Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

У дистанционно управляемых насосов в маслопроводах устанавливают электромагнитный клапан, срабатывающий при включении и выключении электродвигателя или приводящийся в действие от центробежного механизма, связанного со шкивом насоса. Малые насосы, как правило, не имеют запирающих устройств в маслопроводе, поэтому для предотвращения всасывания масла во впускную коммуникацию необходимо напустить воздух на вход остановленного насоса. Масло может проникать в остановленный насос и через выхлопной клапан; чтобы этого не происходило, объем масла, находящийся над выхлопным клапаном, ограничивают, окружая клапаны щитками или кожухами. Работа насоса при высоких впускных давлениях 10 4Па сопровождается выбросами брызг и капель масла в выхлопной патрубок вместе с потоком откачиваемого газа. Для устранения этого явления у выхлопного отверстия насоса устанавливают маслоотделители (маслоотбойники), например, в виде щитков.

В насосах средних размеров иногда используют отдельные маслоотбойники, прикрепленные к выхлопному отверстию в корпусе насоса. При впускных давлениях 10 4—10 2Па работа насосов сопровождается образованием заметных количеств так называемого масляного тумана, который выходит из насоса в виде сизо-белого дыма.

В насосах с быстротой действия до 5 л/с для задержания масляного тумана могут быть использованы простые фильтры, например бумажные, из стекловаты или керамические. Однако эти фильтры нуждаются в периодической замене (бумажные) или промывке (керамические), а также затрудняют эксплуатацию насосов, откачивающих пары воды. Поэтому лучшим способом защитить производственное помещение от поступления масляного тумана является подключение выхлопа насоса к выхлопной коммуникации с помощью дюритового шланга или металлической трубы.

Газобалластное устройство и откачка конденсирующихся паров.Проведение многих вакуумных технологических процессов (сушка, пропитка, дистилляция) сопровождается выделением значительных количеств конденсирующихся паров, откачка которых обычным насосом с масляным уплотнением еще 40—50 лет тому назад была очень трудной задачей. Если в логарифмическом масштабе показать изменение давления газа и паров в камере насоса по мере увеличения степени сжатия, то получится следующее: ε = V ВС/ V СЖ, где V ВС– объем рабочей камеры насоса в момент на конец всасывания, а V СЖ– объем рабочей камеры в момент сжатия при давлении ρ вып= 1,2 × 10 5Па, когда открывается выхлопной клапан. Пусть давление во впускном сечении насоса составляет 1,33 × 10 2Па. При сжатии газа давление возрастает до ρ вып, клапан открывается и газ выталкивается из насоса.

Иначе обстоит дело при откачке конденсирующихся паров, которые не могут быть сжаты до давления, превышающего давление насыщения ρ наспри данной температуре, так как дальнейшее сжатие приводит не к росту давления, а к конденсации некоторого количества паров, и давление в камере насоса остается постоянным, не достигая значения ρ вып. При конденсации в камере насоса выхлопной клапан открывается вследствие резкого гидравлического удара конденсата и масла о пластину клапана. Конденсат смешивается с маслом и ухудшает его свойства. Попавший в масло конденсат испаряется в камере насоса и увеличивает полное остаточное давление. Давление насыщения большинства встречаемых в практике паров при комнатной температуре лежит выше 1,33 × 10 3Па, т. е. практически может быть достигнуто только в насосах с масляным уплотнением, имеющих выпускное давление, равное атмосферному; в других насосах (двухроторных, турбомолекулярных, струйных), не работающих против атмосферного давления, эти пары не конденсируются.

Наиболее часто встречается необходимость в откачке паров воды. Вода, попавшая в масло, помимо образования трудноразделимой эмульсии масло – вода, вызывает целый ряд химических взаимодействий, ведущих к ухудшению смазывания, перегреву и осмолению насоса, не говоря уже о повышении предельного остаточного давления и коррозии отдельных деталей насоса.

Эффективным способом предотвращения конденсации паров в насосе является напуск так называемого балластного газа в камеру насоса в добавление к поступившему в нее пару после отделения камеры от впускного патрубка насоса. В качестве балластного газа обычно используется атмосферный воздух, поступающий в камеру через отдельное отверстие с обратным клапаном, связанное с краном-дозатором трубкой или отверстием в корпусе. Устройство для напуска балластного газа называют газобалластным, насос с таким устройством – газобалластным насосом. Практически все насосы выпускаются сейчас с газобалластным устройством.

В камере газобалластного насоса сжимается смесь паров с балластным газом, причем количество балластного газа определяется из условия, чтобы к моменту достижения смесью давления выхлопа парциальное давление паров не достигало давления насыщения. То есть чтобы выполнялись условия ρ б+ (ρ г+ ρ п) V/V СЖбольше либо равно ρ вып, а ρ V рс /V СЖменьше либо равно ρ нас, где ρ б– давление сжатого балластного газа; ρ г– давление газа во входном сечении насоса; ρ п– давление пара во входном сечении насоса; ρ нас– давление насыщенного пара при рабочей температуре насоса; ρ вып– выпускное давление насоса; V pc– объем рабочей камеры в момент «конец всасывания»; V сж– объем рабочей камеры в момент «конец сжатия».

Условие справедливо при изотермическом процессе сжатия в насосе, что не совсем строго для реального насоса, но позволяет легко определить поток балластного газа Q ' б, необходимый для предотвращения конденсации. В случае откачки только конденсируемых паров (ρ ргпримерно равно 0) формула упрощается: Q' б больше либо равно S н P П(Р вып/Р нас-1). Уравнение показывает, что поток балластного газа Q ' 6должен быть тем больше, чем больше быстрота действия S ннасоса, давление пара Р пво входном сечении и чем меньше давление насыщенных паров (т. е. температура масла в насосе). Отметим, что если давление насыщенных паров Р насчисленно равно выпускному давлению Р вып, насос не требует балластного газа для предотвращения конденсации. Например, насос со специальным маслом, работающий при температуре примерно 380 К, способен откачивать пары воды без напуска балластного газа. Допустимое давление паров воды на входе является паспортной характеристикой газобалластного насоса. Другой важной характеристикой газобалластного насоса является количество (масса) паров, которое он откачивает в единицу времени при заданном давлении паров на входе, т. е. массовая производительность М' п насоса по откачиваемому пару. Ее легко подсчитать, представив уравнение состояния для откачиваемой в единицу времени порции пара в виде Р ПS Н = М' П/ M R 0 T, где М – молекулярная масса пара; S н– быстрота действия насоса, л/с; Р п– давление пара на впуске, Па; R 0– 8,3 × 10 3Дж/(К × кмоль) – универсальная газовая постоянная; Т – температура пара, К. Для паров воды (М = 18) при Т = 293 К массовая производительность насоса определяется формулой, кг/ч: