Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Жидкостно-струйный насос НВВ-1

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Жидкостно-струйный насос НВВ-1 – насос вакуумный водоструйный Основы вакуумной техники 1

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Виды прямоточных сопел VКР=(2 gγRT 1/(γ+1))1/2 Основы вакуумной техники 2

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Простейший вид эжектора – труба Вентури (I), простейшая откачная система (II), дозвуковой (III), и сверхзвуковой (IV) насосы Основы вакуумной техники 3

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Схема ступени пароэжекторного насоса (STEAM JET VACUUM EJECTORS) Основы вакуумной техники 4

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Основные характеристики и схема работы ступени пароэжекторного насоса Основы вакуумной техники

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Характерный вид кривых давления и скорости рабочего тела (пар – красный цвет), откачиваемой среды (воздух, газ – синий) и их смеси (фиолетовый) Основы вакуумной техники 6

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Компоновка (схема) четырехступенчатого пароэжекторного блока с двумя промежуточными конденсаторами производства Körting Hannover AG, Германия: А, В – откачиваемый объем, Соткачной фланец, D –отстойник, Е – теплообменник, F –градирня; 1 -4 – эжекторные ступени, 5 -6 – конденсаторы, 7 – жидкостно-кольцевой насос, 8 – сепаратор. Красным выделена линия подачи пара, синим – линия подачи охлаждающей воды Основы вакуумной техники 7

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Слева - пятиступенчатый пароэжекторный блок на ЗАО «Сан Ойл Корпорейшн» (г. Раменское, МО); Справа - комплект сопел из металлопластика в футлярах из нержавеющей стали для четырехступенчатого пароэжекторного блока Основы вакуумной техники 8

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Пятиступенчатый пароэжекторный блок с промежуточными конденсаторами производства Körting Hannover AG, Германия Основы вакуумной техники 9

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Обозначения: НВЭ 2, 5 (до 1000) Х 1 (до 160)/6(10); ПЭВН 300 х0, 5/9 СН НВЭ - насос вакуумный эжекторный, ПЭВН – пароэжекторный вакуумный насос. Первая цифра - производительность по сухому воздуху при 293 К (20 ОС) в кг/час, вторая - сечение сопла, третья - давление рабочего пара (в тмосферах). Число рабочих ступеней – обычно 2 -4 шт. , иногда до 6. Расход пара – 43+6 5625+647 кг/час. Расход охлажденной воды – 2, 7+0, 4 208, 0+24 м 3/час. Масса - 0, 49 -10, 63 т, максимальные габариты ступени по длине - 1, 408, 75 м, угол конусности конфузора – 5 -7 градусов, диффузора – 5 -8 градусов. Основные производители в России и СНГ: ОАО «Вакма» , НПО «Энергомашавтоматика» , Новокраматорский машиностроительный завод, Краматорск, Украина. Основные производители за рубежом: BOC Edwards, Великобритания, Varian Vacuum Technologies, Leybold и др. Основы вакуумной техники 10

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Особенности пароэжекторных систем • Малые капитальные затраты • Отсутствие движущихся частей • Небольшой объем обслуживания • Широкий выбор материалов • Отсутствие точных зазоров • Отсутствие ограничений размеров • Способность работать с большими паровыми потоками • Капли жидкости не приводят к механическим повреждениям • Нечувствительны к температуре откачиваемых газов Основы вакуумной техники 11

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Остаточное давление Одноступенчатый: 2. 5 к. Па – 1. 5 к. Па Двухступенчатый: 1. 5 к. Па – 1. 3 к. Па Трехступенчатый: 1000 – 700 Па Четырехступенчатый: 100 Па Пятиступенчатый: 10 Па Основы вакуумной техники 12

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Узлы многоступенчатых пароэжекторных насосов разных типоразмеров: на ближнем плане – ступени эжекторов, на дальнем – конденсаторы (BOC Edwards) Основы вакуумной техники 13

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Эжекторы могут быть скомпонованы в многоступенчатые системы с межступенчатыми конденсаторами. Конденсаторы могут быть либо с непосредственным контактом (струйный конденсатор), либо поверхностного типа (камерно-трубчатые). Многоступенчатые конструкции позволяют понизить давление впуска по сравнению с одноступенчатым эжектором. Межступенчатые конденсаторы позволяют использовать транспортный паровой поток более экономно, т. к. происходит конденсация рабочего потока от предыдущих ступеней, отделенных конденсатором, при этом последующая ступень или ступени должна работать только с оставшимися насыщенными неконденсируемыми газами. Основы вакуумной техники 14

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Поверхностные конденсаторы камерно—трубчатого типа осуществляют ту же самую функцию, что и струйные, однако, пар из эжектора конденсируется на поверхностях трубок без контакта с охлаждающей водой, что сильно облегчает проблему потенциальной возможности образования загрязненных выбросов. Съемные торцовые крышки конденсаторов обеспечивают простоту очистки трубок Основы вакуумной техники 15

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Эжекторы и комбинированные эжекторножидкостнокольцевые системы могут поставляться с использованием жидкостнокольцевых насосов Основы вакуумной техники 16

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Обращённое (зонтичное) сопло Основы вакуумной техники 17

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ а) Принципиальная схема бустерного насоса типа НВБМ б) внешний вид бустерного насоса 2 НВБМ-630, ОАО «ВАКМА» , Казань Основы вакуумной техники 18

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Характеристики бустерных насосов в зависимости от впускного давления и мощности подогрева Основы вакуумной техники 19

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ а) - четырехступенчатый ДН; б) - фракционирующий лабиринт; в) - диффузионный агрегат АВДМ производства ОАО «Вакма» , г. Казань Основы вакуумной техники 20

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Маркировка и характеристики Н-0, 025 -2, НВО-40 М, НВД-0, 15, НВДС-63 -40, где цифра - быстрота действия в л/с при впускном давлении Рвп = 10 -1 Па. НВДМ-100, НСВДМ-630, цифра - диаметр впускного фланца в мм. Н-50 Р – ртутный. Старые маркировки Н-0, 05 (2, 5, 8). Цифра - типоразмер (чем больше, тем больше насос). Быстрота действия 10 16250 л/с при давлении Р = 10 -1 Па Предельное остаточное давление – 10 -5 6, 5 10 -4 Па Максимальное выпускное давление – 26, 6 92 Па Мощность подогрева – 0, 23 9 КВт; расход охлажденной воды – 30, 0 – 600 л/ч; количество рабочей жидкости – 0, 02 – 3, 5 л; масса – 4250 кг. Основы вакуумной техники 21

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Слева - схема четырехступенчатого парортутного насоса Н-5 СР: 1 — корпус; 2 — паропровод; 3 —дросселирующая шайба; 4 — кипятильник; 5 — эжекторная ступень; 6 — электронагреватель; 7 — теплоизоляция; 8 — ловушка для паров ртути Справа – схема высоковакуумного насосного агрегата VPV-DI 3000 фирмы Leybold- Heraeus (ФРГ): 1 — присоединение к откачиваемой системе; 2 — измеритель давления; 3 — электромагнитный вентиль; 4 — электропневматический шиберный затвор; 5 — ловушка; 6 — электромагнитный вентиль; 7 — диффузионный паромасляный насос; 8 — форвакуумный ресивер; 9 — электропневматический вентиль; 10 — измеритель давления; 11 — форвакуумный насос; 12 — предохранительный клапан Основы вакуумной техники 22

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Вакуумные пароструйные агрегаты собираются из типовых узлов: насос, маслоотражатель, ловушка, затвор, рама, электроарматура. Агрегаты АВДМ 100 (160, 250, 400, 630) выпускаются на базе ДН НВДМ с вакуумными затворами шиберного типа 2 ЗВЭ, заливной азотной ловушкой, термореле для отключения нагревателя при превышении предельной температуры корпуса (в случае отключения подачи воды). Агрегаты более ранних серий на базе насосов Н-0, 5 (2 -8) и других обозначались соответственно АВП-0, 5 (2 -8) и ВА-2 -3 (5 -4 и 8 -4). Комплектация их практически та же, но затвор углового типа и имеется дополнительно питающее устройство и сосуд Дьюара для хранения жидкого азота (так как ловушки не заливного, а испарительного типа), термореле марки ТР-200. Основы вакуумной техники 23

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Основные критерии отказов 1. Полная неработоспособность в результате: -наличия значительной течи в системе; -перегорания спиралей или ТЭНов нагревателя; -сильный недогрев масла в насосе; слишком большое давление на входе (> 6, 65 Па). 2. Неполная работоспособность (малая производительность): -недогрев масла; -неправильная сборка паропровода (перекос, неправильные зазоры сопел). 3. Плохой предельный вакуум: -грязь на стенках корпуса и паропроводе; -загрязнено масло или появились фракции с повышенной упругостью пара; -плохое охлаждение корпуса, перегрев масла; -мало масла в насосе или наоборот - его избыток; -течи в присоединительных фланцах, вакуумных вводах затвора. Основы вакуумной техники 24

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Для бустерных насосов 1) Так называемое масло для вспомогательных насосов ВМ 11, аналог ВМ-1 и ВМ-5 – продукт дистилляции вазелинового масла: = 0, 85 г/см 3, Рпаров 20 о = 6, 7 10 -3 … 1, 3 10 -4. Достоинства: дешевизна; недостатки: низкая стойкость к окислению, высокая осмоляемость. 2) ВМ-3 – продукт дистилляции веретенного масла, = 0, 85 г/см 3, Рпара = 10 -2 – 10 -3 Па. Достоинства: по термоокислительной способности в 50 раз превышает масло для вспомогательных насосов; недостатки: легкокипящее, отсюда большие потери из насоса по сравнению с другими жидкостями (нужно постоянно доливать). 3) Синтетическая жидкость «Алкарен-11» на основе алкилнафталинов. Достоинства: может применяться при откачке коррозионных атмосфер; недостатки: наиболее дорогая ( = 0, 927 г/см 3, Р пара = 4 10 -3 Па). Основы вакуумной техники 25

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ Для диффузионных насосов: 1) Ртуть (Р-1 и Р-2). Достоинства: однородность состава, стабильность свойств в процессе работы (не разлагается, стойка к окислению кислородом, малая склонность к растворению газов). Недостатки: высокое давление пара при температуре 20 о. С (0, 1 Па) - необходимо устанавливать ловушку на выходе из насоса, высокая химическая активность, что ограничивает спектр конструкционных материалов, применяемых в насосе, токсичность. Используется главным образом для откачки систем, где ртуть является рабочей средой (ртутные лампы, выпрямители) и где требуется высокая чистота рабочей среды от углеводородов (масс-спектрометры, системы сверхвысокого вакуума). 2) Минеральные масла ВМ 1, ВМ 5 - продукты дистилляции вазелинового масла (при температуре 180 -220 ОС). Достоинства: термостойки, имеют низкое давление пара (2 10 -4 10 -6 Па) при нормальной и рабочей температуре, низкая стоимость. Недостатки: неоднородность состава, низкая стойкость к окислению (осмоляемость), склонность к разложению при рабочей температуре. 3) Синтетические углеводороды Алкарен-24. Достоинства: недефицитны (так как получаются не из нефти), точно воспроизводимы по составу и характеристикам, имеют низкое предельное остаточное давление при нормальной температуре (5 10 -8 Па), что позволяет получать предельное остаточное давление ~ 10 -6 - 10 -7 Па, более стойки к окислению, чем минеральные масла. Недостатки: значительно дороже минеральных масел. Основы вакуумной техники 26

Тема 4 СТРУЙНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ 4) Кремнийорганические жидкости (полисилоксаны). Достоинства: обладают очень высокой термостабильностью и термоокислительной стойкостью (попадание воздуха в насос не ведет к порче рабочей жидкости), инертны к воде. Недостатки: ещё более дорогие. Марки ПЭС-В-1(2) – полиэтилсилоксаны, ПФМС – 2/5 Л и 13 – полиметилфенилсилоксан, 133 -35 (МФТ-1) –метилфенилциклосилоксан, ФМ 1 и 2 - пента- и гексафенилтри(тетра)силоксан. 5) Сложные эфиры органических спиртов и кислот – полифениловые соединения. Достоинства: исключительная термостабильность. Используются в сверхвысоковакуумной технике, давление пара при нормальной температуре ~ 10 -9 10 -10 Па, что позволяет получить предельное остаточное давление Р ~ 5 10 -7 5 10 -8 Па, более стойки к окислению, чем минеральные масла. Недостатки: уступают кремнийорганическим жидкостям по термоокислительной стойкости, имеют высокую температуру застывания (277, 4 К или +4, 4 о. С), застывают на холодной поверхностях. Марки: 5 Ф 4 Э, М-5 Ф 4 Э, Н-ПФЭ (незастывающая при То < 0 о. С). 6) МВД – рабочая жидкость на основе перфторэтиленов. Достоинства: пригодна для откачки кислорода, галоидов и из соединений. Основы вакуумной техники 27