Вакуумные поршневые насосы
Вакуумные поршневые насосы (ВПН) относятся к насосам объемного принципа действия. ВПП широко применяют в промышленности для откачивания сухих газов и газов с примесью капельной влаги.
Вакуумные поршневые насосы, выпускаемые отечественной промышленностью и предназначенные для откачивании сухих газов, классифицируют по устройству органов распределения и перепуска (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Классификация насосов
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 рпр в насосе применяют перепуск газа высокого давления, оставшегося в мертвом объеме А (рис. 9.2) 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
Рис. 9.2. Схема процесса перепуска
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.
Насосы с клапанным распределением и перепускными каналами на зеркале цилиндра имеют номинальную быстроту действия до 2,5 м3/с. л их применение целесообразно при давлениях всасывания более 1,5-2 кПа.
Насосы с клапанным распределением и перепускными каналами на зеркале цилиндра двойного действия имеют четыре - восемь перепускных каналов, равномерно расположенных по окружности цилиндра и занимающих до 50 % его периметра.
Широко применяют быстроходный насос системы МВТУ с золотником поршневого типа и перепускными каналами, выполненными на зеркале цилиндра. Средняя скорость поршня насоса ограничена скоростью газа в перепускных каналах и в цилиндровых окнах и составляет 2 ... 4,5 м/с.
Особенностью насоса системы МВТУ (рис. 9.3) является использование золотника для дополнительного сжатия откачиваемого газа до давления нагнетания. Полости AI и АII цилиндра сообщаются с полостями BI и ВII золотника или полостью всасывания каналами CI и СII.
Рис. 9.3 - Схема насоса системы МВТУ
Серийно выпускают одноступенчатые поршневые насосы ЗВНП-3 и ВНП-6, а также двухступенчатые насосы 2ДВНП-6 и насосы ВН-120 с клапанным распределением и перепускными каналами на зеркале цилиндра.
Насосы ЗВНП-3, ВНП-6 и 2ДВНП-6 унифицированы, т. е. имеют одинаковые механизмы движения, станину, смазочную систему и цилиндропоршневую группу. Насосы ЗВНП-3 и ВНП-6 унифицированы полностью (рис. 9.4) и различаются только двигателем, шкивом и частотой вращения коленчатого вала. Вакуумный насос 2ДВТ1П-6 (рис. 9.5) отличается от одноступенчатых добавлением цилиндра простого сжатия дожимающей ступени. В дожимающей ступени на всасывании используют щелевой канал, а на нагнетании — самодействующий клапан. Кроме того, во второй ступени предусмотрен байпасный клапан, который служит для выпуска газа на нагнетание при режимах работы, в которых не требуется сжатия газа в дополнительной ступени.
Рис. 9.4 - Вакуумная установка с насосом 3ВНП-3 (ВНП-6) системы МВТУ:
а – общий вид установки; б – схема вакуумного насоса 3ВНП-3 – (ВНП-6): 1 – насос; 2 – электродвигатель; 3 – маслинный насос; 4 – коленчатый вал; 5 – шатун; 6 – шток; 7 – поршень; 8 – корпус цилиндра; 9 – золотник; 10 – шестеренный масляный насос для смазывания механизма движения; 11 – эксцентрик
Рис. 9.5 - Вакуумная установка с насосом 2ДВНП-6 системы МВТУ:
а – общий вид; б – двухступенчатый вакуумный насос 2ДВНП-6: 1- коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – шток; 4 – поршень; 5 – корпус цилиндра; 6 – крышка-корпус второй ступени; 7 – поршень второй ступени; 8 – нагнетательный клапан второй ступени; 9 – золотник; 10 – масляный насос; 11- эксцентрик