами. Их часто называют “влажными” насосами, потому что перекачиваемый газ подвергается воздействию масла, используемого в качестве смазки для обеспечения уплотнения.

По этой причине масло тщательно отбирается и специально разрабатывается для данного применения. Принудительное вытеснение указывает на то, что насос работает, механически захватывая объем газа и перемещая его через насос, создавая низкое давление на стороне впуска.

 

В пластинчато-роторном насосе существует четыре стадии работы.

Всасывание. При первом повороте ротора на 180° газ поступает в насосную камеру. Объем, занимаемый газом, увеличивается за счет пространства в форме полумесяца, создаваемого установленным со смещением ротором. Давление газа уменьшается пропорционально увеличению его объема (закон Бойля). Это втягивает газ в насос и создает необходимый вакуум.

Перенос. Самая верхняя лопасть проходит через впускное отверстие, изолируя его от перекачиваемого газа.

Сжатие. Дальнейшее вращение сжимает и нагревает газ перед самой нижней лопастью, уменьшая его объем за счет уменьшения пространства между ротором и статором.

Выброс. По мере того как самая нижняя лопасть продолжает свое вращение, давление перед ней увеличивается достаточно, чтобы заставить выпускной клапан открывается, выпуская газ под давлением, немного превышающим атмосферное.

Конструкция насоса

Пластинчато-роторные насосы сконструированы таким образом, что статор насоса погружен в масло и содержит эксцентрично установленный ротор. Ротор содержит две лопасти, которые скользят в диаметрально противоположных пазах. Лопасти могут быть подпружинены, но в остальном они опираются на центробежную силу, которая толкает наружу стенку статора. При вращении ротора кончики лопастей постоянно соприкасаются со стенкой статора.

Весь узел обрабатывается и собирается с жесткими допусками, так что зазор между верхней частью ротора и стенкой статора составляет приблизительно 0,025 мм. Это уплотнение заполнено маслом, обеспечивая герметичность между впускной и выпускной сторонами. Масло циркулирует из масляного резервуара во внутреннюю часть насоса и выпускается через выпускной клапан вместе с откачиваемым газом.

Предельное давление, которого может достичь насос, ограничено обратной утечкой через двойное уплотнение и выделением газов из смазочного масла. Давление на выходе может достигать 1000 мбар, а на входе - 0,01 мбар, что означает, что перепад давления на маслонаполненном уплотнении составляет примерно 1000:0,01. При перепадах давления, превышающих этот предел, произойдет обратная утечка через уплотнение, что представляет собой один из ограничивающих факторов предельного вакуума, достигаемого пластинчато-роторными насосами.Одним из важнейших компонентов пластинчато-роторного насоса является выпускной клапан, который снабжен несколькими отверстиями. В одной из распространенных конструкций клапанов используется эластомер (искусственный каучук) или фторэластомер с металлической опорной пластиной. Металлическая опорная пластина ограничивает перемещение эластомерной части клапана.Некоторые клапаны полностью металлические, без эластомера, но такая конструкция подвержена эффекту, известному как «обратное всасывание», если насос останавливается под вакуумом. Поскольку в клапане не используется эластомер, масло может просачиваться через него и “всасываться” обратно через насос в вакуумную камеру или печь. Поскольку клапан открывается и закрывается при каждом вращении, он является источником шума и подвержен износу, независимо от того, используется эластомер или нет.

Различие одноступенчатых и двухступенчатых пластинчато-роторных насосов

Одним из ограничивающих факторов пластинчато-роторного насоса является двойное уплотнение. В одноступенчатом  пластинчато-роторном насосе разница давлений на уплотнении может достигать 100 000:1 (1000 мбар против 0,01 мбар). Выше этого предела двойное уплотнение начнет пропускать масло со стороны высокого давления на сторону низкого давления. Это создает обратный поток, то есть движение перекачиваемого масла обратно в камеру или систему.

Для создания более высокого вакуума используется двухступенчатая конструкция насоса. Выход высоковакуумной ступени соединен трубопроводом с входом низковакуумной ступени. Поскольку вход в ступень низкого вакуума значительно ниже атмосферного давления, такая конструкция приводит к более низкому давлению на выходе ступени высокого вакуума, в отличие от одноступенчатой конструкции, у которой атмосферное давление на выходе. Это уменьшает перепад давления между двойным уплотнением и лопастями в высоковакуумной ступени, позволяя работать при более высоком входном давлении. Между высоковакуумной и низковакуумной ступенью нет выпускного клапана, но он есть на выходе из низковакуумной ступени.

 

Сферы и области применения пластинчато-роторных насосов

Пластинчато-роторные устройства достаточно широко распространены в различных отраслях промышленности и задействованы во многих технологических операциях. Ниже представлены основные направления использования данных устройств.

  • Пищевая промышленность: розлив в бутылки, вакуумная упаковка, производство молочной и прочей продукции.

  • Целлюлозно-бумажная промышленность: деревообработка и полиграфия.

  • Химическая промышленность: изготовление изделий из пластика.

  • Механическая промышленность: машиностроение, авиационно-космическое производство, металлургия, кораблестроение и так далее.

  • Медицина: фармацевтика, область исследований, вакуумные системы в учреждениях здравоохранения.

  • Текстильная промышленность: обработка текстиля и изготовления изделий из кожи.

Наш блог

Мы всегда рады поделиться с вами всем, что происходит в мире вакуума.
Навигация