Параметры вакуумных насосов

Переходя к изучению вакуумных насосов, прежде всего ознакомимся с их параметрами, так как знание их является необходимым условием правильности выбора и эксплуатации вакуумных насосов.

К основным параметрам вакуумных насосов относятся:

1) начальное давление; 2) максимальное (критическое) выпускное давление; 3) предельное давление; 4) быстрота действия.

Начальное давление. Начальным называется давление, с которого насос начинает нормально работать.

По этому параметру насосы различных типов могут резко отличаться друг от друга. В то время как, например, вращательные масляные насосы начинают нормально работать с атмосферного давления, пароструйные и некоторые другие виды насосов нуждаются в предварительном разрежении всей вакуумной системы, включая и сам насос. Такое предварительное разрежение осуществляется при помощи другого, дополнительного насоса, который в этом случае называется насосом предварительного разрежения или предварительного вакуума. В качестве насосов предварительного вакуума применяются главным образом вращательные масляные насосы, присоединяемые своим впускным патрубком к выпускному патрубку насоса, нуждающегося в предварительном разрежении (рис. 5-2).

Максимальное (критическое) выпускное давление. Максимальным выпускным давлением насоса называется такое давление на выпускной его стороне, при превышении которого насос прекращает свою работу. Это давление иначе можно назвать критическим выпускным или просто критическим давлением, и в дальнейшем мы будем пользоваться обоими этими названиями. Максимальное выпускное давление имеет очень важное практическое значение для характеристики главным образом пароструйных насосов.

Нетрудно себе представить связь между максимальным выпускным давлением пароструйного насоса и его начальным давлением: начальное давление с которого начинает свою работу пароструйный насос, это, по сути дела, и есть то максимальное выпускное давление, которое насос начинает преодолевать по мере снижения давления в вакуумной системе. Поэтому во всех справочниках по пароструйным насосам указывается только их максимальное выпускное давление.

Предельное давление — минимальное, предельно достигаемое данным насосом при достаточно длительной откачке давление в вакуумной системе, не имеющей натекания извне или газо-выделения с внутренних стенок. Предельное давление можно называть также предельным вакуумом.

Наличие нижнего предела давления, достигаемого насосом, объясняется тем, что невозможно построить насос, который сам не был бы хотя бы очень слабым поставщиком газов в вакуумную систему. Причинами обратного поступления газа из насоса в вакуумную систему могут быть: выделение газов, растворившихся в рабочих жидкостях, несовершенная герметичность стенок самого насоса или выделение с них газов. В механических насосах сказывается также влияние так называемого вредного пространства, пригонки и возможности непрерывной смазки трущихся деталей и т. д. Таким образом, в процессе работы насоса по мере снижения давления в вакуумной системе рано или поздно наступает момент, когда поток газа, поступающий из откачиваемого объема в насос, становится равным обратному потоку газа, поступающего из насоса в откачиваемый объем. Этим равновесным состоянием и определяется предельное давление, достигаемое насосом.

По поводу предельного давления необходимо отметить еще следующее. Мы знаем ( 1-4, табл. 1-2), что рабочие жидкости насосов являются источниками паров, поступающих из насоса в вакуумную систему; очевидно, что в связи с этим равновесное давление в вакуумной системе является суммой парциальных давлений не только остаточных газов, но и паров рабочей жидкости; однако ввиду того, что рабочие жидкости могут быть различного качества, не связанного непосредственно с качеством самого насоса, предельный вакуум как параметр для всех насосов, кроме масляных пароструйных, оценивается только по парциальному давлению остаточных газов без учета давления паров рабочих жидкостей.

Для исключения влияния этих паров при определении предельного давления как параметра насоса давление паров снижают при помощи специальных ловушек ( 5-8) или же давление измеряется компрес-сионньим манометром, не отзывающимся, как мы увидим ниже ( 6-4), на наличие в вакуумной системе конденсирующихся паров, в том числе и паров рабочих жидкостей вакум-ных насосов.

В отношении же пароструйных насосов, в которых в качестве рабочей жидкости применяются специальные масла с весьма низкими давлениями насыщенных паров и которые поэтому, как правило, не нуждаются в лойушках, предельное давление как параметр принято определять с учетом давления паров масла.

О параметрах вакуумного насоса удобно судить по так называемой кривой откачки, графически изображающей изменение давления в откачиваемом объеме с течением времени. На рис. 5-3 сплошной линией изображена кривая откачки при одновременном использовании вращательного масляного, и пароструйного насосов.

Начиная с атмосферного давления, откачка идет только за счет работы вращательного масляного насоса (участок); когда давление в системе становится достаточно низким, плавный ход кривой нарушается и участок I переходит в участок II, получающийся за счет работы пароструйного насоса; вращательный масляный насос должен в это время на выпускной стороне пароструйного насоса поддерживать давление, не превышающее критическое для данного пароструйного насоса.

Если бы пароструйный насос не включался, то кривая откачки имела бы плавное продолжение участка / в виде участка III (изображенного пунктиром). Сравнивая участки II и III, мы замечаем, что оба они по мере откачки принимают в конце концов направления, параллельные оси времени, указывающие, что насосы начали работать вхолостую: давления приняли постоянные значения, не зависящие от дальнейшей работы насосов.

Участками II и III определяются, очевидно, предельные давления, достигаемые соответственно вращательными масляным и пароструйным насосами.

Быстрота действия насоса. В гл. 4 было определено понятие «быстрота откачивающего действия» или просто «быстрота действия» вакуумного насоса как объем газа, поступающий в единицу времени из трубопровода в насос при данном давлении у входа в насос. Также было указано, что если известны поток газа по трубопроводу Q и давление у входа в насос р₂, то быстроту действия насоса S_H можно определить из соотношения:

Обращаясь к кривым откачки на рис. 5-3, мы можем отметить, что если откачиваемый объем присоединен к насосу непосредственно без промежуточного трубопровода, то по этим кривым можно судить и о быстроте действия насосов. Последняя, изменяясь с давлением, характеризуется, очевидно, крутизной наклона кривой откачки. Большей крутизне соответствует и большая быстрота действия насоса; на участках, параллельных оси времени, действительная быстрота действия насоса равна нулю (достигнуто предельное давление).

Экспериментальные методы определения быстроты действия вакуумных насосов различных конструкций описаны ниже.

Нужно заметить, что в справочной литературе по насосам часто указывают только одно значение быстроты действия; это значение относится к такому впускному давлению насоса (или области давлений), при котором его быстрота действия является максимальной. Для полной характеристики работы насоса с точки зрения его быстроты действия этих данных, конечно, недостаточно, так как при практическом использовании насосов важно знать, при каких давлениях насос той или иной конструкции имеет также и малые значения быстроты действия. Наиболее полное представление об изменении быстроты действия насоса S_H в зависимости от впускного давления р₂ можно получить из рассмотрения соответствующей этому насосу кривой =f(p2); примеры таких кривых мы рассмотрим при ознакомлении с принципами работы и конструкциями вакуумных насосов.

Некоторые из этих дополнительных параметров мы более подробно рассмотрим при описании принципов работы и конструкций вакуумных насосов; кроме того, они указаны в таблицах параметров вакуумных насосов (см. приложения).