Использование вакуума в металлургии

С целью повышения качества стали в сталеплавильных цехах применяют вакуумную (при давлениях газа значительно ниже атмосферного) обработку металлических расплавов.

Основной характеристикой вакуума является остаточное давление в системе. Приближенную оценку остаточного давления можно давать, пользуясь понятием глубины вакуума. Условно различают низкий > 100 Па, средний 100…0,1 Па, высокий 0,1…0,0001 Па и сверхвысокий < 0,0001 Па вакуум. В вакуумных установках для выплавки и обработки стали применяют низкий, средний и высокий вакуум. Сверхвысокий вакуум в металлургии используют лишь в научных исследованиях.

В сталеплавильном производстве вакуум используют в технологических процессах, существенно разнящихся по предельным допустимым давлениям, объемам вакуумных камер, газовыделению из металла в единицу времени, содержанию пыли в удаляемых газах. В зависимости от конкретных условий установки комплектуют соответствующими системами вакуумирования. Основными элементами любой вакуумной установки, кроме рабочей камеры, в которой создается разрежение, являются насосы для эвакуации газов и приборы для измерения остаточного давления.

Вакуумные насосы

Укажем важнейшие характеристики вакуумного насоса, по которым оценивают его пригодность для данных условий.

Быстрота действия (скорость откачки) — определяется объемом газа, проходящим через сечение выпускного патрубка при данном давлении. С изменением давления в системе изменяется и быстрота действия насосов (рис. 66). Характер зависимости скорости откачки от давления определяет целесообразность использования тех или иных насосов в требуемом диапазоне давлений.

Зависимость быстроты действия S механических масляных (а) и паромасляных диффузионных (б) насосов от давления на впуске Рвп
Рис. 66. Зависимость быстроты действия S механических масляных (а) и паромасляных диффузионных (б) насосов от давления на впуске Рвп

Начальное давление — выпускное давление, начиная с которого насос начинает нормально работать. Насосы некоторых типов могут работать начиная с атмосферного давления (рис. 66, а), однако существуют и насосы, которые характеризуются начальным давлениєм ниже атмосферного (рис. 66, б). Перед включением таких насосов в системе необходимо создавать предварительное разрежение (форвакуум).

Максимальное выпускное давление — предельное давление на стороне выпускного патрубка насоса, превышение которого приводит к возрастанию давления на стороне патрубка. Некоторые типы насосов не могут выбрасывать откачиваемый газ в атмосферу, и для обеспечения их нормальной работы сжатый газ со стороны выпуска необходимо удалять другими насосами.

Предельный вакуум — минимальное давление, которое может быть достигнуто данным насосом.

Принцип работы насосов разных типов в значительной мере определяется характером движения газов в диапазоне рабочих давлений насоса. В зависимости от степени разрежения движение газа может происходить в турбулентном, инерционном, вязкостном, молекулярно-вязкостном или молекулярном режимах.

В начальный момент откачки газовый поток характеризуется большой скоростью истечения и наличием завихрений, т. е. его движение происходит в турбулентном режиме. С увеличением давлення и скорости истечения завихрения исчезают, а режим движения определяется силами инерции газовой среды, вследствие чего его называют инерционным. При дальнейшем понижении скорости истечения инерционный режим переходит в вязкостный. При этом режиме газ у стенок почти не движется, а по мере удаления от стенок одни слои газа скользят относительно других. Скорость потока в этом случае не достигает максимума в центре трубопровода. Характер движения такого потока определяется вязкостью газа. В области низких давлений, когда длина свободного пробега молекул становится соизмеримой с диаметром трубопровода, молекулы перемещаются, почти не взаимодействуя одна с другой. При этом влияние внутреннего третя (вязкости) несущественно, и поток движется в молекулярном режиме. В переходном от вязкого к молекулярному режиму наряду с внутренним трением газа наблюдается независимое движение молекул.

В зависимости от диапазона давлений, в пределах которого достигается максимальная производительность, насосы подразделяют на форвакуумные, высоковакуумные и бустерные (промежуточного разрежения). В металлургии получили распространение насосы, которые по принципу действия могут быть разделены на две группы:

  • механические с вращающимся ротором, действие которых основано на вытеснении движущимися частями газа, заполняющего рабочий объем;
  • пароструйные, в которых используется эжектирующее действие струи пара рабочей жидкости в результате диффузии молекул газа в струю или вязкостного захвата их.

В механических насосах возможен прорыв газа через зазоры между трущимися частями со стороны сжатия на сторону выпуска. Для уплотнения зазоров и смазки трущихся деталей в насосах многих типов применяют специальное вакуумное масло. Эти насосы образуют группу механических масляных насосов. Кроме того, имеются сухие механические насосы, в которых масло для уплотнения не применяют.

Устройство пластинчато-роторного насоса
Рис. 67. Устройство пластинчато-роторного насоса: 1 —камера, 2 —бак с маслом, 3 — пластина, 4 — рабочий объем, 5 — ротор, 6 и 7 — впускной и выпускной патрубки, 8 — выпускной клапан

Из масляных насосов нашли широкое применение пластинчато-роторные, пластинчато-статорные и золотниковые насосы. В корпусе пластинчато-роторного насоса (рис. 67) вращается эксцентрично расположенный ротор, в пазах которого находятся две пластины. Пружиной пластины прижимаются к стенкам корпуса. Точки касания пластин и ротора стенок камеры делят рабочий объем камеры на несколько частей: увеличивающийся при вращении объем впуска, уменьшающийся объем выпуска и промежуточный. В результате увеличения объема на стороне впуска создается разрежение и откачиваемый газ из камеры засасывается в насос. На стороне выпуска газ сжимается и при давлении, превышающем давление пружины выпускного клапана, выбрасывается из насоса. Корпус насоса погружен в бак с маслом, которое, просачиваясь в насос, уплотняет зазоры и предотвращает обратный прорыв газа. Одновременно масло охлаждает трущиеся часта насоса и препятствует поступлению газа в насос из атмосферы. В пластинчато-статорных насосах (рис. 68) ротор эксцентрично насажен на ось, совпадающую с геометрической осью камеры. Точка касания ротора стенок камеры описывает при вращении окружность. Для уменьшения трения ротор изготовляют по типу роликового подшипника. Точка касания ротора стенок камеры и пластина, проходящая через паз в статоре и прижимаемая к ротору пружиной, делят рабочую камеру на объемы впуска и выпуска. Газ засасывается на стороне впуска, сжимается и через выхлопные клапан и патрубок выбрасывается из насоса.

Устройство пластинчато-статорного насоса
Рис. 68. Устройство пластинчато-статорного насоса: 1 — камера, 2 — ротор, 3 — кожух, 4 — эксцентрик, 5 — выпускной патрубок, 6 — выпускной клапан, 7 — пластина, 8 — впускной патрубок, 9 — впускной канал, 10 — подшипник

Производительность всех механических насосов определяется объемом рабочей камеры и скоростью вращения ротора. В пластинчато-роторных и пластинчато-статорных насосах между подвижными частями возникают значительные силы трения, что ограничивает возможную скорость вращения ротора и соответственно производительность насоса. Поэтому производительность насосов этих типов невелика, и их используют либр как вспомогательные, либо как самостоятельные для создания разрежения до 1 Па в системах с малым объемом. Из этой группы насосов наибольшее распространение получили пластинчато-роторный ВН-494 и пластинчато- статорные ВН-461 и РВН-20 насосы.

Устройство золотникового насоса
Рис. 69. Устройство золотникового насоса: 1 — цилиндрическая обойма, 2 — ротор, 3 — отверстие, 4 — шаровой шарнир, 5 — золотник (плунжер), 6 — выпускной клапан

Значительно более производительными являются масляные насосы золотникового (плунжерного) типа (рис. 69), в которых на эксцентричный ротор насажена цилиндрическая обойма, выполненная заодно с полым параллелепипедом, открытым сверху и через прорези на боковой поверхности сообщающимся с камерой насоса. При вращении ротора обойма скользит по стенке камеры, а параллелепипед совершает в золотнике возвратно-поступательное и колебательное движения. Газ через полость параллелепипеда и прорези поступает в увеличивающийся объем выпуска, затем сжимается и выбрасывается через выпускной клапан.

В этих насосах параллелепипед выполняет роль впускного канала и разграничивающей пластины. Отсутствие пластин, а следовательно, и трения между их торцами и ротором позволит увеличить число оборотов и повысить производительность насоса. Насосы этого типа (ВН-10-2; ВН-20-1; ВН-150; ВН-300; ВН-500) имеют быстроту действия десятки и сотни литров в секунду (см. рис. 66, а), и их широко применяют в промышленных установках для создания разрежения до 1 Па.

Механические насосы всех типов с масляным уплотнением не приспособлены для откачки паро-газовых смесей, в частности влажного воздуха. В этих насосах к моменту открытия выпускного клапана газ сжимается и степень сжатия его может достичь 700. При этом водяной пар, если даже его парциальное давление в камере, из которой он откачивается, невелико, конденсируется, вода смешивается с маслом и вместе с ним попадает на сторону впуска. Там вода вновь испаряется и совершает новый кругооборот.

Для удаления влажного воздуха масляные насосы снабжают газобалластными устройствами, при помощи которых в определенный момент в объем сжатия подается некоторое количество сухого атмосферного воздуха. За счет балластного газа выпускной клапан открывается прежде, чем парциальное давление достигает точки росы, и из насоса выбрасываются и газ, и пары.

Применение газобалласта уменьшает быстроту действия насосов и снижает предельный вакуум, но расширяет возможности использования насосов. В насосах с масляным уплотнением используют специальное вакуумное масло ВМ-4 и ВМ-6, представляющее собой машинное масло, из которого в результате вакуумной перегонки удалены низкокипящие фракции. В процессе работы в местах трения вследствие местных перегревов происходит разложение масла, в результате которого в масле вновь появляются легкие углеводороды. Они увеличивают упругость паров и снижают предельный вакуум, создаваемый насосом. Кроме того, вакуумное масло способно поглощать влагу и окисляться, теряя первоначальные свойства. Поэтому масло в вакуумных насосах необходимо периодически заменять. Наряду с масляными насосами в металлургических установках иногда применяются сухие механические насосы.

Устройство многопластинчатого насоса
Рис. 70 Устройство многопластинчатого насоса

На рис. 70 показан разрез сухого многопластинчатого насоса. Большое число пластин, свободно перемещающихся в пазах ротора, при его вращении центробежными силами прижимается к стенкам камеры. Вследствие эксцентричного расположения ротора объем, заключенный между двумя соседними пластинами, стенками камеры и поверхностью ротора, при вращении ротора все время изменяется, увеличиваясь на стороне впуска и уменьшаясь на стороне выпуска. В результате этого газ сжимается, и между сторонами впуска и выпуска поддерживается перепад давлений. Для предохранения от чрезмерного сжатия газа при работе в области высоких давлений на стороне впуска со стороны выпуска в корпус вмонтированы предохранительные клапаны (1-3).

На металлургических заводах получили распространение одноступенчатые (РВН-25; РВН-50; РВН-75) и двухступенчатые (ДРВН-25; ДРВН-50; ДРВН- 75) насосы этого типа. Цифры в маркировке насоса указывают его производительность, м3/мин, при разрежении 87 и 98% соответственно. Предельное разрежение, создаваемое одноступенчатыми насосами, достигает 98 %, двухступенчатыми — 99,5 %, что соответствует 2…0,5 кПа. Многоступенчатые насосы применяют в качестве вспомогательных для быстрого удаления основного количества газа из больших объемов, а также в качестве самостоятельных в системах, не требующих большого разрежения, но характеризующихся значительным газовыделением.

В последнее время все более применяются двухроторные сухие механические насосы серии ДВН или насосы Рута (рис. 71).

Принцип действия двухроторного насоса
Рис. 71. Принцип действия двухроторного насоса (а…в — последовательные стадии всасывания и выхлопа)

В рабочей камере такого насоса синхронно встречно вращаются две восьмеркообразные лопасти, приводимые в движение через шестеренную передачу от общего вала. Благодаря точному исполнению и регулировке лопасти при вращении не касаются одна другой и стен камеры, сохраняя зазоры порядка десятых долей миллиметра. Отсутствие трения между движущимися частями позволяет вращать лопасти со скоростью 2500…3000 об/мин, что обеспечивает высокую производительность насосов.

При сжатии газа через неуплотненные зазоры возможен его обратный прорыв, поэтому коэффициент сжатия газа в этих насосах, как правило, составляет 10…50, и давление на впуске определяется давлением выхлопа. Использование двухступенчатых насосов Рута в сочетании с механическим масляным, подключенным последовательно со стороны выпуска, позволяет получать предельное разрежение ~ 10-2 Па. В настоящее время в нашей стране выпускают высокопроизводительные двухроторные насосы, скорость откачки которых в интервале давлений 100…5 Па достигает 5 м3/с. Эти насосы целесообразно использовать в качестве бустерных в сочетании с механическими масляными.

В металлургических вакуумных установках широко используют также пароструйные насосы, важным преимуществом которых является отсутствие в них движущихся частей. В связи с этим пароструйные насосы более долговечны, характеризуются высокой производительностью, менее чувствительны к содержанию в откачиваемых газах металлургической пыли и паров воды.

Схема пароэжекторного насоса
Рис. 72 Схема пароэжекторного насоса:
1 – впускное отверстие, 2 – впускной патрубок удаляемого газа, 3 – диффузор, 4 – выпускной патрубок, 5 – воздушная камера, 6 – фланец сопла, 7 – паровое сопло, 8 – паровая камера

Пароструйные насосы по принципу работы в свою очередь подразделяют на пароэжекторные и диффузионные. Принцип действия пароэжекгорного насоса (рис. 72) основан на вязкостном (под действием сил внутреннего трения) захвате газа струей рабочего пара. Пар, подводимый под давлением 0,6…3,0 МПа в паровую камеру, через специальное сопло истекает в воздушную камеру. Потенциальная энергия давления пара при этом превращается в кинетическую, и струя пара в воздушной камере движется со сверхзвуковой скоростью, увлекая близлежащие слои газа. Струя пара и газ попадают в сужающуюся часть диффузора, где скорость движения возрастает, возникают турбулентные завихрения и происходит более полное перемешивание пара и газа. В плавно расширяющейся части диффузора движение пара и газа постепенно замедляется, и кинетическая энергия струи вновь превращается в потенциальную энергию давления. Вследствие этого между входом в диффузор и выходом из него поддерживается 4—10-кратный перепад давления. Таким образом, одноступенчатый пароэжекгорный насос с выхлопом в атмосферу позволяет создавать в воздушной камере разрежение 10…20 кПа. Для получения более низких давлений насос должен быть, многоступенчатым.

Широкое распространение на металлургических заводах пароэжекторных насосов объясняется дешевизной водяного пара, его однородностью, возможностью практически неограниченного его потребления, позволяющими проектировать пароводяные насосы на любую требуемую скорость откачки газа (до сотен тысяч литров в секунду). Их можно изготовлять из любых материалов и откачивать любые газы, в том числе агрессивные и загрязненные пылью, причем установка фильтров перед ними необязательна, и поэтому предоставляется возможность полностью использовать их производительность. Они дешевы в эксплуатации, могут работать на отработанном паре ТЭЦ и котельных. Для их установки в цехе не требуется дополнительных площадей, так как отдельные элементы насоса могут быть размещены по стенам, колоннам, потолкам как внутри цеха, так и снаружи его.

Пятиступенчатый пароэжекторный насос
Рис. 73. Пятиступенчатый пароэжекторный насос: I…III — промежуточные конденсаторы, 1…5 — ступени откачки

На рис. 73 представлена схема типичного пятиступенчатого пароэжекторного насоса. В многоступенчатых насосах для уменьшения расхода пара целесообразно устанавливать за эжекторной ступенью промежуточный конденсатор, в котором пар охлаждается водой, конденсируется и исключается из процесса дальнейшей откачки, а газ откачивается следующей ступенью. Однако в этом случае давление, создаваемое предыдущей ступенью, зависит от температуры воды в конденсаторе, так как давление на выхлопе не может быть меньше давления насыщенного пара охлаждающей воды в конденсаторе. При температуре воды 25…30 °С это давление составляет ~4 кПа. Следовательно, при коэффициенте сжатия 4…10 давление на входе не может быть менее 0,4…1 кПа. Для создания более низкого давления за первой ступенью конденсатор не устанавливают, а давление за ней обусловливается производительностью следующей ступени. Такая установка позволяет получать давление 60…130 Па. Устанавливая две, три и более ступеней без конденсации, при помощи пяти-шестиступенчатых насосов можно создавать разрежение до 10 мПа. Но отсутствие конденсаторов существенно увеличивает расход пара.

В пароэжекторных насосах наибольшее распространение получили так называемые барометрические конденсаторы смещения, принцип работы которых показан на рис. 73. Недостатком конденсаторов этого типа является необходимость отвода воды по барометрическим трубкам высотой > 10 м, обеспечивающим водяной затвор во избежание прорыва в насос атмосферного воздуха, поэтому эти конденсаторы необходимо размещать на высоте не менее 11 м от уровня воды в дренажном колодце. При включении пароэжекторных насосов пар подают вначале в последнюю ступень, а затем последовательно включают остальные, заканчивая первой. Многоступенчатые пароэжекторные насосы широко применяют в установках для внепечной дегазации стали. За рубежом пяти-шестиступенчатые насосы, работающие при давлениях 10…1 Па, применяют и в установках дуговых и индукционных плавильных печей, а также в качестве выхлопных ступеней диффузионных насосов.

Принцип работы трехступенчатого диффузионного паромасляного насоса
Рис. 74. Принцип работы трехступенчатого диффузионного паромасляного насоса: I…III — ступени откачки; 1 — корпус, 2 — водяное охлаждение, 3 — кольцевой канал для возврата масла в кипятильник, 4 — электронагреватель, 5 — кипятильник, 6 — концентрические паропроводы, 7 и 8 — выпускной и впускной патрубки

На рис. 74 представлена схема диффузионного паромасляного насоса. Насос имеет водоохлаждаемый металлический корпус в виде цилиндра с глухим днищем, в которое вставлены паропроводы с соплами. Рабочую жидкость заливают в кипятильник, и она подогревается электроподогревателем. Пары жидкости поднимаются по паропроводам к соплам, выходят через них в объем насоса и конденсируются на стенках, а образующийся конденсат по стенкам стекает вниз и вновь попадает в кипятильник.

В результате постоянного испарения и конденсации рабочей жидкости между паропроводами и объемом насоса поддерживается значительный перепад давлений. Вследствие этого, а также благодаря специальной конструкции сопел пар истекает в объем корпуса насоса со сверхзвуковой скоростью. Молекулы откачиваемого газа диффундируют в струю пара, при соударении с более тяжелыми частицами пара получают направленное движение вниз и к стенкам корпуса и скапливаются в зоне конденсации пара. Там они увлекаются в движение следующей ступенью откачки, последовательно сжимаются каждой ступенью, пока не попадут в зону действия насоса предварительного разрежения и удаляются из насоса.

Предельное разрежение, создаваемое диффузионными насосами, определяется числом ступеней насоса, конструкцией сопел, типом рабочей жидкости и температурой ее нагрева. В зависимости от создаваемого разрежения диффузионные насосы могут использоваться в качестве бустерных или высоковакуумных.

Обычно у диффузионных насосов предусматривают не более пяти ступеней откачки, что позволяет создавать разрежение порядка 10-5 Па. Высоковакуумные насосы характеризуются максимальной скоростью откачки при давлении 10-2…10-3 Па, бустерные — при давлении порядка 10-1 Па. Насосы обоих типов могут работать при противодавлении не более 102 Па.

В качестве рабочих жидкостей для диффузионных насосов, применяемых на металлургических заводах, получило распространение специальное вакуумное масло типа Г марок ВМ-1, ВМ-2, ВМ-3, ВМ-5, ВМ-7, представляющее собой продукт перегонки нефти, и кремнийорганические жидкости — силиконы. Недостатками нефтяных масел являются их чувствительность к перегреву и окисляемость при контакте в разогретом состоянии с воздухом. При перегреве масло разлагается с образованием легких углеводородов, в результате чего изменяются упругость паров и характеристики насоса. Окисление масла может вызвать осмоление насоса и резко изменить его характеристики. Силиконовые масла более однородны по составу и выдерживают длительное нагревание на воздухе до 150…200 °С, поэтому они более удобны для использования в диффузионных насосах. Однако использование силиконовых масел сдерживается сложностью их получения и более высокой стоимостью.

Вакуумные насосы предназначены для создания в замкнутом объеме давления ниже атмосферного. Диапазон давлений, используемых в современной вакуумной технике, очень широк: 105…10-10 Па. Существует много различных типов вакуумных насосов, которые различаются по физическим принципам, лежащим в основе их работы (рис. 2.1 ), однако ни один из них не способен эффективно функционировать во всем диапазоне давлений. В зависимости от значения давления, или глубины создаваемого вакуума, можно подразделить вакуумные насосы на два класса:

  • форвакуумные насосы (диапазон давлений от атмосферного до 0,1 Па);
  • высоковакуумные насосы (создают давление ниже 0,1 Па).

Форвакуумные насосы используют для предварительной откачки вакуумной камеры и последующего поддержания необходимого давления на выходе из высоковакуумных насосов. Все форвакуумные насосы являются механическими газоперекачивающими насосами объемного действия. Их применение эффективно только в условиях вязкостного режима течения откачиваемого газа. По чистоте создаваемого вакуума форвакуумные насосы подразделяют на насосы, в которых для уплотнения рабочих областей используется смазка (роторно-пластинчатые, пластинчато-статорные, плунжерные, поршневые), и насосы, в которых смазка не применяется (мембранные, спиральные, насосы Рутса, кулачковые).

Классификация вакуумных насосов
Рис. 2.1. Классификация вакуумных насосов

Высоковакуумные насосы служат для создания высокого и сверхвысокого вакуума в предварительно откачанной камере. Высоковакуумные насосы бывают кинетическими и газопоглощающими. В отличие от форвакуумных высоковакуумные насосы работают только в условиях молекулярного режима течения газа.

Кинетические высоковакуумные насосы удаляют газ из вакуумной камеры; в процесссе их работы требуется непрерывная откачка газа из выходного патрубка, в то время как газопоглощающие насосы «связывают» газ внутри себя. Такие насосы нуждаются в периодической регенерации, или замене поглощающего материала.

Роторно-пластинчатый насос

Роторно-пластинчатый насос в настоящее время является наиболее распространенным типом форвакуумных насосов. Такие насосы есть в ассортименте всех крупных производителей откачных средств. Они применяются для откачки воздуха и неагрессивных газов в диапазоне давлений от атмосферного до среднего вакуума и часто обеспечивают предварительное разрежение для высоковакуумных насосов в системах, в которых не предъявляются высокие требования к содержанию углеводородов в остаточной атмосфере.

Роторно-пластинчатый насос представляет собой машину объемного действия, в которой откачка осуществляется в результате сжатия газа в рабочих полостях переменного объема (рис. 2.2). Он состоит из корпуса, в цилиндрической внутренней камере которого вращается ротор, причем ось вращения не совпадает с осью камеры. В пазах ротора установлены пластины. При вращении под воздействием центробежной силы или упругой силы пружины пластины прижимаются к стенкам камеры, благодаря чему обеспечивается непрерывное изменение объема внутренних полостей насоса.

Схема и фотография роторно-пластинчатого насоса
Рис. 2.2. Схема (а) и фотография (б) роторно-пластинчатого насоса: 1 – входной патрубок; 2 – ротор; 3 – пластина; 4 – корпус; 5 – газобалластное отверстие; 6 – выходной патрубок; 7 – выходной клапан

В начальный период времени объем, ограниченный ротором, корпусом и пластинами, увеличивается, и газ всасывается внутрь полости. Затем вторая пластина отсекает полость от входного патрубка и начинается сжатие газа. Когда давление достигает атмосферного, открывается выходной клапан и сжатый газ выталкивается в выхлопную магистраль.

Для снижения предельного остаточного давления применяют двухступенчатые схемы, в которых выходной патрубок первой ступени соединен с входным патрубком второй. Предельное остаточное давление роторно-пластинчатых насосов определяется отношением полезного объема к «мертвому» ( объем полости, ограниченной точкой касания ротора с корпусом, а также положением верхней точки выходного патрубка), перетеканием газа из полости выхлопа в полость всасывания, а также давлением насыщенных паров рабочей жидкости. Одноступенчатые насосы позволяют получать предельное остаточное давление 50…80 Па, а двухступенчатые – 0,25…0,40 Па. Производительность одноступенчатых насосов варьируется в диапазоне 2· 10-3 … 0,55 м3/с. Производительность двухступенчатых насосов ниже – 5 · 1о-4 … 8 · 10-2 м3/с. Типичные характеристики двухступенчатых роторнопластинчатых насосов показаны на рис. 2.3.

Характеристики двухступенчатого ротор но-пластинчатого насоса производительностью 1 8· 10-2 м3/с
Рис. 2.3. Характеристики двухступенчатого ротор
но-пластинчатого насоса производительностью 1 8· 10-2 м3/с

В большинстве роторно-пластинчатых насосов зазоры между корпусом и пластинами, пластинами и ротором, ротором и корпусом уплотняют с помощью вакуумного масла. Это позволяет получать высокие степени сжатия, сравнительно низкое остаточное давление, а также эффективно охлаждать трущиеся поверхности. Однако пары масла проникают из насоса в вакуумную магистраль, особенно при низком давлении на входе, когда газовый поток из вязкостного становится переходным. Для многих технологических процессов, проводимых в вакуумных установках, подобное недопустимо.

Существует ряд мер, позволяющих минимизировать поток масляных паров из насоса в откачную магистраль и вакуумную камеру. Во-первых, подбирают производительность роторнопластинчатого насоса таким образом, чтобы давление во входном патрубке было максимальным, а предварительную откачку вакуумной камеры проводят до такого давления, при котором течение газа в магистрали еще не становится молекулярным (следует принимать во внимание максимальные впускное и выпускное давления высоковакуумного насоса). Во-вторых, на входной патрубок насоса устанавливают сорбционные (или охлаждаемые) лабиринтные ловушки. И, в-третьих, перед роторно-пластинчатым насосом устанавливают безмасляный двухроторный насос, который эффективно препятствует попаданию масла в вакуумную камеру.

При откачке конденсирующихся газовых смесей (например, смеси воздуха и паров воды) максимальное давление сжатия может ограничиваться давлением насыщенных паров, при достижении которого начинается конденсация (для воды, находящейся при температуре 70 °С, это давление равно 3,13·104 Па). Если это давление ниже значения, необходимого для открытия выпускного клапана, то откачка прекращается. При этом возможен ряд отрицательных последствий: загрязнение масла, ухудшение качества уплотнения и охлаждения трущихся частей, коррозия элементов насоса, гидроудары в «мертвом» объеме. Для предотвращения этого в рабочую область сразу после окончания цикла всасывания напускают балластный атмосферный воздух, пока давление не станет равным значению, при котором возможно открытие выхлопного клапана, прежде чем парциальное давление паров достигнет критического значения. Применение газового балласта повышает предельное остаточное давление примерно в 10 раз.

При правильной эксплуатации роторно-пластинчатые насосы могут проработать несколько десятков тысяч часов. Их обслуживание в основном заключается в периодической замене вакуумного масла и чистке воздушных и масляных фильтров. При первом пуске насоса и всякий раз после замены в нем масла рекомендуется дать насосу поработать с заглушенным входным патрубком и открытым газобалластным клапаном в течение как минимум 30 мин. Несмотря на то что роторно-пластинчатые насосы способны функционировать при атмосферном давлении на входе, длительная их работа в таком режиме недопустима вследствие повышенных тепловых нагрузок. Также эти насосы не допускают увеличения выходного давления выше установленного значения. Поэтому при проектировании вакуумной системы необходимо предусмотреть достаточную пропускную способность выхлопной г