29Дек

Масляный насос роторного типа: Масляный насос: описание, типы и конструкция

29 Дек 2022 alexxlab Комментировать

Масляный насос: описание, типы и конструкция

Смазка трущихся деталей двигателя осуществляется маслом, которое циркулирует в системе смазки мотора. При этом часть узлов и деталей смазывается только маслом под давлением, например, так осуществляется смазка коренных и шатунных вкладышей коленчатого вала. Задачи: циркуляция масла и подача его под давлением, решаются установленным в двигателе масляным насосом. Для обеспечения достаточного смазывания  и охлаждения масляный насос должен прокачивать через двигатель весь объем масла 4–6 раз в минуту. Кроме того, насос должен быть выполнен таким образом, чтобы в места смазывания после запуска холодного двигателя как можно быстрее подавалось моторное масло. И чтобы объёма подачи моторного масла было достаточно также при малой частоте вращения.

Привод масляного насоса осуществляется от коленчатого или распределительного вала.

При ремонте двигателя НАСТОЯТЕЛЬНО рекомендуется, масляные насосы менят.

Ремонт масляного насоса не предусмотрен.

Масляные насосы имеют длительный срок службы. Однако срок службы масляного насоса может сократиться из-за допускаемых во время технического обслуживания ошибок, недостаточного качества моторного масла, разбавления масла и попадания грязи. В результате всего этого может потребоваться досрочная замена масляного насоса.

Типы и конструция масляных насосов:

Существует два типа масляных насосов, которые отличаются по устройству и принципу действия:

— Шестереночного типа

— Роторного типа

Шестеренный масляный насос — масляный насос шестеренного типа представляет собой две шестерни – ведущую и ведомую, размещенные в корпусе. Масло в насос поступает через всасывающий канал, захватывается шестернями и нагнетается в систему через нагнетательный канал. Производительность шестеренного насоса пропорциональна частоте вращения коленчатого вала.

При превышении давления нагнетаемого масла определенной величины срабатывает редукционный клапан и перепускает часть масла во всасывающую полость или непосредственно в картер двигателя. Шестереночные насосы обычно создают постоянное давление (которое в разных двигателях колеблется от 2 до 16 атмосфер), а роторные насосы бывают как нерегулируемые, так и регулируемые — последние способны изменять подачу масла в зависимости от режимов работы двигателя.

Различают два вида конструкций шестеренных насосов:

-шестеренный насос с наружным зацеплением (шестерня около шестерни)

-шестеренный насос с внутренним зацеплением (шестерня в шестерне)

При равной производительности шестеренный насос с внутренним зацеплением имеет меньшие габаритные размеры. Масляные насосы шестеренного типа являются нерегулируемыми.

Роторный масляный насос — объединяет два ротора — внутренний (ведущий) и внешний (ведомый), которые помещены в корпус. Масло всасывается в насос, захватывается лопастями роторов и нагнетается в систему. Также как в шестерном насосе, при необходимости срабатывает редукционный клапан. Указанную конструкцию имеет нерегулируемый роторный насос.

Регулируемый роторный масляный насос — более совершенная конструкция роторного насоса, которая обеспечивает постоянное давление во всем диапазоне частоты вращения коленчатого вала. Для реализации функции регулирования давления в конструкцию роторного насоса добавлен подвижный статор с регулировочной пружиной. Регулирование производится путем изменения объема полости между ведущим и ведомым роторами за счет поворота статора. Применение регулируемого масляного насоса позволяет снизить величину отбираемой мощности от двигателя (в среднем на 30%), износ масла благодаря меньшей оборачиваемости, вспенивание масла.

Шиберный пластинчатый масляный насос — чтобы регулировать производительность насоса в зависимости от числа оборотов привода, была разработана конструкция пластинчатого (шиберного) масляного насоса. Имея в своем составе небольшое количество элементов, насос такой конструкции позволяет регулировать величину производительности за счет смещения наружного статора относительно центра вращения ротора. При максимальной частоте вращения коленчатого вала пластинчатый масляный насос нуждается лишь в половине приводной мощности по сравнению с шестеренчатыми насосами, что способствует снижению расхода топлива. Конструкция масляного насоса с маятниковыми золотниками позволяет изменять рабочий объем путем изменения эксцентриситета наружного ротора относительно центрального, и в связи с этим давление и производительность насоса. Эксцентриситет меняется при помощи специального регулирующего поршня, который в зависимости от давления масла изменяет положение наружного ротора. Такая конструкция насоса, по сравнению с обычными, позволила снизить механическую мощность привода до 2 кВт.

Масляный насос

07.02.2014 #Насос масляный # Система смазки двигателя

Масляный насос

В смазочной системе двигателя масло должно постоянно циркулировать, а на многие детали подаваться под давлением, иначе нормальная смазка будет невозможна.

Циркуляцию и нагнетание масла в двигатель обеспечивает простой узел — масляный насос. О том, какие типы масляных насосов существуют и как они устроены, а также об обслуживании насосов читайте в этой статье.


Назначение масляного насоса

Смазка трущихся деталей двигателя осуществляется маслом, которое циркулирует в системе смазки мотора. При этом часть узлов и деталей смазывается только маслом под давлением, например, так осуществляется смазка коренных и шатунных подшипников коленчатого вала. Эти задачи — циркуляция масла и подача его под давлением — решаются установленным в моторе масляным насосом. Однако в двигателях с «сухим картером» насос не только нагнетает масло в двигатель, но и откачивает масло из поддона картера и подает его в масляный бак.

В двигателях с «мокрым картером» масляный насос устанавливается в двигателе между расположенным в поддоне картера маслоприемником и масляным фильтром. В двигателях с «сухим картером» нагнетательный насос установлен между масляным баком и фильтром, а секции откачивающего насоса — между секциями картера (а также турбокомпрессора) и масляным баком или вспомогательным масляным радиатором воздушного охлаждения.


Виды и устройство масляных насосов

1. ведущая шестерня
2. корпус насоса
3. всасывающий канал
4. ведомая шестерня
5. ось 		6. нагнетательный канал
7. разделительный сектор
8. ведомый ротор
9. ведущий ротор

Существует два типа масляных насосов, которые отличаются по устройству и принципу действия:

— Шестереночного типа;
— Роторного типа.

В свою очередь, шестереночные насосы делятся на два вида:

— С наружным зацеплением шестерен;
— С внутренним зацеплением шестерен.

Шестереночные насосы обычно создают постоянное давление (которое в разных двигателях колеблется от 2 до 16 атмосфер), а роторные насосы бывают как нерегулируемые, так и регулируемые — последние способны изменять подачу масла в зависимости от режимов работы двигателя.

Насос с наружным зацеплением шестерен. Состоит из корпуса, внутри которого находятся две шестерни наружного зацепления: одна — ведущая, приводится в движение коленвалом через ременную или цепную передачу, вторая — ведомая, свободно вращается на запрессованном в корпус вале. С одной стороны насоса находится камера разрежения, здесь при вращении шестерен создается разрежение воздуха, вследствие чего всасывается масло. Это масло попадает между зубьев шестерен и корпусом, и переносится в камеру нагнетания, откуда направляется на масляный фильтр и в двигатель. Для нормальной работы насоса необходимо, чтобы зазоры между зубцами шестерен, а также шестернями и корпусом были минимальными.

Насос с внутренним зацеплением шестерен. Этот насос состоит из корпуса, в котором вращаются две шестерни внутреннего зацепления, то есть — одна внутри другой. Причем оси шестерен не совпадают, а ведомая шестерня имеет меньший диаметр, чем ведущая, поэтому между ними образуется серпообразная полость. В полости находится разделительный сектор, благодаря которому и производится нагнетание: масло через камеру разрежения попадает между зубцов шестерен и разделительным сектором, и переносится в камеру нагнетания.

Насос роторного типа. Принцип действия насоса этого типа аналогичен принципу работы насоса с шестернями внутреннего зацепления, однако здесь используются роторы с небольшим количеством лопастей. Насос состоит из двух роторов — ведущего внутреннего, и ведомого внешнего, они расположены эксцентрично. При вращении между лопастями внутреннего ротора и углублениями внешнего образуются движущиеся полости переменного объема. При прохождении над камерой разрежения такая полость расширяется и в нее всасывается масло. Затем полость уменьшается в объеме, масло сжимается, и при прохождении над камерой нагнетания масло с необходимым давлением подается в систему смазки.

Регулируемый роторный насос. Насос этого типа позволяет регулировать давление масла при изменении режимов работы двигателя. Регулировка осуществляется с помощью подвижного статора, охватывающего внешний ротор. Статор может сдвигаться относительно оси внутреннего ротора, вследствие чего изменяется объем полостей, а значит — и количество нагнетаемого масла.

Независимо от типа и вида, все масляные насосы оснащаются редукционными клапанами, которые предохраняют насос и всю смазочную систему от чрезмерного повышения давления на высоких оборотах двигателя. Редукционный клапан открывается при превышении порогового давления, и пропускает масло либо в полость разрежения насоса, либо в поддон картера. Наиболее часто используются простейшие пружинные клапаны.

1. Проставка масляного насоса
2. Ось ведомой шестерни
3. Шестерня ведомая нагнетающей секции
4. Корпус нагнетающей секции
5. Редукционный клапан
6. Корпус редукционного клапана
7. Пружина редукционного клапана
8. Шайба регулировочная
9. Заглушка
10. Шплинт
11. Шестерня ведомая масляного насоса
12. Втулка ведущего вала
13. Шпонка
14. Фланец упорный
15. Втулка промежуточной шестерни 		16. Промежуточная шестерня масляного насоса
17. Болт упорного фланца
18. Ось промежуточной шестерни
19. Болт оси
20. Прокладка регулировочная
21. Шестерня ведущая нагнетающей секции
22. Вал ведущий
23. Шестерня ведущая радиаторной секции
24. Шестерня ведомая радиаторной секции
25. Корпус радиаторной секции
26. Клапан предохранительный
27. Корпус предохранительного клапана
28. Пружина предохранительного клапана
29. Болты

Эксплуатация и обслуживание масляного насоса

Масляный насос — это довольно компактный и простой, а потому надежный узел, который может без ремонта и замены работать сотни тысяч километров. Главные требования к эксплуатации насоса те же, что и ко всей смазочной системе: использовать качественное масло, рекомендованное для данного двигателя, регулярно менять масляный фильтр (иначе механические загрязнения масла будут вредить насосу), и соблюдать правила пуска двигателя, особенно в холодное время года.

Необходимо отметить, что проверить и отремонтировать масляный насос может каждый автовладелец. Проверка насоса нужна в том случае, если в системе смазки упало давление масла, а также есть подозрения на утечку масла из насоса и другие неисправности.

Порядок проверки каждого конкретного насоса обычно прописан в инструкции к автомобилю, однако в общем случае она сводится к следующим шагам:

  1. Проверить переднюю крышку насоса на предмет трещин и деформаций. Если таковые обнаружатся — крышку необходимо заменить;
  2. Разобрать насос;
  3. Визуально проверить степень износа зубьев шестерен, при необходимости заменить шестерни;
  4. Определить плотность прилегания крышки насоса к шестерням, выявить уступы, щербины и другие повреждения, которые увеличивают зазор между шестернями и корпусом насоса;
  5. С помощью щупов проверить зазоры между зубцами шестерен — в разных насосах они неодинаковые, но лежат в пределах 0,1-0,3 мм;
  6. Измерить зазор между шестерней (шестернями) и корпусом — он в разных насосах составляет 0,1-0,25 мм;
  7. Измерить зазор между торцами шестерен и корпусом — обычно он не больше 0,14-0,25 мм;
  8. Также произвести измерение других зазоров и размеров, прописанных в инструкции (зазор между осью и ведомой шестерней 0,017-0,057 мм, зазор между валом насоса и корпусом 0,016-0,055 мм и другие).

Если все параметры в норме, то насос можно собрать и искать причину падения давления в другом месте. Если же будет обнаружен износ или деформация деталей, то их необходимо заменить, хотя в ряде случаев гораздо проще и дешевле купить новый масляный насос.

Другие статьи

#Планка генератора

Планка генератора: фиксация и регулировка генератора автомобиля

14.09.2022 | Статьи о запасных частях

В автомобилях, тракторах, автобусах и иной технике электрические генераторы монтируются к двигателю посредством кронштейна и натяжной планки, обеспечивающей регулировку натяжения ремня. О планках генератора, их существующих типах и конструкции, а также выборе и замене этих деталей — читайте в статье.

#Переходник для компрессора

Переходник для компрессора: надежные соединения пневмосистем

31.08.2022 | Статьи о запасных частях

Даже простая пневматическая система содержит несколько соединительных деталей — фитингов, или переходников для компрессора. О том, что такое переходник для компрессора, каких типов он бывает, зачем необходим и как устроен, а также о верном подборе фитингов для той или иной системы — читайте в статье.

#Стойка стабилизатора Nissan

Стойка стабилизатора Nissan: основа поперечной устойчивости «японцев»

22.06.2022 | Статьи о запасных частях

Ходовая часть многих японских автомобилей Nissan оснащается стабилизатором поперечной устойчивости раздельного типа, соединенным с деталями подвески двумя отдельными стойками (тягами). Все о стойках стабилизатора Nissan, их типах и конструкции, а также о подборе и ремонте — читайте в данной статье.

#Ремень приводной клиновой

Ремень приводной клиновой: надежный привод агрегатов и оборудования

15.06.2022 | Статьи о запасных частях

Для привода агрегатов двигателя и в трансмиссиях различного оборудования широко применяются передачи на основе резиновых клиновых ремней. Все о приводных клиновых ремнях, их существующих типах, особенностях конструкции и характеристиках, а также о правильном выборе и замене ремней — читайте в статье.

Вернуться к списку статей

Пластинчато-роторные насосы с масляным уплотнением

Пластинчато-роторные насосы с масляным уплотнением (или пластинчато-роторные насосы) являются основными насосами в большинстве вакуумных систем, используемых в термической промышленности. Их также называют «форвакуумными» насосами, когда они используются в сочетании с бустерным насосом или как с бустерным, так и с вторичным («высоковакуумным») насосом, как правило, диффузионного типа. Пластинчато-роторный насос также можно использовать отдельно, когда не требуется высокий вакуум и приемлема более медленная откачка.

Доступны двухступенчатые конструкции, в которых используются два последовательно соединенных ротора внутри насоса. Одноступенчатые конструкции могут обеспечить вакуум 3 x 10 -2 Торр (4 x 10 -2 мбар), в то время как двухступенчатые конструкции могут достигать 3 x 10 -3 Торр (4 x 10 -3 мбар).

Рисунок 1 | Поперечное сечение пластинчато-роторного насоса 3 (Рисунок предоставлен Найджелом С. Харрисом, магистром наук, к. физ., автором «Modern Vacuum Practice», 3-е исправленное издание, Kurt J. Lesker Company, 2007 г.)

Учитывая широкое распространение пластинчато-роторных насосов, конструкторам и пользователям промышленного вакуумного оборудования важно хорошо понимать принцип работы этих насосов. В этой серии статей будут рассмотрены принципы работы насосов, конструкции насосов, масла для насосов, конструкции одноступенчатых и двухступенчатых насосов, загрязнение и газовый балласт (ручной и автоматический), общие аксессуары, области применения, поиск и устранение неисправностей и техническое обслуживание насосов.

Принципы работы

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

По этой причине масло тщательно отбирается и специально разработано для конкретного применения. Положительное смещение указывает на то, что насос работает, механически улавливая объем газа и перемещая его через насос, создавая низкое давление на стороне всасывания.

Конструкция насоса

Пластинчато-роторные насосы (рис. 1) сконструированы таким образом, что статор насоса погружен в масло и содержит ротор, установленный эксцентрично. Ротор содержит две лопасти, которые скользят в диаметрально противоположных пазах. Лопасти могут быть подпружинены, но в противном случае полагайтесь на центробежную силу, чтобы толкать наружу стенку статора. При вращении ротора концы лопастей постоянно соприкасаются со стенкой статора.

Рисунок 2 | Внутренний вид верхней части пластинчато-роторного насоса (любезно предоставлено Edwards Vacuum)

Весь узел (рис. 2) обрабатывается и собирается с жесткими допусками, так что зазор между верхней частью ротора и стенкой статора (часто называемый «уплотнением Доу») составляет приблизительно 0,025 мм (1,0 мил) . Это уплотнение заполнено маслом, обеспечивая уплотнение между входной и выходной сторонами. Масло циркулирует из масляного резервуара внутрь насоса и выбрасывается через выпускной клапан вместе с перекачиваемым газом.

Максимальное давление, достигаемое насосом, ограничивается обратными утечками через уплотнение Duo и выделением смазочного масла. Давление на выходе может достигать 1000 мбар (750 торр), а на входе — всего 0,01 мбар (0,0075 торр), что означает перепад давления на маслонаполненном уплотнении примерно 100 000:1 (1000:0,01). При большем перепаде давления возникает обратная утечка через уплотнение, что представляет собой один из факторов, ограничивающих предельный вакуум, достигаемый пластинчато-роторными насосами.

Типичный пластинчато-роторный насос состоит из четырех стадий (рис. 3)

  1. Индукционный. При первом повороте ротора на 180° газ подается в насосную камеру. Объем, занимаемый газом, увеличивается за счет серповидного пространства, создаваемого смещенным ротором. Давление газа уменьшается пропорционально увеличению его объема (закон Бойля). Это втягивает газ в насос и создает необходимый вакуум.
  2. Изоляция. Самая верхняя лопасть проходит через впускное отверстие, изолируя его от перекачиваемого газа.
  3. Сжатие. Дальнейшее вращение сжимает и нагревает газ перед самой нижней лопаткой, уменьшая его объем за счет уменьшения пространства между ротором и статором.
  4. Выхлоп. По мере того, как самая нижняя лопасть продолжает вращаться, давление перед ней увеличивается в достаточной степени, чтобы открыть выпускной клапан, выпуская газ под давлением, немного превышающим атмосферное.
Рисунок 3 | Четыре ступени пластинчато-роторного насоса (любезно предоставлено Edwards Vacuum)

Одним из важнейших компонентов пластинчато-роторного насоса является выпускной клапан (рис. 4), питание которого подается через несколько портов. В одной распространенной конструкции клапана используется эластомер (искусственный каучук) или фторэластомер с металлической опорной пластиной. Металлическая опорная пластина ограничивает движение эластомерной части клапана. Некоторые клапаны выполнены полностью из металла 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 обороте, он является источником шума и подвержен износу независимо от того, используется эластомер или нет. Например, при скорости вращения насоса 1750 об/мин клапан будет открываться и закрываться 2,5 миллиона раз каждые 24 часа с частотой 29Гц. Клапан работает механически и принудительно открывается давлением, создаваемым насосом, затем закрывается атмосферным давлением.

Рисунок 4 | Выпускной клапан пластинчато-роторного насоса 3 ((Рисунок любезно предоставлен Найджелом С. Харрисом, магистром наук, к. физ. , автором «Modern Vacuum Practice», 3-е исправленное издание, Kurt J. Lesker Company, 2007 г.)

Роторный Масла для насосов

Ротационные насосы смазываются маслом, которое не только обеспечивает уплотнение между сторонами высокого и низкого давления насоса, но также смазывает подшипники насоса и другие вращающиеся компоненты Некоторые конструкции насосов, особенно старые, используют циркуляцию смазочное масло полагалось на систему вакуумной подачи, при этом вакуум, создаваемый самим насосом, также использовался для подачи смазочного масла через подшипники ротора.В других насосах используются подпружиненные манжетные уплотнения вала вокруг вала ротора.Это уплотнение динамического типа. , что также требует смазки.

Несмотря на то, что вакуумное распределение масла по-прежнему используется, в более современных насосах используется отдельный масляный насос для циркуляции масла через каналы, выточенные в статоре, к подшипникам ротора и уплотнениям (рис. 5). Когда вакуумный насос работает, его вращение также приводит во вращение масляный насос, который установлен на том же валу и создает положительное давление подачи масла на 0,4 бар (300 торр) выше атмосферного давления. Это давление поднимает подпружиненный эластомерный диск, который позволяет маслу течь в желоб, питая внутреннюю часть насоса и подшипники ротора, а также лопасти вакуумного насоса. Когда вакуумный насос останавливается, давления масляного насоса больше нет, чтобы открыть эластомерный диск, и поэтому он закрывается, предотвращая всасывание масла через насос в вакуумную камеру. Независимо от того, используется масляный насос или нет, излишки масла удаляются из насосного механизма через выпускной клапан.

Рисунок 5 | Масляный насос и распределительная система (любезно предоставлены Edwards Vacuum)

В вакуумные насосы, в которых используется отдельный масляный насос, также может быть встроен впускной запорный клапан с гидравлическим приводом (рис. 6). В этой конструкции часть циркулирующего масла направляется на поршень, который соединен с впускным клапаном, расположенным там, где газ поступает в насос из вакуумной камеры. Поршень использует гидравлическое давление, создаваемое масляным насосом, чтобы открыть впускной клапан, позволяя газу поступать в насос из камеры. Клапан подпружинен и использует эластомерное уплотнение для остановки потока газа в течение 0,5 секунд после остановки насоса. Это обеспечивает дополнительную защиту от обратного всасывания в вакуумную камеру.

Рисунок 6 | Впускной запорный клапан с гидравлическим приводом (предоставлено компанией Edwards Vacuum)

Типы масла

Масло, используемое в пластинчато-роторных насосах, тщательно отбирается. Помимо обеспечения смазки подшипников ротора, он должен:

  1. Обеспечивать уплотнение между лопастями и ротором.
  2. Создайте уплотнение Duo между концами лопастей и статором.
  3. Обеспечивают охлаждение статора за счет передачи тепла внешнему кожуху.
  4. Обеспечьте защиту металлических частей от коррозии от перекачиваемого газа.
Рисунок 7 | Фильтр масляного тумана 3 . масло имеет решающее значение, потому что масло подвергается воздействию газа, откачиваемого из камеры. Если давление масла слишком высокое, оно будет испаряться под воздействием вакуума, позволяя парам масла загрязнять вакуумную камеру (это называется обратным потоком). Давление паров масла обычно является одним из факторов, ограничивающих максимально достижимое значение. По причинам, изложенным выше, выбору масла следует уделить особое внимание. Типичное моторное масло, например, недостаточно очищено для использования в вакуумном насосе, имеет недостаточную стойкость к химическому воздействию и содержит присадки, которые могут нанести вред процессу, протекающему в вакуумной камере. Кроме того, необходимо учитывать вязкость. Масла с более низкой вязкостью используются для более низких рабочих температур и небольших насосов, а масла со средней вязкостью используются для средних и больших насосов.

Масла, разработанные специально для роторных насосов, представляют собой дистиллированные минеральные масла, в которых атомы водорода присоединены к любым свободным молекулам в цепи. Этот процесс, называемый гидроочисткой, позволяет получить прочный, стабильный состав с низким давлением паров. В тех случаях, когда вакуумный насос может подвергаться воздействию реактивных или коррозионно-активных газов, содержащихся в перекачиваемом газе, используется специально разработанное масло, которое было дополнительно обработано для удаления примесей. Там, где присутствует высокая концентрация кислорода или других химически активных газов, рекомендуются высокоинертные искусственные смазочные материалы. Эта перфторполиэфирная (ПФПЭ) жидкость обладает хорошей термостойкостью, но ее нельзя подвергать воздействию температур выше 280°C (535ºF), при которых она выделяет токсичные пары. Жидкости PFPE доступны под торговыми названиями (например, Fomblin (Solvay Solexis) и Dupont’s Krytox). Если использовать неподходящее масло в химически агрессивной среде, оно разложится и оставит смолоподобный осадок, который заблокирует внутренние проходы и вызовет перегрев насоса и выход из строя из-за недостаточной смазки.

Из-за того, что роторный насос является «мокрым» насосом, часть масла выбрасывается из насоса в виде тумана вместе с перекачиваемым газом. По этой причине для улавливания вытесняемого масла используется фильтр масляного тумана (рис. 7). После выхода из насоса перекачиваемый газ проходит через фильтр тумана, который содержит фильтрующий элемент, разлагающий масляный туман на капли и собирающий его. Захваченное масло можно слить вручную или через другие принадлежности вернуть в насос по замкнутому контуру. Он может возвращаться либо под действием силы тяжести в маслобак, либо за счет всасывания через газовый балласт (будет обсуждаться позже). Фильтрующий элемент является расходным материалом и подлежит периодической замене.

В статье выше мы подробно рассмотрели принципы работы пластинчато-роторных насосов с масляным уплотнением, включая базовую конструкцию насоса и насосное масло. В следующем разделе мы продолжим это обсуждение, уделив особое внимание эксплуатационным особенностям и внутреннему устройству этих насосов.

Одноступенчатые насосы по сравнению с двухступенчатыми

Одним из ограничивающих факторов пластинчато-роторного насоса является уплотнение Duo Seal, которое представляет собой заполненное маслом бесконтактное уплотнение в небольшом зазоре 0,025 мм (0,001 дюйма) между ротором и статор в верхней части насоса. В одноступенчатом пластинчато-роторном насосе перепад давления на уплотнении может достигать 100 000:1 (1000 мбар против 0,01 мбар). Выше этого двойное уплотнение начнет пропускать масло со стороны высокого давления на сторону низкого давления (рис. 8). Это создает обратный поток, то есть движение перекачки масла обратно в камеру вакуумной печи.

Рисунок 8 | Ротационно-пластинчатый насос Duo Seal (любезно предоставлено Edwards Vacuum)

Для создания более высокого вакуума с помощью пластинчато-роторного насоса используется двухступенчатая конструкция насоса. В двухступенчатом насосе используются два последовательно соединенных пластинчато-роторных насоса (рис. 9). Выход высоковакуумной ступени соединен трубопроводом со входом низковакуумной ступени. Поскольку давление на входе низковакуумной ступени значительно ниже атмосферного, эта конструкция приводит к более низкому давлению на выходе из высоковакуумной ступени, в отличие от одноступенчатой ​​конструкции, которая испытывает атмосферное давление на выходе. Это уменьшает перепад давления между уплотнением Duo Seal и лопастями в ступени высокого вакуума, позволяя ему работать при более высоком давлении на входе. Двухступенчатый пластинчато-роторный насос может достигать давления на входе 3 x 10 -3 торр (4 x 10 -3 мбар). Между высоковакуумной и низковакуумной ступенью нет выпускного клапана, но он есть на выходе из низковакуумной ступени.

Рисунок 9 | Концепция двухступенчатого пластинчато-роторного насоса (любезно предоставлена ​​компанией Edwards Vacuum)
Выбор режима

Некоторые двухступенчатые пластинчато-роторные насосы могут работать как в режиме высокой производительности, так и в режиме высокого вакуума. Режим выбирается поворотом ручки, расположенной на панели управления помпы. Селектор режима регулирует поток масла под давлением на ступень высокого вакуума насоса, что изменяет характеристики насоса. В высокопроизводительном режиме давление масла (и, следовательно, расход) увеличивается, а в высоковакуумном режиме расход масла уменьшается. Эта функция решает проблему недостаточного перепада давления на низковакуумной ступени при более высоких давлениях, тем самым обеспечивая достаточную подачу масла в высоковакуумную ступень (которая находится позже в контуре смазки). При работе в более высоком вакууме эта проблема не возникает. Разницы давлений достаточно, чтобы обеспечить адекватную смазку на высоковакуумной ступени.

Режим высокой пропускной способности используется для обеспечения более быстрой депрессии при давлении на входе, превышающем примерно 38 торр (50 мбар). Типичный цикл может начинаться в режиме высокой пропускной способности для максимально быстрого вакуумирования вакуумной камеры, а затем переключаться в режим высокого вакуума при 38 торр (50 мбар) для достижения предельного вакуума. Режим высокой производительности также используется для откачки конденсирующихся (грязных) паров и при необходимости для обеззараживания насосного масла. Режим высокого вакуума можно использовать только тогда, когда откачиваемые газы чистые.

Сочетание выбора режима и газобалластного режима (см. ниже) позволяет оптимизировать производительность насоса. Широкий диапазон насосных характеристик (т. е. соотношение давления и расхода) достигается за счет выбора этих двух режимов в сочетании с газовым балластом (высоким, низким или без него) (таблица 1). Переключатель режимов можно активировать, когда помпа включена или выключена, а некоторые более крупные помпы переключаются между режимами автоматически.

Запорный клапан (против обратного всасывания)

Пластинчато-роторные насосы часто оснащаются запорным клапаном на входе (также известным как антивсасывающий или вакуумный предохранительный клапан). Как следует из названия, это устройство закрывается при остановке откачки, предотвращая всасывание газа (или воздуха) обратно в вакуумную камеру через насос. Когда откачка останавливается и клапан закрывается, воздух поступает в выпускное отверстие насоса, выравнивая давление внутри насоса с давлением за пределами выпускного отверстия насоса. Это предотвращает попадание масла в корпусе в камеры статора. Когда насос снова включается, клапан открывается не сразу, а с задержкой до тех пор, пока давление в насосе не достигнет приблизительного давления в вакуумной камере, тем самым также предотвращается обратное всасывание, когда насос достигает давления. Этот запорный клапан (см. Роторно-лопастные насосы с масляным уплотнением, часть 1) приводится в действие гидравлически. В двухступенчатых пластинчато-роторных насосах запорный клапан расположен на высоковакуумной ступени.

Газовый балласт

Влага и испаряющиеся загрязняющие вещества (обычно из-за грязных работ, попадающих в вакуумную камеру) попадают в масло насоса и мешают его эффективной работе. В результате становится трудно достичь предельного вакуума, и для этого требуется все больше и больше времени, поскольку масло теряет способность обеспечивать уплотнение между лопастями и статором, а также в двойном уплотнении, что приводит к снижению эффективности перекачки. Кроме того, свойства масла изменяются, вызывая недостаточное смазывание и создавая возможность внутренней коррозии. Чтобы избежать этих проблем, используется простая, но очень эффективная операция газового балласта (также известная как газовый балласт).

Газовый балласт – это нагнетание неконденсируемого газа (например, азота или воздуха) в пластинчато-роторный насос на стадии сжатия, что приводит к уменьшению конденсации. Балластный газ впрыскивается через односторонний («газобалластный») клапан, расположенный в верхней части насоса (рис. 10). Одним из способов использования газобалласта является то, что преднамеренное открытие газобалластного клапана снижает эффективность насоса, что, в свою очередь, приводит к нагреву масла в насосе и вытеснению влаги и других летучих паров из масла туда, куда они могут попасть. быть отправлены вверх по вентиляционной трубе.

Теория, лежащая в основе этого, заключается в том, что впрыскиваемый газ разбавляет пар в перекачиваемом газе, так что парциальное давление пара никогда не достигает насыщения во время сжатия. Впрыск начинается в начале цикла сжатия. После его запуска ротор насоса продолжает вращаться, увеличивая давление, создаваемое в насосе, что приводит к закрытию одностороннего балластного клапана, но не до тех пор, пока не произойдет достаточное разбавление. По мере того как ротор продолжает вращаться, нагнетательный клапан насоса принудительно открывается и выбрасывает смесь перекачиваемого газа, балластного газа и пара.

Рисунок 10 | Принцип газовой балластировки 3 (Рисунок предоставлен Найджелом С. Харрисом, магистром наук, к. физ. наук, автором «Modern Vacuum Practice», 3-е исправленное издание, Kurt J. Lesker Company, 2007 г.)

В дополнение к разбавлению конденсируемого паров, газовый балласт повышает температуру технологического газа на 10–20°C (18–36°F), что еще больше препятствует образованию конденсата. Кроме того, газовый балласт, используемый во время нормальной работы для предотвращения конденсации паров, также используется для обеззараживания насосного масла, которое уже было загрязнено конденсированным паром. Для сильно загрязненных насосов это может занять несколько часов.

Рекомендуется балластировать вакуумный насос не реже одного раза в день, обычно при запуске оборудования и перед запуском первой загрузки. Делать это нужно не менее 30 минут. В некоторых критических случаях или там, где выполняются грязные работы и ожидается значительное выделение газов, рекомендуется балластировать насос после каждого цикла в течение 20–30 минут между запусками. Это помогает обеззараживать масло после каждого рабочего цикла.

Выбор воздуха или азота в качестве балластного газа зависит от характеристик технологического газа, откачиваемого из вакуумной камеры. В качестве инертного газа азот используется, когда влага, кислород или водород, содержащиеся в воздухе, реагируют с технологическими газами. В большинстве других случаев предпочтительным балластным газом является воздух.

Основным недостатком газового балласта является то, что при использовании он снижает предельный вакуум насоса (рис. 11). Это также увеличивает скорость подачи масла из насоса. Объем газа, создаваемого балластировкой, выбирается на большинстве насосов с доступной функцией низкого и высокого расхода. Негативное влияние балласта на предельный вакуум и потери масла меньше в режиме низкого расхода, чем в режиме высокого расхода.

Рисунок 11| Влияние газового балласта на скорость откачки 3 (Рисунок предоставлен Найджелом С. Харрисом M. Sc, C. Phys., автор «Modern Vacuum Practice», 3-е исправленное издание, Kurt J. Lesker Company, 2007)

Холодные ловушки

В дополнение к газовому балласту другим подходом к откачке газов, содержащих конденсированные пары или влагу, является их удаление перед подачей в насос. Это осуществляется через холодную ловушку (она же входной конденсатор), расположенную на входе насоса.

Конденсатор (рис. 12) работает путем охлаждения перекачиваемого газа ниже температуры конденсации паров (влага и др.), переносимых газом. Пары превращаются в жидкость и собираются на внутренних поверхностях теплообменника внутри конденсатора, предотвращая их попадание в насос. Образовавшийся конденсат собирают и удаляют. Входные конденсаторы могут охлаждаться водой с использованием кожухотрубного теплообменника или охлаждаться хладагентом или криогенными веществами, такими как жидкий азот.

Конденсатор также помогает свести к минимуму обратный поток паров масла из насоса в вакуумную камеру. Даже с конденсатором на входе роторный насос может накапливать в масле конденсированные загрязнители. Поэтому часто используются как входной конденсатор, так и газовый балласт для максимальной способности обработки паров с минимальным снижением производительности насоса.

Рисунок 12 | Конденсатор, расположенный на входе насоса (любезно предоставлено компанией Edwards Vacuum)

Форвакуумные ловушки

В любой вакуумной системе с давлением ниже 0,75 торр (10-1 мбар) существует вероятность обратного потока, т. е. миграции паров масла против потока откачиваемого газа и обратно в камеру вакуумной печи (рис. 13). Обратный поток (см. Роторно-лопастные насосы с масляным уплотнением, часть 1) является результатом испарения масла под низким давлением. Это вызывает загрязнение, так как масло откладывается в виде пленки на внутренних поверхностях печи и может мешать выполняемому процессу.

Рисунок 13 | Обратная миграция паров масла из пластинчато-роторного насоса 3 (Рисунок любезно предоставлен Найджелом С. Харрисом, магистром наук, к. физ., автором «Modern Vacuum Practice», 3-е исправленное издание, Kurt J. Lesker Company, 2007 г.)

Одним из способов предотвращения обратного течения является использование форвакуумной ловушки (рис. 14), представляющей собой молекулярное сито, установленное на входе в насос. Он заполнен активированным оксидом алюминия (также называемым сорбентом), который улавливает и собирает пары масла. Наполнитель из оксида алюминия является заменяемым и должен заменяться с тем же интервалом, что и масло в насосе, обычно каждые 6 месяцев, хотя это зависит от частоты использования. Ловушка на переднем плане остановит 99% паров масла.

Рисунок 14 | Форвакуумная ловушка (любезно предоставлена ​​Edwards Vacuum)

Глинозем также удаляет влагу из форвакуумной линии и собирает ее в виде жидкой воды. Со временем это замедлит откачку, так как глинозем забивается водой. По этой причине, когда в перекачиваемом газе присутствует влага, рекомендуется использовать входной конденсатор с форвакуумной ловушкой.

При использовании форвакуумной ловушки необходимо обойти ловушку (рис. 15) во время предварительной откачки, т.е. в период начальной откачки с высоким расходом при более высоких давлениях. Только после завершения черновой обработки и достижения более высокого вакуума возникает проблема с обратным потоком. В это время газ направляется через форвакуумную ловушку. Такое перепускное устройство предотвращает быстрое и ненужное засорение глинозема во время большого потока газа и паров, перекачиваемых во время черновой обработки.

Рисунок 15 | Перепускное устройство форвакуумной ловушки (любезно предоставлено Edwards Vacuum)

Хотя форвакуумные ловушки распространены, первая защита от обратного потока заключается в использовании насосного масла с низким давлением паров, которое менее склонно к испарению и, следовательно, с меньшей вероятностью обратного потока.

В дополнение к форвакуумной ловушке на входной стороне насоса используются другие аксессуары для улавливания влаги, паров и твердых загрязняющих веществ. Среди них осушительная ловушка, цеолитовая ловушка, каталитическая ловушка, уловитель и пылеуловитель. Выбор ловушек зависит от конкретного применения и состава перекачиваемого газа.

Резюме

О пластинчато-роторных насосах с масляным уплотнением можно и, возможно, следует сказать больше, но ключ в том, чтобы признать их важность для общей производительности вашей вакуумной печи. Знайте, как они работают и как правильно их использовать. Меняйте масло в насосе каждый месяц (300 часов) и выполняйте другие шаги, необходимые для ухода за ним, и вы будете вознаграждены годами бесперебойной работы насоса.

Ссылки

  1. Херринг, Дэниел Х., Вакуумная термообработка, Том I, BNP Media, 2012.
  2. Г-н Дэвид Собигрей, Edwards Vacuum, технический вклад и частная переписка.
  3. Рисунки предоставлены Найджелом С. Харрисом, магистром наук, к. физ., автором «Modern Vacuum Practice», 3-е исправленное издание, Kurt J. Lesker Company. 2007 г., ISBN 09555150116 (доступно на VLPC и Amazon)

Как работает пластинчато-роторный насос

Принцип работы роторных насосов с масляным уплотнением

Поршневой вакуумный насос, как правило, представляет собой вакуумный насос, в котором перекачиваемый газ всасывается с помощью поршней, роторов, лопастей и клапанов или подобных устройств, возможно, сжимается, а затем выпускается. Процесс откачки осуществляется за счет вращательного движения поршня внутри насоса. Следует различать масляные и сухие поршневые насосы. Используя уплотнительное масло, можно достичь в одноступенчатом режиме высоких степеней сжатия, примерно до 10 5 . Без масла «внутренняя неплотность» значительно больше и достижимая степень сжатия соответственно меньше, около 10. конструкции, а также одноступенчатые трохоидные насосы, которые сегодня представляют лишь исторический интерес. Все такие насосы оснащены газобалластным устройством, которое впервые было подробно описано Геде в 1935. В установленных технических пределах газобалластное устройство позволяет откачивать пары (в частности, водяной пар) без конденсации паров в насосе.

Таблица 2.1 Классификация вакуумных насосов

Пластинчато-роторные насосы (TRIVAC B, TRIVAC E, SOGEVAC)

Пластинчато-роторные насосы (см. рис. 2.6) состоят из цилиндрического корпуса (насосного кольца) (1), в котором подвесной и щелевой ротор (2) вращается в направлении стрелки. Ротор имеет лопасти (16), которые выталкиваются наружу обычно под действием центробежной силы, а также под действием пружин, так что лопасти скользят внутри корпуса. Газ, поступающий через впускное отверстие (4), проталкивается лопастями и, наконец, выбрасывается из насоса через выпускной клапан с масляным уплотнением (12).

Рис. 2.6 Поперечное сечение одноступенчатого пластинчато-роторного насоса (TRIVAC B)

  1. Впускное отверстие
  2. Грязеуловитель
  3. Противовсасывающий клапан
  4. Впускной канал
  5. Лопасть
  6. Насосная камера
  7. Ротор
  8. Отверстие, соединение для балласта инертного газа
  9. Выхлопной канал
  10. Выпускной клапан
  11. Пружина
  12. Демистер
  13. Отверстие; штуцер для масляного фильтра

Серия TRIVAC B (рис. 2.6) имеет только две лопасти, смещенные на 180°. Лопасти выталкиваются наружу под действием центробежных сил без использования пружин. При низких температурах окружающей среды может потребоваться использование более жидкого масла. Насосы оснащены шестеренчатым масляным насосом для смазки под давлением. TRIVAC серии B оснащен особенно надежным клапаном против обратного всасывания; горизонтальное или вертикальное расположение впускных и выпускных отверстий. Смотровое стекло уровня масла и привод газового балласта находятся на одной стороне маслобака (удобная конструкция). В сочетании с системой TRIVAC BCS он может быть оснащен очень широким набором принадлежностей, разработанных в основном для полупроводниковых приложений. Масляный резервуар пластинчато-роторного насоса, а также других поршневых насосов с масляным уплотнением служит для смазки и уплотнения, а также для заполнения мертвых зон и щелей. Он отводит теплоту сжатия газа, т. е. для охлаждения. Масло обеспечивает уплотнение между ротором и насосным кольцом. Эти детали «почти» соприкасаются по прямой линии (линии кожуха цилиндра). Чтобы увеличить площадь маслоуплотняемой поверхности, в насосное кольцо встроен так называемый уплотнительный канал (см. рис. 2.4). Это обеспечивает лучшее уплотнение и обеспечивает более высокую степень сжатия или более низкое предельное давление.

Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть анимацию работы пластинчато-роторного насоса TRIVAC B

Leybold TRIVAC B — принципы работы

Диапазоны давления пластинчато-роторных насосов

Leybold производит пластинчато-роторные насосы различных серий, которые специально адаптированы для различных областей применения, таких как высокое давление на входе, низкое предельное давление или применения в полупроводниковой промышленности. Краткое изложение наиболее важных характеристик этих диапазонов приведено в Таблице 2. 2. Пластинчато-роторные насосы TRIVAC производятся как двухступенчатые (TRIVAC D) насосы (см. рис. 2.7). С помощью двухступенчатых насосов с масляным уплотнением можно достичь более низких рабочих и предельных давлений по сравнению с соответствующими одноступенчатыми насосами. Причина этого в том, что в случае одноступенчатых насосов масло неизбежно контактирует с атмосферой снаружи, откуда поглощается газ, который частично уходит в сторону вакуума, тем самым ограничивая достижимое предельное давление. В двухступенчатых поршневых насосах с масляным уплотнением производства Leybold уже дегазированное масло подается на ступень со стороны вакуума (ступень 1 на рис. 2.7): предельное давление лежит почти в области высокого вакуума, самые низкие рабочие давления лежат в диапазоне между средним вакуумом и высоким вакуумом. Примечание: работа так называемой ступени высокого вакуума (ступень 1) с очень небольшим количеством масла или вообще без масла, несмотря на очень низкое предельное давление, на практике приведет к значительным трудностям и значительно ухудшит работу насоса.

Рис. 2.4 Расположение уплотнительного канала в пластинчато-роторных насосах, также известных как «двойное уплотнение». Постоянный минимальный зазор a для всего проходного сечения b

Рис. 2.7 Поперечное сечение двухступенчатого пластинчато-роторного насоса, схема

I Ступень высокого вакуума
II Вторая ступень форвакуума
клапан

Таблица 2.2 Модельный ряд роторных вакуумных насосов

Роторно-плунжерные насосы (насосы E)

На Рис. 2.9 представлен вид в разрезе роторно-плунжерного насоса моноблочного типа. Здесь поршень (2), который приводится в движение эксцентриком (3), поворачивающимся в направлении стрелки, движется вдоль стенки камеры. Перекачиваемый газ поступает в насос через впускной патрубок (11), проходит через всасывающий канал золотникового клапана (12) в нагнетательную камеру (14). Золотниковый клапан образует единое целое с поршнем и скользит туда и обратно между вращающейся направляющей клапана в корпусе (шарнирная планка 13). Всасываемый насосом газ в конечном итоге попадает в камеру сжатия (4). При вращении поршень сжимает это количество газа до тех пор, пока он не будет выброшен через масляный клапан (5). Как и в случае пластинчато-роторных насосов, масляный резервуар используется для смазки, уплотнения, заполнения мертвых зон и охлаждения. Поскольку насосная камера разделена поршнем на два пространства, каждый оборот совершает рабочий цикл (см. рис. 2.10). Роторно-плунжерные насосы изготавливаются одноступенчатыми и двухступенчатыми. Во многих вакуумных процессах сочетание насоса Рутса с одноступенчатым роторно-плунжерным насосом может дать больше преимуществ, чем использование только двухступенчатого роторно-плунжерного насоса. Если такая комбинация или двухступенчатый насос не подходят, рекомендуется использовать насос Рутса в сочетании с двухступенчатым насосом. Это не относится к комбинациям, включающим пластинчато-роторные насосы и насосы Рутса.

Рис. 2.9 Сечение одноступенчатого роторно-плунжерного насоса

  1. Корпус
  2. Цилиндрический поршень
  3. Эксцентрик
  4. Камера сжатия
  5. Клапан давления с масляным уплотнением
  6. Смотровое стекло уровня масла
  7. Газобалластный канал
  8. Выпускной бак
  9. Газобалластный клапан
  10. Грязеуловитель
  11. Впускное отверстие
  12. Задвижка
  13. Петля
  14. Насосная камера (воздух поступает)

Рис. 2.10 Рабочий цикл роторно-плунжерного насоса

  1. Верхняя мертвая точка
  2. Щель во всасывающем канале золотника свободна – начало периода всасывания
  3. Нижняя мертвая точка – щель во всасывающем канале достаточно свободна, и нагнетаемый газ (стрелка) свободно поступает в нагнетательную камеру (показана заштрихованной)
  4. Прорезь во всасывающем канале снова закрывается поворотным шарнирным стержнем – конец периода всасывания
  5. Верхняя мертвая точка — максимальное расстояние между вращающимся поршнем и статором
  6. Незадолго до начала периода сжатия передняя поверхность вращающегося плунжера освобождает газобалластное отверстие – начало входа газобалласта
  7. Отверстие для газового балласта свободно
  8. Конец входа газобалласта
  9. Конец периода откачки

Мощность двигателей пластинчато-роторных и плунжерных насосов

 Двигатели, поставляемые с пластинчато-роторными и плунжерными насосами, обеспечивают достаточную мощность при температуре окружающей среды 53,6 °F (12 °C) и при использовании наших специальных масел для покрытия максимальная потребляемая мощность (около 400 мбар). В пределах фактического рабочего диапазона насоса система привода прогретого насоса должна обеспечивать только около одной трети установленной мощности двигателя (см. рис. 2.11).

Рис. 2.11 Мощность двигателя роторно-плунжерного насоса (скорость откачки 60 м3/ч) в зависимости от входного давления и рабочей температуры. Кривые для газобалластных насосов других типоразмеров аналогичны.

  1. Рабочая темп. кривая 1 – 89 °F (32 °C)
  2. Рабочая темп. кривая 2 — 104°F (40°C)
  3. Рабочая темп. кривая 3 — 140°F (60°C)
  4. Рабочая темп. кривая 4 — 194 °F (90 °C)
  5. Теоретическая кривая адиабатического сжатия
  6. Теоретическая кривая изотермы сжатия

Блог и Вики Типы насосов Генерация вакуума Основы вакуума

Загрузите нашу электронную книгу «Основы вакуумной технологии», чтобы узнать об основах и процессах вакуумного насоса.

Каталожные номера

  1. Вакуумные символы
  2. Глоссарий единиц
  3. Ссылки и источники

Вакуумные символы Глоссарий единиц Ссылки и источники

Вакуумные символы

Глоссарий символов, обычно используемых на схемах вакуумных технологий в качестве визуального представления типов насосов и деталей насосных систем

 

ПОДРОБНЕЕ

Глоссарий единиц

Обзор единиц измерения, используемых в вакуумной технике, и их обозначения, а также современные эквиваленты исторических единиц

 

ПОДРОБНЕЕ и источники

Ссылки, источники и дополнительная литература, связанная с фундаментальными знаниями вакуумной техники

 

ПОДРОБНЕЕ

Загрузка.